一种采用热气除霜的逆布雷顿空气制冷系统的制作方法

1.本实用新型涉及制冷低温技术领域，尤其涉及一种采用热气除霜的逆布雷顿空气制冷系统。


背景技术：

2.基于逆布雷顿制冷循环原理的逆布雷顿空气制冷系统具备大冷量宽温区且易于扩容、冷量输出便捷、高效可靠、工质清洁及紧凑轻质等众多优势，且伴随着制冷涡轮等关键技术的发展，逆布雷顿空气制冷系统已在军、民、特场合下的多种制冷低温用途中显露出越来越大的应用潜力。尤其是在面向生物、医药样品低温贮存需求而诞生的一类低温冰箱(柜)用途，或某些特殊场合下的低温手套箱用途时，展现出了更为诱人的前景。这类用途下的低温冰箱(柜)或低温手套箱产品用于低温存贮的温区一般在
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40～
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165℃。
3.目前大多基于复叠式蒸汽压缩制冷技术和非共沸混合工质节流制冷技术，其系统复杂，体积大，可靠性不高。此外由于制冷温区的大幅降低其结霜问题较之传统商用冰箱(柜)产品更为严峻，考虑当前主要的除霜方式，无论是基于电热除霜的考虑亦或是更为主流的热气除霜方式均使得这类系统的可靠性、维护性或经济性进一步降低。


技术实现要素：

4.在面向低温冰箱(柜)或低温手套箱这一类用途时，为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种具备高紧凑性、高可靠性、高环保性、高维护性且除霜高效便捷的制冷系统，即一种采用热气除霜的逆布雷顿空气制冷系统，该制冷系统至少具备制冷模式和除霜模式两个基本模式，通过换向阀实现这两个基本模式的切换。
5.本实用新型的一种采用热气除霜的逆布雷顿空气制冷系统，包括透平压缩
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膨胀一体机、后冷换热器、回热换热器、用冷换热器、流量调节阀及换向阀，通过所述换向阀实现制冷模式和除霜模式的切换；所述透平压缩
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膨胀一体机的压缩端连接所述后冷换热器的输入端和所述回热换热器的输出端，所述透平压缩
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膨胀一体机的膨胀端连接所述流量调节阀的输入端和所述回热换热器的输出端；所述后冷换热器的输出端通过所述换向阀连接所述回热换热器的输入端和所述流量调节阀的输入端，所述流量调节阀的输出端连接所述用冷换热器的输入端，所述用冷换热器的输出端连接所述回热换热器的输入端。
6.进一步的，在制冷模式下，所述换向阀通向所述回热换热器的方向，即仅连通所述后冷换热器和所述回热换热器，用于实现热能和机械能相互转化的工质依次经压缩、后冷、回热预冷、膨胀降温、流量调节、吸热制冷、回收冷量复温和再次压缩完成一个制冷循环。
7.进一步的，制冷温度和制冷量通过所述透平压缩
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膨胀一体机的电机转速及所述流量调节阀进行调节。
8.进一步的，在除霜模式下，所述换向阀直接通向所述流量调节阀的方向，即仅连通所述后冷换热器和所述用冷换热器，用于实现热能和机械能相互转化的工质依次经压缩、后冷、流阻调节、放热化霜复温和再次压缩完成一个除霜循环。
9.进一步的，除霜速率通过所述透平压缩
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膨胀一体机的电机转速及所述流量调节阀进行调节，或通过控制所述后冷换热器的冷媒流量进行调节。
10.进一步的，所述工质包括干燥空气或者氮气。
11.进一步的，所述透平压缩
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膨胀一体机的压缩端、电机和膨胀端同轴布置，膨胀功可回收。
12.进一步的，所述透平压缩
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膨胀一体机采用动压箔片轴承技术。
13.进一步的，所述用冷换热器设置有多个，形成多个用冷支路，并分设多个流量调节阀以实现各用冷支路不同的制冷温度及制冷量。
14.本实用新型的有益效果在于：
15.本实用新型的制冷系统包含的系统组件较少，且关键的透平压缩
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膨胀一体机运行无磨损，体积紧凑，无油运行，具备长寿命，较复叠式蒸汽压缩制冷系统具有高可靠性、高紧凑性、维护方便，也具备很好经济性；
16.本实用新型的制冷系统具备热气除霜回路，可以高效便捷地实现除霜功能，且基本不会增加系统的复杂性，进一步提升了制冷系统的可靠性；
17.本实用新型的制冷系统采用的工质为干燥空气或氮气，且低压运行，因此环保安全。
附图说明
18.图1是本实用新型实施例的采用热气除霜的逆布雷顿空气制冷系统的原理示意图；
19.图中标记：1
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透平压缩
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膨胀一体机，2
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后冷换热器，3
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换向阀，4
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回热换热器，5
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用冷换热器，6
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流量调节阀。
具体实施方式
20.下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
21.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本实用新型的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.本实用新型涉及的相关技术用语的说明如下：
23.工质：全称为工作物质，即用于实现热能和机械能相互转化的媒介物质；
24.膨胀功：直接由系统容积变化和外界发生作用而传递的功，也称为容积变化功或压缩功；
25.本实施例提供了一种采用热气除霜的逆布雷顿空气制冷系统，该制冷系统具备制冷模式和除霜模式两个基本模式，通过换向阀3实现这两个基本模式的切换。如图1所示，该制冷系统包括透平压缩
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膨胀一体机1、后冷换热器2、回热换热器4、用冷换热器5、流量调节阀6及换向阀3，其中，透平压缩
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膨胀一体机1的压缩端连接后冷换热器2的输入端和回热换热器4的输出端，透平压缩
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膨胀一体机1的膨胀端连接流量调节阀6的输入端和回热换热器
4的输出端。图1中，透平压缩
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膨胀一体机1中的c表示压缩端，m表示电机，e表示膨胀端。此外，后冷换热器2的输出端通过换向阀3连接回热换热器4的输入端和流量调节阀6的输入端，流量调节阀6的输出端连接用冷换热器5的输入端，用冷换热器5的输出端连接回热换热器4的输入端。
26.该制冷系统的工作原理如下：
27.工质从透平压缩
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膨胀一体机1的压缩端进口进入，经叶轮做功并在通流部件中有效扩压后，经压缩端出口排入高压侧管道，此后先被后冷换热器2(风冷/水冷)冷却至一定温度并向环境释放热量。后冷换热器2与回热换热器4之间的管路上设有换向阀3，并设除霜支路。
28.在制冷模式下，换向阀3通向回热换热器4方向，即仅连通后冷换热器2和回热换热器4，使后冷后的工质依次经压缩、后冷、回热预冷、膨胀降温、流量调节、吸热制冷、回收冷量复温和再次压缩完成一个制冷循环。具体的，后冷后的工质经由回热器的热侧流道被冷侧返流预冷到较低温度，预冷后的工质经透平压缩
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膨胀一体机1的膨胀端进口进入推动叶轮做功并膨胀降温，膨胀功被压缩轮高效回收利用，从而减小了输入电功并提高系统效率。膨胀后的低温工质排入低压侧管道，再经流量调节阀6进入用冷换热器5吸收热量进行制冷，此后返流进入回热换热器4的冷侧流道被回收残余冷量复温至压缩前温度，并进入下一个制冷循环。
29.在除霜模式下，换向阀3直接通向流量调节阀6、用冷换热器5方向，即仅连通后冷换热器2、流量调节阀6和用冷换热器5，使后冷后的工质依次经压缩、后冷、流阻调节、放热化霜复温和再次压缩完成一个除霜循环。具体的，后冷后的工质经由流量调节阀6进行流阻调节后，进入用冷换热器5中放热融解霜层升温，再经回热换热器4流入透平压缩
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膨胀一体机1的压缩端进口，并开始下一个除霜循环。
30.在本实用新型的一个优选实施方式中，制冷温度和制冷量通过透平压缩
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膨胀一体机1的电机转速及流量调节阀6进行调节。除霜速率通过透平压缩
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膨胀一体机1的电机转速及流量调节阀6进行调节，或通过控制后冷换热器2的冷媒流量进行调节。
31.在本实用新型的一个优选实施方式中，工质采用干燥空气或者氮气。
32.在本实用新型的一个优选实施方式中，透平压缩
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膨胀一体机1的压缩端、电机和膨胀端同轴布置，膨胀功可回收。透平压缩
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膨胀一体机1采用动压气体轴承技术(动压箔片轴承技术)，其具备高速、高紧凑性及高可靠性。
33.在本实用新型的一个优选实施方式中，用冷换热器5设置有多个，形成多个用冷支路，并分设多个流量调节阀6，以实现各用冷支路不同的制冷温度及制冷量。
34.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
35.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是有线连接，也可以是无线连接。