[發明專利]一種空氣真空噴射深度制冷裝置及其實現深度制冷的方法

在審

• 申請號: 201810063184.4
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108120043A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 徐寧;劉文賀;范鑫;張清淼
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: F25B9/06
• 分類號: F25B9/06;F25B11/02;F01D15/10
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

本發明公開了一種空氣真空噴射深度制冷裝置及其實現深度制冷的方法，所述的深度制冷裝置包括渦輪膨脹機，渦輪膨脹機由蝸殼，渦輪軸，設在渦輪軸上的渦輪葉輪，以及設在蝸殼上的多個縮放噴管，渦輪軸一端固定渦輪葉輪，另一端與發電機或其它做功機械相連，設在渦輪膨脹機蝸殼上的縮放噴管與大氣相通，渦輪膨脹機低壓端出口經連接管與低溫室一端連接，低溫室另一端設有風道，風管末端設有真空泵。本發明在真空泵的抽吸作用下，進入渦輪膨脹機的溫常壓空氣可以膨脹到很低的壓力，可以達到極低的溫度，真空泵的真空度越高，低溫室的溫度越低，滿足了需要深度制冷的生產或科研機構的需求。

技術領域

本發明涉及生產或科學研究的制冷領域，尤其涉及空氣真空噴射深度制冷領域。

背景技術

隨著經濟的快速發展，一些生產或科學研究所需要的空間溫度越來越低，有的甚至達到-180℃以下。目前，這種低溫環境的獲得多數是通過空氣的逆布雷頓循環實現的。其工作原理是，空氣經過壓縮機壓縮后變成高溫高壓的氣體，高溫高壓的氣體首先通過冷卻降溫過程降低至某一溫度，再進入渦輪膨脹機進行膨脹作功，變為低溫低壓的空氣；低溫低壓的空氣進入低溫空間吸熱，吸熱后的氣體再重新進入壓縮機壓縮。如此循環，保證低溫空間始終維持在某一較低的溫度狀態。

上述循環存在以下三個方面的缺點：(1)循環空氣在低溫空間吸熱后被壓縮，會有較大的溫度升高，必須通過冷卻過程放熱后再進入渦輪膨脹機，才能產生較好的溫降效果。所以該系統必須在壓縮機出口設置空氣冷卻裝置。(2)渦輪膨脹機出口背壓不宜過低，一般在常壓左右，過低會降低壓縮機的壓縮效率，進而降低制冷效率；(3)由于空氣在常壓下，-180℃左右會發生液化，所以，即使壓縮機出口壓力非常高，從理論上能夠使渦輪膨脹機出口的空氣溫度達到-200℃左右的低溫，在實際中也是不能實現的。為了克服深度制冷過程中的上述缺點，本發明提出一種結構簡單，運行安全經濟，且制冷溫度更低的空氣真空噴射深度制冷裝置。

與本發明最相近的技術是中國專利申請號2017100062707、中國專利申請號021382735和中國專利申請號012737747公開的閉式空氣循環制冷裝置。在中國專利申請號2017100062707公開的技術中，制冷系統包括有通過管道相互連通的離心風機、膨脹功回收裝置、回冷器、用冷單位，膨脹功回收裝置包括有離心壓縮機和膨脹機，離心風機出口與所述離心壓縮機入口通過管道相連，離心壓縮機出口與所述回冷器熱端入口通過管道相連，回冷器熱端出口與所述透平膨脹機入口通過管道相連，膨脹機出口與所述用冷單位入口通過管道相連，用冷單位出口與回冷器冷端入口通過管道相連，回冷器冷端出口與所述離心風機入口通過管道相連。該制冷機技術上的缺點是，制冷系統循環要求系統內工質的狀態參數是相對穩定的，而該技術提出的制冷系統與外界的熱量交換只有在用冷單位處吸收用冷單位的熱量，而沒有向環境釋放熱量的過程，這必然導致系統內的熱量越來越高，最終制冷效率越來越低，使循環不能持續進行，因而也就不可能達到專利文件中提出的低溫要求；中國專利申請號021382735公開的一種制取粉料的空氣循環冷凍工藝及其裝置，它是經壓縮機壓縮后的高溫高壓的空氣通過冷卻裝置冷卻后進入渦輪膨脹機膨脹降溫，但在該冷卻裝置中高溫高壓空氣的熱量被從冷凍室出口的低溫氣流吸收熱后，又通過空氣壓縮機帶回了系統，所以該系統也是不可能實現持續制冷循環的；中國專利申請號012737747公開了一種開式空氣制冷機，它包括一個水冷卻器、一個左干燥箱、一個右干燥箱、一個熱交換器和一個空氣渦輪膨脹機，工作時，也是高溫高壓的壓縮空氣經過水冷卻器，冷卻后再進入渦輪膨脹機膨脹降溫。但在該裝置中，水冷卻器不僅會浪費大量的水，而且渦輪膨脹機出口的空氣會因含有水分導致低溫室表面結冰或結霜，使得空氣溫降大幅度減小。

發明內容

為了滿足一些生產或科學研究所得深度制冷要求，本發明提供一種以空氣為制冷劑的空氣真空噴射深度制冷系統。

本發明同時提供該系統深度制冷的實現方法。

為達到上述目的，本發明采取的技術方案是：