[发明专利]节能型超低温保存箱

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷设备，尤其涉及一种具有复叠制冷系统结构的节能型超低温保存箱，其制冷温度范围在-50～-90℃。

背景技术

伴随着经济和技术的发展，对制冷的需求也越来越多，如医药卫生、石油化工、冶金工业、民用工程、气体液化都需要低温环境，制冷所需能耗和对环境的影响也越来越大，节能环保已成为低温技术的一部分。低温的概念在不同的使用环境具有不同的温度范围，如在空调系统中，蒸发器中冷水或空气的温度达到0℃就属于低温；而在工业制冷中，蒸发器中被冷却流体温度在-40℃以下被认为是低温；在低温医学和低温生物学领域，温度在-70℃～-120℃为低温。本发明所涉及的低温为-50℃～-90℃范围，这个温度范围在能源、军工、空间技术、油气工业、医疗、生物和生命科学等领域都有着广泛的应用，如低温生物保存、传感器冷却、低温条件下材料与物品的测试、低温医学、仪表和电器低温检测、冷冻干燥以及许多的化学处理过程中常常需要这样的低温。

在实际应用过程中，当要求的制冷温度低于-40℃时，通常的单级蒸汽压缩式制冷循环很难达到要求。因为当蒸发温度和冷凝温度相差很大时，找不到一种制冷剂既满足冷凝压力不太高又满足蒸发压力不太低的要求。如果冷凝压力过高，为了保证足够的强度和安全，冷凝器和高压管道的壁厚均需要增加，结果使制冷机笨重庞大；如果蒸发压力过低，真空条件下下运行的蒸发器增加了空气漏入的可能性。另外由于冷凝压力和蒸发压力的压比增大，使压缩机输气系数降低；同时蒸发压力过低时的制冷剂的吸气比容增大，使压缩机尺寸增大，这些都导致制冷效率的降低，系统的可靠性下降。所以，通常规定制冷机组运行的压缩比不超过8～10。因此，当需要的制冷温度低于-40℃时，通常采用复叠制冷或双级压缩制冷等制冷方式。

复叠制冷可分为经典复叠制冷和自复叠制冷两种形式。自复叠制冷采用沸点相差大的非共沸混合制冷剂，采用分级冷凝节流技术，系统只要使用一台压缩机即可，设备成本减少。这种自复叠制冷系统在理论上可提高效率，但由于要使用多种成分的非共沸混合制冷剂，在实际应用中还存在一些问题，目前主要使用在-90℃以下的场合。-50℃～-90℃温度范围的低温设备复叠制冷技术以经典复叠制冷为主，是设备研究开发的主要目标。

经典复叠制冷系统分为高温循环和低温循环两个部分，高温循环部分通常使用中温制冷剂，低温循环部分使用低温制冷剂，高、低温部分的制冷系统均为常规的蒸气压缩制冷系统，两个制冷系统通过共用一个蒸发冷凝器关联起来，这样就能满足环境条件下获得合适的冷凝压力、蒸发压力与制冷温度，而保证高、低温制冷系统的压比在正常范围内。但是，复叠制冷系统相对常规单级制冷系统而言，效率低。因而，环保制冷剂、制冷过程中的制冷效率是-50℃～-90℃范围复叠制冷关注的重点问题之一。美国的Young等人提出在复叠制冷循环压缩机出口通过一个调节阀与汽液分离装置的底部相连，通过改变调节阀的开度来实现变容量调节，使得自动复叠制冷系统在较低的压比下也能获得较大的制冷量；韩国Seoul大学提出将包含CO2的非共沸混合物作为制冷剂的复叠制冷循环系统；意大利的Giovanni等人研究了高温循环用NH3，低温循环用CO2与HCFCs混合物作为制冷工质的复叠式制冷循环。前述的这些研究与方案对复叠制冷循环进行了有益的探索，尤其是低温环保制冷剂的运行特性，但对低温保存箱实际运行过程中压缩机的超温保护、保存箱设定温度需求中的回热要求以及相应的节流方式与机组运行节能都没能提出行之有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种低温复叠制冷系统，特别是一种节能型超低温保存箱，其结合高温压缩机的保护、低温环境温度特性，利用高温制冷循环和低温制冷循环耦合实现低温制冷，以及利用回热循环方式和毛细管节流节能循环方式提高制冷循环效率，具有降温速度快、制冷效率高、安全可靠、节能环保的特点，能满足-50℃～-90℃的低温环境制冷要求。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种节能型超低温保存箱，包括高温制冷循环单元和低温制冷循环单元，所述高温制冷循环单元和低温制冷循环单元之间通过热交换器耦合，其中，