[其他]致冷系统

说明书

本发明涉及到带有压缩机的致冷系统，特别是可得到深低温的致冷系统。

通常，在物化实验室一类地方，用来（譬如说）保持活体细胞的冷藏室的致冷系统可达到的温度低限为-80℃左右。在如此低温下，细胞能够保持处于冻结状态。但是经过一段时间后，在冰冻细胞里的冰晶核会重新结合而产生出较大的冰晶体致使细胞破裂。这种现象称之为冰的再结晶。众所周知，当环境温度低于冰的再结晶点-130℃时，不会发生冰的再结晶。这样，在低于-130℃以下的深低温中细胞几乎永久保持不变。因此，长久以来就期待着能提供可达到如此深低温的致冷系统。

在这种类型的致冷系统中，特别是带有压缩机的此类系统中，由压缩机排放出来的热的气态致冷剂被引入冷凝器，在这里通过与空气或水进行热交换而液化，然后通过减压器以调节压力并由此导入蒸发器蒸发。蒸发时，致冷剂从周围环境吸收气化热而产生致冷效应。使用单一致冷剂并带有一个普通压缩机的致冷系统能达到的最低温度局限在-40℃左右。

我们知道，还有一些致冷系统，它们含有两个独立的封闭的致冷剂回路，这两个回路相互级联（即一个回路的蒸发器与另一回路的冷凝器组合在一起进行热交换，以作为一个级联冷凝器来使用）。低沸点致冷剂被封入其中的一个回路以使该回路达到低温。然而，当使用普通压缩机时，能达到的温度被局限在-80℃左右。

美国专利3，768，273号（公布于1973年10月3日）公开了一种致冷系统，它使用了具有不同沸点的各种致冷剂的混合物，而且在该系统中，具有较高沸点的致冷剂依次地蒸发并冷凝具有较低沸点的致冷剂。这样，具有最低沸点的致冷剂就在最后一级蒸发从而使用单一压缩机来得到低温。如果使用通用型的压缩机，由于压力和温度受限，这种系统最终可达到的温度还是局限于-80℃左右。

为克服前述系统的缺点，1973年5月22日公布的美国专利3，733，845号公开了另一种系统，它含有两个级联在一起的、独立封闭的致冷剂回路，并且在其低温回路中使用了混合致冷剂以按上述同样的方式来达到深低温。

在美国专利3，733，845号中公开的系统在使用一个普通压缩机（譬如约1.5马力）的情况下，可用来达到低于-130℃以下的温度。但是，为了得到低于-130℃的温度，级联冷凝器需实现充分的热交换，所以它的尺寸必须很大以确保有足够的热交换面积。另一方面，采用装填着混合致冷剂的低温致冷剂回路以利用蒸发较高沸点的致冷剂来逐级地冷凝较低沸点的冷凝剂，因此这种回路就必定使系统本身变大，再加上用了大尺寸级联冷凝器，整个系统就更大了。

本发明提供一种致冷系统，它包括第一级和第二级两个致冷剂回路。每个回路都带有一个压缩机，一个冷凝器，一个蒸发器。用管道将压缩机的出口连结至冷凝器的入口，冷凝器的出口通过另一条管道连接到蒸发器的入口，蒸发器的出口再用一条管道连接至压缩机的入口。每一个致冷剂回路都装上有机致冷剂;第一级致冷剂回路的蒸发器分割成一组蒸发器区，相对于致冷剂流动来说它们是串联在一起的;第二级致冷剂回路的冷凝器被分割成与第一级致冷回路的蒸发器区相等数目的冷凝区，相对于致冷剂的流动冷凝器区之间是并联的;第二级致冷剂回路的冷凝区与第一级致冷剂回路的蒸发区配对组成数个热交换器，第二级致冷剂回路的致冷剂为不同类型、不同沸点的致冷剂组成的混合物，靠此，第二级致冷回路的蒸发器被冷却至深低温。

如上所述，第一级致冷剂回路的蒸发器被分割为数个区，而第二级致冷剂回路的冷凝器被分为与蒸发器区数相同数目的区。分离开的蒸发器区互相串联起来，而分开来的冷凝器区并联在一起。蒸发器区与冷凝器区配对组成热交换器，即级联冷凝器。这样就可得到热交换效率不降低而又紧凑的级联冷凝器，使得系统较易安装并使各个系统变小。

根据本发明，第一级回路的蒸发器区及第二级回路的冷凝器区组合成二到四个热交换器即级联冷凝器为好，最好是两个。为了缩小致冷系统的整体尺寸，级联冷凝器彼此分开以便能容纳于（譬如说）一个热绝缘体的厚度之中。自然，被分开的级联冷凝器的尺寸和其中致冷剂的流量应该是一样的，以便很容易地保持它们之间的平衡。