[发明专利]低温制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种多级膨胀/吸入型低温制冷系统，其中柏努利定理(Bernoulli’s principle)被应用于冷却循环系统，柏努利定理即，当在管道中的流体的流动速度增加时，在管道内的流体施加的压力反而减小。因此，当制冷剂从高温部分流向低温部分时，通过降低在多级中的制冷剂的温度和压力，从而在制冷机的冷藏室中得到低温。

进一步地，本发明涉及一种低温制冷系统，其中仅仅通过一个压缩机以这样的方式就可以增加冷却效果，即，当液态的制冷剂膨胀并以较高的速度向套管的入口注入，就在被蒸发制冷剂运送管道中产生强大的吸力，在多级中重复该低温部分制冷剂的降温过程；因此，制冷剂的蒸发压力可以控制在压缩机吸入压力之下，并且甚至在连续操作的情况下也可以保证制冷剂的蒸发压力的稳定性。

背景技术

通常，人们需要超低温，如为了长期保存组织、细胞和基因，半导体制造工序，以及包括产生超导现象的仪器等。特别是在生物材料如细胞的情况下，如果它们被保存在-130℃(水的再结晶温度)甚至更低的温度下，在它们中的水分不会结晶，而是处于非结晶的状态。因此，由于不太可能损害细胞膜，所以保存的期限可以很大的延长到10年。尽管有多种技术可用来得到超低温，但是使用蒸气压缩冷却循环或液氮的方法被广泛使用。为了得到大约-135℃到-150℃的超低温，必须使用一个具有三级或更多的多级冷却循环，或使用具有液化温度为-196℃的液氮。然而，因为液氮一次就被用完，在再次使用时必须补充液氮。因此，其在使用时不便而且也增加了使用成本。另一方面，在使用多级冷却循环的情况中，又不能有效的得到所需的超低温。而且，另一个问题是，使用多级冷却循环的设备在结构上很复杂，因此，设备经常会出故障，也增加了使用成本。

考虑到这些问题，有人在一篇题为《冷凝器类型制冷器的冷藏室中的温度》的文章中(日本《Nikkei Mechanical》第496期，第44-45页，1996年12月23日)提出了一种低温制冷器。该低温制冷器使用两级混合制冷剂冷却回路(即，一个两级冷却回路和一个混合制冷剂回路的组合)，通过使用冷却回路的高温侧从而在冷却回路的低温侧得到较低的温度。

在两级混合制冷剂冷却回路中，在最终的蒸发器上得到的温度是-155℃，在冷藏室中得到的温度是-152℃。如图2所示，其具有两个分开的高温和低温侧冷却回路，它们依次通过一个阶式冷凝器彼此连接。冷凝器在高温侧冷却回路中作为蒸发器使用，而在低温侧冷却回路中作为冷凝器使用。高温侧冷却回路用来在低温侧冷却回路中得到进一步的更低的温度。

具体而言，为了得到-100℃或是更低的温度，在低温侧冷却回路中使用混合制冷剂冷却回路。典型的制冷剂是一种包括七种制冷剂的混合制冷剂，如用于高温侧的蒸发温度为-40℃的R412A，蒸发温度为-86℃的R508(R23和R116的混合物)，蒸发温度为-41℃的R22，以及用于低温侧的蒸发温度为-128℃的R14。所述混合制冷剂流经各个阶段而得到低温。

但是，在两级混合制冷剂冷却回路中，因为在高温侧和低温侧冷却回路中分别安装有压缩机，因此增加了电量的消耗而且使得冷却循环的结构变得复杂。而且，为了使冷藏室中的温度保持在-152℃，必须使冷却器连续地工作。但是，该冷却器很难连续地工作同时保持其稳定工作，这是因为，从压缩机到低温侧随着冷却器一起流动的残油没有被完全地收集进入压缩机，从而导致在压缩机滑动表面上缺乏润滑，压缩机的汽缸会被烧焦被粘住。而且，还存在低温的吸入压力减少和冷却性能降低的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种制冷系统，其通过保持稳定的性能来确保设备的可靠性，甚至是在低温制冷系统连续工作的情况下。

本发明的另一目的是提供一种制冷系统，其通过确保压缩机的平稳工作而提高设备的寿命和可靠性。

本发明的再一目的是提供一种制冷系统，其通过提高大约20％的冷却效率和在超低温下的稳定工作来确保产品的外在竞争力。