一种自复叠制冷系统用中间换热器及自复叠制冷系统的制作方法

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种自复叠制冷系统用中间换热器及自复叠制冷系统。

背景技术：

随着时代的发展，低温冷柜逐渐普及开来。市场上常见的-50℃以下的低温冷柜产品，一般采用图1所示的自复叠制冷系统进行制冷，这种制冷系统的循环方式如下：

1、混合制冷剂(包括第一制冷剂和第二制冷剂)经过压缩机压缩，变成高温高压过热蒸汽，通过冷凝器散热后，在分液器内发生分离：第二制冷剂通过冷凝作用，散热变成高温高压液态制冷剂，由于重力左右，从分液器底部出口流出，进入高温级制冷系统；第一制冷剂由于沸点低，一级冷凝作用并不能使其液化，因此继续保持气态，从分液器顶部出口流出；

2、第二制冷剂从分液器流出后，通过第二干燥过滤器过滤掉杂质和水分，而后通过第二毛细管降压降温，进入位于蒸发器末端的三通管(图中未示出，三通管分别连接蒸发器末端、第二毛细管以及中间换热器的第二制冷剂流路)，而后进入中间换热器的第二制冷剂流路并蒸发制冷，给中间换热器第一制冷剂流路内的第一制冷剂进行二次冷凝降温，使其冷凝温度降低至-30℃以下；

3、第一制冷剂从分液器流出后，流入中间换热器的第一制冷剂流路，在第二制冷剂流路内第二制冷剂的蒸发作用下进行二次冷凝，使其在进入第一毛细管节流之前，冷凝温度到达-30℃以下；

4、第一制冷剂通过中间换热器二次冷凝后，通过第一干燥过滤器过滤掉杂质和水分，而后通过第一毛细管降压降温，使其温度降低至-60℃以下，再进入蒸发器吸热蒸发，制取低温，从而使冷柜内部的温度降低至-60℃以下；

5、第一制冷剂在蒸发器内吸热蒸发后，进入蒸发器末端的三通管与第二制冷剂汇流，而后进入中间换热器的第二制冷剂流路，进一步给中间换热器第一制冷剂流路内的第一制冷剂进行冷凝降温，最后通过回气管回到压缩机，完成一个制冷循环。

该制冷系统中，经测试，从蒸发器末端进入三通管汇流的第一制冷剂的温度约为-60℃以下，从第二毛细管进入三通管汇流的第二制冷剂的温度约为-36℃，即二者汇流时的温差过大，因此第二制冷剂会大大影响蒸发器末端的蒸发温度，进而大大影响了冷柜内部的降温速度和降温深度。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种自复叠制冷系统用中间换热器及自复叠制冷系统，可解决现有自复叠制冷系统因第一制冷剂和第二制冷剂汇流时的温差过大而影响冷柜内部的降温速度和降温深度的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供了一种自复叠制冷系统用中间换热器，包括可进行热交换的第一制冷剂流路和第二制冷剂流路，所述第二制冷剂流路包括第一入口、第二入口以及出口，所述第二入口位于所述第一入口和所述出口之间。

本发明实施例还提供了一种自复叠制冷系统，包括依次连接的压缩机、冷凝器以及分液器，还包括上述的中间换热器，所述中间换热器的所述第一制冷剂流路的入口与所述分液器的第一制冷剂出口连通，所述中间换热器的所述第一制冷剂流路的出口依次通过第一干燥过滤器、第一毛细管、蒸发器与所述第二制冷剂流路的所述第一入口连通，所述分液器的第二制冷剂出口依次通过第二干燥过滤器和第二毛细管与所述第二制冷剂流路的所述第二入口连通，所述第二制冷剂流路的所述出口与所述压缩机连接。

本发明实施例提供的自复叠制冷系统用中间换热器及自复叠制冷系统，由于所述第二制冷剂流路包括第一入口、第二入口以及出口，所述第二入口位于所述第一入口和所述出口之间，因此可使从蒸发器末端流出的第一制冷剂从所述第一入口进入所述第二制冷剂流路，并使从第二毛细管流出的第二制冷剂从所述第二入口进入所述第二制冷剂流路，这样即可使第二制冷剂在第一制冷剂温度升高之后再与其汇流(第一制冷剂在第二制冷剂流路中吸热，其温度会随着流动升高)，从而减小了二者汇流时的温差，进而减小了第二制冷剂对蒸发器末端蒸发温度造成的影响，也就减小了对冷柜内部降温速度和降温深度造成的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中自复叠制冷系统的示意图；

图2为本发明实施例自复叠制冷系统用中间换热器的示意图；

图3为本发明实施例自复叠制冷系统用中间换热器中套管结构的截面图；

图4为本发明实施例自复叠制冷系统的示意图；

图5为现有技术中自复叠制冷系统用中间换热器的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一段分实施例，而不是全段的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图2至图4为本发明实施例自复叠制冷系统用中间换热器的一个具体实施例，本实施例中的自复叠制冷系统用中间换热器，包括可进行热交换的第一制冷剂流路1和第二制冷剂流路2，第二制冷剂流路2包括第一入口21、第二入口22以及出口23，第二入口22位于第一入口21和出口23之间。

本发明实施例提供的自复叠制冷系统用中间换热器，由于第二制冷剂流路2包括第一入口21、第二入口22以及出口23，第二入口22位于第一入口21和出口23之间，因此可使从蒸发器末端流出的第一制冷剂从第一入口21进入第二制冷剂流路2，并使从第二毛细管流出的第二制冷剂从第二入口22进入第二制冷剂流路2，这样即可使第二制冷剂在第一制冷剂温度升高之后再与其汇流(第一制冷剂在第二制冷剂流路2中吸热，其温度会随着流动升高)，从而减小了二者汇流时的温差，进而减小了第二制冷剂对蒸发器末端蒸发温度造成的影响，也就减小了对冷柜内部降温速度和降温深度造成的影响。

进一步的，参照图2和图3，中间换热器还包括内管31以及套设于内管31外侧的外管32；第一制冷剂流经内管31内部的空间形成第一制冷剂流路1，第二制冷剂流经内管31与外管32之间的空间形成第二制冷剂流路2，第一入口21和出口23分别位于外管32的两端，由此使得第一制冷剂流路1和第二制冷剂流路2内的制冷剂可通过内管31的整个管壁进行热交换，从而提高了中间换热器的换热效率。

上述实施例中，第二入口22可直接开设于外管32的管壁上，但这样会导致加工不方便。为了便于加工，本实施例中外管32包括两个管段，两个管段之间通过三通管4密封连接，三通管4的剩余开口即为第二入口22，由此只需将外管32的两个管段与三通管4进行安装即可，从而无需在管壁上开设第二入口22，进而方便了加工。

图5所示为现有技术中的自复叠制冷系统用中间换热器，为了使盘管的形状保持稳定，相邻的两圈管均焊接在一起，以防止盘管弹开。然而，由于制冷剂的流动和换热，每圈管的温度并不一样，因此相邻的两圈管之间均会进行热交换，进而导致中间换热器的换热效率降低。为了缓解上述问题，参照图2，本实施例中的中间换热器为盘管式换热器，盘管式换热器上还设有定型件5，定型件5用于固定盘管式换热器，即用于对盘管式换热器的形状进行固定，并使相邻的两圈外管32之间留有间隙，由此即可在盘管式换热器形状保持稳定的同时减少相邻两圈外管32之间的热交换，从而缓解了中间换热器换热效率降低的问题。

为了方便定型件5与盘管式换热器的组装，本实施例中定型件5包括本体51和设于本体51上的多个卡槽52，由内到外的盘管式换热器的多圈外管32一一对应卡接于多个卡槽52内，相比本体51与盘管式换热器的多圈外管32通过焊接或其他方式连接，本实施例直接卡接即可，从而方便了定型件5与盘管式换热器的组装。

定型件5优选为三个，且沿盘管式换热器的周向均匀分布，即相邻的两个定型件5之间的夹角为120°，由此既能提升对盘管式换热器的定型效果，又能避免因定型件5的个数过多而导致成本过高的问题。

优选的，间隙的宽度大于或等于1mm，由此可防止间隙的宽度过小，从而进一步减少了相邻两圈外管32之间的热交换，进而进一步缓解了中间换热器换热效率降低的问题。

定型件5优选为塑料材质，相比金属或其他材质，塑料材质的导热率较低，因此也能进一步减少相邻两圈外管32之间的热交换，从而进一步缓解了中间换热器换热效率降低的问题。

第二入口22与第一入口21之间的距离占第二制冷剂流路2总长度的百分比会影响第二制冷剂与第一制冷剂汇流时的温差，百分比过小会使第一制冷剂的升温流程过短，致使其与第二制冷剂汇流时的温差仍然较大，进而导致第二制冷剂还是会对蒸发器末端的蒸发温度造成一定影响，增大百分比可减小第一制冷剂与第二制冷剂汇流时的温差，从而减小第二制冷剂对蒸发器末端蒸发温度造成的影响，但百分比过大又会使第二入口22与出口23之间的距离过近，而第二入口22与出口23之间的部分才是对第一制冷剂进行冷凝的有效长度，长度太短不利于对第一制冷剂的冷凝；因此本实施例优选第二入口22与第一入口21之间的距离占第二制冷剂流路2总长度的15％～30％，由此一方面可延长第一制冷剂的升温流程，从而更大程度的减小温差，进而更大程度的减小第二制冷剂对蒸发器末端蒸发温度造成的影响，另一方面可避免因第二入口22与出口23之间的距离过近而不利于对第一制冷剂冷凝的问题。

通过热力计算和多次试验验证，结果表明，如果是制取-60℃的低温，第二入口22与第一入口21之间的最佳距离约为1.5m。制取不同的温度，由于蒸发温度不同，最佳距离也是不同的，冷凝器匹配与冷凝温度也会影响蒸发温度，因此，需要根据计算和试验才能得出最佳距离。

参照图4，本发明实施例还提供了一种自复叠制冷系统，包括依次连接的压缩机、冷凝器以及分液器，还包括上述任一实施例的中间换热器，中间换热器的第一制冷剂流路的入口与分液器的第一制冷剂出口连通，中间换热器的第一制冷剂流路的出口依次通过第一干燥过滤器、第一毛细管、蒸发器与第二制冷剂流路的第一入口连通，分液器的第二制冷剂出口依次通过第二干燥过滤器和第二毛细管与第二制冷剂流路的第二入口连通，第二制冷剂流路的出口与压缩机连接。

本发明实施例提供的自复叠制冷系统，由于中间换热器的第二制冷剂流路2包括第一入口21、第二入口22以及出口23，第二入口22位于第一入口21和出口23之间，因此可使从蒸发器末端流出的第一制冷剂从第一入口21进入第二制冷剂流路2，并使从第二毛细管流出的第二制冷剂从第二入口22进入第二制冷剂流路2，这样即可使第二制冷剂在第一制冷剂温度升高之后再与其汇流(第一制冷剂在第二制冷剂流路2中吸热，其温度会随着流动升高)，从而减小了二者汇流时的温差，进而减小了第二制冷剂对蒸发器末端蒸发温度造成的影响，也就减小了对冷柜内部降温速度和降温深度造成的影响。

经对比测试，应用本发明实施例提供的自复叠制冷系统用中间换热器及自复叠制冷系统的冷柜，在冷柜箱体保温层厚度从100mm减少到80mm的条件下，冷柜蒸发器末端的蒸发温度下降6～8℃，冷柜内部最低温度下降6℃，压缩机开停比下降6％，32℃环境温度下，冷柜温度从32℃下降到-60℃的时间缩短23min。

上述指标都是低温冷柜的关键指标，表明应用本发明实施例提供的自复叠制冷系统用中间换热器及自复叠制冷系统的冷柜产品能更好、成本更低，用更低的成本达到了更好的性能，从而使产品更具竞争力。

关于本发明实施例自复叠制冷系统的其他构成等已为本领域的技术人员所熟知，在此不再详细说明。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。