[发明专利]一种基于CO2

说明书

本发明公开了一种基于CO₂复叠制冷两次节流制备固‑气流态干冰的系统，它包括高温级制冷回路、低温级制冷回路、CO₂两次节流结构。本发明的封闭式制备回路，由少量初始CO₂原料气制备固‑气流态干冰，降低成本、且保证生产连续性；所制备固‑气流态干冰产品的流动性较干冰固体更好，提高被冷却对象的温度均匀性；精确温控的复叠制冷及两次节流系统，提高固‑气流态干冰产品制备的稳定性。本发明具有稳定可靠、制冷量大、运行成本低、环境友好等优点。

技术领域

本发明属于制冷技术领域，特别涉及一种基于CO₂复叠制冷两次节流制备固-气流态干冰的系统。

背景技术

干冰是CO₂的固态形式，其常压下温度为-78.5℃，汽化潜热为573kJ/kg，1kg干冰变为25℃时的CO₂气体能吸收653kJ的热量；相比之下，1kg的液氮(-196℃)变为25℃的氮气吸收的热量为411kJ，仅为干冰的60％。可见干冰释冷量大，再加上其常压下迅速升华，且安全无毒，因而被广泛应用于冷冻行业。

目前干冰行业的制备主要以高压CO₂液体为原料；CO₂液体从储罐中排出，经节流阀节流后形成固-气两相状态，气相直接排入环境，而固相在冰模中收集；当冰模充满时，液压装置将疏松的CO₂雪花状固体压实、形成干冰，并通过模具形成所需的形状排出。干冰用于冷冻用途是，一般是将干冰固体铺洒在被冷却对象表面，从而利用干冰的汽化过程吸收被冷却对象的热量。

干冰的制备和利用过程简单、可靠，但仍存在四个方面的缺点：一是原料为CO₂液体，需要在上游进行CO₂气体液化环节，增加了成本；二是干冰制备过程需频繁更换液体CO₂储罐，无法实现连续生产及应用；三是干冰用于冷冻时，主要以静态升华为主，不具备流动性，不利于冷量的控制和均匀化分布；四是原料无法回收利用，浪费较多且对环境不利。因此，需要提出一种固-气流态干冰制备系统，能克服上述缺点，实现干冰的低成本、持续生产，且具备流动性、原料可回收等特点。

发明内容

本发明提出了一种基于CO₂复叠制冷两次节流持续制备固-气流态干冰的系统，目的是改进现有技术方案的不足，提高干冰生产经济性、生产持续性、产品流动性和环境友好性。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于CO₂复叠制冷两次节流制备固-气流态干冰的系统，由高温级制冷回路和低温级制冷回路构成,其中低温级制冷回路中包括两次节流结构；

所述的高温级制冷回路包括冷凝蒸发器，冷凝蒸发器高温级出口依次与气液分离器、压缩机、油分离器、冷凝器、贮液罐、干燥过滤器、膨胀阀连接，膨胀阀出口与冷凝蒸发器高温级入口连接，组成高温级制冷回路；

所述的低温级制冷回路包括冷凝蒸发器，冷凝蒸发器低温级出口依次与干燥过滤器、一次节流阀、气液分离器、二次节流阀、蒸发器、气固分离器、压缩机、油分离器连接，油分离器出口与冷凝蒸发器低温级入口连接，组成低温级制冷回路；

所述的高温级制冷回路和低温级制冷回路通过冷凝蒸发器相耦合，冷凝蒸发器采用套管式或板式；

所述的两次节流结构包括：一次节流阀出口与气液分离器入口连接，气液分离器气管与压缩机吸气管连接，气液分离器液管与二次节流阀连接；

所述的高温级制冷回路还包括温度传感器，温度传感器设置在冷凝蒸发器中部；温度传感器动态控制膨胀阀开度及压缩机转速，从而将冷凝蒸发器高温级冷凝温度控制在-20～-10℃区间内；