阅读说明：本技术 超低温跨临界复叠制冷系统及制冷方法 (Ultra-low temperature transcritical cascade refrigeration system and refrigeration method ) 是由 韩兴旺 于 2019-12-31 设计创作，主要内容包括：超低温跨临界复叠制冷系统及制冷方法。单工质多级压缩由于其局限性,一般用来制取-60℃以上的低温。近年来超低温制冷剂技术的需求量逐渐增加,对于-80℃以下的温度范围,传统的制冷方式是采用三级复叠制冷系统。本发明组成包括：该超低温跨临界复叠制冷系统及制冷方法包括以R404A作为循环工质的高温级循环系统和以R14作为循环工质的低温级循环系统。本发明用于超低温跨临界复叠制冷。(An ultra-low temperature transcritical cascade refrigeration system and a refrigeration method. Single working medium multi-stage compression is generally used for preparing low temperature above-60 ℃ due to the limitation thereof. In recent years, the demand of ultra-low temperature refrigerant technology is gradually increased, and for the temperature range below-80 ℃, a three-stage cascade refrigeration system is adopted in the traditional refrigeration mode. The invention comprises the following components: the ultra-low temperature transcritical cascade refrigeration system and the refrigeration method comprise a high-temperature-stage circulation system taking R404A as a circulation working medium and a low-temperature-stage circulation system taking R14 as a circulation working medium. The invention is used for ultralow temperature transcritical cascade refrigeration.)

超低温跨临界复叠制冷系统及制冷方法

技术领域：

本发明涉及一种超低温跨临界复叠制冷系统及制冷方法。

背景技术：

单工质多级压缩由于其局限性，一般用来制取-60℃以上的低温。近年来超低温制冷剂技术的需求量逐渐增加，对于-80℃以下的温度范围，传统的制冷方式是采用三级复叠制冷系统。

发明内容

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本发明的目的是解决上述存在的问题，提供一种利用超低温制冷剂R14与中低温制冷剂R404A进行复叠的超低温跨临界制冷系统及制冷方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种超低温跨临界复叠制冷系统，该超低温跨临界复叠制冷系统及制冷方法包括以R404A作为循环工质的高温级循环系统和以R14作为循环工质的低温级循环系统；

所述的高温级循环系统包括R404A压缩机，所述的R404A压缩机的出口与风冷冷凝器的入口通过管路连接，所述的风冷冷凝器的出口与R404A储液器的入口通过管路连接，所述的R404A储液器的出口与R404A电子膨胀阀入口通过管路连接，所述的R404A电子膨胀阀出口与蒸发冷凝器的入口通过管路连接，所述的蒸发冷凝器的出口与所述的R404A气液分离器入口通过管路连接，所述的R404A气液分离器出口与所述的R404A压缩机的入口通过管路连接；

所述的低温级循环系统包括R14压缩机，所述的R14压缩机的出口与风冷冷凝器的入口通过管路连接，所述的风冷冷凝器的出口与蒸发冷凝器的入口通过管路连接，所述的蒸发冷凝器的出口与R14储液器的入口通过管路连接，所述的R14储液器的出口与回热器的入口通过管路连接，所述的回热器的出口与R14电子膨胀阀入口通过管路连接，所述的R14电子膨胀阀出口与蒸发器入口通过管路连接，所述的蒸发器出口与回热器另一侧的入口通过管路连接，所述的回热器另一侧的出口与气液分离器的入口通过管路连接，所述的R14气液分离器的出口与所述的R14压缩机的入口通过管路连接。

所述的超低温跨临界复叠制冷系统，所述的R14压缩机为高承压压缩机。

所述的超低温跨临界复叠制冷系统，所述的风冷冷凝器为双系统风冷冷凝器。

一种超低温跨临界复叠制冷系统的制冷方法，该方法包括如下步骤：

R404A作为循环工质的部分是通过R404A压缩机压缩后，进入风冷冷凝器中与空气进行换热，放热后的R404A被冷凝为高压液态，进入到R404A储液器中，经电子膨胀阀进入蒸发冷凝器中蒸发为低温级R14的冷凝提供冷量，吸热后的R404A经R404A 气液分离器回到压缩机回气口完成循环；

R14作为循环工质的部分属于跨临界循环是通过R14压缩机将R14低压气体压缩后，进入风冷冷凝器中与空气进行换热被冷却，进入蒸发冷凝器中与R404A进行换热，使高温高压的R14气体被冷凝，冷凝后的R14经储液器进入回热器，在回热器中被过冷后，经电子膨胀阀进入末端蒸发器为末端提供冷量，吸热后的R14气体在回热器过热后经R14气液分离器进入R14压缩机回气口完成循环。

有益效果：

1.本发明超低温跨临界制冷系统采用了复叠制冷系统的原理，但R14部分的循环属于跨临界循环过程，采用了高承压的压缩机，R14高排气压力运行的状态。且系统中的风冷冷凝器为双系统结构可以通过室外空气分别为R14的排气和R404A的排气降温。系统中的回热器为R14液体提供了过冷，提高了系统的制冷效率。实现了两级复叠就可得到最低蒸发温度为-110℃的超低温制冷系统。

本发明采用的制冷剂对臭氧层没有破坏，臭氧层破坏潜能值为0。其中R14是无色无臭无味不燃的气体，是最稳定的有机化合物之一。

本发明选用的风冷冷凝器为双系统风冷冷凝器，可以通过室外空气分别为R14的排气和R404A的排气降温。

本发明在R14的循环过程中增加了回热器提高R14液体的过冷度与R14回气的过热度，提高了系统的制冷效率。

附图说明：

附图1是本发明的原理图；

图中：1、R404A压缩机；2.、风冷冷凝器；3、R404A储液器；4、R404A电子膨胀阀；5、蒸发冷凝器；6、R404A气液分离器；7、R14压缩机；8、R14储液器； 9、回热器；10、R14电子膨胀阀；11、蒸发器；12、R14气液分离器。

具体实施方式

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实施例1：

一种超低温跨临界复叠制冷系统，该超低温跨临界复叠制冷系统及制冷方法包括以R404A作为循环工质的高温级循环系统和以R14作为循环工质的低温级循环系统；

所述的高温级循环系统包括R404A压缩机1，所述的R404A压缩机的出口与风冷冷凝器2的入口通过管路连接，所述的风冷冷凝器的出口与R404A储液器3的入口通过管路连接，所述的R404A储液器的出口与R404A电子膨胀阀4的入口通过管路连接，所述的R404A电子膨胀阀与蒸发冷凝器5的入口通过管路连接，所述的蒸发冷凝器的出口与所述的R404A气液分离器6的入口通过管路连接，所述的R404A气液分离器与R404A压缩机的入口通过管路连接；

所述的低温级循环系统包括R14压缩机7，所述的R14压缩机的出口与风冷冷凝器的入口通过管路连接，所述的风冷冷凝器的出口与蒸发冷凝器的入口通过管路连接，所述的蒸发冷凝器的出口与R14储液器8的入口通过管路连接，所述的R14储液器的出口与回热器9的入口通过管路连接，所述的回热器的出口与R14电子膨胀阀10的入口通过管路连接，所述的R14电子膨胀阀的出口与蒸发器11的入口通过管路连接，所述的蒸发器出口与回热器的另一侧入口通过管路连接，所述的回热器的另一侧出口与R14气液分离器12的入口通过管路连接，所述的R14气液分离器的出口与所述的R14压缩机的入口通过管路连接。

实施例2：

根据实施例1所述的超低温跨临界复叠制冷系统，所述的R14压缩机为高承压压缩机。

实施例3：

根据实施例1或2所述的超低温跨临界复叠制冷系统，所述的风冷冷凝器为双系统风冷冷凝器。

实施例4：

一种超低温跨临界复叠制冷系统的制冷方法，该方法包括如下步骤：

R404A作为循环工质的部分是通过R404A压缩机压缩后，进入风冷冷凝器中与空气进行换热，放热后的R404A被冷凝为高压液态，进入到R404A储液器中，经电子膨胀阀进入蒸发冷凝器中蒸发为低温级R14的冷凝提供冷量，吸热后的R404A经R404A 气液分离器回到压缩机回气口完成循环；

R14作为循环工质的部分属于跨临界循环是通过R14压缩机将R14低压气体压缩后，进入风冷冷凝器中与空气进行换热被冷却，进入蒸发冷凝器中与R404A进行换热，使高温高压的R14气体被冷凝，冷凝后的R14经储液器进入回热器，在回热器中被过冷后，经电子膨胀阀进入末端蒸发器为末端提供冷量，吸热后的R14气体在回热器过热后经R14气液分离器进入R14压缩机回气口完成循环。

该系统适用于需要较低蒸发温度的场合，如：生物研究、工业低温试验、医疗用品的储存等。