技术领域
[0001] 本
发明涉及复叠式制冷系统，尤其是涉及-80℃～200℃温区复叠式制冷系统。
背景技术
[0002] 目前，复叠式制冷系统能够正常工作的
温度区间为-80℃～常温区，若复叠式制冷系统在常温～高温200℃温区工作，易造成制冷系统吸气压
力过高、排气温度过高、冷冻机油
碳化、
压缩机过载或损坏等问题。
发明内容
[0003] 本发明目的在于提供一种-80℃～200℃温区复叠式制冷系统。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：本发明所述的-80℃～200℃温区复叠式制冷系统，包括高温级制冷单元和低温级制冷单元；所述高温级制冷单元充注五氟乙烷/三氟乙烷/四氟乙烷混合制冷剂（R404A），所述低温级制冷单元充注三氟甲烷制冷剂。
[0005] 所述低温级制冷单元由后级压缩机、预冷器、第一
油分离器、第二油分离器、冷凝
蒸发器、
过冷器、
回热器、
蒸发器、膨胀容器、限
流管、后级喷液节流管、卸荷
阀，以及由
控制器控制开度的后级节流
电子膨胀阀、后级电磁喷液阀组成；所述后级压缩机排气口的一路与预冷器的制冷剂通道进口连通，所述预冷器的制冷剂通道出口与第一油分离器的进口连通，所述第一油分离器的出口与第二油分离器的进口连通，所述第二油分离器的出口与所述冷凝蒸发器的冷凝通道进口连通，冷凝蒸发器的冷凝通道出口与所述过冷器管程进口连通，过冷器管程出口一路与所述后级节流电子膨胀阀进口连通，后级节流电子膨胀阀出口与所述回热器管程进口连通,回热器管程出口与所述蒸发器进口连通，蒸发器出口与回热器壳程进口连通，回热器壳程出口与后级压缩机吸气口连通，形成低温级制冷单元的主回路；后级压缩机排气口的另一路与卸荷阀的进口连通，所述卸荷阀出口与膨胀容器的进口连通，所述膨胀容器的出口与限流管的进口连通，所述的限流管的出口与后级压缩机吸气口连通，形成释压回路；过冷器管程出口的另一路与后级电磁喷液阀进口连通，所述后级电磁喷液阀出口与后级喷液节流管的进口连通，所述后级喷液节流管的出口与过冷器的壳程进口连通，所述过冷器的壳程出口与后级压缩机压缩腔吸气口连通，形成低温级制冷单元湿蒸气注入回路。
[0006] 低温级制冷单元主回路中采用双级油分离器
串联组合，第一油分离器的出油口、第二油分离器的出油口并联后与所述后级压缩机的回油口连通，形成回油回路。双级油分离器串联组合减少制冷剂带入系统其它部分的冷冻机油量；当低温级制冷单元
工作温度为-60℃及以下时，进入蒸发器的冷冻机油与三氟甲烷冲刷带出蒸发器的冷冻机油流量相同，实现动态平衡，避免了冷冻机油的冻结。当低温级制冷单元工作温度为200℃时，带入冷凝蒸发器的冷冻机油不能形成较厚油膜；在冷凝蒸发器中，三氟甲烷夹带
油雾形成雾状流，冷凝后成为含油三氟甲烷溶液；避免三氟甲烷与冷冻机油在冷凝蒸发器中的分层现象。
[0007] 低温级制冷单元的释压回路，后级压缩机排气压力高于2.5Mpa时，立即释放压力至膨胀容器内，膨胀容器出口设计有Φ2mm限流管，使膨胀容器内制冷剂缓慢的进入低温级制冷单元主回路。
[0008] 低温级制冷单元湿蒸气注入回路，控制后级电磁喷液阀的开启时长，
对流经后级节流管后进入后级压缩机压缩腔的制冷剂流量进行调控，使进入后级压缩机压缩腔的制冷剂与压缩腔吸入的
过热蒸气进行混合，降低后级压缩机排气温度；使低温级制冷单元在-80℃～200℃温区任一温度工作时，后级压缩机排气温度不超110℃，避免冷冻机油碳化。
[0009] 低温级制冷单元设有回热器，流经后级节流电子膨胀阀的制冷剂，节流降压后进入回热器管程，与从蒸发器流出后进入回热器的过热制冷剂进行热交换，降低了制冷系统在常温～高温200℃温区工作时，返回后级压缩机吸气口过热制冷剂的温度。
[0010] 回热器壳-管程布置成接近逆流的交叉流，管程为低肋螺旋管，换热效果增加10%以上；壳程反螺旋扰动挡流管设计，实现壳程不
短路，增加了换热效果。
[0011] 所述高温级制冷单元由前级压缩机、前级
冷凝器、干燥
过滤器、前级喷液节流管、前级节流电子膨胀阀、前级电磁喷液阀组成。所述前级压缩机排气口与所述前级冷凝器的制冷剂通道进口连通，所述前级冷凝器的制冷剂通道出口与干燥过滤器进口连通，所述干燥过滤器出口一路与前级节流电子膨胀阀的进口连通，所述前级节流电子膨胀阀的出口与所述冷凝蒸发器的蒸发通道进口连通，冷凝蒸发器的蒸发通道出口与前级压缩机吸气口连通，形成高温级制冷单元的主回路。所述干燥过滤器出口另一路与前级电磁喷液阀的进口连通，所述前级电磁喷液阀的出口与前级喷液节流管进口连通，所述前级喷液节流管出口与前级压缩机压缩腔吸气口连通，形成高温级制冷单元湿蒸气注入回路。
[0012] 高温级制冷单元实现冷凝蒸发器蒸发通道内-45℃～0℃的蒸发温度，有效的对冷凝蒸发器冷凝通道内的制冷剂三氟甲烷进行冷凝。蒸发温度的宽温区变化，是为了适应低温级制冷单元蒸发温度大范围变化而带来的冷凝温度大范围变化。
[0013] 高温级制冷单元湿蒸气注入回路，控制前级电磁喷液阀开启时长，对流经前级电磁喷液阀和前级喷液节流管的五氟乙烷/三氟乙烷/四氟乙烷混合制冷剂流量进行调控，将湿蒸气注入前级压缩机的压缩腔，降低前级压缩机排气温度，以便高温级制冷单元与低温级制冷单元实现自适应耦合。
[0014] 高温级制冷单元中混合制冷剂五氟乙烷/三氟乙烷/四氟乙烷的蒸发用于低温级制冷单元中制冷剂三氟甲烷的冷凝，通过冷凝蒸发器将高温级制冷单元和低温级制冷单元联系起来。因此，冷凝蒸发器既是高温级制冷单元的蒸发器，又是低温级制冷单元的冷凝器。
[0015] 本发明有效杜绝了复叠式制冷系统在常温～高温200℃温区工作时，制冷系统吸气压力过高、排气温度过高、冷冻机油碳化、压缩机过载或损坏等问题。
附图说明
[0016] 图1是本发明所述-80℃～200℃温区复叠式制冷系统的示意图。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图对本发明的
实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
[0018] 如图1所示，本发明所述-80℃～200℃温区复叠式制冷系统，包括低温级制冷单元1和高温级制冷单元2。
[0019] 所述低温级制冷单元1由后级压缩机1.1、预冷器1.2、第一油分离器1.3、第二油分离器1.4、冷凝蒸发器1.5、过冷器1.6、回热器1.7、蒸发器1.8、由控制器控制开度的后级节流电子膨胀阀1.9、后级电磁喷液阀1.10、后级喷液节流管1.11、膨胀容器1.12、限流管1.13、卸荷阀1.14组成。后级压缩机1.1排气口的一路与预冷器1.2的制冷剂通道进口连通，预冷器1.2的制冷剂通道出口与第一油分离器1.3的进口连通，第一油分离器1.3的出口与第二油分离器1.4的进口连通，第二油分离器1.4的出口与冷凝蒸发器1.5的冷凝通道进口连通，冷凝蒸发器1.5的冷凝通道出口与过冷器1.6管程进口连通，过冷器1.6管程出口一路与后级节流电子膨胀阀1.9进口连通，后级节流电子膨胀阀1.9出口与回热器1.7管程进口连通,回热器1.7管程出口与蒸发器1.8进口连通，蒸发器1.8出口与回热器1.7壳程进口连通，回热器1.7壳程出口与后级压缩机1.1吸气口连通，形成低温级制冷单元1的主回路。第一油分离器1.3出油口、第二油分离器1.4出油口并联后与后级压缩机1.1回油口连通，形成低温级制冷单元1的回油回路。后级压缩机1.1排气口另一路与卸荷阀1.14进口连通，卸荷阀1.14出口与膨胀容器1.12进口连通，膨胀容器1.12出口与限流管1.13进口连通，限流管
1.13出口与后级压缩机1.1吸气口连通，形成低温级制冷单元1的释压回路。过冷器1.6管程出口另一路与后级电磁喷液阀1.10进口连通，后级电磁喷液阀1.10出口与后级喷液节流管
1.11进口连通，后级喷液节流管1.11出口与过冷器1.6壳程进口连通，过冷器1.6壳程出口与后级压缩机1.1压缩腔吸气口连通，形成低温级制冷单元1的湿蒸气注入回路。
[0020] 所述高温级制冷单元2由前级压缩机2.1、前级冷凝器2.2、干燥过滤器2.3、前级节流电子膨胀阀2.4、前级电磁喷液阀2.5、前级喷液节流管2.6组成。前级压缩机2.1排气口与前级冷凝器2.2制冷剂通道进口连通，前级冷凝器2.2制冷剂通道出口与干燥过滤器2.3进口连通，干燥过滤器2.3出口一路与前级节流电子膨胀阀2.4进口连通，前级节流电子膨胀阀2.4出口与冷凝蒸发器1.5蒸发通道进口连通，冷凝蒸发器1.5蒸发通道出口与前级压缩机2.1吸气口连通，形成高温级制冷单元2的主回路。干燥过滤器2.3出口另一路与前级电磁喷液阀2.5进口连通，前级电磁喷液阀2.5出口与前级喷液节流管2.6进口连通，前级喷液节流管2.6出口与前级压缩机2.1压缩腔吸气口连通，形成高温级制冷单元2的湿蒸气注入回路。
[0021] 高温级制冷单元2内充注混合制冷剂五氟乙烷/三氟乙烷/四氟乙烷（R404A），低温级制冷单元1内充注制冷剂三氟甲烷。
[0022] 所述高温级制冷单元2中，混合制冷剂五氟乙烷/三氟乙烷/四氟乙烷的蒸发用于低温级制冷单元1中的制冷剂三氟甲烷冷凝，通过冷凝蒸发器1.5将高温级制冷单元2和低温级制冷单元1联系起来。因此，冷凝蒸发器1.5既是高温级制冷单元2的蒸发器又是低温级制冷单元1的冷凝器。
[0023] 本发明通过第一油分离器1.3和第二油分离器1.4串联组合，减少三氟甲烷带入系统其它部分的冷冻机油量。当低温级制冷单元1工作温度为-60℃及以下时，进入蒸发器1.8的冷冻机油与三氟甲烷冲刷带出蒸发器1.8的冷冻机油流量相同，实现动态平衡，避免了冷冻机油的冻结。当低温级制冷单元1工作温度为200℃时，带入冷凝蒸发器1.5的冷冻机油不能形成较厚油膜；在冷凝蒸发器1.5中，三氟甲烷夹带油雾形成雾状流，冷凝后成为含油三氟甲烷溶液，避免三氟甲烷与冷冻机油在冷凝蒸发器1.5中的分层现象。
[0024] 本发明低温级制冷单元1释压回路中的Φ2mm限流管1.13，使膨胀容器1.12中的制冷剂缓慢的进入低温级制冷单元1主回路，使系统更加稳定。
[0025] 本发明通过控制后级电磁喷液阀1.10开启时长，对流经后级节流管1.11后进入后级压缩机1.1压缩腔的制冷剂流量进行调控，使进入后级压缩机1.1压缩腔的制冷剂与压缩腔吸入的过热蒸气进行混合，降低后级压缩机1.1的排气温度，使低温级制冷单元1在-80℃～200℃温区任一温度工作时，后级压缩机1.1排气温度不超110℃，避免冷冻机油碳化。
[0026] 本发明中，流经后级节流电子膨胀阀1.9的制冷剂，节流降压后进入回热器1.7管程，与从蒸发器1.8流出进入回热器1.7的
过热蒸汽进行热交换，降低在常温～高温200℃温区工作时后级压缩机1.1的吸气口过热蒸气的温度，从而降低后级压缩机1.1的排气温度。
[0027] 回热器1.7壳-管程布置成接近逆流的交叉流，管程为低肋螺旋管，换热效果增加10%以上；壳程反螺旋扰动挡流管设计，实现壳程不短路，增加了换热效果。
[0028] 所述高温级制冷单元2，可实现冷凝蒸发器1.5蒸发通道内-45℃～0℃的蒸发温度，有效的对冷凝蒸发器1.5冷凝通道内的制冷剂三氟甲烷进行冷凝。
[0029] 本发明蒸发温度的宽温区变化，是为了适应低温级制冷单元1蒸发温度大范围变化而带来的冷凝温度大范围变化。
[0030] 本发明通过对前级电磁喷液阀2.5开启时长的控制，调节前级压缩机2.1压缩腔制冷剂湿蒸气的注入量，降低前级压缩机2.1排气温度，以便高温级制冷单元2与低温级制冷单元1实现自适应耦合。
