[实用新型]一种回热式制冷机多级膨胀系统

说明书

本实用新型涉及一种回热式制冷机多级膨胀系统，包括依次连接的压缩机装置、回热式制冷机装置；所述膨胀组件包括多级膨胀气缸、设于各级膨胀气缸中的膨胀活塞、与各级膨胀活塞匹配的回热器，其中多级膨胀活塞的直径依次递减；多级膨胀气缸中，至少一级膨胀气缸中设有拓增膨胀活塞，且在该级膨胀气缸中设有与包括拓增膨胀活塞在内的各个膨胀活塞匹配的膨胀活塞密封机构，使得制冷机制冷级数相应增加。与现有技术相比，本实用新型通过增设气缸的插入单元，并制成阶梯型膨胀活塞，用简易的方法增加制冷机的制冷级数，输出更多温位的制冷量，从而减少由于温差导致的熵产损失，提高制冷效率及液化效率，并有助于获得更低的制冷温度。

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，尤其是涉及一种回热式制冷机多级膨胀系统。

背景技术

回热式制冷机是一种交变流动形式的制冷技术，利用回热器实现气体工质与回热填料之间的周期性的热量存储与释放，利用气体的膨胀产生制冷效应。回热器一般具有大的单位体积比表面积，结构形式包括丝网、丸状填料、间隙式等等。回热式低温制冷机具有可靠性高、结构简单、效率高等优点，在气体液化、超导冷却等低温技术中得到广泛应用。

G-M制冷机的基本制冷原理是绝热膨胀做功。GM压缩机将低压气体压缩至高压，经过冷却和油分离，通过配气机构连接制冷机冷头部分，传输PV功，实现高低压力波动，在回热器中回热，并在膨胀腔中膨胀制冷。

斯特林制冷机中压缩机往复运动，实现高低压力波动，之后没有配气阀门，连接制直接冷机冷头部分，传输PV功，在回热器中回热，并在膨胀腔中膨胀制冷。压缩活塞和膨胀活塞以一定的相位差运动。膨胀活塞又称为排出器。

G-M制冷机与斯特林制冷机等膨胀活塞式制冷机一般采用内置式结构，即回热器置于膨胀活塞之中，使得结构紧凑。

采用同一台压缩机驱动多级膨胀气缸在多个温位制冷的制冷机，叫做多级膨胀制冷，这种制冷过程也可叫做“串联膨胀”。

两级制冷机具有一个压缩空间和两个膨胀空间,实际上是把膨胀活塞制成阶梯形，形成两个膨胀腔,使少数气体在第一级膨胀腔膨胀，多数气体在第二级膨胀腔中膨胀。第一级的制冷温度较高，第二级较低.第一级产生的制冷量为第二级提供了一个热屏障，吸收来自室温的热漏，以保护第二级在更低温位制冷。第一级膨胀腔就像一个中间制冷点，产生制冷量来补偿从室温到第一级制冷温度区间的所有不可逆损失，因而第二级膨胀腔只需要提供补偿从中间制冷点到第二级制冷温度区间内冷损所需的附加制冷量。

当前液化等应用广泛，需要针对显热的，在更多制冷温位提供制冷量。现有技术以制冷机(常规为两级)的冷端制冷量(温度记为T_c)进行冷量利用，以预冷级(温度记为T₁)提供中间温度的制冷量，而在冷端温度T_c与预冷级温度T₁之间，以及预冷级温度T₁与室温之间不能提供冷量，即不能在那些区间提供制冷量，从而导致预冷效率降低。若增加膨胀级数，结构复杂度增加且制造成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种回热式制冷机多级膨胀系统，本实用新型通过增加制冷机制冷级数，输出更多温位的制冷量，来根据实际需要，选择合适的温位的制冷量进行制冷，从而减少由于温差导致的熵产损失，提高制冷效率。

本实用新型中如果采用多级膨胀方法，就可以在中间温位输出冷量来补偿这些冷损失，便可节约低温位的冷量，在能量利用上更合理，可提高整机效率，得到更低的制冷温度。采用在原有制冷机基础上改造的方法，制造成本较低，结构复杂度低。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型的目的是提供一种回热式制冷机多级膨胀系统，包括相互连接的压缩机装置、回热式制冷机装置，所述回热式制冷机装置包括回热器组件、膨胀组件、冷端换热器组件；