本发明专利技术公开了一种超低温高效制冷装置及其制冷方法，属于制冷技术领域。该超低温高效制冷装置及其制冷方法包括高温制冷机组和低温制冷机组，冷凝蒸发器/载冷器的气相工质进口通过载冷回气管路与蒸发器气液分离器的第一气相工质出口相连；冷凝蒸发器/载冷器的液相工质出口与载冷/复叠切换阀的进口连接，载冷/复叠切换阀的第一个出口通过载冷落液管路与蒸发器气液分离器的第一工质进口相连，低温级闪蒸桶的工质进口与载冷/复叠切换阀的第二个出口相连。本发明专利技术公开的超低温高效制冷装置及其制冷方法，避免了因高压缩机和低温级压缩机所处温区不同而导致在直接启动时出现低温级压缩机无法正常启动或者因启动带来的压缩机损伤、寿命缩短问题。寿命缩短问题。寿命缩短问题。
【技术实现步骤摘要】
一种超低温高效制冷装置及其制冷方法
[0001]本专利技术涉及一种超低温高效制冷装置及其制冷方法，属于制冷
技术介绍
[0002]复叠式制冷属于蒸汽压缩式制冷的一种特殊形式，通常由两到三个工作温区不同的独立蒸汽压缩式制冷循环组成。以两级复叠式制冷循环为例，它由高温级制冷机组和低温级制冷机组两部分组成，高温级制冷机组中使用中温冷媒，低温级中使用低温冷媒，形成两个单级压缩制冷机组复叠工作的循环。两级制冷机组之间采用共用的冷凝蒸发器衔接起来，使高温级制冷机组中的中温冷媒在冷凝蒸发器中蒸发制冷，低温冷媒在冷凝蒸发器中放热被冷凝成液相。从冷凝蒸发器出来的中温冷媒蒸气带走低温冷媒的冷凝热量，并经过高温级制冷循环中的冷凝器将热量传递给环境介质。而从冷凝蒸发器出来的液相低温冷媒，经低温级节流阀降压后，进入蒸发器吸收被冷却介质的热量而蒸发制冷，使被冷却介质获取所需要的低温。
[0003]随着对医药化工产品规格要求的逐年递增，对其生产工艺提升的需求也随之加大，尤其是对超低温制冷机组的稳定性及能效需求尤为突出。例如，高端医药化工行业对于整个制冷工艺要求特别高，不仅要求机组降温快，还要同时达到高效能，并且能够长时间稳定运行，从而才能满足不间断的工业生产需求。
[0004]当前的超低温复叠机组大多采用常规的直膨式供液方式来满足冷凝蒸发侧及蒸发侧（蒸发器）的换热要求，这种形式下虽然机组结构简单，但换热效率极其低下，并且高温级制冷机组和低温级制冷机组同时启动或短时间内间隔启动会导致低温级压缩机硬性启动（未在允许运行区间内启动），极易造成压缩机严重磨损及寿命缩减，进而导致设备故障频发及运行稳定性欠缺的现象发生。因此，开发一种新型的超低温制冷机组至关重要。
[0005]需要说明的是，上述内容属于专利技术人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供了一种超低温高效制冷装置及其制冷方法，保证制冷装置稳定高效，极大的提高了制冷装置的极限运行能力。
[0007]本专利技术通过采取以下技术方案实现上述目的：一种超低温高效制冷装置，包括通过冷凝蒸发器/载冷器、蒸发器气液分离器进行耦合的高温制冷机组和低温制冷机组，所述冷凝蒸发器/载冷器为满液式换热器，所述冷凝蒸发器/载冷器安装在蒸发器气液分离器的上方；所述高温制冷机组包括高温级压缩机、冷凝器、高温级闪蒸桶节流阀、高温级闪蒸桶、高温级气液分离器节流阀、高温级气液分离器，所述高温级气液分离器安装在冷凝蒸发器/载冷器的上方，所述高温级压缩机的工质出口经冷凝器、高温级闪蒸桶节流阀与高温级闪蒸桶的低温工质进口相连，高温级闪蒸桶的第一低温工质出口与高温级气液分离器的第一工质进口相连，高温级气液分离器的气相工质出口与高温级压缩机的工质进口相连，高
温级气液分离器的液相工质出口与冷凝蒸发器/载冷器的液相工质进口相连，冷凝蒸发器/载冷器的气相工质出口与高温级气液分离器的气相工质进口相连；冷凝蒸发器/载冷器的气相工质进口通过载冷回气管路与蒸发器气液分离器的第一气相工质出口相连，载冷回气管路上设置载冷回气电磁阀；冷凝蒸发器/载冷器的液相工质出口与载冷/复叠切换阀的进口连接，载冷/复叠切换阀的第一个出口通过载冷落液管路与蒸发器气液分离器的第一工质进口相连，蒸发器气液分离器的第一工质进口和第一气相工质出口均位于蒸发器气液分离器的上部；所述低温制冷机组包括低温级压缩机、预冷器、低温级闪蒸桶节流阀、低温级闪蒸桶、回热器、蒸发器节流阀、蒸发器，所述蒸发器位于蒸发器气液分离器的下方，所述低温级压缩机的工质出口经预冷器与高温级闪蒸桶的高温工质进口相连，高温级闪蒸桶的高温工质出口与冷凝蒸发器/载冷器的高温工质进口相连，低温级闪蒸桶的工质进口与载冷/复叠切换阀的第二个出口相连，低温级闪蒸桶的第一工质出口与回热器的第一工质进口相连，回热器的第一工质出口与蒸发器气液分离器的第二工质进口相连，蒸发器气液分离器的第二气相工质出口与回热器的第二工质进口相连，回热器的第二工质出口与低温级压缩机的工质进口相连；蒸发器气液分离器的液相工质出口与蒸发器的液相工质进口相连，蒸发器的气相工质出口与蒸发器气液分离器的气相工质进口相连。
[0008]可选的，所述高温制冷机组还包括设置在高温级压缩机与冷凝器之间的高温级油分离器。
[0009]可选的，所述低温制冷机组还包括设置在低温级压缩机与预冷器之间的低温级油分离器。
[0010]可选的，所述高温级气液分离器采用卧式U型管式气液分离器。
[0011]可选的，所述蒸发器气液分离器采用卧式U型管式气液分离器。
[0012]可选的，所述卧式U型管式气液分离器包括U形的壳体，壳体工质进口设置在壳体的第一端端部；壳体气相工质进口靠近壳体的第一端，壳体气相工质进口内插设有弯管，弯管的上端口伸入壳体内；壳体气相工质出口设置在壳体的顶部，并且靠近壳体的第二端；壳体液相工质出口设置在壳体的底部，并且靠近壳体的第二端。
[0013]可选的，高温级闪蒸桶的第二低温工质出口与高温级压缩机的工质进口相连，低温级闪蒸桶的第二工质出口与低温级压缩机的工质进口相连。
[0014]可选的，所述载冷/复叠切换阀采用电动三通阀。
[0015]可选的，本专利技术提供的超低温高效制冷装置的制冷方法，包括依次运行的载冷模式和复叠制冷模式，所述载冷模式包括以下步骤：（1.1）将载冷回气电磁阀打开使载冷落液管路导通，并调节载冷/复叠切换阀使载冷落液管路导通、使冷凝蒸发器/载冷器与低温级闪蒸桶之间的连接关停；同时，开启高温级压缩机，高温侧冷媒经过高温级压缩机压缩后经过冷凝器冷凝，然后经高温级闪蒸桶节流阀节流膨胀后进入到高温级闪蒸桶过冷，经高温级闪蒸桶过冷后的高温侧冷媒经过高温级气液分离器节流阀节流膨胀，然后进入到高温级气液分离器，分离得到的液相高温侧冷媒进入到冷凝蒸发器/载冷器，在冷凝蒸发器/载冷器内液相高温侧冷媒吸热蒸发变为气相后重新进入到高温级气液分离器，气相的高温侧冷媒吸入到高温级压缩机进行循环；
蒸发器气液分离器内的气相低温侧冷媒通过载冷回气管路进入冷凝蒸发器/载冷器放出热量变为液相后通过载冷落液管路重新进入到蒸发器气液分离器，蒸发器气液分离器内液相的低温侧冷媒通过重力供液进入到蒸发器，在蒸发器内液相的低温侧冷媒吸收被冷却介质的热量后形成气液混合相，气液混合相的低温侧冷媒由蒸发器回到蒸发器气液分离器；（1.2）待蒸发器内被冷却介质出口的温度降低至低温制冷机组的低温侧冷媒的冷凝温度后，先开启低温级压缩机，然后将载冷回气电磁阀关闭使载冷落液管路关停，并调节载冷/复叠切换阀使载冷落液管路关停、使冷凝蒸发器/载冷器与低温级闪蒸桶之间的连接导通，如此结束载冷模式，并开始运行复叠制冷模式。
[0016]进一步的，所述复叠制冷模式包括如下步骤：低温侧冷媒经过低温级压缩机压缩后经过预冷器排出部分显热，然后进入高温级闪蒸桶与高温侧冷媒换热冷却后进入冷凝蒸发器/载冷器，在冷凝蒸发器/载冷器内低温侧冷媒被高温侧冷媒吸收热量后变本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超低温高效制冷装置，其特征在于，包括通过冷凝蒸发器/载冷器、蒸发器气液分离器进行耦合的高温制冷机组和低温制冷机组，所述冷凝蒸发器/载冷器为满液式换热器，所述冷凝蒸发器/载冷器安装在蒸发器气液分离器的上方；所述高温制冷机组包括高温级压缩机、冷凝器、高温级闪蒸桶节流阀、高温级闪蒸桶、高温级气液分离器节流阀、高温级气液分离器，所述高温级气液分离器安装在冷凝蒸发器/载冷器的上方，所述高温级压缩机的工质出口经冷凝器、高温级闪蒸桶节流阀与高温级闪蒸桶的低温工质进口相连，高温级闪蒸桶的第一低温工质出口与高温级气液分离器的第一工质进口相连，高温级气液分离器的气相工质出口与高温级压缩机的工质进口相连，高温级气液分离器的液相工质出口与冷凝蒸发器/载冷器的液相工质进口相连，冷凝蒸发器/载冷器的气相工质出口与高温级气液分离器的气相工质进口相连；冷凝蒸发器/载冷器的气相工质进口通过载冷回气管路与蒸发器气液分离器的第一气相工质出口相连，载冷回气管路上设置载冷回气电磁阀；冷凝蒸发器/载冷器的液相工质出口与载冷/复叠切换阀的进口连接，载冷/复叠切换阀的第一个出口通过载冷落液管路与蒸发器气液分离器的第一工质进口相连，蒸发器气液分离器的第一工质进口和第一气相工质出口均位于蒸发器气液分离器的上部；所述低温制冷机组包括低温级压缩机、预冷器、低温级闪蒸桶节流阀、低温级闪蒸桶、回热器、蒸发器节流阀、蒸发器，所述蒸发器位于蒸发器气液分离器的下方，所述低温级压缩机的工质出口经预冷器与高温级闪蒸桶的高温工质进口相连，高温级闪蒸桶的高温工质出口与冷凝蒸发器/载冷器的高温工质进口相连，低温级闪蒸桶的工质进口与载冷/复叠切换阀的第二个出口相连，低温级闪蒸桶的第一工质出口与回热器的第一工质进口相连，回热器的第一工质出口与蒸发器气液分离器的第二工质进口相连，蒸发器气液分离器的第二气相工质出口与回热器的第二工质进口相连，回热器的第二工质出口与低温级压缩机的工质进口相连；蒸发器气液分离器的液相工质出口与蒸发器的液相工质进口相连，蒸发器的气相工质出口与蒸发器气液分离器的气相工质进口相连。2.根据权利要求1所述的超低温高效制冷装置，其特征在于，所述高温制冷机组还包括设置在高温级压缩机与冷凝器之间的高温级油分离器。3.根据权利要求1所述的超低温高效制冷装置，其特征在于，所述低温制冷机组还包括设置在低温级压缩机与预冷器之间的低温级油分离器。4.根据权利要求1所述的超低温高效制冷装置，其特征在于，所述高温级气液分离器采用卧式U型管式气液分离器。5.根据权利要求1所述的超低温高效制冷装置，其特征在于，所述蒸发器气液分离器采用卧式U型管式气液分离器。6.根据权利要求4或5所述的超低温高效制冷装置，其特征在于，所述卧式U型管式气液分离器包括U形的壳体，壳体工质进口设置在壳体的第一端端部；壳体气相工质进口靠近壳体的第一端，壳体...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋明刚，高晨晨，李忠魁，孙承良，
申请(专利权)人：山东神舟制冷设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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