一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱由制冷系统、控制系统和冷冻贮存箱组成，以带一级分凝分离回热混合工质节流制冷系统提供所需冷量；其制冷系统的压缩机模块高压出口连接回热换热器模块制冷剂高压入口；回热换热器模块制冷剂高压出口连接节流模块制冷剂高压入口；节流模块制冷剂低压出口连接蒸发换热模块入口，蒸发换热模块出口连接回热换热器模块制冷剂低压入口，回热换热器模块制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块低压入口；制冷系统通过其蒸发换热模块为带绝热层的箱体内部提供所需制冷量；控制系统以箱体内部温度为目标值结合制冷系统运行参数和工况通过对压缩机模块及节流模块的操作实施对低温冷冻储存箱的运行控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种采用机械式制冷的低温冷冻贮存箱，特别涉及一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱。
技术介绍
低温冷冻保存是保持生物材料活性等最主要的方法，低温冷冻贮存箱已经成为生物医学工程、农牧、水产等领域的重要基础设备。低温冷冻贮存箱通常是指有效贮存温度在-30°C以下的机械式制冷低温冷冻贮存设备，其也被俗称为低温冰箱或超低温冰箱。机械式制冷低温冷冻贮存箱是制冷与低温技术与科学仪器技术的有机结合，而其最本质的是制冷和低温技术的创新。低温冷冻贮存箱技术是应生物医学技术的需求在最近的几十年内迅速发展起来的，并已得到相当广泛的应用。随着需求的变化及制冷和低温技术的发展，其技术上也在不断进步，并处于一个快速发展期。但是，国际上通用的-30°C以下的机械式制冷低温冷冻贮存在技术上存在一个重大缺陷没有一项统一的技术可完全自由、方便、低成本和可靠地实现从-30°C至液氮全温区，且尚无一家企业拥有覆盖全温区的机械式制冷低温冷冻储存箱技术。国际上通用的低温冷冻贮存箱对不同温区需要采用不同的制冷技术-40°C以上通常采用单级蒸汽压缩节流制冷系统(如图1所示)。由于制冷工质性能和压缩机特性限制，单级蒸汽压缩节流制冷系统在-40°C时效率已十分低下，而且容易造成压缩机过热；-40°C以下至_86°C温区通常采用两级复叠节流制冷系统(如图2所示)。单级压缩两级复叠节流制冷系统的有效制冷温度最低一般在_80°C左右，当环境温度较高时，例如在32°C时，其箱内温度很难真正实现_86°C，通常使用温度在-80°C甚至以上；更低温度则一般采用更为复杂的传统多级外复叠或自动复叠节流制冷系统。三级外复叠节流制冷系统曾在早期用于实现-120°C的低温冷冻贮存箱，但由于难以实现成本与可靠性兼顾，除两级外复叠外目前多级外复叠已很少用于低温冷冻贮存箱。目前仅有少量采用自动复叠节流制冷系统的技术， 但由于制造和调试过程过于复杂造成生产效率低下，并未形成规模。在_86°C以下温区仍然是另外一些厂商的液氮生物容器占据绝大部分市场。由于传统制冷方式的限制，不同的温区的低温冷冻贮存箱需要采用不同的技术，使生产过程复杂化，难以实现大规模的低成本制造，且普遍存在系统复杂、效率低等问题。从满足低温冷冻贮存箱制冷要求讲，传统的自动复叠(Auto-cascade)节流制冷技术可以用于实现从-30°C至液氮的全温区低温冷冻贮存箱。该技术的基本思想专利技术于 1939年，历经了数十年的不断发展且已成功用于大型天然气液化系统，近年也在部分温区低温冷冻贮存箱中采用。代表性的如1.日本三洋生产的_135°C和_152°C两个温区低温冷冻储存箱采用了带预冷级的混合工质自动复叠节流制冷系统，具体为一个单级蒸汽压缩节流制冷系统预冷一个自动复叠节流制冷系统，低温级自动复叠节流制冷系统采取了二个汽液分离器和三组都需要精调的节流器件(图3所示)，预冷级采用R407D制冷剂，低温级自动复叠节流制冷系统采用氢氟烃多元混合制冷剂(HFCs) ；2.美国Thermo (Revco品牌)生产的-135°C和-152°C两个温区低温冷冻储存箱采取的是带三个汽液分离器和四组都需要精调的节流器件的完全自动复叠节流制冷系统(见图4)，工质为不含氟氯烃(CFCs)的多元混合物；国内外还有多个类似工作和专利。中国专利(申请号:03116151. 0和03116152. 9 等)则利用内复叠流程中的多温度级实现多温室低温冷冻箱。但是，由于它们所采用的制冷系统的核心思想均是源自普冷领域的蒸汽压缩节流制冷和以其为基础的多级复叠原理， 系统中有多次汽液分离和多个节流元件一是系统复杂给设计和生产过程显著增加了难度，二是制冷温度每降低30-40°C需相应增加一级使不同温区在制冷系统上不具统一性，三是难以用简单的方法实现对各级之间的最优匹配控制，因此该制冷技术从技术经济上讲并不能很好适合于全温区低温冷冻贮存箱的实现。近年来，本专利专利技术人通过深入研究提出以实现高效回热来组织混合工质节流制冷系统和进行工质优化的思想，成功地实现一种采用分凝分离器的新型回热式混合工质节流制冷循环，其可以用常规油润滑单级压缩机驱动高效地实现从_30°C至液氮的全温区，其从制冷性能和技术经济性等均能更好地满足了全温区低温冷冻贮存箱的需求。本专利技术提出了一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱， 其可采用常规油润滑单级压缩机驱动，由同一套硬件仅通过改变工质即可高效地实现从-30°C至液氮的全温区的低温冷冻贮存箱，大大提高了系统设计、部件加工及组装和整机调试的效率，而且具有系统和调控简单，运行可靠安全，能耗和造价低等优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，其采用常规油润滑单级压缩机驱动，由同一套硬件仅通过改变工质即可高效地实现从-30°C至液氮的全温区的低温冷冻贮存箱，从而大幅降低传统低温冷冻贮存箱在技术和生产过程等上的复杂性。本专利技术的技术方案如下本专利技术提供的带一级分凝分离回热混合工质节流制冷的低温冷冻贮存箱，由制冷系统R，控制系统C和箱体B组成，以带一级分凝分离的回热式混合工质节流制冷系统提供所需冷量；所述制冷系统R由压缩机模块CU、回热换热器模块RU、节流模块JU和蒸发换热模块EU及其连接管路组成，其连接方式为制冷压缩机模块⑶的高压出口连接回热换热器模块RU的制冷剂高压入口 ；回热换热器模块RU的制冷剂高压出口连接节流模块JU的制冷剂高压入口 ；节流模块JU的制冷剂低压出口连接蒸发换热模块EU入口，蒸发换热模块EU 的出口连接回热换热器模块RU的制冷剂低压入口，回热换热器模块RU的制冷剂低压出口连接制冷压缩机模块⑶的低压入口 ；其特征在于如图5所示，制冷系统R、控制系统C和箱体B为一体式结构，其制冷系统R的制冷压缩机模块CU置于箱体下方形成立式结构或置于箱体侧方形成卧式结构；如图5. 1所示，所述的压缩机模块⑶包括压缩机⑶1、第一前冷却器⑶21及管路和阀门组成，其连接方式为压缩机CUl的高压出口连接冷却器CU2的进口 ；冷却器CU2出口为压缩机模块CU的高压出口 ；压缩机CUl的低压进口为压缩机模块CU的低压进口 ；如图5. 2所示，所述回热换热器模块RU包括垂直放置的分凝分离换热器RU1、第一回热换热器RU2、中间节流元件RU3、第二回热换热器RU4及连接管路和阀门组成，其连接方式为压缩机模块⑶输入的高压来流连接至分凝分离换热器RUl下部的高压入口，经分凝分离后主流从分凝分离换热器RUl上部的高压出口连接至第一回热换热器RU2的高压入口，经回热换热后由第一回热换热器RU2的高压出口连接至第二回热换热器RU4的高压入口，经回热换热后由第二回热换热器RU4的高压出口排出；蒸发换热模块EU出口排出的低压来流连接至第二回热换热器RU4的低压入口，经回热换热后由第二回热换热器RU4的低压出口连接至第一回热换热器RU2的低压入口，经回热换热后由第一回热换热器RU2的低压出口连接至分凝分离换热器RUl上部的低压入口，经回热换热后由分凝分离换热器RUl 下部的低压出口排出；由分凝分离产生的一部分高压流体由分凝分离换热器RUl下部的高压出口连接中间节流元件RU3的入口，经节本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑峰，公茂琼，董学强，沈俊，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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