超音速两相膨胀多级低温制冷系统及制冷机技术方案

本发明专利技术提供一种超音速两相膨胀多级低温制冷系统及制冷机，超音速两相膨胀多级低温制冷系统包括多个制冷单元，每一制冷单元包括逆流换热器、与逆流换热器相连接的超音速两相膨胀机、与超音速两相膨胀机相连接的至少一个蒸发器、与逆流换热器相连接的压缩机以及与压缩机和逆流换热器相连接的冷却器；其中，制冷工质流经多个制冷单元多级制冷以达到低温温区。通过上述方式，本申请设置超音速两相膨胀机作为膨胀降温装置，具有膨胀制冷效率高、压降小、能耗低、结构简单紧凑、无运动部件安全可靠、加工难度低的优点。工难度低的优点。工难度低的优点。

【技术实现步骤摘要】
超音速两相膨胀多级低温制冷系统及制冷机


[0001]本专利技术涉及制冷
，尤其涉及一种超音速两相膨胀多级低温制冷系统及制冷机。

技术介绍

[0002]随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，低温、制冷以及热泵产品的应用越来越多，低温与制冷技术提高了人们的生活质量，但各种制冷剂泄漏引起的环境问题也越来越严重，推广应用环境友好的制冷剂，对于节能减排和推动社会可持续发展具有重要意义。目前制冷剂的发展历史主要分为四个阶段：第一代制冷剂以自然工质如CO2、醚类等为代表；随着人工合成的第二代制冷剂氯氟烃(CFCs)和氢氯氟烃(HCFCs)的发展，自然工质因系统效率无法与人工合成工质相比而逐渐被淘汰，但第二代制冷剂具有较高的臭氧消耗潜能值(Ozone Depletion Potential,ODP)同样也退出了历史舞台；出于对臭氧层的保护，制冷剂转变为不含氯和溴的氢氟烃(HFCs)，其中以R134a为主要代表的第三代制冷剂，开始被大规模生产和使用，但是其全球变暖潜能值(Global Warming Potential,GWP)较高，随之带来了温室效应的问题；考虑到臭氧层破坏和温室效应，自然工质作为第四代制冷剂再次被提出，其中主要包括CO2、NH3、H2O、碳氢化合物和用于低温制冷的CH4、He和N2等。
[0003]传统低温技术中膨胀机具有高速旋转机械运动部件、运行存在不可靠不稳定的隐患、加工难度大、不能带液工作等缺点；混合工质自复叠节流制冷技术存在无法实现液氢温区等低温温区制冷等不足。
专利技术内容
[0004]本专利技术实施例提供一种超音速两相膨胀多级低温制冷系统，用以解决现有技术中的膨胀机具有高速旋转机械运动部件、运行存在不可靠不稳定的隐患、加工难度大、不能带液工作的技术问题。
[0005]本专利技术实施例提供一种超音速两相膨胀多级低温制冷系统，包括：多个制冷单元；
[0006]每一所述制冷单元包括逆流换热器、与所述逆流换热器相连接的超音速两相膨胀机、与所述超音速两相膨胀机相连接的至少一个蒸发器、与所述逆流换热器相连接的压缩机以及与所述压缩机和所述逆流换热器相连接的冷却器；其中，
[0007]制冷工质流经多个所述制冷单元多级制冷以达到低温温区。
[0008]根据本专利技术一个实施例的超音速两相膨胀多级低温制冷系统，所述逆流换热器内设有气态换热管和低温换热管，所述气态换热管与所述超音速两相膨胀机的一端相连接，所述超音速两相膨胀机的另一端与所述蒸发器的一端相连接，所述蒸发器的另一端与所述低温换热管相连通，所述压缩机的两端分别连接所述低温换热管与所述冷却器，所述冷却器与所述气态换热管相连接。
[0009]根据本专利技术一个实施例的超音速两相膨胀多级低温制冷系统，所述制冷单元的数
量为3个，并分别形成一级制冷回路、二级制冷回路以及三级制冷回路；
[0010]所述一级制冷回路中的所述超音速两相膨胀机与所述二级制冷回路中的所述逆流换热器相连接，所述二级制冷回路中的所述超音速两相膨胀机与所述三级制冷回路中的所述逆流换热器相连接；
[0011]所述二级制冷回路中的所述冷却器与所述一级制冷回路中的所述压缩机进口侧相连通，所述三级制冷回路中的所述冷却器与所述二级制冷回路中的所述压缩机进口侧相连通。
[0012]根据本专利技术一个实施例的超音速两相膨胀多级低温制冷系统，所述二级制冷回路中设有两个所述蒸发器，一者与所述二级制冷回路中的所述超音速两相膨胀机相连接，另一者分别连接所述一级制冷回路中的所述逆流换热器以及所述二级制冷回路中的所述逆流换热器；
[0013]所述三级制冷回路中设有三个所述蒸发器，一者与所述三级制冷回路中的所述超音速两相膨胀机相连接，另一者分别连接所述三级制冷回路中的所述逆流换热器以及所述二级制冷回路中的所述逆流换热器，第三者分别连接所述二级制冷回路中的所述逆流换热器以及所述一级制冷回路中的所述逆流换热器。
[0014]根据本专利技术一个实施例的超音速两相膨胀多级低温制冷系统，所述超音速两相膨胀机包括进气口、出气口以及出液口；
[0015]所述进气口与所述逆流换热器的所述气态换热管相连通，所述出气口与相邻的所述制冷单元中的所述逆流换热器的气态换热管相连通，所述出液口与所述蒸发器的进口侧相连通。
[0016]根据本专利技术一个实施例的超音速两相膨胀多级低温制冷系统，还包括节流阀，所述节流阀与所述三级制冷回路的所述超音速两相膨胀机的所述出气口相连通，并形成四级制冷回路；
[0017]所述四级制冷回路依次流经所述一级制冷回路、所述二级制冷回路以及所述三级制冷回路中设置的所述逆流换热器，且所述四级制冷回路上设有所述压缩机和与所述压缩机相连接的所述冷却器，且所述冷却器与所述三级制冷回路中的所述压缩机进口侧相连通。
[0018]根据本专利技术一个实施例的超音速两相膨胀多级低温制冷系统，所述四级制冷回路上设置了三个所述蒸发器，一者与所述节流阀出口侧相连通，另一者与所述三级制冷回路中的所述逆流换热器以及所述二级制冷回路中的所述逆流换热器相连通，第三者与所述二级制冷回路中的所述逆流换热器以及所述一级制冷回路中的所述逆流换热器相连接。
[0019]根据本专利技术一个实施例的超音速两相膨胀多级低温制冷系统，所述超音速两相膨胀机包括依次连接的旋流机构、喷管、旋流分离管、排液机构以及扩压器；
[0020]所述进气口与所述旋流机构相连通，所述旋流机构产生离心力将经所述进气口进入的气态工质在所述喷管形成低温效应，并在所述旋流分离管内经所述排液机构将产生的液态工质流向所述蒸发器以及经所述扩压器将气态工质流向所述逆流换热器。
[0021]根据本专利技术一个实施例的超音速两相膨胀多级低温制冷系统，所述制冷工质包括氦气和与所述氦气结合的二氧化碳、氮气、氖气、氢气中的一者或者多者。
[0022]本专利技术实施例还提供一种制冷机，包括：上述的超音速两相膨胀多级低温制冷系
统。
[0023]本专利技术实施例提供的超音速两相膨胀多级低温制冷系统及制冷机，包括多个制冷单元，且每个制冷单元包括超音速两相膨胀机、蒸发器、逆流换热器、压缩机以及冷却器。由此，本申请设置超音速两相膨胀机作为膨胀降温装置，具有膨胀制冷效率高、压降小、能耗低、结构简单紧凑、无运动部件安全可靠、加工难度低的优点。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术超音速两相膨胀多级低温制冷系统实施例的组成结构示意图；
[0026]图2为图1所示的超音速两相膨胀机的结构示意图；
[0027]图3为图1所示的超音速两相膨胀多级低温制冷系统的一状态的结构示意图；
[0028]图4为图1所示的超音速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超音速两相膨胀多级低温制冷系统，其特征在于，包括：多个制冷单元；每一所述制冷单元包括逆流换热器、与所述逆流换热器相连接的超音速两相膨胀机、与所述超音速两相膨胀机相连接的至少一个蒸发器、与所述逆流换热器相连接的压缩机以及与所述压缩机和所述逆流换热器相连接的冷却器；其中，制冷工质流经多个所述制冷单元多级制冷以达到低温温区。2.根据权利要求1所述的超音速两相膨胀多级低温制冷系统，其特征在于，所述逆流换热器内设有气态换热管和低温换热管，所述气态换热管与所述超音速两相膨胀机的一端相连接，所述超音速两相膨胀机的另一端与所述蒸发器的一端相连接，所述蒸发器的另一端与所述低温换热管相连通，所述压缩机的两端分别连接所述低温换热管与所述冷却器，所述冷却器与所述气态换热管相连接。3.根据权利要求2所述的超音速两相膨胀多级低温制冷系统，其特征在于，所述制冷单元的数量为3个，并分别形成一级制冷回路、二级制冷回路以及三级制冷回路；所述一级制冷回路中的所述超音速两相膨胀机与所述二级制冷回路中的所述逆流换热器相连接，所述二级制冷回路中的所述超音速两相膨胀机与所述三级制冷回路中的所述逆流换热器相连接；所述二级制冷回路中的所述冷却器与所述一级制冷回路中的所述压缩机进口侧相连通，所述三级制冷回路中的所述冷却器与所述二级制冷回路中的所述压缩机进口侧相连通。4.根据权利要求3所述的超音速两相膨胀多级低温制冷系统，其特征在于，所述二级制冷回路中设有两个所述蒸发器，一者与所述二级制冷回路中的所述超音速两相膨胀机相连接，另一者分别连接所述一级制冷回路中的所述逆流换热器以及所述二级制冷回路中的所述逆流换热器；所述三级制冷回路中设有三个所述蒸发器，一者与所述三级制冷回路中的所述超音速两相膨胀机相连接，另一者分别连接所述三级制冷回路中的所述逆流换热器以及所述二级制冷回路中的所述逆流换热器，第三者分别连接所述二级制冷回路中的所述逆流换热器以及所述一级制冷回路中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗二仓，曾钰培，陈燕燕，王晓涛，董学强，公茂琼，
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：