[实用新型]单级多次冷凝制冷装置

说明书

本实用新型属于低温制冷技术领域，是一种单级多次冷凝制取低温的装置。

采用单级(一台制冷压缩机)压缩制取低于-30℃的低温往往受到两个制约因素：1.制冷剂、2.制冷压缩机。例如蒸发温度为-30℃，冷凝温度为54.4℃采用R12制冷剂，高压为1.26MP(兆帕)，低压为OMP，压差为1.26MP，压比为13.6，压缩机的效率很低。而采用R22为制冷剂，高压为2.3MP，低压为0.063MP，压差约为2.2Mp，压比为14，制冷量比R12约大60％，但压差也将增大约60％。而为了压缩机的寿命(减少磨损)和控制排气温度，一般将压缩机的压差控制在1.6MP，压比控制为12。否则压缩机的寿命和效率将降低。尤其用全封闭制冷压缩机，为了降低蒸发温度，蒸发压力只好降低，这带来两个大问题：(1)压比增大，压缩机效率迅速下降(压缩机的余隙容积一般为3～4％，压比若为12，仅此排气量将损失36～48％)；(2)全封闭压缩机的电机的铁铜损耗产生的焦耳热部分靠外壳散到大气中，大部分要靠低压回气冷却，低压压力下降，蒸气流量减小，则吸入气伐内的吸气温度升高，这又使排气温度升高。电机由于得不到充分冷却而致温升太高以至烧毁。这就是冰箱、冰柜及各种低温设备中采用全封闭制冷压缩机最常见的故障。大型装置一般用两级压缩(如4个气缸，三个作为第一级，一个作为第二级减少压缩比，降低排气温度，而小型装置往往用复叠式制冷即用R12作为第一级，R22甚至更低的制冷剂作为第二级来获得低温，前一种方法压缩机制造复杂，且同一种制冷剂低压压力低，单位容积制冷量相对较小，为此要增大排气量，而这又使得相应的冷凝器、蒸发器及连接管路伐门都要放大，这无疑使整个装置笨重。后一种方法系统也复杂，每级要有压缩机、冷凝器(或冷却器)、分油器、干燥过滤器、蒸发器等等，多一台压缩机，可靠性则下降50％，而用开起式或半封闭制冷压缩机还有制冷剂泄漏之虞。人们在寻求这样一种制冷方法或装置，只要用一种流程可使整个系统的高压压力低，低压压力高，能工作在同样的高温环境温度和蒸发温度条件下，而且压差、压缩比、排温都下降，电机温升也下降，同样冷量的容积流量减小，制冷辅机、管道可减小，可靠性和效率均能提高又而节约能量。

本实用新型的目的在于提供一种能使整个系统在同样的高温环境温度和蒸发温度条件下工作，而且压差小、压缩比小、结构简单、可靠性好、效率高的单级制冷装置。

本实用新型的基本原理是采用两种以上的高温、中温、低温沸点的制冷剂，经多次冷凝蒸发，亦即环境温度冷凝高温制冷剂，高温制冷剂蒸发冷凝中温制冷剂，中温制冷剂蒸发冷凝低温制冷剂，低温制冷剂蒸发冷却负载，从而实现低温制冷的目的。根据上述原理，本发明采用多种制冷剂，使之相继蒸发冷凝制冷。

相应的单级多次冷凝的制冷装置由压缩机、分凝器、干燥过滤器以及2或3组蒸发冷凝器、分凝器、毛细管道组成。其中压缩机、冷凝器、干燥过滤器顺次连接，然后依次连接第一个蒸发冷凝器、第一个分凝器、第二个蒸发冷凝器、第二个分凝器、第三个蒸发冷凝器。第一个分凝器与第二个蒸发冷凝器的低压管之间有一段毛细管连通，第二个分凝器与第三个蒸发冷凝器的低压管道之间也有一段毛细管道连通。第三个蒸发冷凝器的高压端经过一段毛细管道与负载蒸发器连接，低压端与负载蒸发器的低压端连接。第一个蒸发冷凝器低压管与压缩机的低压端连接，构成一个循环制冷系统。本装置可制取-120℃～150℃的低温。

如果设计的制冷温度只需在-60℃左右，则只要进行二次冷凝即可。相应的制冷装置为单级二次冷凝装置，即在上述系统中去掉一组蒸发冷凝器、分凝器、毛细管道。这样该装置由压缩机、冷凝器、干燥过滤器顺次连接，然后依次连接第一个蒸发冷凝器、分凝器、第二个蒸发冷凝器，分凝器与第二个蒸发冷凝器之间有一毛细管道连通，第二个蒸发冷凝器的高压端与负载蒸发器之间有毛细管连通，低压端与负载蒸发器的低压端连通。

为了防止制冷装置在起动阶段其中的高压过高发生意外，在本发明设计的制冷装置的高、低压系统之间可增加设置一个由单向阀、膨胀容器和毛细管道构成的减压系统。该减压系统可连接在压缩机的高、低压端之间，也可连接在负载蒸发器前面的高、低压端之间。还可连接在其他位置的高低压系统之间。这样，当机器启动时，由于整个系统尚未冷却下来，中、低温制冷剂会使系统压力很高。当高压超过设定压力(例如2MP)时，单向阀自动打开，将高压气体送入膨胀容器，使压力降低(至压力低于设定压力时，单向阀自动关闭)。然后再经毛细管道将膨胀容器中的气体缓慢送入低压系统，进入压缩机。