[發(fā)明專利]超音速兩相膨脹多級低溫制冷系統(tǒng)及制冷機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110371904.5
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113701387B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅二倉;曾鈺培;陳燕燕;王曉濤;董學(xué)強(qiáng);公茂瓊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: F25B9/06
• 分類號: F25B9/06;F25B41/40;F25B49/02
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 譚云

1.一種超音速兩相膨脹多級低溫制冷系統(tǒng)，其特征在于，包括：

多個(gè)制冷單元；

每一所述制冷單元包括逆流換熱器、與所述逆流換熱器相連接的超音速兩相膨脹機(jī)、與所述超音速兩相膨脹機(jī)相連接的至少一個(gè)蒸發(fā)器、與所述逆流換熱器相連接的壓縮機(jī)以及與所述壓縮機(jī)和所述逆流換熱器相連接的冷卻器；其中，

制冷工質(zhì)流經(jīng)多個(gè)所述制冷單元多級制冷以達(dá)到低溫溫區(qū)；其中，所述逆流換熱器內(nèi)設(shè)有氣態(tài)換熱管和低溫?fù)Q熱管，所述氣態(tài)換熱管與所述超音速兩相膨脹機(jī)的一端相連接，所述超音速兩相膨脹機(jī)的另一端與所述蒸發(fā)器的一端相連接，所述蒸發(fā)器的另一端與所述低溫?fù)Q熱管相連通，所述壓縮機(jī)的兩端分別連接所述低溫?fù)Q熱管與所述冷卻器，所述冷卻器與所述氣態(tài)換熱管相連接；

所述超音速兩相膨脹機(jī)包括進(jìn)氣口、出氣口以及出液口；

所述進(jìn)氣口與所述逆流換熱器的所述氣態(tài)換熱管相連通，所述出氣口與相鄰的所述制冷單元中的所述逆流換熱器的氣態(tài)換熱管相連通，所述出液口與所述蒸發(fā)器的進(jìn)口側(cè)相連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音速兩相膨脹多級低溫制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述制冷單元的數(shù)量為3個(gè)，并分別形成一級制冷回路、二級制冷回路以及三級制冷回路；

所述一級制冷回路中的所述超音速兩相膨脹機(jī)與所述二級制冷回路中的所述逆流換熱器相連接，所述二級制冷回路中的所述超音速兩相膨脹機(jī)與所述三級制冷回路中的所述逆流換熱器相連接；

所述二級制冷回路中的所述冷卻器與所述一級制冷回路中的所述壓縮機(jī)進(jìn)口側(cè)相連通，所述三級制冷回路中的所述冷卻器與所述二級制冷回路中的所述壓縮機(jī)進(jìn)口側(cè)相連通。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超音速兩相膨脹多級低溫制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述二級制冷回路中設(shè)有兩個(gè)所述蒸發(fā)器，一者與所述二級制冷回路中的所述超音速兩相膨脹機(jī)相連接，另一者分別連接所述一級制冷回路中的所述逆流換熱器以及所述二級制冷回路中的所述逆流換熱器；

所述三級制冷回路中設(shè)有三個(gè)所述蒸發(fā)器，一者與所述三級制冷回路中的所述超音速兩相膨脹機(jī)相連接，另一者分別連接所述三級制冷回路中的所述逆流換熱器以及所述二級制冷回路中的所述逆流換熱器，第三者分別連接所述二級制冷回路中的所述逆流換熱器以及所述一級制冷回路中的所述逆流換熱器。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超音速兩相膨脹多級低溫制冷系統(tǒng)，其特征在于，還包括節(jié)流閥，所述節(jié)流閥與所述三級制冷回路的所述超音速兩相膨脹機(jī)的所述出氣口相連通，并形成四級制冷回路；

所述四級制冷回路依次流經(jīng)所述一級制冷回路、所述二級制冷回路以及所述三級制冷回路中設(shè)置的所述逆流換熱器，且所述四級制冷回路上設(shè)有所述壓縮機(jī)和與所述壓縮機(jī)相連接的所述冷卻器，且所述冷卻器與所述三級制冷回路中的所述壓縮機(jī)進(jìn)口側(cè)相連通。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超音速兩相膨脹多級低溫制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述四級制冷回路上設(shè)置了三個(gè)所述蒸發(fā)器，一者與所述節(jié)流閥出口側(cè)相連通，另一者與所述三級制冷回路中的所述逆流換熱器以及所述二級制冷回路中的所述逆流換熱器相連通，第三者與所述二級制冷回路中的所述逆流換熱器以及所述一級制冷回路中的所述逆流換熱器相連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超音速兩相膨脹多級低溫制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述超音速兩相膨脹機(jī)包括依次連接的旋流機(jī)構(gòu)、噴管、旋流分離管、排液機(jī)構(gòu)以及擴(kuò)壓器；

所述進(jìn)氣口與所述旋流機(jī)構(gòu)相連通，所述旋流機(jī)構(gòu)產(chǎn)生離心力將經(jīng)所述進(jìn)氣口進(jìn)入的氣態(tài)工質(zhì)在所述噴管形成低溫效應(yīng)，并在所述旋流分離管內(nèi)經(jīng)所述排液機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生的液態(tài)工質(zhì)流向所述蒸發(fā)器以及經(jīng)所述擴(kuò)壓器將氣態(tài)工質(zhì)流向所述逆流換熱器。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超音速兩相膨脹多級低溫制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述制冷工質(zhì)包括氦氣和與所述氦氣結(jié)合的二氧化碳、氮?dú)狻⒛蕷狻錃庵械囊徽呋蛘叨嗾摺?/p>

8.一種制冷機(jī)，其特征在于，包括權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的超音速兩相膨脹多級低溫制冷系統(tǒng)。