本发明专利技术涉及一种采用Xe为低温级制冷剂的超低温复叠制冷系统，包括压缩机、冷凝蒸发器、回热器、节流阀或电子膨胀阀，蒸发器，从压缩机排出蒸气经过冷凝蒸发器冷凝为液体后，再经过回热器、节流阀，进入蒸发器进行蒸发制冷，从蒸发器出来的低沸点气体经回热器再进入压缩机，所用低温级制冷剂为Xe。采用天然工质Xe作为制冷剂，环保，且不可燃没有安全性问题，特别适用于低温复叠制冷系统中的低温环路，以提供深低温温度的冷量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及一种制冷系统，特别设及一种采用Xe为低溫级制冷剂的超低溫复叠制 冷系统。
技术介绍
制冷剂替代技术的发展推动着制冷技术的进步。W前超低溫制冷系统经常使用的 制冷剂是R22/R13和R50UR502/R503系列，其中WR22、R13和R502使用最广泛。0DP是全球变 暖潜能值，是描述物质对平流层臭氧破坏能力的一种量值;GWP是全球变暖潜能值，用来表 示和比较消耗臭氧层物质对全球气候变暖影响力的大小的一种量值。根据《蒙特利尔协 议》，制冷剂的消耗臭氧潜能值（ozone depression potential ,0DP)和全球变暖潜能值 (global warmin甜otential ,GWP)是两项重要的考核指标，基于此R13和R502于2010年完全 淘汰;R22也是要被淘汰的工质，因此寻找新的环保替代工质是超低溫制冷技术发展的趋 势。 自然工质大体上可分为两类:①天然的碳氨类物质，如丙烷、下烧等;②各种天然 无机物，如C02、N册等。其中C02、N册最具竞争力。畑3/C02复叠式制冷系统的出现，解决了两 种工质独立作为超低溫制冷系统制冷剂的缺点。Pettersen等研究表明，与NH3双级压缩系 统相比，高溫级采用NH3和低溫级采用C02的复叠压缩系统可获得-45~-70°C的低溫区。 WR290为代表的碳氨化合物是目前国际上比较看好的长期替代R22的碳氨类化合 物，因 R290与R22的物性相似。马一太等对WR290/C02与R22/R13为制冷剂的复叠式制冷循 环进行了热力学分析，分析指出，R290/C02复叠式制冷循环的性能系数(coefficient of performance, COP)比 R22/R13 的低。Christensen 等对超市用R290/C02 复叠式制冷系统（-40 ~-60°C)进行能耗和经济性分析后发现，与传统的R404A系统相比，采用R290/C02复叠系统 初投资增加20%，而与原来的R404A制冷系统相比，系统整体能耗可减少5%。虽然当前欧美 一些超市已经安装了R717/C02、R290/C02等超低溫复叠制冷系统，但是此类制冷剂在设备 运行压力、可燃性、刺激性等方面的问题，限制了其在全球范围内的推广。所W降低天然工 质运行设备成本、寻找与之相匹配的阻燃剂W及减小爆炸极限是扩大天然工质替代范围的 一条有效出路。 目前，常用于双级或者复叠制冷系统的HFC类环保替代制冷剂主要有R134a、 1?4044、1?507/1?116、1?5088和1?23。1?23、1?116与1?13的沸点都在-80°(：左右，彼此很接近，是邸0 物质中替代R13的制冷剂最有可能的选择。在实际应用中发现，R23具有破坏压缩机运动部 件和分解润滑油等问题，长期使用还可导致电机线圈短路。此外R23、R116和R508B的GWP值 很高，故只能作为过渡性制冷剂使用。 对于R23、R508B的试验研究主要集中在其作为复叠系统低溫环路制冷剂的循环性 能上。Agnew等在复叠制冷系统中W制冷剂R717/R508B替代R12/R13并进行了模拟运行，模 拟结果表明在-45~-60°C的超低溫范围内，R717/R508B具有更好的循环性能。Keumnam等研 究了在复叠制冷系统低溫环路使用R23作为R13替代物的循环性能。Robert等研究了在蒸发 溫度为-50~-70°C，制冷剂为R134a/R508B的复叠制冷系统在蒸发器中的质量流量为50~ 70g/minDMurat等分析指出R134a/R508B的复叠制冷系统可W实现蒸发溫度(-50~-75°C) 和更高的单位容积效率。作为复叠系统的高溫环路制冷剂，R404A和R507在超低溫系统中是R502的中长期 替代品。孙艳秀等对R404A、R507和R22在双级压缩制冷系统中的运行性能进行的模拟结果 表明：R404A和R507的各项性能比较接近，另外双级压缩系统采用R404A和R507达到的低溫 范围是-45~-75°C，比R22更广。王维等完成了一套采用工质R404A/R23替代R22/R13的复叠 制式系统试验机组的设计。试验结果表明，在-45~-60°C内，使用替代工质R404A/R23的系 统较原系统的制冷量略有降低，但其它系统运行参数均优于R22/R13系统，系统的可靠性大 大提高。文献通过试验研究发现R507和R502在相同的蒸发溫度-40°C下，两者的COP相当，但 R507的单位容积制冷量略高于R502。[000引虽然323、1?116、1?5086的00? = 0，但其具有很高的溫室效应系数，仍属于京都协议 所规定的溫室气体，只能作为过渡性制冷剂使用；当前HFC类工质替代最大问题是超低溫系 统润滑和压缩机匹配的问题。
技术实现思路
本专利技术是针对环保制冷剂替换存在的问题，提出了一种采用Xe为低溫级制冷剂的 超低溫复叠制冷系统，低溫环路制冷剂采用氣气Xe，W替代R23和R508B等高GWP的HFC类合 成工质W及高可燃性的R1150等HC类天然工质。该系统的优点是Xe为天然工质，因而环保， 且不可燃没有安全性问题。 本专利技术的技术方案为:一种采用Xe为低溫级制冷剂的超低溫复叠制冷系统，包括 压缩机、冷凝蒸发器、回热器、节流阀或电子膨胀阀、蒸发器，从压缩机排出蒸气经过冷凝蒸 发器冷凝为液体后，再经过回热器、节流阀或电子膨胀阀，进入蒸发器进行蒸发制冷，从蒸 发器出来的低沸点气体经回热器再进入压缩机，所用低溫级制冷剂为Xe。 所述压缩机用强冷风扇降溫。所述系统在1至2.5标准大气压的正压下获得-90°c 至-108°C的低溫。所述蒸发溫度为-108°C时，系统的制冷系数达0.856。 本专利技术的有益效果在于:本专利技术采用Xe为低溫级制冷剂的超低溫复叠制冷系统， 采用天然工质Xe作为制冷剂，环保，且不可燃没有安全性问题，特别适用于低溫复叠制冷系 统中的低溫环路，W提供深低溫溫度的冷量。【附图说明】 图1为本专利技术采用Xe为低溫级制冷剂的超低溫复叠制冷系统结构示意图。【具体实施方式】 氣气的标准沸点为-lOS.rC，因而可制取-100°CW下的低溫。同R23，R116等合成 工质相比，氣气为天然工质，溫室效应接近0,其在环保上具有绝对的优势，且可W在正压下 达到-100°C的低溫。同R1150相比，氣气不可燃，安全性好。氣气也不存在对材料的腐蚀和与 润滑油相容的问题。因此，本文提出采用氣气作为低溫环路制冷剂。几种常用的低溫环路制 冷剂的热物性汇总于表1中。 表1 对几种低溫制冷剂在蒸发溫度-84.4C，冷凝溫度-35Γ，过冷度5.6Γ，吸气溫度- 17.8°C，压缩机的余隙容积为4%、等赌压缩指数0.7时理论性能进行了计算，结果如表2所 示。表2表明低溫制冷剂制冷循环时的理论性能，从制冷系统制冷量和能效比等经济方面综 合考虑，R503是性能最佳的低溫制冷剂，但R503环境友善性差，是被禁用的制冷剂。R508B的 性能优于R23,且排气溫度较R23低得多并且在压缩机容许的安全运行排气溫度范围内，但 它们的GWP值均太高。[001引表2 从表2中可W看出，在同样的蒸发溫度和冷凝溫度下，Xe的压比仅为5.387,远本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用Xe为低温级制冷剂的超低温复叠制冷系统，包括压缩机、冷凝蒸发器、回热器、节流阀或电子膨胀阀、蒸发器，从压缩机排出蒸气经过冷凝蒸发器冷凝为液体后，再经过回热器、节流阀或电子膨胀阀，进入蒸发器进行蒸发制冷，从蒸发器出来的低沸点气体经回热器再进入压缩机，其特征在于，所用低温级制冷剂为Xe。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：祁影霞，张华，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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