專利名稱:致冷系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及到帶有壓縮機的致冷系統(tǒng)，特別是可得到深低溫的致冷系統(tǒng)。
通常，在物化實驗室一類地方，用來(譬如說)保持活體細胞的冷藏室的致冷系統(tǒng)可達到的溫度低限為-80℃左右。在如此低溫下，細胞能夠保持處于凍結狀態(tài)。但是經(jīng)過一段時間后，在冰凍細胞里的冰晶核會重新結合而產(chǎn)生出較大的冰晶體致使細胞破裂。這種現(xiàn)象稱之為冰的再結晶。眾所周知，當環(huán)境溫度低于冰的再結晶點-130℃時，不會發(fā)生冰的再結晶。這樣，在低于-130℃以下的深低溫中細胞幾乎永久保持不變。因此，長久以來就期待著能提供可達到如此深低溫的致冷系統(tǒng)。
在這種類型的致冷系統(tǒng)中，特別是帶有壓縮機的此類系統(tǒng)中，由壓縮機排放出來的熱的氣態(tài)致冷劑被引入冷凝器，在這里通過與空氣或水進行熱交換而液化，然后通過減壓器以調(diào)節(jié)壓力并由此導入蒸發(fā)器蒸發(fā)。蒸發(fā)時，致冷劑從周圍環(huán)境吸收氣化熱而產(chǎn)生致冷效應。使用單一致冷劑并帶有一個普通壓縮機的致冷系統(tǒng)能達到的最低溫度局限在-40℃左右。
我們知道，還有一些致冷系統(tǒng)，它們含有兩個獨立的封閉的致冷劑回路，這兩個回路相互級聯(lián)(即一個回路的蒸發(fā)器與另一回路的冷凝器組合在一起進行熱交換，以作為一個級聯(lián)冷凝器來使用)。低沸點致冷劑被封入其中的一個回路以使該回路達到低溫。然而，當使用普通壓縮機時，能達到的溫度被局限在-80℃左右。
美國專利3，768，273號(公布于1973年10月3日)公開了一種致冷系統(tǒng)，它使用了具有不同沸點的各種致冷劑的混合物，而且在該系統(tǒng)中，具有較高沸點的致冷劑依次地蒸發(fā)并冷凝具有較低沸點的致冷劑。這樣，具有最低沸點的致冷劑就在最后一級蒸發(fā)從而使用單一壓縮機來得到低溫。如果使用通用型的壓縮機，由于壓力和溫度受限，這種系統(tǒng)最終可達到的溫度還是局限于-80℃左右。
為克服前述系統(tǒng)的缺點，1973年5月22日公布的美國專利3，733，845號公開了另一種系統(tǒng)，它含有兩個級聯(lián)在一起的、獨立封閉的致冷劑回路，并且在其低溫回路中使用了混合致冷劑以按上述同樣的方式來達到深低溫。
在美國專利3，733，845號中公開的系統(tǒng)在使用一個普通壓縮機(譬如約1.5馬力)的情況下，可用來達到低于-130℃以下的溫度。但是，為了得到低于-130℃的溫度，級聯(lián)冷凝器需實現(xiàn)充分的熱交換，所以它的尺寸必須很大以確保有足夠的熱交換面積。另一方面，采用裝填著混合致冷劑的低溫致冷劑回路以利用蒸發(fā)較高沸點的致冷劑來逐級地冷凝較低沸點的冷凝劑，因此這種回路就必定使系統(tǒng)本身變大，再加上用了大尺寸級聯(lián)冷凝器，整個系統(tǒng)就更大了。
本發(fā)明提供一種致冷系統(tǒng)，它包括第一級和第二級兩個致冷劑回路。每個回路都帶有一個壓縮機，一個冷凝器，一個蒸發(fā)器。用管道將壓縮機的出口連結至冷凝器的入口，冷凝器的出口通過另一條管道連接到蒸發(fā)器的入口，蒸發(fā)器的出口再用一條管道連接至壓縮機的入口。每一個致冷劑回路都裝上有機致冷劑;第一級致冷劑回路的蒸發(fā)器分割成一組蒸發(fā)器區(qū)，相對于致冷劑流動來說它們是串聯(lián)在一起的;第二級致冷劑回路的冷凝器被分割成與第一級致冷回路的蒸發(fā)器區(qū)相等數(shù)目的冷凝區(qū)，相對于致冷劑的流動冷凝器區(qū)之間是并聯(lián)的;第二級致冷劑回路的冷凝區(qū)與第一級致冷劑回路的蒸發(fā)區(qū)配對組成數(shù)個熱交換器，第二級致冷劑回路的致冷劑為不同類型、不同沸點的致冷劑組成的混合物，靠此，第二級致冷回路的蒸發(fā)器被冷卻至深低溫。
如上所述，第一級致冷劑回路的蒸發(fā)器被分割為數(shù)個區(qū)，而第二級致冷劑回路的冷凝器被分為與蒸發(fā)器區(qū)數(shù)相同數(shù)目的區(qū)。分離開的蒸發(fā)器區(qū)互相串聯(lián)起來，而分開來的冷凝器區(qū)并聯(lián)在一起。蒸發(fā)器區(qū)與冷凝器區(qū)配對組成熱交換器，即級聯(lián)冷凝器。這樣就可得到熱交換效率不降低而又緊湊的級聯(lián)冷凝器，使得系統(tǒng)較易安裝并使各個系統(tǒng)變小。
根據(jù)本發(fā)明，第一級回路的蒸發(fā)器區(qū)及第二級回路的冷凝器區(qū)組合成二到四個熱交換器即級聯(lián)冷凝器為好，最好是兩個。為了縮小致冷系統(tǒng)的整體尺寸，級聯(lián)冷凝器彼此分開以便能容納于(譬如說)一個熱絕緣體的厚度之中。自然，被分開的級聯(lián)冷凝器的尺寸和其中致冷劑的流量應該是一樣的，以便很容易地保持它們之間的平衡。
本發(fā)明提出的系統(tǒng)最好具有以下結構。從第二級致冷劑回路的蒸發(fā)器出口到其壓縮機入口的連線上有數(shù)個串聯(lián)起來的中間熱交換器。從第二級致冷回路的冷凝器出口到其蒸發(fā)器入口的連線上有數(shù)個減壓器及比減壓器數(shù)目稍少的氣-液分離器，此連線由許多線區(qū)組成第一線區(qū)將流經(jīng)第二級致冷劑回路冷凝器的致冷劑引入氣-液分離器中的一個并使致冷劑的冷凝部份通過某個減壓器進入某個中間熱交換器;數(shù)個線區(qū)用來將致冷劑中未冷凝的部份從所說的氣-液分離器帶去與一個中間熱交換器接觸、隨后將致冷劑的還未冷凝部份引入另一氣-液分離器并將得到的致冷劑部份引入另一中間熱交換器;最后一級的一個線區(qū)用來將具有最低沸點并通過了其它線區(qū)的致冷劑部份通過最后一級的減壓器引入第二級致冷回路的蒸發(fā)器。
再者，根據(jù)本發(fā)明，最好使流入與流出最后一級減壓器的致冷劑之間的溫度差小于第二級致冷劑回路的冷凝器與蒸發(fā)器之間的溫度差除以減壓器數(shù)目所得之商，但要大于10℃。這樣可以消除蒸發(fā)器的溫度變化和冷卻不足問題，而使致冷系統(tǒng)呈現(xiàn)穩(wěn)定的冷卻性能并使系統(tǒng)具有較高的可靠性和延長其壽命。
圖1到9示出了本發(fā)明的實施致冷系統(tǒng)。
圖1為致冷系統(tǒng)的致冷回路示意圖;
圖2為同一系統(tǒng)的控制電路示意圖;
圖3為致冷系統(tǒng)運行時間關系圖;
圖4為裝有致冷系統(tǒng)的冷藏箱透視圖;
圖5為冷藏箱主體剖面?zhèn)纫晥D;
圖6為專門表示致冷系統(tǒng)致冷回路構造的示意圖;
圖7為中間熱交換器透視圖;
圖8為冷藏箱后部透視圖;
圖9為接通電源后貯存室內(nèi)部溫度隨時間變化圖;
圖10為當回路中致冷劑填裝量過多或過少時在接近低溫致冷回路所能達到的溫度下貯存室的溫度變化圖;
圖11和圖12示出了用于本發(fā)明的自動溫度記錄器;
圖11為組成自動溫度記錄器的布爾登管透視圖;而圖12為其中封裝有2-甲基戊烷的布爾登管內(nèi)壓力與溫度傳感器部份的溫度之間的關系圖。
優(yōu)先實施例說明下面參考附圖來說明本發(fā)明的實施例。
圖1示出了致冷系統(tǒng)R的致冷劑回路1。致冷劑回路包括有用作第一級致冷劑回路的高溫致冷劑回路2以及作為第二級致冷劑回路的低溫致冷劑回路3?；芈?和3相互獨立。4指的是包括于高溫致冷劑回路之中的電動壓縮機，它是由單相或三相交流電源驅動的。壓縮機4上有出口管4D連接至輔助冷凝器5，后者再連接至管道6以加熱后面將詳述的冷藏箱75的貯存室開口邊緣，以防止開口邊緣處濕氣冷凝。管道6連接到壓縮機4的油冷卻器7再通到冷凝器8。9指的是用來冷卻冷凝器8的風扇。致冷劑管道由冷凝器8延伸至干燥器12，然后通向減壓器13并再到第一級蒸發(fā)器14A及第二級蒸發(fā)器14B，它們構成了蒸發(fā)裝置的部件，致冷劑管道從這里連接到集液器15并經(jīng)過用于包括在低溫致冷回路3里的壓縮機10的油冷卻器11再到壓縮機4的入口管4S。第一級和第二級蒸發(fā)器14A及14B串聯(lián)在一起組成高溫致冷回路2的蒸發(fā)裝置。
高溫致冷劑回路2中裝填致冷劑R-502(48.8%(重量比)的R-12(CCl2F2，二氯二氟甲烷)和51.2%(重量比)的R-115(C2ClF5，氯五氟乙烷)的混合物)及R-12，這些致冷劑的沸點是不同的。作為例子，致冷劑的比例可為88.0%(重量比)的R-502及12.0%(重量比)的R-12。被壓縮機4排出、處于熱的氣態(tài)的混合致冷劑在輔助冷凝器5、管道6、油冷卻器7以及冷凝器8中冷凝時液化并釋放熱量，然后在干燥量12中脫去水份，在減壓器13中受到減壓并流入第一級和第二級蒸發(fā)器14A和14B，此處致冷劑R-502蒸發(fā)、從周圍環(huán)境吸收蒸發(fā)熱而使蒸發(fā)器14A與14B冷卻?；旌现吕鋭┩ㄟ^用作致冷劑儲存器的集液器15流經(jīng)低溫致冷劑回路3的壓縮機10的油冷卻器11并返回壓縮機4。
電動壓縮機4具有(譬如說)1.5馬力的功率，而蒸發(fā)器14A及14B在運行過程中最終可冷卻至-50℃。在如此低溫下，混合致冷劑中的R-12在蒸發(fā)器14A及14B中仍為液體并未蒸發(fā)，所以對冷卻貢獻很小或無貢獻，然而壓縮機4的潤滑油以及未被干燥器12去除的水份卻因溶解于R-12中而被帶回壓縮機4。更明確地說，致冷劑R-12從集液器15流出、通過通常位于由集液器15伸出的管道下端的返油口(此管由上插入集液器15，在下端打彎并在液面以上有開口)并以液體狀態(tài)被引至低溫致冷劑回路3的冷卻器11，被液體中含有上面提到的潤滑油等雜物。由于壓縮機10具有較高的溫度，使得引入的R-12蒸發(fā)以防止將壓縮機10堵塞并防止?jié)櫥偷牧呀?。這樣，R-12具有使高溫回路2中的潤滑劑返回壓縮機4以及冷卻低溫致冷劑回路3的壓縮機10的作用。
屬于低溫致冷劑回路3的壓縮機10帶有出口管10D(見圖6)，該管連向輔助冷凝器17而后到油分離器18，從油分離器18伸出一根連在壓縮機10的返油管19和一根連至干燥器20的管。干燥器20連至三通結21。由結21延伸出的一管道繞在低溫致冷回路3的第二級吸出端(aspiration-side)熱交換器22的周圍與其進行熱交換、而后連至插入第一級蒸發(fā)器14A用作高壓管的第一級冷凝管23A。由結21延伸出的另一條管道類似地繞在低溫致冷回路3的第一級吸出端熱交換器24的周圍與其實行熱交換。而后，連至插入第二級蒸發(fā)器14B作為高壓管道的第二級冷凝管23B。第一級蒸發(fā)器14A和第一級冷凝管23A以及第二級蒸發(fā)管14B和第二級冷凝管23B分別組成級聯(lián)冷凝器25A與25B。第一級與第二級冷凝管23A與23B在三通結27處匯合，此結通過干燥器28連至第一級氣-液分離器29。從氣-液分離器29延伸出一氣相管30通過第一級中間熱交換器32并連至第二級氣-液分離器33。由分離器29延伸出的液相管道34通至干燥器35，而后到減壓器36并由此到第一級中間熱交換器32和第二級中間熱交換器42之間的連線上。由分離器33延伸出的液相管38連接至干燥器39(它最好置于與第三級中間熱交換器44可進行熱交換的地方，看圖1)，然后連到減壓器40隨后到第二級與第三級中間熱交換器42及44的連接線處。由分離器33出來的氣相管43通過第二級中間熱交換器42，而后通過第三級中間熱交換器44并被連到干燥器45上(類似地，它被置于與第三級中間熱交換器44進行熱交換的地方，如圖1所示)而后連到減壓器46。減壓器46連至充當蒸發(fā)器的蒸發(fā)管47和連至第三級中間熱交換器44上。從第三級到第一級，中間熱交換器44、42和32串聯(lián)在一起。第一級熱交換器32連至集液器49，后者通過第一級和第二級吸出端熱交換器24及22連至壓縮機10的入口管10S。入口管10S通過減壓器52連至膨脹罐51以在壓縮機10不工作時貯存混合致冷劑。
在低溫致冷劑回路3中封入由四種致冷劑組成的混合物，它們的沸點各異，即，R-12(CCl2F2，二氯二氟甲烷)，R-13B1(CBrF3，溴三氟甲烷)，R-14(CF4，四氟化碳)和R-50(CH4，甲烷)，混合致冷劑由這些致冷劑予先混合到一起制成。舉例來說，混合致冷劑包含4.0%(重量比)的R-50，22.0%(重量比)的R-14，39.0%(重量比)的R-13B1及35.0%(重量比)的R-12。雖然R-50，即甲烷，與氧混合時易爆，但將R-50與上述比例的氟利昂致冷劑混合即可避免爆炸的危險。因此，即使混合致冷劑意外泄漏也不會發(fā)生爆炸。
混合致冷劑以下述方式在系統(tǒng)中循環(huán)。從壓縮機10中排放出的高溫高壓氣體混合致冷劑被輔助冷凝器17予冷卻并供至油分離器18，在此含于混合劑中的壓縮機10的大部分潤滑油被分離出來。分離出的潤滑油通過返油管19返回壓縮機10，而混合致冷劑流經(jīng)干燥器20并由此在三通結21處分為兩部份。兩部份致冷劑相互獨立地被吸出端熱交換器22或24予冷卻而后由級聯(lián)冷凝器25A或25B的第一級或第二級蒸發(fā)器14A或14B冷卻，靠此混合物中的一個或幾個高沸點致冷劑冷凝液化。兩部份致冷劑于三通結27處匯合。就這樣，混合致冷劑被分成較少量的兩部份并分別由級聯(lián)冷凝器25A或25B冷卻。如此實現(xiàn)了充分的熱交換以保證有良好的冷凝。
由三通結27流出的混合致冷劑通過干燥器28再進入氣-液分離器29。此時，混合劑中沸點非常低的R-14和R-50未冷凝，仍處于氣態(tài)，只有R-12和R-13B1處于凝液狀態(tài)。因此，R-14和R-50流入氣相管30，與其分離的R-12和R-13B1流入液相管34。流入氣相管30的混合致冷劑在第一級中間熱交換器32內(nèi)進行熱交換而后流入氣-液分離器33。熱交換器32的溫度約為-80℃，這是由于從蒸發(fā)管47返回的低溫致冷劑流入交換器32，也還由于流入液相管34的R-13B1在通過干燥器35和減壓器36后進入交換器32并在其中蒸發(fā)，這些致冷劑從而對冷卻作出貢獻。由此，混合致冷劑中的大部份R-14在通過氣相管30時冷凝液化。沸點較低的R-50仍處于氣態(tài)。由氣-液分離器33出來，R-14流入液相管38，而與R-14分離開的R-50則流入氣相管43。R-14通過干燥器38并通過裝置40減壓后流入第二級及第三級中間熱交換器42和44之間的連管并在第二級交換器42中蒸發(fā)。交換器42的溫度約為-100℃，這是因為從蒸發(fā)管47返回的低溫致冷劑流入交換器42，也還因為F-14的蒸發(fā)對冷卻有貢獻。第三級中間熱交換器44(低溫致冷劑由47管直接流入其中)具有非常低的溫度，約-120℃，因此，沸點最低的致冷劑R-50在通過氣相管43并在第二級交換器42進行熱交換后在交換器44中冷凝液化。冷凝后的R-50通過干燥器45再通過裝置46減壓后又流入蒸發(fā)管47并在其中蒸發(fā)。這時，管47的溫度達到-150℃。本發(fā)明致冷系統(tǒng)R最終達到了這個溫度。后面將講到的冷藏箱75(見圖4)的貯存室76通過裝在其中的蒸發(fā)管47的熱交換作用可冷卻至深低溫-140℃。從47管流出的混合致冷劑(其主要成份為R-50)從第三級到第一級逐級進入中間熱交換器44，42和32以與R-14，R-13B1和R-12匯合。匯合后的混合劑由交換器32流出，進入集液器49，在此，未蒸發(fā)的部份被分離出來。然后混合劑流入熱交換器24并由此進入熱交換器22冷卻，再被壓縮機10吸出。
由第一級氣-液分離器10流出、通過液相管34、按上述過程進入第一級中間熱交換器32的R-12仍為未蒸發(fā)的液體。對冷卻不起任何作用。這是由于該致冷劑業(yè)已被冷卻至極低的溫度。但是R-12將未被油分離器18分離掉的剩余潤滑油和未被干燥器除去的剩余水份溶解于自身以將這些液體帶回壓縮機10。如果壓縮機10的潤滑油循環(huán)于已達到深低溫的低溫致冷回路3中，它們將滯留在回路的各個部位，引起回路堵塞。為避免此缺點而使用了R-12，以將幾乎全部的潤滑油送回。
像上述那樣使混合致冷劑反覆循環(huán)，致冷劑回路1將穩(wěn)定運行使蒸發(fā)管47產(chǎn)生-150℃的深低溫。為達到此目的，壓縮機4和10只需有約1.5馬力的功率即可，不需要特別大的功率，這主要是由于級聯(lián)冷凝器25A和25B能實現(xiàn)良好的熱交換以及還由于使用了合適的混合冷凝劑的緣故。因此，壓縮機運行時噪音降低、能耗減少。還有，活體樣品(諸如細胞、血和精液)貯存于能冷卻至-150℃的冷藏箱75內(nèi)時可冷卻至冰的再結晶點以下的溫度從而幾乎永久保持不變?；旌现吕鋭┩ㄟ^高溫致冷劑回路2是從第一級蒸發(fā)器14A流入第二級蒸發(fā)器14B而不是分別流入這些蒸發(fā)器中，所以即使此二蒸發(fā)器14A和14B由于某種原因失去溫度平衡，也不會有不平衡的致冷流發(fā)生。因而，低溫致冷劑回路的第一級和第二級冷凝管23A與23B兩者皆可得到很穩(wěn)定的冷卻而實現(xiàn)令人滿意的冷凝。
圖2示出了控制本發(fā)明致冷系統(tǒng)R的電路線路圖。高溫致冷劑回路2的壓縮機4由電動機4M驅動，后者連接于單相或三相交流電源端線AC及AC之間。電源AC饋電時電動機4M不停地工作。低溫致冷劑回路3的壓縮機10由電動機10M驅動，后者通過電磁繼電器60的觸點60A接至電源AC。當繼電器60的線圈60C通電時觸點60A閉合使電動機10M運行。61指的是后面將要說明的冷藏箱貯存室76的溫度控制器。接至電源AC的控制器61主要是用來檢測貯存室的溫度。為控制器設置了差值適當?shù)臏囟壬舷孪蕖＿_到溫度上限時在輸出端61A與61B之間產(chǎn)生電壓。達到下限溫度時電壓的產(chǎn)生就停止。設置的溫度區(qū)間為-145℃到-150℃。溫度控制繼電器62的線圈62C與定時器63的觸點63A和輸出端61A及61B串聯(lián)。通電時線圈62C閉合繼電器62的觸點62A。圖1中所示的低溫致冷劑回路3里的壓縮機10的出口管10D處，在輔助冷凝器17的入口前裝有高壓開關65。高壓開關65與定時器63串聯(lián)接到電源AC上。當壓縮機出口端的壓力聚集到例如26公斤/厘米2使壓縮機超載時，開關65斷開。當壓力降低至充分安全值，譬如8公斤/厘米2時開關閉合。在開關65閉合3到5分鐘后定時器63閉合其觸點63A，而當開關65斷開時觸點63A一起斷開。66指的是低溫溫度啟動器，它用來檢測回路2的集液器15的溫度。當致冷劑在蒸發(fā)器14A與14B中蒸發(fā)以及未蒸發(fā)的致冷劑流入集液器15。而使集液器15的溫度達到差不多與蒸發(fā)器14A和14B一樣的低溫、當集液器15的溫度降低到(舉例說)-35℃時，溫度啟動器66閉合其觸點，而當溫度升高至-10℃時其觸點斷開。溫度啟動器66的相反邊串聯(lián)到溫度控制繼電器62的觸點62A、定時器68、然后再接至電源AC。用于定時器68的轉換開關69，其公用端接至定時器68及溫度啟動器66之間;轉換開關69的一個端點69A通過繼電器60的線圈60C接至電源;而另一端69B通過加熱器70與71(相互并聯(lián)并安裝在圖1所示的減壓裝置46的正面和背面以在此進行熱交換)接至電源AC。在一般情況下，定時器68保持轉換開關69閉合于端點69A并通電以累計時間。當計時到(舉例說)12小時時，定時器將開關69轉換閉合于端點69B(譬如說)15分鐘。而后端點69A又重新閉合。
往下，控制線路的運行將參照圖3的時間關系圖加以說明。在時間t0，接通電源，起動電機4M并使壓縮機4開始運行，于是混合致冷劑開始在高溫致冷劑回路2中循環(huán)。此時，集液器15幾乎處于室溫，所以低溫溫度啟動器66的觸點保持斷開。因而，盡管存在著溫度控制器61，但繼電器60的線圈60C未通電而其觸點60A是斷開的，這使得電機10M并從而使低溫致冷劑回路3的壓縮機10不運行。僅僅使用高溫致冷劑回路2如此不斷地運行致冷，致冷劑以液態(tài)形式聚在第一級和第二級蒸發(fā)器14A和14B內(nèi)導致其溫度降低。由此集液器15的溫度也下降，于時刻t1達到-35℃，于是溫度起動器66閉合其觸點。在此閉合前的瞬間壓縮機10仍未工作，所以高壓開關65自然保持閉合。定時器63的觸點63A在電源接通后3到5分鐘也是閉合的。還由于貯存室76的內(nèi)部溫度自然高于溫度設定值，溫度控制器61給出輸出，將溫度控制繼電器62的觸點62A閉合。因此，當溫度起動器66閉合時，繼電器60的線圈60C通電閉合其觸點60A，啟動電機10M并使壓縮機10開始排出混合致冷劑以開始在回路3中循環(huán)。此時，回路3的部件還處于高溫，使得混合致冷劑在其中幾乎全部都處于氣態(tài)而產(chǎn)生內(nèi)部高壓。因為壓縮機10將混合致冷劑以這種狀態(tài)排出，所以出口管10D的壓力突然增加。如果允許回路處于這種狀態(tài)，高壓就可能損壞壓縮機10的部件。不過，當壓力在t2時刻增加到容許的限值26公斤/厘米2時，高壓開關65在檢測到極值壓力值時斷開以斷開觸點63A，由此溫度控制繼電器62的接點62A被強行斷開。這使線圈60C斷電，從而斷開觸點60A并中止電機10M運轉防止在壓縮機10的出口端壓力增加并避免損害壓縮機。
由于壓縮機10停動，出口管10D處的壓力降至8公斤/厘米2，但是因防震顫定時器63的存在使得高壓開關65閉合后3至5分鐘內(nèi)依然保持觸點63A斷開，其結果是電機10M也保持不工作。在此期間，被第一級或第二級冷凝器23A或23B冷卻的一小部份致冷劑從第一級或第二級蒸發(fā)器14A或14B送出參加低溫回路3的循環(huán)，所以回路3的溫度和壓力比原來啟動的時候要低些。當定時器63設定的時間延遲于時刻t3結束時，觸點63A閉合，像已敘述的那樣，使電機10M重新啟動。當出口管10D的壓力達到26公斤/厘米2時，高壓開關65又一次斷開以停止電機10M。如此，電機10M反覆開動和停止促使高沸點致冷劑蒸發(fā)而逐漸顯示出冷卻作用，從而系統(tǒng)的溫度，首先在第一級熱交換器32處逐漸降低。當起動電機10M后出口管10D處所增壓力的峰值變得小于26公斤/厘米2后，電機10M便一直不停地運轉了。
隨著壓縮機10不斷工作，較低沸點的致冷劑開始冷凝、逐漸顯示出冷卻作用并逐步地靠著中間熱交換器32，42，44以及蒸發(fā)管47冷卻，最終達到予期的-150℃溫度。當貯存室的溫度進一步達到溫度控制器61所設定的下限時，輸出端61A和61B之間就不再有電壓了，于是觸點62斷開并進而斷開60A以停止電機10M并中斷冷卻作用。跟著，貯存室的內(nèi)部溫度逐漸上升并達到控制器61設定的上限，于是觸點62A重新閉合。進而，電機10M隨著觸點60A閉合而開始工作恢復致冷。上述致冷循環(huán)反覆進行以保持貯存室處于設定的溫度，譬如說，平均-140℃。
在觸點62A及溫度啟動器66閉合期間亦即電機10M工作期間，定時器68累計計時。當計時達到12小時時定時器68將轉換開關69閉合至69B端，停止電機10M而給加熱器70和71通電使其生熱。由第三級中間加熱器44流進減壓器46的R-50具有-120℃的極低溫度。如果致冷劑中含有很少量的水份(水份很可能(譬如說)在填充過程中滲入致冷劑)，在管道內(nèi)就會結冰。由于減壓器46通常含有極細的管子，在裝置46內(nèi)冰的生長將堵塞管道結果阻斷致冷劑流動。根據(jù)本發(fā)明，減壓器46周期性的用加熱器70和71加熱用熔化的辦法阻止冰晶的生長從而消除上述麻煩。加熱器70和71通電15分鐘后開關69又重新閉合至觸點69A以啟動電機10M并按前述方式使低溫回路3開始致冷。
圖4為本發(fā)明的實施冷藏箱75的正面透視圖。圖5為其局部剖面圖，而圖6為專門闡明致冷系統(tǒng)R的致冷劑回路1的構造示意圖。安裝于物化實驗室之類地方的冷藏箱75有一主箱74，在其內(nèi)部形成一個上端敞開的前面已提到過的貯存室76。此上開口用一個可打開的熱絕緣門77蓋上。門77支點位于主箱的后邊緣。在主箱74的一端有一機箱78，其中容納著溫度控制器61、壓縮機4、10以及其它等等。機箱78的正面裝有自動溫度記錄器79以檢測貯存室76的內(nèi)部溫度并在紙上記錄溫度隨時間的變化;眾所周知的報警器80用來在檢測到貯存室76的溫度高得不正常時報警;還有可改變溫度控制器61的溫度設定值的旋鈕81。82指的是通風扇。
圖5為主箱74的剖面?zhèn)纫晥D。83指的是上端敞開的鋼外殼，而84為同樣具有上面敞開的鋁內(nèi)殼。內(nèi)殼84放于外殼83內(nèi)，兩殼體83與84之間的空間里裝有雙層熱絕緣層，它們包含有外層熱絕緣體85和內(nèi)層熱絕緣體86。這兩層相互獨立并且都具有上面敞口的盒子形狀。兩個殼體83與84的上部開口邊用護帶(breaker)87連在一起。蒸發(fā)管47可導熱地繞內(nèi)殼84安裝并嵌入內(nèi)絕緣體86之中。去霜管6可導熱性地沿外殼83的開口邊裝于其內(nèi)。內(nèi)絕緣體86僅置于外絕緣體85內(nèi)并與后者完全分離，所以，即使由于蒸發(fā)管47的冷卻效應使內(nèi)絕緣體86收縮，外絕緣體85因不受其任何影響仍然不會龜裂，因而繼續(xù)保持良好的熱絕緣性能。外殼83的背面有一開洞88，而外絕緣體85在相應開洞88處開一槽89。用熱絕緣材料90模制(稍后說明之)的級聯(lián)冷凝器25A，25B等等通過開洞88置于槽89中。開洞88用蓋板91蓋封。92指的是膨化苯乙烯內(nèi)擋板。93為沿門77周圍裝于門內(nèi)的密封墊圈。主箱74帶有回轉尾輪94。
致冷系統(tǒng)R的致冷劑回路1將結合附圖6更仔細地予以說明。在1和6兩圖中相同的部件用相同的數(shù)碼標注。低溫致冷劑回路3的輔助冷凝器17相對于由風扇9吸入系統(tǒng)的空氣流來說，位于高溫致冷劑回路2的冷凝器8的上游。此二冷凝器同時由吸入的空氣冷卻。第一級(第二級)蒸發(fā)器14A(14B)為空罐形狀，罐內(nèi)裝有由上插入的螺旋繞管形的第一級(第二級)冷凝管23A(23B)。直接固定在集液器15上的管66A用來固定低溫溫度啟動器66。中間熱交換裝置96含有中間熱交換器32，42，44，等(稍后述之)，并用熱絕緣材料97將它們模制于一盒子中。蒸發(fā)管47為鋸齒形，用鋁帶、粘接或類似辦法將它固定于內(nèi)殼84的外表面。為使貯存室76內(nèi)溫度盡可能均勻，管47沿殼84如此安置使致冷劑沿內(nèi)殼84首先由其上部流到下部然后由其底部流出。
圖7示出中間熱交換裝置96的構造。裝置96(用圍起的虛線表示)包括有第一級到第三級中間熱交換器32、42、44，第二級氣-液分離器33，干燥器39、45，減壓器40和集液器49。熱交換器32，42和44含有外套管98、99、100，它們具有相當大的直徑、螺旋形地繞幾圈并制成平板形。這些繞組一個在另一個上面接在一起，氣相管30和43從這些套管中穿過，中間留有空隙。這樣，熱交換器具有雙螺旋管結構。圖7中第一級中間熱交換器32標于A處，第二級交換器42標于B處，第三級交換器標于C處。第二級氣-液分離器33，干燥器39、45，減壓器40和集液器49都容納于螺旋繞組中以減少凈空并使裝置96緊湊。
現(xiàn)將裝置96的構造詳細加以說明。101標的是連接干燥器28和第一級氣-液分離器29的管道。由分離器29向上延伸的氣相管30伸于密封入口IN1處進入外套管98并以螺旋狀延伸該管，然后由出口OUT1穿出并進入第二級氣-液分離器33。沿氣相管30下流的氣態(tài)致冷劑被穿過管30與外套管98之間的空間上流的低溫致冷劑冷凝。氣相管43由二級分離器33伸出在入口IN2處進入外套管99。被第一級分離器29分離出的液態(tài)致冷劑穿過減壓器36減壓，然后導入將外套管98的出口OUT1連至外套管99的入口IN2的連通管102的中間區(qū)并在管98內(nèi)蒸發(fā)，與由蒸發(fā)管47返回的致冷劑共同作用以冷凝30管內(nèi)的氣態(tài)致冷劑。氣相管43穿過管99從出口OUT2處出來，于入口IN3處進入外套管100，螺旋狀地延伸穿過管100并從出口OUT3處出來。這些外套管在出口及入口處都封死。被第二級分離器33分離出的液態(tài)致冷劑流經(jīng)干燥器39(裝在可同外套管100進行熱交換處)，穿過減壓器40減壓，然后導入將外套管99的出口OUT2連至管100的入口IN3的連通管的中部并在外套管99中蒸發(fā)，與由蒸發(fā)管47返回的致冷劑共同作用以冷凝氣相管43中的氣態(tài)致冷劑。沿管43下流的致冷劑R-50通過外套管100時幾乎全部冷凝為液體并經(jīng)干燥器45(安裝于同外套管進行熱交換處)流入減壓器46。將蒸發(fā)管47的出口端與外套管100的出口OUT3之間連接起來的管105與管100內(nèi)的氣相管43周圍的空間相通。在外套管98的入口IN1處，氣相管30周圍的空間用管106保持與集液器49相通。這樣，由蒸發(fā)管47返回的致冷劑流經(jīng)管105進入外套管100與氣相管43之間的空間且沿空間上升的同時，將在氣相管43中下流的致冷劑冷凝，再于連通管103處與從減壓器40來的致冷劑匯合。混合致冷劑流入外套管99與氣相管43之間的空間，在沿空間上升的同時將43管內(nèi)的致冷劑冷凝，再于連通管102處同由減壓器36來的致冷劑匯合。得到的混合物在穿過外套管98與氣相管30之間的空間上流的同時將管30內(nèi)的致冷劑冷凝。此后，混合物經(jīng)過管106到達集液器49并由此經(jīng)過管108流進吸出端熱交換器24。如此，穿過氣相管30或43下流的致冷劑流相對于由蒸發(fā)管47在外套管100，99和98內(nèi)沿管30或34周圍空間上流的致冷劑流來說處于逆流方向。
現(xiàn)將致冷系統(tǒng)R安裝于主箱74的步驟參照圖8予以說明。圖8為冷藏箱75背面的透視圖。外箱83的背面在洞口88的一側開一洞110。外熱絕緣體85上相應于洞110處開一槽111。用模制法將級聯(lián)冷凝器25A，25B，吸出端熱交換器22，24，集液器15和干燥器28封入熱絕緣體90中。模制絕緣體90和97時，先將部件放入樹脂袋中，將袋置于盒狀模子里，將尿烷熱絕緣材料填入袋中再膨化此材料即成。減壓器46和管105由絕緣體97伸出;將它們焊接到由出口112導出的蒸發(fā)管47上。而112位于開槽111的內(nèi)部。減壓器管13等管穿過絕緣體90伸出，利用焊接將它們連至穿出機箱78鄰壁并固定于開槽89中的管道上。用管道相連的絕緣體90與97連同位于絕緣體90外部的第一級氣-液分離器29及干燥器35塞入開槽89及111內(nèi)。將玻璃絲之類的東西填充入剩余空隙，再用蓋板91將洞口89和111蓋上，于是系統(tǒng)就整個安裝入位了。壓縮機4、10，冷凝器8，風扇9，膨脹罐51等等在上述步驟之前裝入機箱78。這樣，冷藏箱75就算完成了。
本發(fā)明的致冷系統(tǒng)R的理想工作方式業(yè)已說明，按上述方式，系統(tǒng)的最后一級，即包括第三級中間熱交換器44在內(nèi)的區(qū)域通過蒸發(fā)管47會被冷卻至-120℃到-150℃的極低溫。因此，即使系統(tǒng)像已述那樣是嚴格熱絕緣的，由于與周圍環(huán)境的熱傳遞穿過第三級交換器44的液態(tài)致冷劑會在減壓器46中蒸發(fā)。從第二級氣-液分離器33中出來的未冷凝的致冷劑，雖含有少量R-14，幾乎全是R-50。圖9示出了致冷劑R-50的壓力與其蒸發(fā)溫度之間的關系。像已描述的那樣，減壓器46管的內(nèi)徑極小(通常在1mm以下)，因此當R-50在減壓器46中蒸發(fā)時，減壓器46的內(nèi)部立即充滿了致冷劑的蒸氣，從而對致冷劑流產(chǎn)生極大阻力并阻斷液體致冷劑的流動。由此，蒸發(fā)管47的溫度上升而不能充分冷卻貯存室76。
不過，穿過減壓器46的液體致冷劑的流通受阻導致減壓器46入口前方壓力增加，從而使致冷劑R-50的蒸發(fā)溫度上升(從圖9可看出)。致冷劑因而停止在減壓管46內(nèi)蒸發(fā)，結果使通向蒸發(fā)管47的液體致冷劑的供應恢復而實現(xiàn)正常致冷。然而，當溫度因此而下降時，減壓器46內(nèi)重新發(fā)生蒸發(fā)(如前所述)，而整個過程會重復出現(xiàn)。在這種情況下，貯存室76將不能被充分冷卻，同時變化顯著的負載加至壓縮機將縮短壓縮機壽命并產(chǎn)生很大噪音。因此，根據(jù)本發(fā)明，將一個干燥器45安裝在與第三級中間熱交換器44可進行熱交換的地方以便將致冷劑R-50在通過交換器44后又一次冷卻并阻止因從環(huán)境傳遞來熱量而引起的溫度上升。這一辦法用來防止致冷劑在減壓器46中蒸發(fā)，從而避免了致冷不足的現(xiàn)象。
上述反常情況在低溫致冷劑回路3里當致冷劑填充量不適當時也會遇到。圖9示出了致冷系統(tǒng)R的電源接通后，貯存室76的內(nèi)部溫度隨時間流逝而變化的情況。曲線L1表示回路中致冷劑填充量適當?shù)那闆r，L2表示致冷劑填充過量的情況而曲線L3表示致冷劑量不足的情況。圖10中示出的是當致冷劑填充過量時，在接近所達到溫度處貯存室76的內(nèi)部溫度L2;當數(shù)量不足時相應的溫度為L3;致冷劑過量時流入減壓器46的致冷劑溫度為L4(即圖1示出的其在減壓器46入口處P1的溫度)。致冷劑在同一過量情況時流出減壓器46的致冷劑溫度為L5，(即其在圖1中示出的蒸發(fā)管47入口P2處的溫度);致冷劑量不足時減壓器46的入口溫度為L6;以及量不足時管47的入口P2的溫度為L7。
當致冷劑裝填量過度時，開始致冷后貯存室76的溫度下降速度比填充量正常時大。不過，隨著超量的液態(tài)致冷劑供至蒸發(fā)管47，大量在管47內(nèi)未蒸發(fā)的液態(tài)致冷劑流入第三級中間熱交換器44并在其中蒸發(fā)，當貯存室76內(nèi)部達到予期溫度后，會導致熱交換器44被冷卻到與蒸發(fā)管同樣的溫度。減壓器46入口P1處的溫度從而將降至同環(huán)境溫度相差很遠的值。這促使由環(huán)境向減壓器46滲透進更多的熱量而加速了液態(tài)冷凝劑的蒸發(fā)。這樣，液態(tài)致冷劑開始在減壓器46中蒸發(fā)而增加了減壓器46的內(nèi)部壓力，妨礙了液態(tài)致冷劑的流動并減少了液態(tài)致冷劑向蒸發(fā)管47的供應。貯存室76的內(nèi)部溫度因而上升，入口P2的溫度也隨之上升。當液態(tài)致冷劑通過減壓器46的流動受阻時，液態(tài)致冷劑的壓力如已經(jīng)敘述的那樣增加，蒸發(fā)溫度相應地升高從而液態(tài)致冷劑停止蒸發(fā)，接頭就促使致冷劑重新通過減壓器46而實現(xiàn)正常致冷。但是，在管47中液態(tài)致冷劑量過剩時會導致冷卻過程中上述情況反覆發(fā)生。這樣，溫度就像圖10中曲線L2，L4和L5所示那樣不穩(wěn)定地脈動起伏。貯存室76的內(nèi)部溫度也同樣變化，只是稍許延遲一些。在這種情況下，貯存室76的內(nèi)部溫度周期性的超過正常值L1(如圖9所示)，因而冷卻不足。除此而外，壓縮機10將因而產(chǎn)生振動和噪音并不正常地磨損。
在上述情況下，流入減壓器46的致冷劑的溫度接近由它流出的致冷劑的溫度。這就是說，減壓器46入口P1處的溫度降低到接近蒸發(fā)管47入口P2處的溫度值。實驗表明，在接近目標溫度處，這些溫度之間的差別不超過10℃。因此，根據(jù)本發(fā)明，應填充如此數(shù)量的致冷劑量，使得P1和P2點之間的溫度差要大于10℃。這樣就會消除致冷劑過量以避免溫度脈動起伏并保證穩(wěn)定致冷。除此之外，裝上和第三級中間熱交換器進行熱交換的干燥器45以減少周圍環(huán)境熱量的滲透及得到較穩(wěn)定的溫度。
往下，當致冷劑數(shù)量不足時，自然會導致如圖9中曲線3所示的那樣較低的冷卻速率。再者，雖然量少，但致冷劑仍在低溫致冷劑回路3中循環(huán)，因此，有少量的液態(tài)致冷劑由減壓器46流入蒸發(fā)管47并在其中立即蒸發(fā)，從而如10圖中曲線L7所示那樣，使管47入口P2處溫度降低。但是，由于液態(tài)致冷劑數(shù)量少，蒸發(fā)立刻停止，其結果是只有致冷劑的蒸氣由管47流入第三級中間熱交換器44。由此，貯存室76的內(nèi)部變得冷卻不足，溫度上升并穩(wěn)定于一高值，如曲線L3所示。而且第三級熱交換器44的溫度也上升。如曲線L6所示，這會使與交換器44進行熱交換后的致冷劑將要通過的減壓器46入口P1處的溫度上升，使P1與P2點之間的溫度差大大增加。
對于本發(fā)明的致冷系統(tǒng)R來說，級聯(lián)冷凝器25A，25B的溫度(-50℃)與蒸發(fā)管47的溫度(-150℃)之間的差值100℃是靠在減壓器36、40和46之間造成溫度差的辦法逐漸實現(xiàn)的。當總溫度差均分于每級時，減壓器36、40和46的每一級應提供33℃的溫度差值。(通常溫度差值是這樣設置的溫度降低時溫度差也降低以便最大限度地降低負載)。如果減壓器46的入口P1處與蒸發(fā)管47的入口P2處之間溫差在目標溫度附近大于33℃，則回路處于不正常狀態(tài)。此不正常歸結于致冷劑填裝不足。因此，根據(jù)本發(fā)明，應填充如此多的致冷劑，使得P1與P2點之間的溫度差小于33℃以避免因致冷劑不足而造成致冷不足。
總結一下，裝填入回路的致冷劑的適當量是這樣的它能使在減壓器46的入口處P1所測得的流入其中的致冷劑的溫度和管47的入口處P2所測得的即由減壓器46流出的致冷劑的溫度之間的差在鄰近目標溫度處于一個范圍內(nèi)，即大于10℃而小于級聯(lián)冷凝器25A，25B和蒸發(fā)管47之間的溫度差值除以減壓器36、40、46的數(shù)目所得之商，即33℃。
致冷系統(tǒng)R也受環(huán)境溫度影響。當在高的環(huán)境溫度下致冷劑填充量適當以便使系統(tǒng)顯示良好性能時，將產(chǎn)生下面的缺點如果環(huán)境溫度降低，則級聯(lián)冷凝器25A，25B和中間熱交換器32、42、44的溫度也降低，以致除了應由某一級中間熱交換冷凝的致冷劑外，由下一級熱交換器冷凝的致冷劑部份也部份地冷凝并返回到壓縮機10。這就減少了最終流入蒸發(fā)管47的致冷劑R-50的量而導致致冷不足。如果用增加致冷劑的辦法來消除此缺點，則當溫度升高時將發(fā)生前面已敘述的脈動溫度起伏。
本發(fā)明已克服了這些缺陷，辦法是采用控制致冷劑到這樣的量，使得P1和P2點之間的溫度差大于10℃但小于33℃。這樣保證了在環(huán)境溫度從高到低的情況下都有穩(wěn)定的致冷性能。
溫度自動記錄器79用來記錄貯存室76的內(nèi)部溫度。記錄器79是所述的這類冷藏箱的重要部件。記錄器79總的說來含有由布爾登管(Bourdon)120(它呈眾所周知的阿基米德螺旋線形狀，如圖11所示)以及未示出的記錄紙或其它能隨時間流逝而移動的類似物。參照圖11，溫度傳感器121置于能檢測貯存室76內(nèi)部溫度的地方。傳感部分121通過與此相連的細管122連接到布爾登管120。垂直的可轉動軸123固定于布爾登管120(譬如說)的螺旋線中心O處。記錄指針124接在軸123的上端。布爾登管是空心的并其中封入了對溫度敏感的液體物質諸如乙醇或n-丙醇(n-propylalcohol)。因傳感器部分121附近溫度變化引起布爾登管內(nèi)壓力的變化使布爾登管120變形導致轉動軸123繞自身軸旋轉。眾所周知，旋轉角θ與布爾登管120的內(nèi)壓變化成比例。這樣，貯存室76的內(nèi)部溫度就轉換成指針124的位置而被記錄下來。
通用的溫度敏度物質諸如乙醇或n-丙醇可用于(譬如說)-80℃左右的溫度，但在本發(fā)明所達到的-150℃深低溫下凍結，所以不能用于本溫度記錄器中。我們進行了研究并成功的將2-甲基戊烷(異己烷)作為溫度敏感物質用于記錄約-150℃的深低溫。圖12示出傳感器部分121附近的溫度T與封裝有異己烷的布爾登管120的內(nèi)壓P之間的關系。此圖表明，在從-150℃到+50℃的溫度區(qū)間內(nèi)，壓力P近似地與溫度T成比例。如前所述，指針124的旋轉角θ與壓力P成比例并因此近似地與溫度T成比例。這樣，貯存室76的內(nèi)部溫度就可以在從-150℃到+50℃的整個范圍內(nèi)被記錄下來。
如上所述，本發(fā)明的致冷系統(tǒng)R用通常功率的電動壓縮機就可達到極低溫度，無需乎使用更大輸出的壓縮機，按照本發(fā)明的安排，第一級致冷劑回路的蒸發(fā)器可與第二級致冷劑回路的高壓管線組裝在一起以進行熱交換從而構成數(shù)個分開的級聯(lián)冷凝器。這使致冷系統(tǒng)易于安裝并使其整體尺寸變小。還有，第一級回路的蒸發(fā)器部份對于致冷劑流來說是串聯(lián)起來的，而第二級回路的高壓管線組成了數(shù)個并聯(lián)管線區(qū)。即便蒸發(fā)區(qū)部份失去了熱平衡，這種安排由于致冷劑不是分別流經(jīng)各蒸發(fā)器因而不會導致不平衡的致冷劑流，從而使蒸發(fā)器部份顯示出穩(wěn)定的冷凝性能，還能進而使混合致冷劑穿過高壓管線時進行良好的熱交換。因此，能很穩(wěn)定地達到深低溫。
用將第一級致冷劑回路的蒸發(fā)器分割成數(shù)個蒸發(fā)器區(qū)以及將第二級致冷劑回路的高壓管線安置在可與前者進行熱交換之處的辦法做成了數(shù)個分開的級聯(lián)冷凝器。如果相對致冷劑流來說第一級回路的蒸發(fā)器部份相互并聯(lián)并且當某一個蒸發(fā)器的溫度高出時，此區(qū)的蒸氣壓就會增加而妨礙致冷劑的流入，其結果是此蒸發(fā)器區(qū)的溫度進一步上升。這樣，當溫度平衡一旦受到干擾時，在蒸發(fā)器區(qū)并聯(lián)的情況下，此不平衡會進一步擴大導致更大的不平衡，從而產(chǎn)生了各蒸發(fā)器區(qū)在冷凝流經(jīng)第二級回路的高壓管線部份相對于致冷劑流串聯(lián)安裝再與蒸發(fā)器各區(qū)組合，這種安排將導致蒸發(fā)器各區(qū)之間的溫度差(使上游蒸發(fā)器區(qū)的溫度升高)從而引起上述的不平衡，因此，想得到比第一級回路(它的蒸發(fā)器沒有分割成區(qū))有更高的熱交換效率的希望就落空了。
權利要求
1.一個致冷系統(tǒng)，包括有第一級和第二級兩個致冷劑回路，每個回路里有一個壓縮機，一個冷凝器和一個蒸發(fā)器，壓縮機的出口用管線接至冷凝器的入口，冷凝器的出口用另一管線接至蒸發(fā)器的入口，蒸發(fā)器的出口再用一條管線接至壓縮機的入口，每個致冷劑回路里裝填上有機致冷劑；第一級致冷劑回路的蒸發(fā)器，被分成數(shù)個相對致冷劑流來說是串聯(lián)在一起的蒸發(fā)器區(qū)；第二級致冷劑回路的冷凝器，它被分成與第一級回路的蒸發(fā)器區(qū)數(shù)目相等的冷凝器區(qū)，冷凝器區(qū)之間相對致冷劑流來說是并聯(lián)在一起的；第二級致冷劑回路的冷凝區(qū)與第一級致冷劑回路的蒸發(fā)器區(qū)配對組成熱交換器，第二級致冷劑回路的致冷劑為類型不同，沸點各異的致冷劑混合物，因此，第二級致冷劑回路的蒸發(fā)器被冷卻到深低溫。
2.根據(jù)權利要求
1所述的致冷系統(tǒng)，其中第一級致冷劑回路的蒸發(fā)器區(qū)與二級致冷劑回路的冷凝器區(qū)組成兩到四個功率近似相等的熱交換器。
3.根據(jù)權利要求
2所述的致冷系統(tǒng)，其中第一級致冷劑回路的蒸發(fā)器區(qū)與第二級致冷劑回路的冷凝器區(qū)組合成兩個功率近似相等的熱交換器。
4.根據(jù)權利要求
1所述的致冷系統(tǒng)，其中第一級致冷劑回路中填充的致冷劑為含有CCl2F2的有機致冷劑，而第二級致冷劑回路中的填充物包括至少兩種含有CH4、且沸點不同的有機致冷劑。
5.根據(jù)權利要求
4所述的致冷系統(tǒng)，其中填充于第一級致冷劑回路的致冷劑為CHClF2和CCl2F2的致冷劑混合物，而填充于第二級致冷劑回路的致冷劑為CH4，CF4，CBrF3和CHCl2F的致冷劑混合物。
6.根據(jù)權利要求
4所述的致冷系統(tǒng)，其中填充于第一級致冷劑回路中的致冷劑為CHClF2，CClF2-CF3和CCl2F2的致冷劑混合物，而填充于第二級致冷劑回路的致冷劑為CH4，CF4，CBrF3和CCl2F2的致冷劑混合物。
7.根據(jù)權利要求
1到6中任一條中所述的致冷系統(tǒng)，其中連接第二級致冷劑回路的蒸發(fā)器的輸出端至其壓縮機入口的管線上帶有數(shù)個串聯(lián)起來的中間熱交換器，而將第二級致冷劑回路的冷凝器出口連至其蒸發(fā)器入口的管線上帶有數(shù)個減壓器及氣-液分離器(其數(shù)目少于減壓器的數(shù)目)，此線包括有將流經(jīng)第二級致冷劑回路冷凝器的致冷劑導入某個氣-液分離器并使致冷劑的已冷凝部分通過某個減壓器進入某個中間熱交換器的第一管線區(qū);數(shù)個管線區(qū)，它用來將未冷凝的致冷劑部份由所說的某個氣-液分離器引到所說的某個中間熱交換器進行熱交換，隨后將第二次提到的那部分致冷劑引入另一氣-液分離器并使得到的致冷劑的已冷凝部份通過另一減壓器進入另一中間熱交換器;最后一級的管線區(qū)，它用來使沸點最低的、通過了其它管線區(qū)的致冷劑部份通過最后一級中的減壓器進入第二級致冷劑回路的蒸發(fā)器。
8.根據(jù)權利要求
7中所述的致冷系統(tǒng)，其中流入最后一級減壓器的致冷劑的溫度與從其中流出的致冷劑的溫度之間的差值小于第二級致冷劑回路的冷凝器與其蒸發(fā)器之間溫度的差除以減壓器數(shù)目所得之商，但大于10℃。
9.根據(jù)權利要求
7中所述的致冷系統(tǒng)，其中將第二級致冷劑回路冷凝器的出口連至其蒸發(fā)器入口的管線上帶有兩到五個減壓器，而將第二級致冷劑回路的蒸發(fā)器出口連至其壓縮機入口的管線上帶有中間熱交換器，其數(shù)目等于或大于減壓器的數(shù)目。
10.根據(jù)權利要求
9中所述的致冷系統(tǒng)，其中將第二級致冷劑回路的冷凝器出口連至其蒸發(fā)器入口的連線上帶有三個減壓器，而將第二級致冷劑回路的蒸發(fā)器出口的連至其壓縮機入口的連線上帶有三個中間熱交換器。
專利摘要
致冷系統(tǒng)包括第一與第二級兩致冷劑回路。每一回路有一壓縮機，一冷凝器和一蒸發(fā)器。每一致冷劑回路都填充有機致冷劑。第一級致冷劑回路的蒸發(fā)器分成數(shù)個串聯(lián)起來的蒸發(fā)器區(qū)。第二級致冷劑回路的冷凝器分成若干冷凝器區(qū)，其數(shù)目與第一級的蒸發(fā)器區(qū)數(shù)目相等。這些冷凝器區(qū)相并聯(lián)。第二級致冷劑回路的冷凝器區(qū)與第一級的蒸發(fā)器區(qū)配對組成熱交換器。第二級的致冷劑為類型與沸點不同的致冷劑混合物。因此，第二級的蒸發(fā)器可冷卻至深低溫。
文檔編號F25B7/00GK86106599SQ86106599
公開日1987年5月20日 申請日期1986年9月25日
發(fā)明者竹政一夫, 吉田福治, 巖佐賢治 申請人:三洋電機株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan