CN112944775A - 一种低温冰箱 - Google Patents
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Abstract
本申请属于制冷技术领域，特别是涉及一种低温冰箱。现有低温冰箱多采用复叠式制冷或者混合制冷剂，蒸发温度不可调节，并且***复杂，体积大。本申请提供了一种低温冰箱，包括依次连接的气体制冷组件、流量调节组件和换热组件，所述换热组件设置于冷箱内，所述换热组件与所述气体制冷组件连接，所述气体制冷组件与散热组件连接。气体制冷组件可通过调节转速调节压比，控制低温冰箱的最低温度，再通过流量调节组件控制最后送入冰箱的冷量，实现速冻或者保存。
Description
技术领域
本申请属于制冷技术领域，特别是涉及一种低温冰箱。
背景技术
冰箱是一种为了使食物或其他物品保持恒定低温冷态的制冷设备，通常最低温度只需要-18℃，而为了用于科研研究、医疗用品的保存、生物制品、远洋制品、电子元件、化工材料等特殊材料的低温实验及储存，需要更低的温度。所以产生了对低温冰箱的需求。
现有低温冰箱多采用复叠式制冷或者混合制冷剂，蒸发温度不可调节，并且***复杂，体积大。
发明内容
1.要解决的技术问题
基于现有低温冰箱多采用复叠式制冷或者混合制冷剂，蒸发温度不可调节，并且***复杂，体积大的问题，本申请提供了一种低温冰箱。
2.技术方案
为了达到上述的目的，本申请提供了一种低温冰箱，包括依次连接的气体制冷组件、流量调节组件和换热组件，所述换热组件设置于冷箱内，所述换热组件与所述气体制冷组件连接，所述气体制冷组件与散热组件连接。
本申请提供的另一种实施方式为：所述气体制冷组件包括离心式压缩膨胀一体机，所述离心式压缩膨胀一体机与级后冷却器连接，所述离心式压缩膨胀一体机与低温回热器连接，所述级后冷却器与所述低温回热器连接。
本申请提供的另一种实施方式为：所述离心式压缩膨胀一体机包括压缩机、膨胀机和高速电机，所述压缩机、所述膨胀机与所述高速电机同轴一体布置。
本申请提供的另一种实施方式为：所述压缩机包括压缩进口和压缩出口，所述膨胀机包括膨胀进口和膨胀出口，所述低温回热器包括热侧和冷侧，所述冷侧与所述压缩进口连接，所述热侧与所述膨胀进口连接，所述热侧与散热组件连接，所述散热组件为风机。
本申请提供的另一种实施方式为：所述流量调节组件包括第一流量调节阀、第二流量调节阀和第三流量调节阀，所述第一流量调节阀一端与所述冷侧连接，所述第一流量调节阀另一端与所述换热组件连接，所述第一流量调节阀与所述第三流量调节阀连接；所述第二流量调节阀一端与所述膨胀出口连接，所述第二流量调节阀另一端与所述换热组件连接，所述第二流量调节阀与所述第三流量调节阀连接，所述第三流量调节阀与所述换热组件连接。
本申请提供的另一种实施方式为：所述换热组件设置于冷箱内，所述第三流量调节阀设置于所述冷箱内，所述换热组件包括第一低温换热器和第二低温换热器，所述第一低温换热器与所述膨胀出口连接，所述第一低温换热器、所述第三流量调节阀与所述第二低温换热器依次连接，所述第二低温换热器与所述冷侧连接。
本申请提供的另一种实施方式为：所述冷箱包括速冻区和保存区，所述第一低温换热器设置于所述速冻区内，所述第二低温换热器设置于所述保存区内。
本申请提供的另一种实施方式为：所述第一低温换热器为气气低温换热器，采用气体与气体换热，所述第二低温换热器为气气低温换热器，采用气体与气体换热。
本申请提供的另一种实施方式为：所述离心式压缩膨胀一体机包括转子，所述转子采用气体轴承支承。
本申请提供的另一种实施方式为：所述气体制冷组件根据温度不同可采用不同的工质，所述工质可以为二氧化碳或者氮气等气体。
3.有益效果
与现有技术相比，本申请提供的低温冰箱的有益效果在于：
本申请提供的低温冰箱，为采用气体制冷的低温冰箱。
本申请提供的低温冰箱，所述气体制冷组件可通过调节转速调节压比，控制低温冰箱的最低温度，再通过流量调节组件控制最后送入冰箱的冷量，实现速冻或者保存。
本申请提供的低温冰箱，使用离心式压缩膨胀一体机气体制冷，即可实现送风温度的调节，整体的温度范围通过适用不同工质来调节，同一工质下通过调节转速来调节温度，末端通过调节低温换热器的流量来调节冷量，实现温度的多重调节。
附图说明
图1是本申请的低温冰箱示意图；
图2是本申请的低温冰箱使用状态一示意图；
图3是本申请的低温冰箱使用状态二示意图；
图中：1-离心式压缩膨胀一体机、2-级后冷却器、3-低温回热器、4-第一流量调节阀、5-第二流量调节阀、6-第三流量调节阀、7-第一低温换热器、8-第二低温换热器、9-速冻区、10-保存区。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
参见图1～3，本申请提供一种低温冰箱，包括依次连接的气体制冷组件、流量调节组件和换热组件，所述换热组件设置于冷箱内，所述换热组件与所述气体制冷组件连接，所述气体制冷组件与散热组件连接。
冰箱的循环***采用气体制冷组件，气体不发生相变，通过高效的近等熵膨胀获得制冷效果。用所述流量调节组件对进入所述换热组件的气体流量进行调节，实现对冷量的控制。通过散热组件帮助气体制冷组件更加稳定地运行。
进一步地，所述气体制冷组件包括离心式压缩膨胀一体机1，所述离心式压缩膨胀一体机1与级后冷却器2连接，所述离心式压缩膨胀一体机1与低温回热器3连接，所述级后冷却器2与所述低温回热器3连接。
用所述离心式压缩膨胀一体机1实现气体的压缩和膨胀，用所述低温回热器3、级后冷却器2、换热组件进行热交换。
本申请所述低温冰箱采用离心式压缩膨胀一体机1，高度集成化，结构简单，体积小，回收膨胀功，提高***效率；离心式压缩膨胀一体机1通过调节转速可以调节***压比，控制膨胀出口的温度，即低温冰箱的最低温度，再通过流量调节组件，控制最后送入冰箱的冷量，实现速冻或者保存的需求。
进一步地，所述离心式压缩膨胀一体机1包括压缩机、膨胀机和高速电机，所述压缩机、所述膨胀机与所述高速电机同轴一体布置。
使用离心式压缩膨胀一体机1，压缩叶轮、膨胀叶轮和高速电机的转子同轴布置，用一台离心式压缩膨胀一体机1同时实现***的气体膨胀和压缩过程，***更简单、可靠、紧凑，另外***利用膨胀叶轮回收功供给压缩机，降低电机功耗，提高***效率。
使用离心式压缩膨胀一体机1。将压缩机、膨胀机和高速电机同轴一体布置，结构简单，减小体积，回收膨胀功，提高***效率。并且使用气体轴承，无磨损、无润滑油。寿命长、可靠性高，在维护成本上具有明显的优势，无润滑油，送风无污染。
进一步地，所述压缩机包括压缩进口和压缩出口，所述膨胀机包括膨胀进口和膨胀出口，所述低温回热器3包括热侧和冷侧，所述冷侧与所述压缩进口连接，所述热侧与所述膨胀进口连接，所述热侧与散热组件连接，所述散热组件为风机。这里的风机可以帮助低温回热器3散热。
进一步地，所述流量调节组件包括第一流量调节阀4、第二流量调节阀5和第三流量调节阀6，所述第一流量调节阀4一端与所述冷侧连接，所述第一流量调节阀4另一端与所述换热组件连接，所述第一流量调节阀4与所述第三流量调节阀6连接；所述第二流量调节阀5一端与所述膨胀出口连接，所述第二流量调节阀5另一端与所述换热组件连接，所述第二流量调节阀5与所述第三流量调节阀6连接，所述第三流量调节阀6与所述换热组件连接。
进一步地，所述换热组件设置于冷箱内，所述第三流量调节阀6设置于所述冷箱内，所述换热组件包括第一低温换热器7和第二低温换热器8，所述第一低温换热器7与所述膨胀出口连接，所述第一低温换热器7、所述第三流量调节阀6与所述第二低温换热器8依次连接，所述第二低温换热器8与所述冷侧连接。
进一步地，所述冷箱包括速冻区9和保存区10，所述第一低温换热器7设置于所述速冻区9内，所述第二低温换热器8设置于所述保存区10内。
低温冰箱可以同时存在两个或多个不同温区的储藏室，以两个为例，分别是小冷量(较高温度)的保存区10和大冷量(较低温度)的速冻区9，并联模式下，可以通过调节所述第一流量调节阀4和第二流量调节阀5，调节供给两个低温换热器的流量，对不同温区储藏室实现冷量的合理分配。串联模式下，第一低温换热器7和第二低温换热器8先后换热，实现不同储藏室内不同的温度。
进一步地，所述第一低温换热器7为气气低温换热器，采用气体与气体换热，所述第二低温换热器8为气气低温换热器，采用气体与气体换热。
进一步地，所述离心式压缩膨胀一体机1包括转子，所述转子采用气体轴承支承。
进一步地，所述气体制冷组件根据温度不同可采用不同的工质，所述工质为二氧化碳或者氮气。
根据温度的不同需求可以采用不同的工质，例如在常温～﹣50℃可以使用二氧化碳作为工质，在常温～﹣195℃可以使用氮气作为工质。由于可采用的气体范围广，***的适用温区范围广。
可调冷量、温度。不同范围的温度需求可以通过更换工质实现，此外通过调节离心式压缩膨胀一体机1的转速可以调节***压比和膨胀比，从而控制膨胀出口的温度和冷量，通过流量调节组件控制进入换热组件的气体流量，控制不同储藏室的温度和冷量。
低温速冻。通过流量调节组件调节流量，将更多的低温气体送入速冻区的第一低温换热器7，给速冻区9提供大冷量，有效地实现速冻。
本申请为一种采用气体制冷的低温冰箱，可以根据温度需求采用不同的工质。该低温冰箱由离心式压缩膨胀一体机1、低温回热器3、级后冷却器2、流量调节组件、冷端换热组件、冷箱组成。其中离心式压缩膨胀一体机1将膨胀机、压缩机、高速电机集成在一体上同轴工作，实现工质气体温度压力的变化。低温回热器3用来回收冷量，降低温度。级后冷却器2接在离心式压缩膨胀一体机1的压缩出口，用来冷却压缩后的气体。流量调节组件接在离心式压缩膨胀一体机1的膨胀出口，调节***工作模式和冷端换热组件的流量。冷箱分为保存区10(小冷量)和速冻区9(大冷量)。
实施例
本申请实施例提供了一种采用气体制冷的低温冰箱，其工作原理图以图1为例。图2和图3分别是低温换热器并联和串联时的***简图。
如图1所示，本申请提供一种采用气体制冷的低温冰箱，主要由离心式压缩膨胀一体机1、级后冷却器2、低温回热器3、第一流量调节阀4、第二流量调节阀5、第三流量调节阀6、第一低温换热器7和第二低温换热器8组成。级后冷却器2与压缩出口相连，所述低温回热器3的热侧与级后冷却器2和膨胀进口相连，冷侧与第一流量调节阀4、第二低温换热器8和压缩进口相连，膨胀出口与第二流量调节阀5和第一低温换热器7相连，第三流量调节阀6与第一低温换热器7和第二低温换热器8相连。
本申请工作过程如下：主要工作模式为低温换热器并联如图2所示(此时第三流量调节阀6关闭)，回热后的气体先进入离心式压缩膨胀一体机1压缩增压，压缩后的高温高压气体进入级后冷却器2与外界换热降温，然后进入低温回热器3预冷，预冷后的气体进入离心式压缩膨胀一体机1膨胀降温，然后通过第二流量调节阀5和第一流量调节阀4调节流量，分别进入保存区10的第二低温换热器8和速冻区9的第一低温换热器7，气体提供完冷量后进入低温回热器3，预冷膨胀前的常温气体，提供剩余冷量后回到离心式压缩膨胀一体机1压缩增压。低温换热器串联模式如图3所示(此时第二流量调节阀5和第一流量调节阀4关闭)主要为实现不同储藏区的不同温度而设置，即气体进入离心式压缩膨胀一体机1膨胀降温后先后进入第一低温换热器7和第二低温换热器8，在速冻区9内提供更低温度。
离心式压缩膨胀一体机1将压缩叶轮、膨胀叶轮和高速电机的转子同轴布置，用一台机器同时实现***的气体膨胀和压缩过程，***更简单、可靠、紧凑，另外***利用膨胀叶轮回收功供给压缩机，降低电机功耗，提高***效率。
冰箱的循环***采用气体制冷组件，并且可以根据温度等需求采用不同的工质，例如可以使用二氧化碳、氮气等工质。由于可采用的气体范围广，***的适用温区范围广，可从一般低温冰箱的-18℃到～-195℃左右。然后通过调节离心式压缩膨胀一体机1的转速，可以调节***的压比和膨胀比，从而调节膨胀出口的空气温度和冷量，再通过流量调节阀调节送入两个低温换热器的流量，实现冷量的合理分配。
冰箱的低温储藏室的第一低温换热器7和第二低温换热器8为气气低温换热器，采用气体与气体换热，需要在管内和管外侧同时添加翅片等增强换热的结构，保证足够的换热面积。
尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。
Claims (10)
1.一种低温冰箱，其特征在于：包括依次连接的气体制冷组件、流量调节组件和换热组件，所述换热组件设置于冷箱内，所述换热组件与所述气体制冷组件连接，所述气体制冷组件与散热组件连接。
2.如权利要求1所述的低温冰箱，其特征在于：所述气体制冷组件包括离心式压缩膨胀一体机，所述离心式压缩膨胀一体机与级后冷却器连接，所述离心式压缩膨胀一体机与低温回热器连接，所述级后冷却器与所述低温回热器连接。
3.如权利要求2所述的低温冰箱，其特征在于：所述离心式压缩膨胀一体机包括压缩机、膨胀机和高速电机，所述压缩机、所述膨胀机与所述高速电机同轴一体布置。
4.如权利要求3所述的低温冰箱，其特征在于：所述压缩机包括压缩进口和压缩出口，所述膨胀机包括膨胀进口和膨胀出口，所述低温回热器包括热侧和冷侧，所述冷侧与所述压缩进口连接，所述热侧与所述膨胀进口连接，所述热侧与散热组件连接，所述散热组件为风机。
5.如权利要求4所述的低温冰箱，其特征在于：所述流量调节组件包括第一流量调节阀、第二流量调节阀和第三流量调节阀，所述第一流量调节阀一端与所述冷侧连接，所述第一流量调节阀另一端与所述换热组件连接，所述第一流量调节阀与所述第三流量调节阀连接；所述第二流量调节阀一端与所述膨胀出口连接，所述第二流量调节阀另一端与所述换热组件连接，所述第二流量调节阀与所述第三流量调节阀连接，所述第三流量调节阀与所述换热组件连接。
6.如权利要求5所述的低温冰箱，其特征在于：所述第三流量调节阀设置于所述冷箱内，所述换热组件包括第一低温换热器和第二低温换热器，所述第一低温换热器与所述膨胀出口连接，所述第一低温换热器、所述第三流量调节阀与所述第二低温换热器依次连接，所述第二低温换热器与所述冷侧连接。
7.如权利要求6所述的低温冰箱，其特征在于：所述冷箱包括速冻区和保存区，所述第一低温换热器设置于所述速冻区内，所述第二低温换热器设置于所述保存区内。
8.如权利要求6所述的低温冰箱，其特征在于：所述第一低温换热器为气气低温换热器，采用气体与气体换热，所述第二低温换热器为气气低温换热器，采用气体与气体换热。
9.如权利要求2所述的低温冰箱，其特征在于：所述离心式压缩膨胀一体机包括转子，所述转子采用气体轴承支承。
10.如权利要求1～9中任一项所述的低温冰箱，其特征在于：所述气体制冷组件根据温度不同可采用不同的工质，所述工质为二氧化碳或者氮气。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chen Liang Inventor after: Wang Zhefeng Inventor after: Chen Shuangtao Inventor after: Hou Yu Inventor after: Yang Xiaoling Inventor after: Song Shujian Inventor after: Zhang Beile Inventor before: Hou Yu Inventor before: Wang Zhefeng Inventor before: Chen Shuangtao Inventor before: Chen Liang Inventor before: Yang Xiaoling Inventor before: Song Shujian Inventor before: Zhang Beile |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
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