[发明专利]自复叠制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种自复叠制冷系统，其中具有至少一个高温自复叠 回路和至少一个低温自复叠回路，所述高温自复叠回路与所述低温自 复叠回路各自为一独立的、封闭的制冷循环回路，通过一中间热交换 器(也称冷凝蒸发器)高温自复叠回路为低温自复叠回路第一次分凝 后的气体制冷剂进行第二次降温分凝；其中，

a.所述高温自复叠回路包括：高温级压缩机，与高温级压缩机相 连接的高温级冷凝器，与高温级冷凝器相连接的高温级回热器，所述 高温级回热器还与高温级压缩机相连接，与所述高温级回热器相连接 的高温级气液分离器，与高温级气液分离器相连接的高温级热交换器 以及与高温级热交换器相连接的冷凝蒸发器；

b.所述低温自复叠回路包括：低温级压缩机，与低温级压缩机的 进出液口分别相连接的油分离器，与油分离器的另一个出口相连接的 膨胀容器(又称平衡罐)，与所述膨胀容器相连接的低温级冷凝器， 与低温级冷凝器相连接的低温级回热器，与所述低温级回热器连接的 低温级第一热交换器，与所述低温级第一热交换器相连接的低温级第 一气液分离器，低温级第二气液分离器，与低温级第二气液分离器相 连接的低温级第二热交换器，与低温级第二热交换器相连接的低温级 第三热交换器，低温级第三热交换器连接低温级蒸发器。

背景技术

-150℃深冷保存主要应用在生物学以及生物医学研究领域，此温 区适合组织、器官以及病毒等长期保存。目前，获取-150℃温区主要 有两种方式，一是利用混合工质的单机自复叠循环制冷系统，二是双 机复叠制冷系统。

利用混合工质的自复叠循环制冷系统，即在制冷循环中设置多个 冷凝器和气液分离器，用于分离高压混合工质中已经成为液相的高沸 点组分，高沸点液相组分经节流后蒸发为较低沸点的组分降温冷凝， 这样一级传一级，高温工质为中温工质降温、中温工质为低温工质降 温、低温工质为深冷工质降温，最后深冷工质经节流后进入蒸发器蒸 发，达到所需-150℃温区。美国专利说明书US 5,408,848中公开了 一种无CFC自复叠冷却系统，其中使用了混合制冷剂。根据该专利 公开的内容，冷却热交换器部分包括：压缩机装置，第一冷凝器，第 二冷凝器，第三冷凝器，次冷却器和气液分离器。通过这个方法虽然 能够达到所需温度，但是该系统存在降温速度慢，在达到-150℃温区 前尤其在-100℃温区以上运行不稳定，排气压力高，效率低等缺点。

双机复叠循环有高温级回路和低温级回路两个独立的制冷系统， 美国专利US5,265,443中公开了一种制冷单元，包括高温级回路和低 温级回路，高温级回路与低温级回路是各自独立的封闭回路。高温级 制冷回路蒸发器与低温级制冷回路冷凝器组成一个中间换热器，即高 温级蒸发降温为低温级进行冷凝形成外复叠，低温级排气在经过高温 级冷凝后再经过两次分离三次冷却换热后深冷工质节流蒸发获得所 需温度。可以看出，本系统属于外复叠与内复叠混合制冷方式，其中 高温级使用一级冷凝后节流蒸发方式。由于该系统高温级采用一级冷 凝后节流蒸发方式，其蒸发温度只能在-25℃到-35℃范围内，低温级 依然需要中温制冷剂，这样并不能解决开机排气压力高、排气温度高 问题，再有，该系统同样存在降温速度慢的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述两种制冷系统存在的缺陷，提出一种 自复叠制冷系统，该系统利用高温自复叠回路和低温自复叠回路实现 超低温。本系统具有较高效率、运行可靠、制冷量大、降温速度快的 优点，能满足大容量超低温保存设备需要。

为实现上述目的，根据本发明提供自复叠制冷系统，具有至少一 个高温自复叠回路和至少一个低温自复叠回路，高温级与低温级各自 为一独立的、封闭的制冷循环回路，通过一中间热交换器(也称冷凝 蒸发器)高温自复叠回路为低温自复叠回路第一次分凝后的气体制冷 剂进行第二次降温分凝；其中，

a.所述高温自复叠回路包括：高温级压缩机，与高温级压缩机相 连接的高温级冷凝器(风冷或者水冷)，与高温级冷凝器相连接的高 温级回热器，所述高温级回热器还与高温级压缩机吸气端、高温级回 气管路相连接，与所述高温级回热器相连接的高温级气液分离器，与 高温级气液分离器相连接的高温级热交换器以及与高温级热交换器 相连接的冷凝蒸发器；