[实用新型]基于双级热泵和复叠循环制取医学上低温环境的耦合系统

说明书

本实用新型涉及一种基于双级热泵和复叠循环制取医学上低温环境的耦合系统。包括双级热泵系统、复叠循环系统，双级热泵系统的蒸发器与复叠循环系统的冷凝器集成于一台冷凝蒸发器，冷凝蒸发器分别通过双级循环制冷剂进、出口和复叠循环制冷剂进、出口连接在双级热泵系统和复叠循环系统中，在冷凝蒸发器中复叠循环制冷剂和双级循环制冷剂换热，使复叠循环获得较低的冷凝温度。本实用新型的优点在于利用双级热泵和复叠循环的耦合系统制取医学上所需的低温环境，系统操作简单，负荷变化易于调节，与普通途经制取低温相比，耦合系统性能提高约20%。另外，采用膨胀机代替节流阀回收膨胀功，又可以使耦合系统的性能提高约10%。

技术领域

本实用新型涉及热泵制取低温环境的耦合技术，具体是一种基于双级热泵和复叠循环制取医学上低温环境的耦合系统。

背景技术

目前，需求低温环境的领域日益增多，相应的获取低温的方式也各不相同。制冷温度范围一般划分为：制冷（普冷）≥-153℃；低温（深冷）≥-153℃～-273℃；极低温≤-273℃。制冷温度的获得可采用单级压缩和双级压缩，深冷温度可采用复叠循环制取，极低温度仅能靠超导等方式获得。

低温保存是最常见的长期保存方法。医学上细胞在低温下可以长期保存的机制在于低温下细胞的新陈代谢急速减慢。保存温度越低，新陈代谢越慢，保存时间也就越长。比如，各个血液中心的血液常常在-5℃下保存，保存时间一般为1个月；如果在-196℃下保存，应该能保存几个世纪。由于低温冰箱制取低温极限一般为-86℃，而常压下液氮的沸点为-196℃，所以这两个温度是经常采用的保存温度。低温冰箱通常采用双级压缩或复叠循环，但冰箱耗电很高。工业上液态氮是由空气加压和冷却后，借由空气中各组分之沸点不同加以分离，液态氮的制备也属于高耗能。另外，温度范围-120℃～-150℃的低温环境在医学上也日益广泛应用，传统的双级压缩、复叠循环以及液氮制冷都有一定的局限性。

鉴于上述分析，传统制取低温通常采用双级压缩或复叠循环，更低温度一般靠液氮提供。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于双级热泵和复叠循环制取医学上低温环境的耦合系统，不仅实现了医学上所需的低温环境的制取，同时也较大程度提高了制冷系统的效率，为寻求高效制取低温环境的方案提供依据。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

一种基于双级热泵和复叠循环制取医学上低温环境的耦合系统，包括双级热泵系统、复叠循环系统，其特征在于：双级热泵系统的蒸发器与复叠循环系统的冷凝器集成于一台冷凝蒸发器，冷凝蒸发器分别通过双级循环制冷剂进、出口和复叠循环制冷剂进、出口连接在双级热泵系统和复叠循环系统中，在冷凝蒸发器中复叠循环制冷剂和双级循环制冷剂换热，使复叠循环获得较低的冷凝温度。

采用上述技术方案的本实用新型，与现有技术相比，其优点在于：

耦合系统操作简单，负荷变化易于调节，与普通途经制取低温相比，耦合系统性能可提高约20%。

进一步的，本实用新型优选方案是：

双级热泵系统和复叠循环系统分别设置双级循环膨胀机和复叠循环膨胀机，双级循环膨胀机一端连接双级循环冷凝器，另一端连接冷凝蒸发器；复叠循环膨胀机一端连接冷凝蒸发器，另一端依次通过中间冷却器、复叠循环节流阀连接至复叠循环蒸发器。

复叠循环系统包括复叠循环压缩机、复叠循环油分离器、冷凝蒸发器、复叠循环膨胀机、中间冷却器、复叠循环节流阀、冷冻室、复叠循环蒸发器、复叠循环气液分离器，复叠循环压缩机经复叠循环油分离器连接冷凝蒸发器；冷凝蒸发器的制冷剂出口分成两支路，一支路经复叠循环膨胀机连接中间冷却器，并依次经复叠循环节流阀、复叠循环蒸发器、复叠循环气液分离器连接至复叠循环压缩机，另一支路连接至中间冷却器，并经另一个复叠循环气液分离器连接至复叠循环压缩机；复叠循环蒸发器连接冷冻室。