[发明专利]一种具有储冷器的混合工质节流循环低温制冷机

说明书

技术领域

本发明属于工程热物理与能源利用学科领域，涉及一种低温制冷机，特别是一种具有储冷器的混合工质节流循环低温制冷机。

背景技术

随着科技和社会的发展，电子、制药、光学、新材料、新能源、医疗和国防等领域，尤其是高真空镀膜、生物制药等先进制造生产过程对-90℃以下低温的需求越来越迫切和巨大。

传统应用中为获得-90℃以下低温，一种方法是采用-196℃液氮提供冷量，但这种方法需要附近有空分装置可以利用，液氮的储运使用繁琐且浪费严重。另一种方法是使用三级以上复叠制冷机，但这种制冷机结构复杂，各级制冷过程间的匹配和运行控制相当困难，因此系统故障率高，实际工程应用可靠性差。而其他低温制冷技术，如G-M制冷机和逆布雷顿制冷机等，需要精密而高级的特殊压缩机和透平膨胀机等特殊零部件，设备成本和运行维护费用昂贵，仅用于科研和航空航天等需要超低温度的特殊场合。

20世纪90年代以来，采用烷烃类和其他制冷剂组成的混合工质，仅采用一台普通单级油润滑制冷压缩机就能实现-90℃以下温度的混合工质节流循环低温制冷机技术，开始逐步走向成熟。这种制冷机可通过工质配比的变化实现-40℃～-190℃广泛温区里的不同温度制冷的需求，具有上节所述各种传统制冷技术方案无法比拟的低成本，长寿命，维护简单和运行可靠等优点，可便捷高效的满足各领域对于-90℃以下低温的需求。

然而，由于混合工质节流循环低温制冷机采用的制冷工质中含有大量临界温度很低的工质，如甲烷和氮气等，结果造成机组从常温状态启动时，压缩机排气压力和排气温度过高的现象，造成安全隐患和机组寿命下降，严重的还会直接导致压缩机损毁，机组无法工作甚至报废。工程技术人员先前采用了种种技术来解决这个问题，虽然控制了启动压力，但往往也会造成启动制冷量偏小，降温速度偏低的问题。

混合工质节流循环低温制冷机实际应用中还会出现不同时段冷量需求的矛盾，例如在真空镀膜和生物制药工艺过程中，开始时需要很大的制冷量快速达到所需要的低温，而真正维持低温所需要的制冷量却小得多。如采用较大冷量的机组，虽能满足开始时的大冷量需求，但会造成机组设备成本偏高，和大部分时段运行费用的浪费；而采取较小冷量的机组，虽能节约机组设备成本和大部分时段的运行费用，但也会造成达到所需低温的时间过长，导致需要低温的生产过程实际效率低下。

混合工质节流循环低温制冷机采用普通单级油润制冷压缩机，机组运行过程中必须将制冷工质中夹带的润滑油分离并返回到压缩机中。由于制冷温度远低于润滑油-50℃左右的凝固温度，所以机组运行一段时间后，润滑油在系统的低温部分积累到一定量后，容易凝固堵塞节流阀，造成制冷机无法正常工作。工程技术人员先前要么采用高成本的精密油气分离器，要么采用庞大复杂的精馏分离装置，往往所费不菲而效果欠佳。

发明内容

本发明旨在克服混合工质节流循环低温制冷机所存在的上述缺陷和不足，提出一种具有储冷器的混合工质节流循环低温制冷机。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种具有储冷器的混合工质节流循环低温制冷机，包括一个制冷压缩机，制冷压缩机的高压端通过管路与油气分离器、冷凝器和回热换热器高压侧相连通，并通过串联设置的高沸点工质气液分离器、高沸点工质换热器高压侧、中沸点工质气液分离器、中沸点工质换热器高压侧、低沸点工质气液分离器、低沸点工质换热器高压侧、储冷器高压侧、制冷液体电磁阀、制冷节流阀和蒸发器相连通；

制冷压缩机的低压端，通过管路与回热换热器低压侧、高沸点工质气液分离器内分油换热器、高沸点工质换热器低压侧、中沸点工质气液分离器内分油换热器、中沸点工质换热器低压侧、低沸点工质气液分离器内分油换热器、低沸点工质换热器低压侧和蒸发器相连通；

进一步的，回热换热器低压侧与高沸点工质换热器低压侧之间设置了高沸点工质气液分离器内分油换热器，高沸点工质换热器与中沸点工质换热器低压侧之间设置了中沸点工质气液分离器内分油换热器，中沸点工质换热器与低沸点工质换热器低压侧之间设置了低沸点工质气液分离器内分油换热器；高沸点工质气液分离器内分油换热器缠裹了与分油换热器接触良好的金属丝网，中沸点工质气液分离器内分油换热器缠裹了与分油换热器接触良好的金属丝网，低沸点工质气液分离器内分油换热器缠裹了与分油换热器接触良好的金属丝网；