具有可喷射液体的涡旋式压缩机的深度低温的制冷系统技术方案

一种带有涡旋式压缩机的且使用混合制冷剂的深度低温或深冷制冷系统，借助将制冷剂喷射到压缩机中来降低制冷剂排气温度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请要求获得在2002年9月18日提交的美国临时申请No.60/411676的优先权利。
技术介绍
制冷系统早在1900-1910年就已经出现了，当时已经开发出了密封可靠的制冷系统。从那时起，在制冷技术方面的改进已经证明其既可以用于民用设备也可以用于工业设备中。特别是，低温制冷系统目前为生物医学应用、低温电子学、涂渍操作以及半导体制造应用领域提供了基本的产业功能。制冷系统的制造商面临越来越严格的环境法规，使得制冷工业原理已经迫使制冷工业放弃采用氯氟烃(CFCs)而改用氢氯氟烃(HCFCs)。欧盟的法律也规定从2001年1月1日起禁止在制冷系统中采用氢氯氟烃(HCFC)。对于制冷工业而言，系统的占地面积也是另一考虑因素。例如，半导体工业希望减小系统的占地面积。因此，制冷系统制造商在不牺牲性能和能力的情况下继续开发出部件尺寸紧凑的系统。如果水平的占地面积比垂直空间受到更多的限制，则有利的是尽可能地使用垂直空间。例如，往复式和螺杆式压缩机通常是水平卧式的。半封闭式的往复式压缩机尤其是大型的，这增加了制冷系统的所需的占地面积。相反，高效的大容量的涡旋式压缩机是垂直立式的，由此利用了可用的垂直空间并减小了整个系统的占地面积尺寸。其它的应用领域是生物储藏以及制药和化学处理。深度低温的混合制冷剂的系统已经用于生物冷冻机，并用于制药和化学品处理以便控制过程反应或控制其它过程。其它的应用包括制药和生物试剂、反应试剂、和其它物质的冷冻干燥，以及食品的冷冻干燥。涡旋式压缩机的构思已经有100年了。但是最近20-30年来所需的机械精度实现之后才使得这种结构可商业化应用。在20世纪80年代末期到90年代早期，涡旋式压缩机开始商业应用，特别是在民用和商用的空调领域。到了20世纪90年代中期，制冷用涡旋式压缩机开始用于商业制冷应用(即超级市场的制冷)。这些现代的涡旋式压缩机具有立式结构，其中马达轴是垂直的，并且马达在压缩机壳体的下部，并且向下延伸到压缩机油池。涡旋件位于马达之上。可转动的涡旋件的旋转由马达轴来驱动，同时静止涡旋件在可转动的涡旋件之上保持就位。在深度低温制冷系统中往复式压缩机的通常排气温度在110-130摄氏度的范围内。(在压缩机检修阀处测量的)130摄氏度通常是排气温度的最大容许值。超过130摄氏度导致压缩机油分解并随后出现导致压缩机故障的金属磨损。涡旋式压缩机往往具有更高的排气温度。为了保持替代压缩机的竞争力，开发出对于制冷用涡旋件的液体喷射，以便控制压缩机的排气温度并且提高制冷量。在典型的单元中，涡旋式压缩机的排气温度对于压缩机的运行状况强加了明显的限制，并且降低了整个系统的效率。一些重要的因素是整个混合物的组分以及压缩机的排气压力和吸气压力。因此，所希望的是，对于给定的制冷剂系统，发现降低排气温度的装置，以便以较低的蒸发器温度运行，或对于给定的蒸发器温度提供更多的制冷量。以另一方式来描述，所希望的是，将排气温度保持在安全范围内，同时优化整个系统的性能以实现更高的系统效率，以便与卡诺循环相比，见由Podtchemiaev，Boiarski，和Flynn所著的“Performance ofthrottle-cycle coolers operating with mixed refrigerantsdesigned for industrial applications in a temperature range110 to 190K”，Adavances in Cryogenic EngineeringProceedingof Cryogenic Engineering Conference，Vol.47(2002)。一种已知的冷却被压缩气体的方法在于，将液体制冷剂从冷凝器经喷嘴通道直接喷射到压缩机中。液体制冷剂可喷射到压缩机的吸气区域，或其喷射到由涡旋件限定的中间包围空间内(例如见美国专利5640854和5076067)。所使用的制冷剂的发展改变了制冷系统的结构和功能。传统上，烷基苯压缩机油或矿物油与CFC和HCFC系统一起使用。然而，HFC具有较低的可混和性，并且被认为与烷基苯油不混合，因此多元醇型酯(POE)油通常与HFC制冷剂一起使用。制冷系统制造商必须遵守现今的对于指定制冷剂选择的环境法，并且必须提供处理所选的制冷剂成分对制冷剂相关部件例如压缩机的影响。现今的主要的涡旋式压缩机的制造商例如COPELAND或其它制造商选择、测试、并证实了POE油与常规制冷剂例如R134a、R404A、R507相容。这些油在-45摄氏度(-49F)下具有与这些制冷剂的良好混合性。从压缩机排出到排气管路中的油借助制冷剂返回到压缩机，因此商用的制冷系统不需要油分离器。所需的是具有这种压缩机的制冷系统与特定的POE油相容，POE油在-45摄氏度(-49F)下与制冷剂相混合。已经提出了多种与现今的制冷剂相容的高效、紧凑的制冷系统。2000年8月8日授权给Fujita等人的美国专利6098421“Refrigerating apparatus”披露了一种用于制冷设备的液体喷射式涡旋式压缩机，其使用HFC制冷剂但不包括氯(HFC-125/HFC-143a/HFC-134a)作为工作流体，并且一定量的喷射液体依据压缩机的排气温度来控制。另外，酯油和/或醚油用作制冷机油，干燥器设置在制冷循环中。借助该结构，在不改变常规制冷设备的结构的情况下可在宽范围内实现稳定制冷循环。2000年6月13日授权给Spauschus等人的美国专利6073454“Reduced pressure carbon dioxide-based refrigerationsystem”披露了一种新的制冷设备和制冷方法。新的制冷设备包括脱附器/蒸发器、与该脱附器/蒸发器连接的涡旋式压缩机、与该压缩机连接的吸附器/冷凝器、与该吸附器/冷凝器和脱附器/蒸发器连接的膨胀装置、包括二氧化碳的循环制冷剂以及与二氧化碳差异共流的液体。该制冷方法包括在涡旋式压缩机中压缩二氧化碳气体和共流的液体，以便使得二氧化碳至少部分地溶解在共流的液体中，并且降低包含二氧化碳的共流的液体的压力，以便溶解的二氧化碳从共流的液体中分离出来，并且私德气态二氧化碳和共流的液体再循环到涡旋式压缩机。2000年5月2日授权给Tojo等人的美国专利6055827“Refrigerant compressor and refrigerating apparatus”披露了一种带有涡旋式压缩机制冷设备，其压缩部分吸入并压缩HFC基制冷剂，并包括冷凝器等，其中滑动轴承可滑动地支承驱动压缩机的压缩部分的驱动轴，压缩部分由含铅的材料制成，并且醚油可与制冷循环所使用的制冷剂混合，以便作为润滑油对滑动轴承进行润滑。1999年12月28日授权给Tojo等人的美国专利6006542“Refrigerant compressor and refrigerating apparatus”披露了一种披露了一种带有涡旋式压缩机制冷设备，其压缩部分吸入并压缩HFC基制冷剂，并包括冷凝器等，其中滑动轴承可滑动地支承驱动压缩机的压缩部分的驱动轴，压缩部分由含铅的材料制成，并且醚油可与制冷循环所使用的制冷剂混合，以便作为润滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深度低温制冷系统，其中ａ）压缩机是涡旋式压缩机，ｂ）制冷剂以中间压力从液体制冷剂管路喷射到该涡旋式压缩机压缩腔中，ｃ）该制冷剂是多种组分制冷剂，其中该制冷剂的组分具有差别至少为５０摄氏度的沸点，ｄ）该制冷 剂包含较高量的低沸点制冷剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：K弗林，O波德特切尔尼埃夫，
申请(专利权)人：赫力思科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]