一种带内置式液化器的回热式制冷机制造技术

本发明专利技术公开了一种带内置式液化器的回热式制冷机，包括回热式制冷模块，所述回热式制冷模块包括：室温端单元以及冷端换热单元，还包括输送工质进入和排出回热式制冷模块的补气组件和液体收集组件，所述补气组件通过管路与室温端单元连通，所述液体收集组件通过管路与冷端换热单元连通；本发明专利技术省去了外部液化工质流道和预冷及液化工质的换热器，使得装置轻量紧凑；换热更加充分，换热损失小，能量利用率高；工质实现自我液化，是对工质的充分利用；液态工质可作为冷源，提供稳定的低温，与回热式制冷机一起实现多温位同时制冷。

Regenerative refrigerator with built-in type of liquefying device

The invention discloses a regenerative refrigeration machine with a built-in liquefiers, including regenerative refrigeration module, the regenerative refrigeration module includes: room temperature end unit and cold end heat unit also includes components to collect air components and a liquid conveying refrigerant inlet and outlet of the regenerative cooling the module, the air component connected by pipeline and room temperature unit, the liquid collection component communicated through the pipeline and the cold end heat unit; the invention eliminates the need for external heat exchanger of liquefied refrigerant flow and pre cooling and liquefied refrigerant, the device is lightweight and compact heat exchanger; more fully. Low heat loss, high energy utilization; refrigerant self liquefaction, make full use of refrigerants; liquid refrigerant can be used as cold source, provide a stable temperature, and heat recovery chiller with more temperature and refrigeration.

【技术实现步骤摘要】
一种带内置式液化器的回热式制冷机
本专利技术涉及制冷
，特别涉及一种带内置式液化器的回热式制冷机。
技术介绍
回热式低温制冷机因其体积小、重量轻、灵活等优点，广泛应用于气体液化、超导冷却等低温技术中。传统的小型低温制冷机液化系统，如图1所示，包括回热式制冷机、液化工质进气管路、换热器、节流阀或节流毛细管、储液罐、排气管、排气阀。气体工质从室温端经回热式制冷机外部流向回热式制冷机冷端，与回热式制冷机逐级换热，气体工质在回热式制冷机冷端被预冷至转化温度以下，经过节流过程液化，液体进入储液罐收集，节流过程中产生的闪蒸气体通过排气管和排气阀排出系统接入工质回收装置。目前利用一台回热式制冷机提供冷量的小型液化装置可生产液氦200～630mL/h(15.13L/d)(集液压力175kPa)，液氖1.5～2L/h，或液氮7～11L/d。例如公开号为CN103759496A的专利文献公开了一种小型撬装式液化天然气蒸发气再液化回收装置，其特征在于，包括：低温储罐、回热式低温制冷机、外翅片式冷凝换热器、压力测试装置、温度测试装置、加热装置、控制系统；回热式低温制冷机设置在低温储罐的顶部；压力测试装置用于检测压力测试装置中蒸发气体的压力；回热式低温制冷机的冷端安装有多个外翅片式冷凝换热器；外翅片式冷凝换热器上设置有温度测试装置、加热装置；控制系统用于根据压力测试装置和温度测试装置的采集数据控制加热装置，以调节回热式低温制冷机的冷端温度和实际输出冷量，进而蒸发气体在上升过程中与外翅片式冷凝换热器发生热交换，被再次冷凝成液化天然气，并在重力作用下回到低温储罐的底部。上述液化装置可根据低温储罐实际压力和热负荷的需要，对低温制冷机的冷端温度和输出冷量进行实时监控和无级调节，以实现储罐系统的零损耗，装置内气液流动依靠自身的压差和重力实现无泵循环，系统能耗低，且结构紧凑，工艺流程简单，再液化效率高，运行和维护成本低。深低温回热式制冷机冷端换热器温度可达到工质临界温度以下，该状态下的流体工质通过等焓节流或等熵膨胀而压力降低，即可得到液态工质，并在一定范围内产生制冷效果。然而在传统的小型低温制冷机液化系统中，这部分工质没有被用于节流或膨胀产生制冷或转化为液态产物，工质在回热式制冷机和液化系统中没有得到较好的利用。因此传统的小型低温制冷机液化方法，仍存在以下不足：1、需在回热式制冷机外接多级换热器，结构复杂；2、多级换热会带来传热损失，效率较低；3、制冷机内工质未得到充分利用。
技术实现思路
本专利技术公开了一种带内置式液化器的回热式制冷机，结构简单，传热损失小，制冷效率高。一种带内置式液化器的回热式制冷机，包括回热式制冷模块，所述回热式制冷模块包括：室温端单元以及冷端换热单元，还包括输送工质进入和排出回热式制冷模块的补气组件和液体收集组件，所述补气组件通过管路与室温端单元连通，液体收集组件通过管路与冷端换热单元连通。所述调相机构为小孔-气库调相或惯性管-气库调相等形式。为了便于制造和安装，优选的，所述液体收集组件包括节流单元、储液单元、蒸汽回流单元以及排液单元；所述节流单元的入口通过管路与冷端换热单元连通，所述节流单元的出口通过管路与储液单元连通；所述蒸汽回流单元的两端通过管路分别连接储液单元和回热式制冷单元的冷头；所述排液单元通过管路与储液单元相连。所述节流单元常采用单向节流阀或单向节流毛细管，所述储液单元采用储液罐，所述蒸汽回流单元常采用单向蒸汽阀或单向蒸汽管路，所述排液单元采用排液阀。为了便于控制补气量，优选的，所述补气组件包括依次通过管路连接的高压储气单元、减压单元、进气单元、缓冲单元、进气微调单元和流量计。高压储气单元常采用高压气瓶，减压单元和进气单元常采用阀结构，缓冲单元常采用缓冲罐，进气微调单元常采用进气微调阀。按工质流向，高压气瓶内的气体通过补气组件进入回热式制冷模块，回热式制冷模块稳定运行后，回热式制冷模块的冷端换热器内液态工质，通过单向阀或单向毛细管节流降压，进入储液罐收集，得到的液体工质可经排液阀取出并应用，在节流和收集过程中蒸发的气体经单向阀或单向毛细管组成的蒸汽回路回到回热式制冷模块内，与低温工质混合后再次参与制冷循环并被液化。在液体收集组件收集液体工质的同时，补气组件对回热式制冷模块补充气体工质，使回热式制冷模块在一定的压力下持续工作并不断产生液体；即进入装置的工质，一部分在回热式制冷模块内进行交变流动，为制冷工质；一部分从回热式制冷模块的热端换热器进入回热式制冷机内部，到达回热式制冷机冷端换热器时被充分预冷，从回热式制冷机冷端换热器引出，经节流降压进入储液罐，为液化工质。优选的，所述回热式制冷模块为脉管制冷机，包括依次连接的压缩装置、传输管、回热器热端换热器、回热器、回热器冷端换热器、脉管、脉管热端换热器以及调相机构；所述补气组件的出气口与压缩装置的出口或调相机构连接。调相机构末端的压力波动较小，便于稳定的补充工质。脉管制冷机冷端无运动部件，稳定性高，且脉管制冷机内部工作压力较高，在1MPa以上，与节流阀高压压力范围有重叠部分，可实现优化匹配设计。液化工质在回热器内形成直流，有研究证明，直流在回热式制冷机冷端质量流量1/100的范围内不会恶化回热式制冷机的性能，且有研究证明，回热器内合适的直流有利于提高回热式制冷机的制冷效率。优选的，所述回热式制冷模块包括双向进气阀组，双向进气阀组由两个单向调节阀组成，两个单向调节阀方向相反放置；两个单向调节阀的同侧一端通过管路和回热器热端换热器连通，另一端通过管路和脉管热端换热器连通。双向进气阀组能够调节优化液化工质直流对脉管制冷机造成的影响。优选的，所述回热式制冷模块为多级结构，多级结构为热耦合或气耦合。级数可以是两级、三级、四级等，多级结构可达到较低的制冷温度，可实现氦等临界温度低的工质液化。优选的，所述回热式制冷模块为两级热耦合脉管制冷机，包括预冷级脉管制冷机；所述预冷级脉管制冷机包括依次连接的预冷级回热器热端换热器、预冷级回热器、预冷级冷端换热器、预冷级脉管、预冷级脉管热端换热器、预冷级调相机构；所述预冷级回热器热端换热器与所述压缩装置通过管路连接，所述预冷级冷端换热器通过热桥冷却所述回热器的中部。优选的，所述室温端单元的压缩装置为GM型压缩机组，包括通过管路依次连接的涡旋压缩机、高压控制阀和低压控制阀组成；所述回热器热端换热器通过管路与所述高压控制阀和所述低压控制阀之间的管路连通，所述补气组件通过管路与所述GM型压缩机组和所述回热器热端换热器之间的管路连通。GM脉管制冷机现已成熟发展，冷端温度可达到多种工质的液化温度。本专利技术的有益效果是：本专利技术的带内置式液化器的回热式制冷机与现有技术相比，省去了外部液化工质流道和预冷及液化工质的换热器，使得装置轻量紧凑；本专利技术的带内置式液化器的回热式制冷机使气体在回热式制冷机内部冷却并液化，与传统方法通过外部换热器换热相比，换热更加充分，换热损失小，能量利用率高；本专利技术的带内置式液化器的回热式制冷机将液化工质本身作为回热式制冷机的制冷工质，工质实现自我液化，是对工质的充分利用；本专利技术的带内置式液化器的回热式制冷机产生的液态工质可作为冷源，提供稳定的低温，与回热式制冷机一起实现多温位同时制冷。附图说明图1是现有技术的传统小型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带内置式液化器的回热式制冷机，包括回热式制冷模块，所述回热式制冷模块包括：室温端单元以及冷端换热单元，其特征在于，还包括输送工质进入和排出回热式制冷模块的补气组件和液体收集组件，所述补气组件通过管路与室温端单元连通，所述液体收集组件通过管路与冷端换热单元连通。

【技术特征摘要】
1.一种带内置式液化器的回热式制冷机，包括回热式制冷模块，所述回热式制冷模块包括：室温端单元以及冷端换热单元，其特征在于，还包括输送工质进入和排出回热式制冷模块的补气组件和液体收集组件，所述补气组件通过管路与室温端单元连通，所述液体收集组件通过管路与冷端换热单元连通。2.如权利要求1所述的带内置式液化器的回热式制冷机，其特征在于，所述液体收集组件包括节流单元、储液单元、蒸汽回流单元以及排液单元；所述节流单元的入口通过管路与冷端换热单元连通，所述节流单元的出口通过管路与储液单元连通；所述蒸汽回流单元的两端通过管路分别连接储液单元和回热式制冷单元的冷头；所述排液单元通过管路与储液单元相连。3.如权利要求1所述的带内置式液化器的回热式制冷机，其特征在于，所述补气组件包括依次通过管路连接的高压储气单元、减压单元、进气单元、缓冲单元、进气微调单元和流量计。4.如权利要求1所述的带内置式液化器的回热式制冷机，其特征在于，所述回热式制冷模块为脉管制冷机，包括依次连接的压缩装置、传输管、回热器热端换热器、回热器、回热器冷端换热器、脉管、脉管热端换热器以及调相机构；所述补气组件的出气口与压缩装置的出口或调相机构连接。5.如权利要求4所述的带内置式液化器...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱利民，黄宸，夏曦，植晓琴，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33