专利名称：带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用机械式制冷的低温冷冻贮存箱，特别涉及一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。
背景技术：
低温冷冻保存是保持生物材料活性等最主要的方法，低温冷冻贮存箱已经成为生物医学工程、农牧、水产等领域的重要基础设备。低温冷冻贮存箱通常是指有效贮存温度在-30°C以下的机械式制冷低温冷冻贮存设备，其也被俗称为低温冰箱或超低温冰箱。机械式制冷低温冷冻贮存箱是制冷与低温技术与科学仪器技术的有机结合，而其最本质的是制冷和低温技术的创新。低温冷冻贮存箱技术是应生物医学技术的需求在最近的几十年内迅速发展起来的，并已得到相当广泛的应用。随着需求的变化及制冷和低温技术的发展，其技术上也在不断进步，并处于一个快速发展期。但是，国际上通用的-30°C以下的机械式制冷低温冷冻贮存在技术上存在一个重大缺陷没有一项统一的技术可完全自由、方便、低成本和可靠地实现从-30°C至液氮全温区，且尚无一家企业拥有覆盖全温区的机械式制冷低温冷冻储存箱技术。国际上通用的低温冷冻贮存箱对不同温区需要采用不同的制冷技术-40°C以上通常采用单级蒸汽压缩节流制冷系统(如图1所示)。由于制冷工质性能和压缩机特性限制，单级蒸汽压缩节流制冷系统在-40°C时效率已十分低下，而且容易造成压缩机过热；-40°C以下至_86°C温区通常采用两级复叠节流制冷系统(如图2所示)。单级压缩两级复叠节流制冷系统的有效制冷温度最低一般在_80°C左右，当环境温度较高时，例如在32°C时，其箱内温度很难真正实现_86°C，通常使用温度在-80°C甚至以上；更低温度则一般采用更为复杂的传统多级外复叠或自动复叠节流制冷系统。三级外复叠节流制冷系统曾在早期用于实现-120°C的低温冷冻贮存箱，但由于难以实现成本与可靠性兼顾，除两级外复叠外目前多级外复叠已很少用于低温冷冻贮存箱。目前仅有少量采用自动复叠节流制冷系统的技术， 但由于制造和调试过程过于复杂造成生产效率低下，并未形成规模。在_86°C以下温区仍然是另外一些厂商的液氮生物容器占据绝大部分市场。由于传统制冷方式的限制，不同的温区的低温冷冻贮存箱需要采用不同的技术，使生产过程复杂化，难以实现大规模的低成本制造，且普遍存在系统复杂、效率低等问题。从满足低温冷冻贮存箱制冷要求讲，传统的自动复叠(Auto-cascade)节流制冷技术可以用于实现从-30°C至液氮的全温区低温冷冻贮存箱。该技术的基本思想发明于 1939年，历经了数十年的不断发展且已成功用于大型天然气液化系统，近年也在部分温区低温冷冻贮存箱中采用。代表性的如1.日本三洋生产的_135°C和_152°C两个温区低温冷冻储存箱采用了带预冷级的混合工质自动复叠节流制冷系统，具体为一个单级蒸汽压缩节流制冷系统预冷一个自动复叠节流制冷系统，低温级自动复叠节流制冷系统采取了二个汽液分离器和三组都需要精调的节流器件(图3所示)，预冷级采用R407D制冷剂，低温级自动复叠节流制冷系统采用氢氟烃多元混合制冷剂(HFCs) ；2.美国Thermo (Revco品牌)生产的-135°C和-152°C两个温区低温冷冻储存箱采取的是带三个汽液分离器和四组都需要精调的节流器件的完全自动复叠节流制冷系统(见图4)，工质为不含氟氯烃(CFCs)的多元混合物；国内外还有多个类似工作和专利。中国专利(申请号:03116151. 0和03116152. 9 等)则利用内复叠流程中的多温度级实现多温室低温冷冻箱。但是，由于它们所采用的制冷系统的核心思想均是源自普冷领域的蒸汽压缩节流制冷和以其为基础的多级复叠原理， 系统中有多次汽液分离和多个节流元件一是系统复杂给设计和生产过程显著增加了难度，二是制冷温度每降低30-40°C需相应增加一级使不同温区在制冷系统上不具统一性，三是难以用简单的方法实现对各级之间的最优匹配控制，因此该制冷技术从技术经济上讲并不能很好适合于全温区低温冷冻贮存箱的实现。近年来，本专利发明人通过深入研究提出以实现高效回热来组织混合工质节流制冷系统和进行工质优化的思想，成功地实现一种采用分凝分离器的新型回热式混合工质节流制冷循环，其可以用常规油润滑单级压缩机驱动高效地实现从_30°C至液氮的全温区，其从制冷性能和技术经济性等均能更好地满足了全温区低温冷冻贮存箱的需求。本发明提出了一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱， 其可采用常规油润滑单级压缩机驱动，由同一套硬件仅通过改变工质即可高效地实现从-30°C至液氮的全温区的低温冷冻贮存箱，大大提高了系统设计、部件加工及组装和整机调试的效率，而且具有系统和调控简单，运行可靠安全，能耗和造价低等优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其采用常规油润滑单级压缩机驱动，由同一套硬件仅通过改变工质即可高效地实现从-30°C至液氮的全温区的低温冷冻贮存箱，从而大幅降低传统低温冷冻贮存箱在技术和生产过程等上的复杂性。本发明的技术方案如下本发明提供的带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，由制冷系统R，控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，其连接方式为制冷压缩机模块⑶的高压出口连接回热换热器模块RU的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块RU的制冷剂高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口 ；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，蒸发换热模块EU 的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，回热换热器模块RU的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块⑶的低压入口 ；其特征在于如图5所示，制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，其制冷系统R的制冷压缩机模块CU置于箱体下方形成立式结构或置于箱体侧方形成卧式结构；如图5. 1所示，所述的压缩机模块⑶包括压缩机⑶1、第一前冷却器⑶21及管路和阀门组成，其连接方式为压缩机CUl的高压出口连接冷却器CU2的进口 ；冷却器CU2出口为压缩机模块CU的高压出口 ；压缩机CUl的低压进口为压缩机模块CU的低压进口 ；如图5. 2所示，所述回热换热器模块RU包括垂直放置的分凝分离换热器RU1、第一回热换热器RU2、中间节流元件RU3、第二回热换热器RU4及连接管路和阀门组成，其连接方式为压缩机模块⑶输入的高压来流连接至分凝分离换热器RUl下部的高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器RUl上部的高压出口连接至第一回热换热器RU2的高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RU2的高压出口连接至第二回热换热器RU4的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RU4的高压出口排出；蒸发换热模块EU出口排出的低压来流连接至第二回热换热器RU4的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器RU4的低压出口连接至第一回热换热器RU2的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器RU2的低压出口连接至分凝分离换热器RUl上部的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RUl 下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器RUl下部的高压出口连接中间节流元件RU3的入口，经节流后在第二回热换热器RU4的低压出口和第一回热换热器RU2的低压入口之间并入低压主流。如图5. 3所示，所述节流模块JU由第一节流组件EJl至第η节流组件EJn (η为整数，5彡η彡1) η个节流组件及连接管路组成，η个节流组件中有m(为m彡η的整数)个带有通/断控制，各节流组件采用并联连接方式；如图5. 4所示，所述蒸发换热模块EU由均化分配组件EUO、EUl至EUj (j为整数， 36 ^ j ^ 1)组蒸发组件及连接管路组成，其连接方式为来流经分配组件均化后形成j(j 为整数，36彡j彡1)股支流分别接至EUl至Eu j的入口，EUl至Euj的出口合并后排出；所述各蒸发组件采用低温胶粘接、低熔点钎焊或机械压接固定于低温冷冻贮存箱箱体内胆外表面上，并带有防止绝热层发泡剂进入二者接合面的措施；所述带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的制冷工质为由s个组元经物理混合形成，s为整数，3 ^ s ^ 30 ；该多元混合物工质所含的任一组元为常压沸点从300K至 30K之间的任何物质，特别是碳原子含量从1个碳原子至6个碳原子的烃类和卤代烃类物质，氖、氮、氩、氪和氙及三氟化氮。本发明的带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，所述的制冷系统R、控制系统C和箱体B还可为分体式结构，其制冷系统R的制冷压缩机模块CU与箱体分置，控制系统C置于箱体B上或置于制冷压缩机模块CU上或独立放置，各部分之间由连接管路和电缆连接。如图5. 5所示，所述的压缩机模块⑶结构还可为包括压缩机⑶1、第一前冷却器 ⑶21、第二前冷却器⑶22和润滑油过滤回油器⑶3，其连接方式为压缩机⑶1的高压出口管连接第一前冷却器⑶21的进口管，第一前冷却器⑶21的出口通过一个三通连接管件同时与第二前冷却器CU22进口及润滑油过滤回油器CU3的进口相连，第二前冷却器CU22的出口作为压缩机模块⑶的高压出口，润滑油过滤回油器⑶3的出口连接一个三通管件，三通管件的另外两个接口中一个连接压缩机CUl的低压进口，一个作为压缩机模块CU的低压进口。如图5. 6所示，所述回热换热器模块RU结构还可为分凝分离换热器RUl下部的高压出口连接第一回热换热器RU2的第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RU2 的第二高压出口连接中间节流元件RU3的入口。如图5. 7所示，所述回热换热器模块RU结构还可为分凝分离换热器RUl底部的高压出口连接分凝分离换热器RUl下部的第二高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器 RUl上部的第三高压出口连接中间节流元件RU3的入口。
如图5. 8所示，所述回热换热器模块RU结构还可为分凝分离换热器RUl底部的第二高压出口连接分凝分离换热器RUl下部的第二高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RUl上部的第三高压出口连接第一回热换热器RU2的第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RU2的第二高压出口连接中间节流元件RU3的入口。如图5. 9所示，所述回热换热器模块RU还包括前回热换热器RU0，其连接方式为 压缩机模块⑶出口连接前回热换热器RUO的高压入口，前回热换热器RUO的高压出口连接分凝分离换热器RUl下部的高压入口 ；分凝分离换热器RUl下部的低压出口连接前回热换热器RUO的低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RUO的低压出口排出。如图5. 10所示，所述回热换热器模块RU还包括前回热换热器RU0，其连接方式为 压缩机模块⑶出口连接前回热换热器RUO的高压入口，前回热换热器RUO的高压出口连接分凝分离换热器RUl下部的高压入口 ；分凝分离换热器RUl下部的低压出口连接前回热换热器RUO的低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RUO的低压出口排出。如图5. 11所示，所述回热换热器模块RU还包括前回热换热器RU0，其连接方式为 压缩机模块⑶出口连接前回热换热器RUO的高压入口，前回热换热器RUO的高压出口连接分凝分离换热器RUl下部的第一高压入口 ；分凝分离换热器RUl下部的低压出口连接前回热换热器RUO的低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RUO的低压出口排出。如图5. 12所示，所述回热换热器模块RU还包括前回热换热器RU0，其连接方式为 压缩机模块⑶出口连接前回热换热器RUO的高压入口，前回热换热器RUO的高压出口连接分凝分离换热器RUl下部的第一高压入口 ；分凝分离换热器RUl下部的低压出口连接前回热换热器RUO的低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RUO的低压出口排出。本发明提供的带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其优点在于采用的制冷系统由单台压缩机驱动，简单可靠；由于采用分凝分离，摒弃了低温系统必须的常规润滑油精确过滤分离系统，在高效实现润滑油分离回流的同时兼具部分回热换热作用，可以在保证制冷系统高热力效率的同时实现润滑油的高效分离和回流，以低廉的成本有效避免了润滑油进入低温区，实现了制冷系统既高效又可靠运行；可以真正实现全温区采用同一高效低温制冷技术，且系统结构极其简单，可做到了同一套硬件，通过充配不同工质可以实现不同温区，大大提高了系统设计、部件加工及组装和整机调试的效率，而且具有系统和调控简单，运行可靠安全，能耗和造价低等优势。
图1单级蒸汽压缩节流制冷系统原理简图；图2两级复叠节流制冷系统原理简图；图3带预冷的自动复叠(三级)节流制冷系统原理简图；图4单压缩机自动复叠(四级)节流制冷系统原理简图；图5为本发明中的制冷系统结构示意图；图5. 1为一种压缩机模块CU结构示意图；图5. 2为一种回热换热模块RU结构示意图；图5. 3为一种节流模块JU结构示意图；图5. 4为一种蒸发模块EU结构示意图5. 5为另一种压缩机模块⑶结构示意图；图5. 6为第二种回热换热模块RU结构示意图；图5. 7为第三种回热换热模块RU结构示意图；图5. 8为第四种回热换热模块RU结构示意图；图5. 9为第五种回热换热模块RU结构示意图；图5. 10为第六种回热换热模块RU结构示意图；图5. 11为第七种回热换热模块RU结构示意图；图5. 12为第八种回热换热模块RU结构示意图；图6本发明实施例中所采用的一种分凝分离器结构示意图
具体实施例方式实施例1 一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。如图5所示，带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R，控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，其连接方式为制冷压缩机模块⑶的高压出口连接回热换热器模块RU的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块RU的制冷剂高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口 ；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，蒸发换热模块 EU的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，回热换热器模块RU的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块CU的低压入口 ；制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，其制冷系统R的制冷压缩机模块CU置于箱体下方形成立式结构或置于箱体侧方形成卧式结构；如图5. 1所示，压缩机模块⑶包括压缩机⑶1、第一前冷却器⑶21及管路和阀门组成，其连接方式为压缩机OTl的高压出口连接冷却器⑶2的进口 ；冷却器⑶2出口为压缩机模块CU的高压出口 ；压缩机CUl的低压进口为压缩机模块CU的低压进口 ；如图5. 2所示，所述回热换热器模块RU包括垂直放置的分凝分离换热器RU1、第一回热换热器RU2、中间节流元件RU3、第二回热换热器RU4及连接管路和阀门组成，其连接方式为压缩机模块⑶输入的高压来流连接至分凝分离换热器RUl下部的高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器RUl上部的高压出口连接至第一回热换热器RU2的高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RU2的高压出口连接至第二回热换热器RU4的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RU4的高压出口排出；蒸发换热模块EU出口排出的低压来流连接至第二回热换热器RU4的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器RU4的低压出口连接至第一回热换热器RU2的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器RU2的低压出口连接至分凝分离换热器RUl上部的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RUl 下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器RUl下部的高压出口连接中间节流元件RU3的入口，经节流后在第二回热换热器RU4的低压出口和第一回热换热器RU2的低压入口之间并入低压主流。如图5. 3所示，所述节流模块JU由第一节流组件EJl至第5节流组件EJ5共5个节流组件及连接管路组成，5个节流组件中有3个带有通/断控制，各节流组件采用并联连接方式；如图5. 4所示，所述蒸发换热模块EU由均化分配组件EUO、EUl至EU36组蒸发组件及连接管路组成，其连接方式为来流经分配组件均化后形成36股支流分别接至EUl至 Eu36的入口，EUl至Eu36的出口合并后排出；所述低温冷冻贮存箱，各蒸发组件EUl至EU36由低熔点钎焊固定于箱体内胆外表面上，并带有防止绝热层发泡剂进入二者接合面的措施；低温冷冻贮存箱制冷系统工质为由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷和氮气5个组元经物理混合形成的。实施例2 —种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R， 控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU 及其连接管路组成，其连接方式同实施例1 ；制冷系统R、控制系统C和箱体B为分体式结构，其制冷系统R的制冷压缩机模块CU与箱体分置，控制系统C置于箱体B上各部分之间由连接管路和电缆连接。所述的压缩机模块CU包括压缩机CU1、第一前冷却器CU21、第二前冷却器CU22和润滑油过滤回油器CU3，其连接方式为压缩机CUl的高压出口管连接第一前冷却器⑶21的进口管，第一前冷却器⑶21的出口通过一个三通连接管件同时与第二前冷却器⑶22进口及润滑油过滤回油器⑶3的进口相连，第二前冷却器⑶22的出口作为压缩机模块⑶的高压出口，润滑油过滤回油器⑶3的出口连接一个三通管件，三通管件的另外两个接口中一个连接压缩机CUl的低压进口，一个作为压缩机模块CU的低压进口。如图5. 6所示，回热换热器模块RU结构与实施例1相比，分凝分离换热器RUl下部的高压出口连接第一回热换热器RU2的第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器 RU2的第二高压出口连接中间节流元件RU3的入口。节流模块JU由第一节流组件EJl至第4节流组件EJ4共4个节流组件及连接管路组成，4个节流组件中有1个带有通/断控制，各节流组件采用并联连接方式；蒸发换热模块EU由均化分配组件EUO、EUl至EU30组蒸发组件及连接管路组成， 其连接方式为来流经分配组件均化后形成30股支流分别接至EUl至Eu30的入口，EUl至 Eu30的出口合并后排出；各蒸发组件EUl至EU30由便于传热的低温胶粘接固定于箱体内胆外表面上，并带有防止绝热层发泡剂进入二者接合面的措施；低温冷冻贮存箱制冷系统工质为由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、氮气及三氟化氮6 个组元经物理混合形成的。实施例3 —种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R， 控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU 及其连接管路组成，其连接方式同实施例1 ；制冷系统R、控制系统C和箱体B为分体式结构，同实施例2。压缩机模块CU同实施例1。如图5. 7所示，回热换热器模块RU结构与实施例1相比，分凝分离换热器RUl底部的高压出口连接分凝分离换热器RUl下部的第二高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RUl上部的第三高压出口连接中间节流元件RU3的入口。节流模块JU由第一节流组件EJl至第3节流组件EJ3共3个节流组件及连接管路组成，3个节流组件中有3个带有通/断控制，各节流组件采用并联连接方式；蒸发换热模块EU由均化分配组件EUO、EUl至EU20组蒸发组件及连接管路组成， 其连接方式为来流经分配组件均化后形成20股支流分别接至EUl至Eu20的入口，EUl至 Eu20的出口合并后排出；各蒸发组件EUl至EU20由机械压接组件固定于箱体内胆外表面上，并带有防止绝热层发泡剂进入二者接合面的措施；低温冷冻贮存箱制冷系统工质为由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、氖气及三氟化氮6 个组元经物理混合形成的。实施例4 一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R， 控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU 及其连接管路组成，其连接方式同实施例1 ；制冷系统R、控制系统C和箱体B为分体式结构，同实施例2。压缩机模块CU同实施例1。如图5. 8所示，回热换热器模块RU结构与实施例1相比，分凝分离换热器RUl底部的第二高压出口连接分凝分离换热器RUl下部的第二高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RUl上部的第三高压出口连接第一回热换热器RU2的第二高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RU2的第二高压出口连接中间节流元件RU3的入口。节流模块JU由第一节流组件EJl至第5节流组件EJ5共5个节流组件及连接管路组成，5个节流组件中有2个带有通/断控制，各节流组件采用并联连接方式；蒸发换热模块EU同实施例3。低温冷冻贮存箱制冷系统工质为由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷及三氟化氮5个组元经物理混合形成的。实施例5 —种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R， 控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU 及其连接管路组成，其连接方式同实施例1 ；制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，同实施例1。压缩机模块CU同实施例2。如图5. 9所示，回热换热器模块RU结构与实施例1相比，还包括前回热换热器 RU0，其连接方式为压缩机模块⑶出口连接前回热换热器RUO的高压入口，前回热换热器 RUO的高压出口连接分凝分离换热器RUl下部的高压入口 ；分凝分离换热器RUl下部的低压出口连接前回热换热器RUO的低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RUO的低压出口排出。节流模块JU由第一节流组件EJl及连接管路组成，节流组件EJl带有通/断控制， 各节流组件采用并联连接方式；蒸发换热模块EU由均化分配组件EUO、EUl至EUlO组蒸发组件及连接管路组成，其连接方式为来流经分配组件均化后形成10股支流分别接至EUl 至EulO的入口，EUl至EulO的出口合并后排出；各蒸发组件EUl至EUlO由机械压接组件固定于箱体内胆外表面上，并带有防止绝热层发泡剂进入二者接合面的措施。低温冷冻贮存箱制冷系统工质为由乙烷、丙烷、异丁烷及氮气4个组元经物理混合形成的。实施例6 —种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R， 控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU 及其连接管路组成，其连接方式同实施例1 ；制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，同实施例1。压缩机模块CU同实施例1。如图5. 10所示，回热换热器模块RU结构与实施例2相比，还包括前回热换热器 RU0，其连接方式为压缩机模块⑶出口连接前回热换热器RUO的高压入口，前回热换热器 RUO的高压出口连接分凝分离换热器RUl下部的高压入口 ；分凝分离换热器RUl下部的低压出口连接前回热换热器RUO的低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RUO的低压出口排出。节流模块JU同实施例1 ；蒸发换热模块EU同实施例1。低温冷冻贮存箱制冷系统工质同实施例1。实施例7 —种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R， 控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU 及其连接管路组成，其连接方式同实施例1 ；制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，同实施例1。压缩机模块CU同实施例1。如图5. 11所示，回热换热器模块RU结构与实施例3相比，本实施例还包括前回热换热器RU0，其连接方式为压缩机模块⑶出口连接前回热换热器RUO的高压入口，前回热换热器RUO的高压出口连接分凝分离换热器RUl下部的第一高压入口 ；分凝分离换热器 RUl下部的低压出口连接前回热换热器RUO的低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RUO的低压出口排出。节流模块JU同实施例2 ；蒸发换热模块EU同实施例1。低温冷冻贮存箱制冷系统工质同实施例2。实施例8 一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其由制冷系统R， 控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU 及其连接管路组成，其连接方式同实施例1 ；制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，同实施例1。压缩机模块CU同实施例2。如图5. 12所示，回热换热器模块RU结构与实施例3相比，本实施例还包括前回热换热器RU0，其连接方式为压缩机模块⑶出口连接前回热换热器RUO的高压入口，前回热换热器RUO的高压出口连接分凝分离换热器RUl下部的第一高压入口 ；分凝分离换热器 RUl下部的低压出口连接前回热换热器RUO的低压入口，流体经回热换热后由前回热换热器RUO的低压出口排出。 节流模块JU同实施例1 ；蒸发换热模块EU同实施例3。低温冷冻贮存箱制冷系统工质同实施例3。
权利要求
1.一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，由制冷系统(R)， 控制系统(C)和低温冷冻贮存箱箱体(B)组成，以带一级分凝分离回热混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块(CU)、回热换热器模块(RU)、节流模块 (JU)和蒸发换热模块(EU)及其连接管路组成，其连接方式为制冷压缩机模块(⑶)的高压出口连接回热换热器模块(RU)的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块(RU)的制冷剂高压出口连接节流模块(JU)的制冷剂高压入口 ；节流模块(JU)的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块(EU)入口，蒸发换热模块(EU)的出口连接回热换热器模块(RU)的制冷剂低压入口，回热换热器模块(RU)的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块(CU)的低压入口 ；其特征在于制冷系统(R)、控制系统(C)和低温冷冻贮存箱箱体(B)为一体式结构，制冷系统(R) 的制冷压缩机模块(CU)置于低温冷冻贮存箱箱体(B)下方形成立式结构或置于贮存箱箱体(B)内一侧成卧式结构；所述的压缩机模块(CU)包括压缩机(CUl)、第一前冷却器(CU21)及管路和阀门组成， 其连接方式为压缩机(CUl)高压出口连接冷却器(CU2)进口 ；冷却器(CU2)出口为压缩机模块(CU)高压出口 ；压缩机(CUl)低压进口为压缩机模块(CU)低压进口 ；所述回热换热器模块RU包括垂直放置的分凝分离换热器(RUl)、第一回热换热器 (RU2)、中间节流元件(RTO)、第二回热换热器(RU4)及连接管路和阀门组成，其连接方式为由压缩机模块(⑶)输入的高压来流连接至分凝分离换热器(RUl)下部高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器(RUl)上部高压出口连接至第一回热换热器(RU2)第一高压入口，经回热换热后由第一回热换热器(冊幻第一高压出口连接至第二回热换热器 (RU4)高压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RU4)高压出口排出；蒸发换热模块(EU) 出口排出的低压来流连接至第二回热换热器(RU4)低压入口，经回热换热后由第二回热换热器(RU4)低压出口连接至第一回热换热器(冊幻低压入口，经回热换热后由第一回热换热器(冊幻低压出口连接至分凝分离换热器(RUl)上部低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RUl)底部低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器(RUl)第一底部高压出口连接中间节流元件(RTO)入口，经节流后进入第二回热换热器 (RU4)低压出口和第一回热换热器(冊幻低压入口之间的管路，并入低压主流；所述节流模块(JU)由并联的η个节流组件及连接管路组成，η为整数，1 ;n个节流组件中有m个节流组件带通/断控制，m^n,m为整数；所述蒸发换热模块EU由均化分配组件(EUO)和j个蒸发组件及连接管路组成，j为整数，36 > j > 1 ；其连接方式为节流模块(JU)出口排出的低压来流经均化分配组件均化分配组件均化后形成j股支流，该j股支流分别接至每一蒸发组件入口，由每一蒸发组件出口合并后排出；所述各蒸发组件采用低温胶粘接、低熔点钎焊或机械压接固定于低温冷冻贮存箱箱体内胆外表面上。
2.按权利要求1所述的带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其特征还在于制冷系统(R)、控制系统(C)和低温冷冻贮存箱(B)为分体式结构，其制冷系统(R)的压缩机模块(CU)与低温冷冻贮存箱(B)分置，控制系统(C)置于低温冷冻贮存箱 (B)之上、置于制冷压缩机模块(CU)之上或独立放置，各部分之间由连接管路和电缆连接。
3.按权利要求1所述的带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱， 其特征在于所述的压缩机模块(CU)还包括第二前冷却器(CU2》和润滑油过滤回油器 (⑶3)，所述第一前冷却器(⑶21)出口通过一个三通连接管件同时与第二前冷却器(⑶22) 进口及润滑油过滤回油器(⑶幻进口相连，第二前冷却器(⑶2 出口作为压缩机模块(⑶) 高压出口，润滑油过滤回油器(⑶幻出口连接一个三通管件，三通管件的另外两个接口中的一个接口连接压缩机(CUl)低压进口，另一个接口作为压缩机模块(CU)低压进口。
4.按权利要求1所述的一种采用带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其特征还在于所述分凝分离换热器(RUl)第一底部高压出口连接第一回热换热器(冊幻第二高压入口，经第一回热换热器(冊幻第二高压出口连接中间节流元件 (RU3)入口。
5.按权利要求1所述的带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其特征还在于所述分凝分离换热器(RUl)第一底部高压出口连接分凝分离换热器(RUl)底部第一高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RUl)中部高压出口连接中间节流元件 (RU3)入口。
6.按权利要求1所述的带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱， 其特征还在于所述分凝分离换热器(RUl)底部第一高压出口连接分凝分离换热器(RUl) 底部高压入口，经回热换热后由分凝分离换热器(RUl)中部高压出口连接第一回热换热器 (RU2)第三高压入口，经回热换热后由第一回热换热器(冊幻第三高压出口连接中间节流元件(RU3)的入口。
7.按权利要求1所述的带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其特征还在于所述回热换热器模块(RU)还包括前回热换热器(RUO)；压缩机模块(CU)出口连接前回热换热器(RUO)高压入口，前回热换热器(RUO)高压出口连接分凝分离换热器 (RUl)下部高压入口 ；分凝分离换热器(RUl)低压出口连接前回热换热器(RUO)低压入口， 流体经回热换热后由前回热换热器(RUO)低压出口排出。
8.按权利要求4所述的带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其特征还在于所述回热换热器模块(RU)还包括前回热换热器(RUO)，压缩机模块(CU)出口连接前回热换热器(RUO)的高压入口，前回热换热器(RUO)高压出口连接分凝分离换热器 (RUl)下部高压入口 ；分凝分离换热器(RUl)低压出口连接前回热换热器(RUO)低压入口， 流体经回热换热后由前回热换热器(RUO)低压出口排出。
9.按权利要求5所述的带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其特征还在于所述回热换热器模块(RU)还包括前回热换热器(RUO)，压缩机模块(CU)出口连接前回热换热器(RUO)高压入口，前回热换热器(RUO)高压出口连接分凝分离换热器 (RUl)下部高压入口 ；分凝分离换热器(RUl)低压出口连接前回热换热器(RUO)低压入口， 流体经回热换热后由前回热换热器(RUO)低压出口排出。
10.按权利要求6所述的带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱， 其特征还在于所述回热换热器模块(RU)还包括前回热换热器(RUO)，压缩机模块(CU)出口连接前回热换热器(RUO)高压入口，前回热换热器(RUO)高压出口连接分凝分离换热器 (RUl)下部高压入口 ；分凝分离换热器(RUl)低压出口连接前回热换热器(RUO)低压入口， 流体经回热换热后由前回热换热器(RUO)低压出口排出。
全文摘要
一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱由制冷系统、控制系统和冷冻贮存箱组成，以带一级分凝分离回热混合工质节流制冷系统提供所需冷量；其制冷系统的压缩机模块高压出口连接回热换热器模块制冷剂高压入口；回热换热器模块制冷剂高压出口连接节流模块制冷剂高压入口；节流模块制冷剂低压出口连接蒸发换热模块入口，蒸发换热模块出口连接回热换热器模块制冷剂低压入口，回热换热器模块制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块低压入口；制冷系统通过其蒸发换热模块为带绝热层的箱体内部提供所需制冷量；控制系统以箱体内部温度为目标值结合制冷系统运行参数和工况通过对压缩机模块及节流模块的操作实施对低温冷冻储存箱的运行控制。
文档编号F25B1/00GK102506534SQ201110282229
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者公茂琼, 吴剑峰, 沈俊, 董学强 申请人:中国科学院理化技术研究所