一种七级热交换超低温制冷设备及其制冷方法与流程

本发明涉及为制冷领域,具体说是一种七级热交换超低温制冷设备及其制冷方法。

背景技术：

1、目前国内的超低温制冷设备只能达到140k的制冷温度，存在以下局限：吸附气体种类过少。根据图2中所标示，温度在140k时，有较好吸附作用的仅仅有水汽和溴气。所以导致必须要使用液氮，才能吸附其他种类杂志，比如氯气，氨气和二氧化碳。

2、但是目前常用的液氮，存在以下局限：1.使用成本高。液氮的运输和工厂内储存都十分不便。工厂需要有大型液氮罐储存。并且液氮价格也较高。2.液氮有一定的安全隐患。液氮泄漏会导致人窒息。

3、市场上有一款产品叫做冷泵，制冷温度在10k左右，同样存在以下局限：1.冷泵负载过小，抽速过低，导致必须配合液氮使用，无法单独使用。2.冷泵在使用过程中，每隔一段时间需要再生。再生时设备不能使用，影响产量。同时，随着设备使用年限上升，再生频率会越来越高。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种不需要液氮就可以实现快速、连续降温的超低温制冷设备，并且该设备制冷温度低，成本低，使用寿命长。

2、为了实现上述目的，设计一种七级热交换超低温制冷设备，包括压缩机，还包括与压缩机连通七级制冷系统，所述七级制冷系统从入口端由前至后依次串联布置第一级热交换器、第一级相分离器、第一级毛细管、第二级热交换器、第二级相分离器、第二级毛细管、第三级热交换器、第三级相分离器、第三级毛细管、第四级热交换器、第四级相分离器、第四级毛细管、第五级热交换器、第五级毛细管、第六级热交换器、第六级毛细管、第七级热交换器和第七级毛细管，相邻两个热交换器之间通过管路形成回路，第七级毛细管和第七级热交换器之间通过管路形成回路，第一级毛细管一端连接第一级相分离器，另一端连接第二级热交换器和第三级热交换器之间的回路，第二级毛细管一端连接第二级相分离器，另一端连接第三级热交换器和第四级热交换器之间的回路，第三级毛细管一端连接第三级相分离器，另一端连接第四级热交换器和第五级热交换器之间的回路，第四级毛细管一端连接第四级相分离器，另一端连接第五级热交换器和第六级热交换器之间的回路，第五级毛细管一端连接第五级热交换器，另一端连接第六级热交换器和第七级热交换器之间的回路，第六级毛细管一端连接第六级热交换器，另一端连接第七级热交换器和制冷毛细管之间的回路，

3、所述第五级毛细管通过增减毛细管的直径、长度和根数，来调整蒸发比例，使液态冷媒部分进入第五级毛细管并相变降温后进入第六级热交换器，所述第五级毛细管直径为0.45mm～0.9mm，根数为2～4根，长度为0.5m～2.5m；

4、所述第六级毛细管通过增减毛细管的直径、长度和根数，来调整蒸发比例，使液态冷媒部分进入第六级毛细管并相变降温后进入第七级热交换器，所述第六级毛细管直径为0.45mm～0.9mm，根数为2～4根，长度为0.5m～3.5m。

5、本发明还具有如下优选的技术方案：

6、所述压缩机通过水冷交换器和干燥过滤器与七级制冷系统连接。

7、还提供一种采用上述七级热交换超低温制冷设备的制冷方法，所述方法具体如下：

8、混合制冷剂经过压缩机压缩压缩之后，变成高温高压的制冷剂，经过冷却水冷却，变成了常温高压的制冷剂，混合制冷剂经过第一级热交换器和第一级相分离器后气液分离，液体部分进入第一级毛细管，液体进入第一级毛细管后压降并相变成气体降温进入了第二级热交换器的回路，与经过了第一级相分离器后的气体在第二级热交换器进行热交换，使得混合制冷剂温度下降并部分液化，而后这部分混合制冷剂进入第二级相分离器，再次气液分离，液体进入第二级毛细管后压降并相变成气体降温进入第三级热交换器的回路，与经过了第二级相分离器后的气体部分在第三级热交换器进行热交换，使得混合制冷剂温度下降，并且部分液化，而后剩余混合制冷剂进入第三级相分离器进行气液分离，液体进入第三级毛细管后压降并相变成气体降温进入第四级热交换器的回路，与经过了第三级相分离器后的气体部分在第四级热交换器进行热交换，使得剩余的混合制冷剂温度下降并且部分液化，剩余混合制冷剂进入第四级相分离器进行气液分离，液体部分进入第四级毛细管后压降并相变成气体降温进入了第五级热交换器的回路，与经过了第四级相分离器后的气体部分在第五级热交换器进行热交换，使得剩余制冷剂温度下降并且部分液化，剩余的混合制冷剂在经过第五级热交换器后，由于制冷剂本身限制，无法进行气液分离，根据其压力特性：当前压力为90psi，经过毛细管后压力为20psi，通过增减毛细管的直径，长度和根数，来调整其蒸发比例，使其液态冷媒部分进入第五级毛细管并相变降温，进入第六级热交换器，使用的毛细管直径为0.45mm～0.9mm，根数为2～4根，长度为0.5m～2.5m，剩余的混合制冷剂在经过第六级热交换器后，温度下降，并同样无法进行气液分离，根据经过其压力特性：当前压力为70psi，经过毛细管后压力为20psi，通过增减毛细管的直径，长度和根数，来调整其蒸发比例，使其液态冷媒部分进入第六级毛细管并相变降温，进入第七级热交换器，使用的毛细管直径为0.45mm～0.9mm，根数为2～4根，长度为0.5m～3.5m，剩余的制冷剂在经过第七级热交换器后，和第七级毛细管后，温度降到100k以下。

9、本发明同现有技术相比，其优点在于：

10、本发明的七级热交换超低温制冷设备制冷温度相比现有超低温制冷设备大大降低。温度降低到115k～120k后，如图2所示，不但设备可以吸附水汽和溴气，同时连氯气，氨气和二氧化碳都可以吸附，完全代替了液氮的作用，特别是在半导体蚀刻工艺步骤中，起到代替液氮吸附杂质气体的作用。

技术特征：

1.一种七级热交换超低温制冷设备，包括压缩机，其特征在于还包括

2.如权利要求1所述的一种七级热交换超低温制冷设备，其特征在于所述压缩机通过水冷交换器和干燥过滤器与七级制冷系统连接。

3.一种采用如权利要求1或2所述七级热交换超低温制冷设备的制冷方法，其特征在于所述方法具体如下：

技术总结
本发明涉及为制冷领域,具体说是一种七级热交换超低温制冷设备及其制冷方法，包括与压缩机连通七级制冷系统，所述七级制冷系统从入口端由前至后依次串联布置第一级热交换器、第一级相分离器、第一级毛细管、第二级热交换器、第二级相分离器、第二级毛细管、第三级热交换器、第三级相分离器、第三级毛细管、第四级热交换器、第四级相分离器、第四级毛细管、第五级热交换器、第五级毛细管、第六级热交换器、第六级毛细管、第七级热交换器和第七级毛细管。本发明优点在于：本发明的七级热交换超低温制冷设备制冷温度相比现有超低温制冷设备大大降低，不但设备可以吸附水汽和溴气，同时连氯气，氨气和二氧化碳都可以吸附，完全代替了液氮的作用。

技术研发人员：施舜言
受保护的技术使用者：上海盛备科制冷科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16