双级复叠制冷系统及其控制方法、冻融机与流程

本申请涉及生物冷冻，例如涉及一种双级复叠制冷系统及其控制方法、冻融机。

背景技术：

1、目前，市场上采用的超低温冻融机的设计温度为﹣86℃左右。超低温冻融机的制冷过程，一般使用双级复叠制冷系统，系统上分为高温级部分和低温级部分，高温级部分的制冷剂蒸发使低温级部分的制冷剂冷凝，通过一个复叠板换实现，冷凝后的低温级部分的制冷剂进入电子膨胀阀节流降压，在低温级制冷板换内进行蒸发从而对载冷剂进行降温，载冷剂流经冻融室对冻融室进行降温。就目前的制冷剂种类以及压缩机的技术水平组合而言，虽然温度能达到-90℃左右，但制冷功率受限于高温级压缩机的性能，高温级压缩机本身不对载冷剂循环制冷，其制冷量需要抵消低温级压缩机从载冷剂循环中吸收的热量以及低温级压缩机对制冷剂的做功。这就导致高温级压缩机的选型过大，成本较高。

2、相关技术公开了一种高低温工况复叠制冷系统及其控制方法。该系统包括高温级制冷循环管路、低温级制冷循环管路和对二者进行耦合的冷凝蒸发器；高温级制冷循环管路主要包括高温级蒸发器、高温级压缩机、高温级冷凝器等构成的循环；低温级制冷循环管路主要包括低温级蒸发器、低温级压缩机、低温级冷凝器等构成的循环；高温级压缩机和低温级压缩机均旁路并联冷凝蒸发器，通过切换阀门可实现二者独立运行模式或复叠制冷运行模式。

3、在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

4、相关技术通过旁通蒸发器控制高温级制冷循环单独进行制冷，一定程度上避免了高温级压缩机选型过大的问题。然而，在实际应用过程中，当需要通过高温和低温级制冷循环共同对载冷剂循环制冷时，低温级制冷循环的响应速度较慢，无法及时满足载冷剂的超低温需求。

5、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

2、本公开实施例提供了一种双级复叠制冷系统及其控制方法、冻融机，以在减小高温级压缩机选型的同时，提高双级复叠制冷系统低温级部分的响应速度，从而及时满足载冷剂的超低温需求。

3、在一些实施例中，所述双级复叠制冷系统包括：高温级制冷循环回路；低温级制冷循环回路，与高温级制冷循环回路通过复叠板换连接并换热；载冷剂循环回路，与高温级制冷循环回路通过高温级制冷板换连接并换热，与低温级制冷循环回路通过低温级制冷板换连接并换热；其中，高温级制冷循环回路的制冷剂在高温级制冷板换与载冷剂循环回路换热后流经复叠板换。

4、可选地，高温级制冷循环回路，包括：换热主回路，包括热力膨胀阀和设置于热力膨胀阀与复叠板换之间第一电磁阀；换热支路，包括被配置为控制换热支路通断的第二电磁阀，第二电磁阀与高温级制冷板换连接；换热支路的入口管路设置于热力膨胀阀与第一电磁阀之间，出口管路设置于第一电磁阀与复叠板换之间。

5、可选地，换热主回路，还包括：高温级压缩机，进口管路通过第一气液分离器与复叠板换连接，出口管路通过水冷板换与热力膨胀阀连接。

6、可选地，低温级制冷循环回路，包括：低温级压缩机，进口管路通过第二气液分离器与低温级制冷板换连接，出口管路通过油分离器与复叠板换连接；复叠板换与低温级制冷板换之间的管路上依次设置第一干燥过滤器和电子膨胀阀。

7、可选地，载冷剂循环回路，包括：循环泵，出口管路通过低温级制冷板换与高温级制冷板换的一端连接，进口管路通过冻融室与高温级制冷板换的另一端连接。

8、在一些实施例中，所述双级复叠制冷系统控制方法应用于上述的双级复叠制冷系统；所述方法包括：获取载冷剂的目标温度；当载冷剂的目标温度高于温度阈值时，控制高温级制冷循环回路通过高温级制冷板换与载冷剂循环回路换热。

9、可选地，双级复叠制冷系统控制方法，还包括：当载冷剂的目标温度低于温度阈值时，控制高温级制冷循环回路通过复叠板换与低温级制冷循环回路换热；控制低温级制冷循环回路通过低温级制冷板换与载冷剂循环回路换热。

10、可选地，控制低温级制冷循环回路通过低温级制冷板换与载冷剂循环回路换热后，还包括：当载冷剂的温度低于目标温度时，控制低温级制冷循环回路关闭，保持高温级制冷循环回路开启。

11、可选地，控制低温级制冷循环回路关闭，保持高温级制冷循环回路开启后，还包括：当低温级制冷循环回路关闭时长大于时长阈值时，控制高温级制冷循环回路关闭。

12、在一些实施例中，所述冻融机包括：冻融室；上述的双级复叠制冷系统，被配置为对冻融室制冷。

13、本公开实施例提供的双级复叠制冷系统及其控制方法、冻融机，可以实现以下技术效果：

14、通过设置高温级制冷板换，能够使高温级制冷循环回路直接对载冷剂循环回路制冷，无需抵消低温级压缩机从载冷剂循环中吸收的热量以及低温级压缩机对制冷剂的做功，减小了高温级压缩机的选型，降低了成本。由于高温级制冷循环回路的制冷剂在高温级制冷板换与载冷剂循环回路换热后流经复叠板换，降低了低温级制冷循环的温度和压力，保证了对载冷剂有超低温需求时低温级制冷循环回路可以随时启动。在减小高温级压缩机选型的同时，提高了双级复叠制冷系统低温级部分的响应速度，从而能够及时满足载冷剂的超低温需求。

15、以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

技术特征：

1.一种双级复叠制冷系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双级复叠制冷系统，其特征在于，高温级制冷循环回路，包括：

3.根据权利要求2所述的双级复叠制冷系统，其特征在于，换热主回路，还包括：

4.根据权利要求1至3任一项所述的双级复叠制冷系统，其特征在于，低温级制冷循环回路，包括：

5.根据权利要求1至3任一项所述的双级复叠制冷系统，其特征在于，载冷剂循环回路，包括：

6.一种双级复叠制冷系统控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至5任一项所述的双级复叠制冷系统；方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，控制低温级制冷循环回路通过低温级制冷板换与载冷剂循环回路换热后，还包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，控制低温级制冷循环回路关闭，保持高温级制冷循环回路开启后，还包括：

10.一种冻融机，其特征在于，包括：

技术总结本申请涉及生物冷冻技术领域，公开一种双级复叠制冷系统，包括：高温级制冷循环回路；低温级制冷循环回路，与高温级制冷循环回路通过复叠板换连接并换热；载冷剂循环回路，与高温级制冷循环回路通过高温级制冷板换连接并换热，与低温级制冷循环回路通过低温级制冷板换连接并换热；其中，高温级制冷循环回路的制冷剂在高温级制冷板换与载冷剂循环回路换热后流经复叠板换。通过使高温级制冷循环回路直接对载冷剂循环回路制冷，并使高温级制冷板换流出的制冷机流经复叠板换，降低了低温级制冷循环的温度和压力，在减小高温级压缩机选型的同时，提高了双级复叠制冷系统低温级部分的响应速度。本申请还公开一种双级复叠制冷系统控制方法及冻融机。技术研发人员：闫循正,孙庆一鸣,刘占杰,李军锋,刘鑫洋,袁顺涛,牛愉涛,孙旻昊,万凌松,李国强受保护的技术使用者：青岛海尔生物医疗股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27