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CN115127300A - 一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统 - Google Patents

一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统 Download PDF

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CN115127300A
CN115127300A CN202110312713.1A CN202110312713A CN115127300A CN 115127300 A CN115127300 A CN 115127300A CN 202110312713 A CN202110312713 A CN 202110312713A CN 115127300 A CN115127300 A CN 115127300A
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liquid
refrigerant
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邬永元
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Kunshan Jieshitong Refrigeration Equipment Co ltd
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Kunshan Jieshitong Refrigeration Equipment Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，包括对制冷剂进行压缩的压缩机、与压缩机串联的一级制冷系统、与一级制冷系统串联的二级制冷系统、与二级制冷系统串联的三级制冷系统、与三级制冷系统串联的四级制冷系统；压缩机中的制冷剂在进入至一级制冷系统中前用水进行冷却，本发明的有益效果是，采用多级制冷系统能够逐步对氮气进行液化及降温，降温的温度能够达到我们需求，并且能量耗损比较小，便于人们在工作中进行使用。

Description

一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统
技术领域
本发明涉及制冷循坏技术领域，特别是一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统。
背景技术
进入高新技术发展时期，低温、超低温试验和冷冻冷藏成为许多行业和部门不可缺少的方法和手段，例如氮气液化、精密工业制品、电子元件的低温试验、航空航天工业的环境试验、医疗、制药等部门，其主要用来保存样品、化学产品的生产和冷藏等，工作时通常所需的温度在230K-110K，但是传统的单级制冷方式已经很难达到我们说所需的制冷温度，使用效果不佳，不便于人们进行使用。
鉴于上述情况，有必要对现有的制冷方式加以改进，使其能够适应现在对产品制冷的需要。
发明内容
由于目前存在的制冷方式使用起来较为不佳，制冷温度不能满足我们的需求，因此我们在现有技术缺陷的基础上设计了一种自复叠制冷系统，采用多元混合冷媒将氮气液化从而起到降温的作用，降温效果好并且能够达到超低温。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，包括对制冷剂进行压缩的压缩机、与压缩机串联的一级制冷系统、与一级制冷系统串联的二级制冷系统、与二级制冷系统串联的三级制冷系统、与三级制冷系统串联的四级制冷系统；压缩机中的制冷剂在进入至一级制冷系统中前用水进行冷却。
对本技术方案的进一步补充，所述一级制冷系统包括一级换热器、一级分离器、一级节流阀，压缩机中的制冷剂在水冷却后进入至一级分离器中，然后将氮气通入至一级分离器，其在一级分离器中由于冷却会形成气液相分离，接着分别进入至一级换热器中，液体在其中过冷然后经过一级节流阀节流降温，与后续流程的返流气混合后共同为一级换热器提供冷量冷却氮气、气态制冷剂和需过冷的液态制冷剂。
对本技术方案的进一步补充，所述二级制冷系统包括二级换热器、二级分离器、二级节流阀，经一级换热器冷却后的气态制冷剂进入二级分离器分离成气相和液相后分别流入二级换热器，液体在其中过冷然后经过二级节流阀节流降温，与后续流程的返流气混合后共同为二级换热器提供冷量冷却氮气、气态制冷剂和需过冷的液态制冷剂。
对本技术方案的进一步补充，所述三级制冷系统包括三级换热器、三级分离器、三级节流阀，经二级换热器冷却后的气态制冷剂进入三级分离器分离成气相和液相后分别流入三级换热器，液体在其中过冷然后经过三级节流阀节流降温，与后续流程的返流气混合后共同为三级换热器提供冷量冷却氮气、气态制冷剂和需过冷的液态制冷剂。
对本技术方案的进一步补充，所述四级制冷系统包括四级换热器、四级分离器、四级节流阀，经三级换热器冷却后的气态制冷剂进入四级分离器分离成气相和液相后分别流入四级换热器，液体在其中过冷然后经过四级节流阀节流降温分别输出氮气和液体氮气。
对本技术方案的进一步补充，所述一级分离器包括一级反应泵、设置于一级反应泵侧面的一级进气口、设置于一级反应泵上方的一级出气口、设置于一级反应泵下方的一级出液口；所述一级反应泵内圆周设有导流板，一级反应泵内中间还设有密封管，所述密封管设置于导流板内；所述密封管的下方设有过滤网，所述一级出气口设置于密封管的正上方。
对本技术方案的进一步补充，所述一级反应泵内位于密封管的下方设有挡板，所述挡板围绕其圆心阵列有若干通孔。
对本技术方案的进一步补充，所述二级分离器包括二级反应泵、设置于二级反应泵侧面的二级进气口、设置于二级反应泵上方的二级出气口、设置于二级反应泵下方的二级出液口、与二级出液口连接的过滤器；所述二级反应泵内位于二级进气口的下方固定安装有不锈钢钢丝。
对本技术方案的进一步补充，所述一级换热器、二级换热器、三级换热器、四级换热器采用套管式换热器。
对本技术方案的进一步补充，所述压缩机吸气侧设有膨胀容器。
其有益效果在于，采用多级制冷系统能够逐步对氮气进行液化及降温，降温的温度能够达到我们需求，并且能量耗损比较小，便于人们在工作中进行使用；在此过程中分离器的气液分离效果较好，能够有效将气体和液体分开，对于后续氮气的液化奠定了基础。
附图说明
图1是本发明一级分离器的结构示意图；
图2是本发明二级分离器的结构示意图；
图中，11、一级反应泵；12、一级进气口；13、一级出液口；14、导流板；15、密封管；16、过滤网；17、一级出气口；18、挡板；21、二级反应泵；22、二级进气口；23、二级出液口；24、二级出气口；25、不锈钢钢丝；26、过滤器。
具体实施方式
本技术方案是基于现有技术存在一定缺陷，对于氮气液化效果不佳，其降温比较局限，不适用于多种场合，因此我们在现有技术的基础上设计了一种自复叠制冷系统，能够很好地对氮气进行液化，并且降温效果好，在此过程中能量耗损比较小，下面将根据附图1-2详细阐述本发明的技术方案：一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，包括对制冷剂进行压缩的压缩机、与压缩机串联的一级制冷系统、与一级制冷系统串联的二级制冷系统、与二级制冷系统串联的三级制冷系统、与三级制冷系统串联的四级制冷系统；由于制冷剂经过压缩机压缩至高温高压后温度会比较高，因为为了更好地进行制冷，压缩机中的制冷剂在进入至一级制冷系统中前用水进行冷却；由于混合制冷剂中含有低温工质，为防止停机后因环境温度升高导致系统内平衡压力过高，压缩机吸气侧设有膨胀容器，用来平衡压力；并且由于压缩机在工作时，其内部气温较冷，外部的气体与其接触容易导致压缩机的吸气管外结霜，我们在压缩机吸气管和冷凝器出口处设置了回热器，能够充分利用低压侧冷流体的冷量。
下面将对一级制冷系统的结构做详细地阐述，一级制冷系统包括一级换热器、一级分离器、一级节流阀，压缩机中的制冷剂在水冷却后进入至一级分离器中，然后将氮气通入至一级分离器，其在一级分离器中由于冷却会形成气液相分离，接着分别进入至一级换热器中，液体在其中过冷然后经过一级节流阀节流降温，与后续流程的返流气混合后共同为一级换热器提供冷量冷却氮气、气态制冷剂和需过冷的液态制冷剂；所述一级分离器包括一级反应泵11、设置于一级反应泵11侧面的一级进气口12、设置于一级反应泵11上方的一级出气口17、设置于一级反应泵11下方的一级出液口13；一级反应泵11内圆周设有导流板14，一级反应泵11内中间还设有密封管15，密封管15设置于导流板14内；密封管15的下方设有过滤网16，一级出气口17设置于密封管15的正上方，一级反应泵11内位于密封管15的下方设有挡板18，挡板18围绕其圆心阵列有若干通孔；工作时，气体从一级进气口12螺旋进入至一级反应泵11中，然后气体中的液体在经过导流板14时会留在导流板14上，然后顺着导流板14径直流下，气液分离后的气体首先经过过滤网16过滤后然后从密封管15上方的一级出气口17流出，导流板14上的液体流下时通过挡板18上的通孔然后落至一级反应泵11的内壳底部，当液体积累到一定量时打开下方的一级出液口13将液体流出。
下面将对二级制冷系统的结构做详细地阐述，所述二级制冷系统包括二级换热器、二级分离器、二级节流阀，经一级换热器冷却后的气态制冷剂进入二级分离器分离成气相和液相后分别流入二级换热器，液体在其中过冷然后经过二级节流阀节流降温，与后续流程的返流气混合后共同为二级换热器提供冷量冷却氮气、气态制冷剂和需过冷的液态制冷剂，所述二级分离器包括二级反应泵21、设置于二级反应泵21侧面的二级进气口22、设置于二级反应泵21上方的二级出气口24、设置于二级反应泵21下方的二级出液口23、与二级出液口23连接的过滤器26；所述二级反应泵21内位于二级进气口22的下方固定安装有不锈钢钢丝25；二级分离器的气液分离原理与一级分离器气液分离原理类似，但是液体进入时会留在不锈钢钢丝25上，不锈钢钢丝25的直径较小，便于较小的水滴留至其上，最后打开二级出气口24、二级出液口23即可,接着过滤器26能够对二级出液口23中流出的液体进行过滤。
下面将对三级制冷系统的结构做详细地阐述，所述三级制冷系统包括三级换热器、三级分离器、三级节流阀，经二级换热器冷却后的气态制冷剂进入三级分离器分离成气相和液相后分别流入三级换热器，液体在其中过冷然后经过三级节流阀节流降温，与后续流程的返流气混合后共同为三级换热器提供冷量冷却氮气、气态制冷剂和需过冷的液态制冷剂，其中三级分离器的工作原理与一级分离器、二级分离器类似，只是气液分离更细致。
下面将对四级制冷系统的结构做详细地阐述，所述四级制冷系统包括四级换热器、四级分离器、四级节流阀，经三级换热器冷却后的气态制冷剂进入四级分离器分离成气相和液相后分别流入四级换热器，液体在其中过冷然后经过四级节流阀节流降温分别输出氮气和液体氮气。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，其特征在于，包括对制冷剂进行压缩的压缩机、与压缩机串联的一级制冷系统、与一级制冷系统串联的二级制冷系统、与二级制冷系统串联的三级制冷系统、与三级制冷系统串联的四级制冷系统；压缩机中的制冷剂在进入至一级制冷系统中前用水进行冷却。
2.根据权利要求1所述的一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，其特征在于，所述一级制冷系统包括一级换热器、一级分离器、一级节流阀，压缩机中的制冷剂在水冷却后进入至一级分离器中，然后将氮气通入至一级分离器，其在一级分离器中由于冷却会形成气液相分离，接着分别进入至一级换热器中，液体在其中过冷然后经过一级节流阀节流降温，与后续流程的返流气混合后共同为一级换热器提供冷量冷却氮气、气态制冷剂和需过冷的液态制冷剂。
3.根据权利要求2所述的一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，其特征在于，所述二级制冷系统包括二级换热器、二级分离器、二级节流阀，经一级换热器冷却后的气态制冷剂进入二级分离器分离成气相和液相后分别流入二级换热器，液体在其中过冷然后经过二级节流阀节流降温，与后续流程的返流气混合后共同为二级换热器提供冷量冷却氮气、气态制冷剂和需过冷的液态制冷剂。
4.根据权利要求3所述的一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，其特征在于，所述三级制冷系统包括三级换热器、三级分离器、三级节流阀，经二级换热器冷却后的气态制冷剂进入三级分离器分离成气相和液相后分别流入三级换热器，液体在其中过冷然后经过三级节流阀节流降温，与后续流程的返流气混合后共同为三级换热器提供冷量冷却氮气、气态制冷剂和需过冷的液态制冷剂。
5.根据权利要求4所述的一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，其特征在于，所述四级制冷系统包括四级换热器、四级分离器、四级节流阀，经三级换热器冷却后的气态制冷剂进入四级分离器分离成气相和液相后分别流入四级换热器，液体在其中过冷然后经过四级节流阀节流降温分别输出氮气和液体氮气。
6.根据权利要求2所述的一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，其特征在于，所述一级分离器包括一级反应泵、设置于一级反应泵侧面的一级进气口、设置于一级反应泵上方的一级出气口、设置于一级反应泵下方的一级出液口；所述一级反应泵内圆周设有导流板，一级反应泵内中间还设有密封管，所述密封管设置于导流板内；所述密封管的下方设有过滤网，所述一级出气口设置于密封管的正上方。
7.根据权利要求6所述的一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，其特征在于，所述一级反应泵内位于密封管的下方设有挡板，所述挡板围绕其圆心阵列有若干通孔。
8.根据权利要求3所述的一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，其特征在于，所述二级分离器包括二级反应泵、设置于二级反应泵侧面的二级进气口、设置于二级反应泵上方的二级出气口、设置于二级反应泵下方的二级出液口、与二级出液口连接的过滤器；所述二级反应泵内位于二级进气口的下方固定安装有不锈钢钢丝。
9.根据权利要求5所述的一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，其特征在于，所述一级换热器、二级换热器、三级换热器、四级换热器采用套管式换热器。
10.根据权利要求1所述的一种可将氮气液化的超低温多元混合冷媒自复叠制冷系统，其特征在于，所述压缩机吸气侧设有膨胀容器。
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