[发明专利]一种超低温高效制冷装置及其制冷方法

说明书

本发明公开了一种超低温高效制冷装置及其制冷方法，属于制冷技术领域。该超低温高效制冷装置及其制冷方法包括高温制冷机组和低温制冷机组，冷凝蒸发器/载冷器的气相工质进口通过载冷回气管路与蒸发器气液分离器的第一气相工质出口相连；冷凝蒸发器/载冷器的液相工质出口与载冷/复叠切换阀的进口连接，载冷/复叠切换阀的第一个出口通过载冷落液管路与蒸发器气液分离器的第一工质进口相连，低温级闪蒸桶的工质进口与载冷/复叠切换阀的第二个出口相连。本发明公开的超低温高效制冷装置及其制冷方法，避免了因高压缩机和低温级压缩机所处温区不同而导致在直接启动时出现低温级压缩机无法正常启动或者因启动带来的压缩机损伤、寿命缩短问题。

技术领域

本发明涉及一种超低温高效制冷装置及其制冷方法，属于制冷技术领域。

背景技术

复叠式制冷属于蒸汽压缩式制冷的一种特殊形式，通常由两到三个工作温区不同的独立蒸汽压缩式制冷循环组成。以两级复叠式制冷循环为例，它由高温级制冷机组和低温级制冷机组两部分组成，高温级制冷机组中使用中温冷媒，低温级中使用低温冷媒，形成两个单级压缩制冷机组复叠工作的循环。两级制冷机组之间采用共用的冷凝蒸发器衔接起来，使高温级制冷机组中的中温冷媒在冷凝蒸发器中蒸发制冷，低温冷媒在冷凝蒸发器中放热被冷凝成液相。从冷凝蒸发器出来的中温冷媒蒸气带走低温冷媒的冷凝热量，并经过高温级制冷循环中的冷凝器将热量传递给环境介质。而从冷凝蒸发器出来的液相低温冷媒，经低温级节流阀降压后，进入蒸发器吸收被冷却介质的热量而蒸发制冷，使被冷却介质获取所需要的低温。

随着对医药化工产品规格要求的逐年递增，对其生产工艺提升的需求也随之加大，尤其是对超低温制冷机组的稳定性及能效需求尤为突出。例如，高端医药化工行业对于整个制冷工艺要求特别高，不仅要求机组降温快，还要同时达到高效能，并且能够长时间稳定运行，从而才能满足不间断的工业生产需求。

当前的超低温复叠机组大多采用常规的直膨式供液方式来满足冷凝蒸发侧及蒸发侧（蒸发器）的换热要求，这种形式下虽然机组结构简单，但换热效率极其低下，并且高温级制冷机组和低温级制冷机组同时启动或短时间内间隔启动会导致低温级压缩机硬性启动（未在允许运行区间内启动），极易造成压缩机严重磨损及寿命缩减，进而导致设备故障频发及运行稳定性欠缺的现象发生。因此，开发一种新型的超低温制冷机组至关重要。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供了一种超低温高效制冷装置及其制冷方法，保证制冷装置稳定高效，极大的提高了制冷装置的极限运行能力。

本发明通过采取以下技术方案实现上述目的：

一种超低温高效制冷装置，包括通过冷凝蒸发器/载冷器、蒸发器气液分离器进行耦合的高温制冷机组和低温制冷机组，所述冷凝蒸发器/载冷器为满液式换热器，所述冷凝蒸发器/载冷器安装在蒸发器气液分离器的上方；

所述高温制冷机组包括高温级压缩机、冷凝器、高温级闪蒸桶节流阀、高温级闪蒸桶、高温级气液分离器节流阀、高温级气液分离器，所述高温级气液分离器安装在冷凝蒸发器/载冷器的上方，所述高温级压缩机的工质出口经冷凝器、高温级闪蒸桶节流阀与高温级闪蒸桶的低温工质进口相连，高温级闪蒸桶的第一低温工质出口与高温级气液分离器的第一工质进口相连，高温级气液分离器的气相工质出口与高温级压缩机的工质进口相连，高温级气液分离器的液相工质出口与冷凝蒸发器/载冷器的液相工质进口相连，冷凝蒸发器/载冷器的气相工质出口与高温级气液分离器的气相工质进口相连；

冷凝蒸发器/载冷器的气相工质进口通过载冷回气管路与蒸发器气液分离器的第一气相工质出口相连，载冷回气管路上设置载冷回气电磁阀；冷凝蒸发器/载冷器的液相工质出口与载冷/复叠切换阀的进口连接，载冷/复叠切换阀的第一个出口通过载冷落液管路与蒸发器气液分离器的第一工质进口相连，蒸发器气液分离器的第一工质进口和第一气相工质出口均位于蒸发器气液分离器的上部；