極低溫混合制冷劑系統的凍析預防和溫度控制的方法

文檔序號：4767041閱讀：287來源：國知局

專利名稱：極低溫混合制冷劑系統的凍析預防和溫度控制的方法
技術領域：
本發明是關于采用一種制冷劑的節流膨脹而產生制冷效果的過程。
背景技術：
當可靠密去于制冷系統形成時，從20世紀初開始，制冷系統就已經存在。從那時起，制冷技術的改善已經證明其在家庭和工業中的效用。尤其，低溫制冷系統在生物制藥領域、低溫電子元件學、涂漬操作、和半導體生產領域中提供必要的產業化功能。
有^^午多應用，尤其工業生產和測試應用，需要在4氐于183 K (-90 。C)溫度下制冷。本發明涉及在183 K至65K(-90。C至-208 GC)之間溫度下提供制冷。包括在該范圍中的溫度統稱為低的、超低的和低溫的。為了該應用目的，術語"極低"或"極低溫"將用于意指183K至65K(-90。C至-208 。C)的溫度范圍。在真空條件下操作并與及低溫制冷系統相結合的許多生產過程中，某加工步驟中要求快速加熱。加熱過程通常統稱為除霜循環。加熱過程〗吏蒸發器和連接制冷劑管路加熱至室溫。在沒有引起這些部分中空氣中水分冷凝的情況下，這能夠使該系統的這些部分被接入并被排放到大氣中。整個除霜循環和繼之恢復生成極低溫度越長，生產系統的處理量就越低。在真空容器內快速除霜并且快速恢復冷凝面(蒸發器)的冷卻有利于提高真空過程的處理量。此外，有許多過程想要熱制冷劑流過蒸發器一段延長時間。為該應用，我們通常稱之為"烘干，1喿作。一種采用烘干4喿作的系統的實施例在美國專利No.6，843,065中找到，通過引述合并于本文中。當元件經具有較大熱質的制冷劑交替加熱和冷卻時，烘烤才喿作是有利的，并且耳又決于溫度的溫度反應比約1至5分鐘時間更長。在這種情況下，延長高溫制冷劑的流動需要使用熱導直至所有表面達到預期最小溫度。此外，真空室的普通程序是容器中的表面加熱至高溫的才莫式，通常為150QC至300 。C。這種高溫將向容器中的所有表面輻射，包括經制冷劑冷卻和加熱的元件。當沒有制冷劑流經元件時，將制冷劑和元件中一些剩余壓縮機油接觸這種高溫存在制冷劑過熱而使制冷劑和/或這種油隨之發生分解的風險。因此，提供連續流動的高溫制冷劑(通常80 。C至120 °C),同時容器被加熱，控制制冷劑和油的溫度并預防任何可能的分解。
存在許多具有低溫冷卻要求的真空過程。主要利用水汽〗氐溫抽氣用于真空系統。極低溫表面以比水蒸汽分子被釋放速率更高的速率捕獲和容納水蒸汽分子。該凈效應快速并顯著性降低了容器水蒸汽分壓。水蒸汽低溫抽氣過程非常有利于電存儲介質、光反射鏡、零件金屬化、半導體設備等真空鍍膜工業中許多物理蒸汽沉積過程。該過程也用于在冷凍干燥操作中除去食品和生物制品中的濕氣。其4也的應用涉及熱輻射防護層。在這種應用中，4交大平柘j皮冷卻至極低溫度。這些冷卻平板阻止真空室表面和加熱器中的輻另一個應用是除去人造物體上的熱。在一些應用中，該物體是計算機硬盤的鋁盤，用于半導體設備生產的硅片，或者一種材料如用于平板顯示器的玻璃或者塑料。在這些情況下，極低溫度4是供了更迅速A人這些物體上除去熱的方法，即^吏工序結尾的物體最終溫度可能比室溫更高一些。此外，涉及硬盤驅動器、硅片、或者平板顯示器材料、或其他基體的一些應用涉及將物質沉積在這些物體上。在這種應用中，由于沉積，熱/人物體釋》文出來，并且當維4寺物體溫度在先前描述的溫度范圍內時，這種熱一定^皮除去。冷卻l象滾筒的表面是除去來自這種物體中的熱的典型方法。在這些應用中，制冷系統和被冷卻物體之間的界面被冷卻在蒸發器中進行，在蒸發器中，制冷劑從極低溫度的物體中除去熱。極低溫度的其他應用包括生物體液和組織的儲藏和化學和制藥過程中反應速率的控制。另外的應用包括用在金屬處理和控制材料性質的其他材料中的利用極低溫度。然而另外的應用包括多種過程中的熱去除，包括但不限于CCD照相機、X-射線檢測器、Y射線檢測器、和其
他的核顆粒和輻射才企測器。其他應用還包括設備應用，包括氣相色i普、差示掃描量熱4義、質謂4義、和其4也類似應用。極低溫制冷劑也用在家用和工業氣體和液體的冷凝和冷卻中，例如在氮氣液化、氧氣液化、其他氣體液化、和用于更多應用中的氣體的冷卻。這些應用中的一些包4舌丁烷制冷、化學過禾呈中氣體溫度的控制，等等。傳統制冷系統長久以來利用的是氯化制冷劑，這種制冷劑已經確定對環境有害并且已知助于臭氧損庫毛。因此，日益限制性環境A見則已經強迫制冷劑工業不4吏用氯化石友氟化合物(CFCs)與氫氟氯碳化物(HCFCs)。蒙特利議定書的規定要求氫氟氯碳化物使用逐漸停止并且2001年1月1日歐盟法禁止在制冷系統中4吏用氫氟氯石友化物。因此，要求發展可供選4奪的制冷混合物。氫氟烴 (HFC)制冷劑是優先備選的，這種制冷劑不易燃，具有低毒性并且易購4尋。現有技術極低溫系統使用易燃組分來控制油。采用氯化制冷劑的極低溫系統中使用的這種油與較高溫沸點組分具有優良混溶性，該較熱沸點組分在壓縮時能在室溫下液化。較低溫沸點 HFC制冷劑如R-23不與這些油混合并且不易液化直到4也們4妄觸到制冷過程的較低溫部分。不混溶性導致壓縮機油分離和凍析，由于堵塞管道、過濾器、閥門或者節流裝置依次導致系統失敗。為了得到溶混性，在較低溫度下，乙烷被常規加入到制冷劑混合物中。不幸地是，乙烷是易燃的，這限制了消費者接受并且能引起系統控制的附加要求、安裝要求和費用。因此，優選除去乙烷或其4也易燃組分。制冷系統如上面描述的那些需要一種制冷劑混合物，這種制冷劑混合物將不從制冷劑混合物中凍析出。當一個或多個制冷劑
組分、或壓縮^L油變成固體或者極粘稠時，發生制冷系統的"凍析"情況，極粘稠指其不流動的臨界點。如果凍析情況發生，抽吸壓力易于降低可進一步產生正反饋并且進一步降低溫度，更引起凍析。需要一種阻止混合制冷劑制冷系統中凍析的途徑。可用的 HFC制冷劑具有比其取代的HCFC和CFC制冷劑更高溫凝固點。這些制冷劑混合物關于凍析的極限在專利09/886,936的美國申請中公開。如上面提到的，由于碳氫化合物的易燃性，其使用是不希望的。然而，因為能代替易燃碳氫化合物制冷劑的HFC 制冷劑通常具有高溫凝固點，除去易燃組分引起凍析控制中的額外困難。當制冷系統中的外部熱負荷非常^f氐時，通常存在凍析。一些極低溫系統利用過冷器并用它冷卻高壓制冷劑，這種過冷器采用一部分最低溫高壓制冷劑。這通過膨"長制冷劑部分并<吏用其對過冷器的低壓側進料來完成。因此，當流向蒸發器的流動蜂皮停止時，內部流動和傳熱持續使高壓制冷劑逐漸變得更冷。這依次導致進入過冷器的被膨脹制冷劑的溫度更低。取決于整個系統設計、該系統的冷端處循環中的制冷劑組分、和該系統的才喿作壓力，有可能得到凍析溫度。既然相對于這種情況如凍析的限度必須給出，制冷設計將通常受限制，由于整個系統被設計不再經歷凍析情況。當釆用氫氟碳化物(HFCs)作為制冷劑時的另一個挑戰是這些制冷劑在烷基苯油中是不互溶的，并且因此，多元醇酯(POE) (1998 ASHRAE Refrigeration Handbook,第7章，7.4頁，美國采暖、制冷和空調工程師學會)壓縮機油與HFC制冷劑兼容。適宜的油的選擇對極低溫系統是必需的，因為這種油不僅提供良好的壓縮機潤滑，也不在極低溫下從制冷劑中分離和凍析出。專利USSN 09/894,964的美國申i青描述了如該申i青中引述的才及<氐溫混合制冷系鄉克的凍4斤預防的方法。盡管該方法i正明只于其應用的系統是有效的，也不能提供必需的控制。這是因為利用閥門沖是高上游低壓制冷劑的壓力來預防凍析減少該系統的制冷性能。公開的閥門必須人工調整，并且按照不同形式操作(例如，冷卻、除霜、停備和烘干)需要，人工調整閥門是不實際的。總的來i兌，大量的旁^各方法^皮應用在傳統制冷系統中。這些系統，通常在-40。C或更高溫度下才喿作，采用單一制冷劑組分，或者具有沸點相鄰的制冷劑混合物，這種混合物性能類似于單一制冷劑組分。在這種系統中，控制方法利用飽和制冷劑溫度和飽和制冷劑壓力之間的對應。在單一制冷劑組分上，這種對應的本質〃使得當兩相混合物(液相和氣相)存在時，僅制冷劑的溫度或者壓力彼此被確定。通常采用的具有沸點緊鄰的混合制冷系統，該溫度壓力對應存在小偏差，但它們運行并且按照單一組分制冷劑的類似模式處理。/>開的發明涉及才及^f氐溫制冷系統，這種系統采用具有寬間隔沸點的混合制冷劑。典型混合物將具有相差IO(TC至20(TC的沸點。對本公開目的，極低溫混合制冷系統(VLTMRS)意指采用具有至少兩種組分的極低溫制冷系統，這兩種組分正常沸點相差至少50 。C。這種混合物，單一制冷劑組分的偏差是顯著性的以至于々包和溫度和^:包和壓力之間的對應更復雜。由于這些附加組分所4是供的自由度凄t和這些組分由于寬間隔沸點而性能彼此不同的事實，為了使壓力(或者溫度)被確定，制冷劑混合物組成、液體組分、和溫度(或者壓力)必須被確定。因此，傳統單一制冷劑或者性能類似于單一制冷劑的混合物的控制方法，由于溫度-壓力對應中的差異，不能以相同于傳統系統的方式應用于才及^氐溫混合制冷系統(VLTMRS)。盡管接近圖示表
征，由于壓力溫度對用中的差異，這些設備在極低溫混合制冷系統(VLTMRS)中的應用不同于J見有沖支術。如簡單的實施例，傳統制冷系統控制嚴重依賴于控制冷凝器溫度將控制排氣壓力的事實。因此，控制冷凝器溫度的控制閥門將以可預測方式控制排氣壓力，不顧操作模式或者蒸發器上的熱負荷。相比之下，由于蒸發器負載和才喿作模式的變化，即使循環混合物和冷凝器溫度未改變，采用具有寬間隔沸點的組分的極低溫混合制冷系統(VLTMRS)將經歷壓縮機排氣壓力的很大改變。因此，一些體現本發明的所示圖表是常見的傳統制冷中#1行的那些。現有技術控制方法的綜述在2002版ASHRAE手冊制冷巻第45章中癥會出。本系統不同于這些現有才支術系統，因為該申請涉及具有不同溫度-壓力特征的制冷劑，或者更特別地，這些制冷劑具有沒有確定的壓力溫度對應，如傳統制冷劑達到的。因此，控制組分和制冷劑之間的相互作用是不同的。Forrest等人提出的USP 4,763,486描述了加入內部冷凝液旁路的極低溫混合制冷系統(VLTMRS)。在該方法中，該過禾呈中不同相分離器中的液體制冷劑迂回到蒸發器的進口。該方法的目的是為了提供蒸發器冷卻的溫度和容量控制，并且是為了提供系統的穩定操作。如定義，這種方法要求制冷劑流經蒸發器來提供某種水平的冷卻。沒有提及由停備模式或者烘干模式構成并且圖表清楚顯示所示方法不能在停備模式或者烘干模式中使用。本發明描述了起動系統的難題，該起動系統具有不同凄t量的相分離器。自乂人本專利的時間以來，；feU氐溫混合制冷系統(VLTMRS)的許多變化已經被證實，改變相分離器的數量，相分離器是整個分離器或部分分離器，和沒有相分離器。這些示范系統在沒有利用 Forrest等人的情況下已經成功#皮才喿作。Forrest等人預防的情況
涉及的事實是可能的，該事實是極低溫混合制冷系統(VLTMRS) 要求最小流速支持適當的兩相制冷劑流動。在沒有充分流動的情況下，Forrest等人避免的征兆將被預料到。Forrest等人也沒有使用排氣線油分離器。周知的是，極低溫混合制冷系統(VLTMRS) 中的壓縮才幾油可阻滯流動管道并且導致了 Forrest等人力求避免的該種類型;f正兆。此外，當前應用預防該過程中制冷劑的凍析。不同于不受正常關注的傳統制冷系統，因為它們通常在50 。C或者比用在/厶開的極低溫混合制冷系統中制冷劑的凝固點更高溫度下操作，凍析是一種重要考慮。發明內容為了如預防制冷過程中制冷劑和油的凍析的目的，本發明公開了提供在制冷過程中溫度控制的方法。本發明的方法尤其在極低溫制冷系統或者過程中有效，采用混合制冷劑系統，如自動制冷復疊循環、Klimenko循環、或者單一膨月長i殳備系統。制冷系統由至少一個壓縮機和單一階段配置(沒有相分離器)或者多階段配置(至少一個相分離器)的節流循環。多階,殳節流循環也統稱為自動制冷復疊循環并且其特征在于在制冷過程中使用至少一個制冷氣-液相分離器。本發明的溫度控制和凍析預防方法在制冷系統中有效，該制冷系統具有延長的除霜循環(烘干)。如將討i侖的，烘干的〗吏用需要另外考慮，這些方法中提到。本發明的優勢是控制溫度和/或預防制冷劑混合物的凍析的方法公開用在極低溫制冷系統中。
本發明的另一個優勢是在操作模式(冷卻、除霜、停備或者烘干)之內利用公開的方法的系統穩定性。
然而，本發明的優勢是操作接近制冷劑混合物的凍析點的極
低溫混合制冷系統(VLTMRS)的能力。
本發明的其他目標和優勢將在說明書中顯而易見。

如下面附加附圖中舉例i兌明的，本發明的前述和其4也目的、特征和優點從下列本發明的優選實施方案的更特殊描述中將是顯而易見的，其中相同參考字符統指貫穿不同一見圖中的相同部分。這些附圖不必按比例少見定，重點不在于舉例:沈明本發明的原理。
圖1為依據本發明的具有旁路循環的極低溫制冷系統的示意圖。
圖2為依據本發明通過采用制冷劑的可控內部旁鴻4是供溫度控制和/或預防凍析的方法的示意圖。
圖3為依據本發明通過采用制冷劑的可控內部旁路提供溫度控制和/或預防凍4斤的另一個可供選擇方法的示意圖。
圖4為依據本發明通過采用制冷劑的可控旁游、提供溫度控制和/或預防凍析的另一個方法的示意圖。
圖5為依據本發明通過采用圖2實施方案中制冷劑的可控內部旁路提供溫度控制的方法的示意圖。
圖6為依據本發明通過采用如圖3實施方案中制冷劑的可控內部旁路提供溫度控制的另一個可供選擇方法的示意圖。
圖7為依據本發明通過采用圖4實施方案中制冷劑的可控旁路提供溫度控制的另一個方法的示意圖。
具體實施例方式
圖1顯示了依據本發明添加部件的現有4支術才及^f氐溫制冷系統 100。現有技術系統的詳情在美國專利申請09/870,385中公開，通過引述合并于本文中并成為其一部分。制冷系統100包"fe給優選油分離器108進口進料，經排出管IIO給冷凝器112進料的壓縮才幾104。冷凝器112隨即纟會過濾干燥4幾114進津牛，通過液體管輸出116給制冷過程118的第一補給輸入進料。制冷過程118的另一個詳情在圖2中顯示出。當油不經循環來潤滑壓縮才幾時，油分離器是不需要的。
制冷過程118提供了制冷補給線輸出120，其給進給閥122 的進口進料。進給閥122中的制冷劑是極低溫下的高壓制冷劑，通常-90。C至-208 。C。流量計(FMD) 124與冷卻閥128串連安排。同樣地，FMD 126與冷卻閥130串連安置。FMD 124和冷卻閥 128的系列組合與FMD 126和冷卻閥130的系列組合平行安置， FMD124和FMD 126的進口在結點處相連，給料閥122的出口 #L 進泮+。此夕卜，冷卻閥128和130的出口在結點處相連，對寸氐溫分離閥132的進口進料。低溫分離閥132的出口提供蒸發器補給管出口 134,其對(通常)家用裝置蒸發器線圈136進料。
蒸發器136的相反端提供了蒸發器回流管138,其對低溫分離閥140的入口進泮+。 ^f氐溫分離閥140的出口經內部回流管142 對才及孑氐溫流量開關152進泮牛。回流閥144的出口對止回閥146白勺
進口進料，止回閥146的進口經制冷回流管148對制冷過程118 的第二進口(低壓)進料。
溫度開關(TS) 150熱耦合于止回閥146和制冷過程118之間的制冷回流管148。此外，多個溫度開關，具有不同^兆閘點，沿著內部回流管142 ^皮熱津禺合。溫度開關(TS) 158、溫度開關(TS) 160、和溫度開關(TS) 162熱耦合于低溫分離閥140和回流管144 之間的內部回;;危管142。
制冷循環乂人制冷過程118的回流出口至壓縮才幾104進口經壓縮機吸入管164被封閉。位于十分靠近壓縮機104的壓力開關(PS) 196由空氣作用連4妻壓縮才幾吸入管164。此外，油分離器108的油回流管109 4妄入壓縮才幾吸入管164。制冷系統IOO進一步包括連接壓縮機吸入管線164的膨脹水箱192。FMD 194在膨脹箱192 和壓縮才幾吸入管164之間排成一排安置。
制冷系統100內的除霜補癥合循環(高壓)4要照如下構成進給閥176的進口在位于排出管線110的結點A處4皮連沖妄。除霜閥 178與FMD 182并排安置；同樣地，除霜閥180與FMD 184并 4非安置。除霜閥178與FMD 182的系列《且合與除霜閥180與FMD 184的系列組合并排安置，除霜閥178和180的進口在結點B處連4妄起來，進纟會閥176的出口對結點B進沖+。此夕卜，FMD182和 184的出口在結點C處連接起來，結點C給冷卻閥128和低溫分離閥132之間的結點D處管線內連接封閉除霜補給循環的管線進料。
制冷系統100內的制冷劑回流旁^各(低壓)循環按照如下構成旁^各管186從定位低溫流量開關152和回流閥144之間管線內結點E給料。平行連接在旁路管186中的是旁路閥188和檢修
閥190。制冷回流旁i 各循環由才t修閥190的出口連4妻位于制冷過程118和壓縮才幾104之間的壓縮才幾吸入管164中的結點F實玉見。除了 TS 150、 TS 160、和TS 162之外，制》令系統100的所有元件被機械和液壓連接。安全回路198提供對制冷系統100內排列的多個控制設備的控制或者乂人其中得到反4貴，例如壓力和溫度開關。PS 196、TS 150、 TS 158、 TS 160、和TS 162是這種設備的實施例；然而，有許多其他傳感裝置排列在制冷系統100內，為簡單起見不顯示在圖 1中。壓力開關，包4舌PS196，通常由空氣作用連4妻，然而溫度開關，包括TS 150、 TS 158、 TS 160、和TS 162，通常熱耦合于制冷系統100內的流線。安全回路198是電控制的。同樣地，不同傳感器癥會安全回if各198的反々貴是電。制冷系統100是極低溫制冷系統并且其基本操作，除熱和熱重安置，在本領域中是周知的。本發明的制冷系統100利用純凈制冷劑或者混合制冷劑。除了j氐溫分離閥132和140之外，制冷系統100的單個元件在工業中是眾所周知的(例如，壓縮才幾104、油分離器108、冷凝器112、過濾干燥器114、制冷過程118、進給閥122、 FMD 124、冷卻閥128、 FMD 126、冷卻閥130、蒸發器線圈136、回流閥 144、止回閥146、 TS 150、 TS 158、 TS 160、 TS 162、進給閥176、除霜閥178、 FMD 182、除霜岡180、 FMD 184、旁3各閥188、才企修閥190、膨脹箱192、 FMD 194、 PS 196、和安全回 3各198) 。 it匕夕卜，j氐5顯;;充量開關152在專矛JUSSN 09/886,936的美國申{青中進4亍了全面描述。然而，為了更清楚，在下面對元件進行了一些簡單討i侖。壓縮才幾104是傳統壓縮才幾，其采用低壓、^f氐溫制冷劑氣體并將其壓縮成高壓、高溫氣體，將其送進油分離器108內。油分離器108是傳統的油分離器，其中壓縮才幾104中的壓縮質量流進入較大分離器容器內，這降低其速度，從而形成質子化油滴，這些油滴聚集在沖擊屏表面或者聚結元件上。油滴省是聚成較大顆粒，它們落到分離器油存儲器內并經壓縮機吸入管164返回到壓縮才幾104內。油分離器108中的質量流，減去4皮除去的油，持續流向結點A并向上流向冷凌是器112。壓縮才幾104內的熱且高壓氣體流經油分離器108,然后經過冷凝器112。冷凝器112是傳統冷凝器，是系統的一部分，熱經冷凝被排除。當熱氣經過冷凝器112,通過它或在其上的氣體或者水將其冷卻。當熱氣態制冷劑冷卻時，液態制冷劑液滴在其線圏內形成。最終，當氣體到達冷凝器112末端時，其已經部分冷凝；那就是說，液態和氣態冷凝劑存在。為了使冷凝器112正確運行，經過冷凝器112或在其上的氣體或者水必須比該系統的工作流體更低溫。為了一些特殊應用，制冷劑混合物將被組合使得冷凝器中沒有發生冷凝。冷凝器112中的制冷劑經過濾干燥器114向上流動。過濾干燥器114起到吸收系統污染物的作用，如水，水能生成酸，并且起到提供物理過濾的作用。過濾干燥器114中的制冷劑對制冷過程118進詳+。制冷過程118可為任何制冷系統或者制冷過程，如單一制冷系統、混合制冷系統、正常制冷過禾呈、單一階l殳的復疊制冷過-呈、自動制冷復疊循環、或者Klimenko循環。為了本^^開中舉例i兌明的目的，制冷過程118在圖2中顯示，如Klimenko也對自動制冷復疊循環的變化進行了描述。
圖1中所示的幾個項目對基本制冷單元是不必需的，其唯一的目的是為了輸送極低溫制冷劑。圖1中描述的系統是能夠除霜和烘干的系統。如果這些功能不需要，繞開制冷過程118的循環可^皮去掉，公開方法的才艮本利益仍是適用的。同樣地，閥門和其他設備中的一些對有利于公開的方法是不必需的。作為最小化，制冷系統必須包括壓縮才幾104、冷凝器112、制冷過程118、 FMD 124、和蒸發器136。圖2中所示的制冷過程118的一些基本變化是可能的。制冷過程118可為一個階^殳的復疊系統，其中冷凝器112中制冷劑的最初冷凝可由低溫制冷劑從其他階,殳制冷得到。同樣地，制冷過程118生成的制冷劑可用于冷卻和液化較低溫復疊過程的制冷劑。此外，圖1顯示單一壓縮4幾。/>認的是，可采用兩個平4亍壓縮初J尋到相同壓縮功歲丈，或者經系列壓縮才幾或兩個階萃殳壓縮才幾，相同的壓縮過禾呈可分解成多個階|殳。所有這些可能變化^皮i人為在本7>開的范圍內。此外，圖l至4僅與一個蒸發器線圏136相關。原則上，公開方法可用于由單一制冷過程118冷卻的多個蒸發器線圈136。在這個構造中，每個獨立的受控蒸發器線圈136需要單獨組的閥門和FMD去控制制冷劑進料(例如，除霜閥180、 FMD 184、除霜閥178, FMD 182、 FMD 126、冷卻閥130、 FMD 124、和令卻閥128)并且用閥門控制旁^^例如，止回閥146和旁^各閥門188)。蒸發器136，如所示，可加入作為完整制冷系統100的一部分。在其他安排中，蒸發器136由用戶或者其他第三方提供，一經安裝完整制冷系統100就被裝配上。制備蒸發器136通常是非常簡單的并且可由銅或者不銹鋼管組成。在其他應用中，制作是更復雜的，是用戶過程部分。例如，蒸發器可包括多個流動通道
熱交換器中的至少一個流動通道。在這個安排中，用戶過程流體在熱交換器的其他通道中流動，并由蒸發器制冷劑冷卻。進給閥176和4企修閥190是標準隔膜閥或者比例閥，例如 Superior非密去于閥門(Washington, PA)，如必需的，4是供一些分隔組分的服務功能。膨脹箱192是制冷系統中傳統存儲器，其容納由加熱引起的制冷劑蒸發和膨脹引起的增加的制冷劑體積。在這種情況中，當制冷系統100關閉時，制冷劑蒸汽經FMD 194進入膨月長箱192。冷卻閥128、冷卻閥130、除霜閥178、除霜閥180、和旁^各閥188是才示準電f茲閥，例3口 Sporlan (Washington, MO) models xuj, B-6和B-19閥。可供選4奪i也，冷卻閥128和130是具有閉環反々貴的比例閥，或者熱膨"長閥。優選的止回閥146是傳統止回閥，其^f又在一個方向上流動。止回閥146 #4居作用在制冷劑上的壓力打開和關閉。(止回閥 146的附加描述如下)。因為這個閥經受才及<氐溫，它必須由與這些溫度兼容的材并+構成。此外，該閥必須具有正確的壓力等纟及。此外，優選的是，這種閥沒有密封，允許制冷劑向環境泄露。優選地，應該經銅焊或者焊接連接起來。示范止回閥是Check-All Valve的系列UNSW止回閥(West Des Moines, IA)。需要烘干功能的這些應用中^f又需要這種閥門。FMD 124、 FMD 126、 FMD 182、 FMD 184、和FMD 19是傳統流量計，如毛細管，注流孔，具有反饋的比例閥，或者控制流動的限制性元件。
進纟會閥122、低溫分離閥132和140、和回流閥144通常是標準隔膜閥，例如Superior閥門7>司制造的。然而，標準隔膜閥在才及4氐溫溫度下才喿作是困難的，因為小量的水在螺紋中堆積阻塞，/人而阻止才喿作。可供選4奪的，Polycold (Petaluma, CA; Brooks 自動化分^>司)已經開發了經改善的截止閥，其用于才及^f氐溫制冷系統100內的^f氐溫分離閥132和140。 j氐溫分離閥132和140 的可供選擇的實施方案如下描述。低溫分離閥132和140具有裝在不銹鋼管內的套管伸縮軸，不銹鋼管內裝入氮氣或空氣。軸高溫末端處的壓縮配4牛和o-環配置甚至在才及j氐溫溫度下4爭動。這軸裝置4是供了熱隔離，/人而阻止霜累積。加熱或者冷卻的蒸發器表面是蒸發器線圏136。用戶安裝蒸發器線圈136的實施例為金屬管線圈或者某種類別的滾筒，例如具有熱鍵合其上的管子的不銹鋼板或者具有設計其內的制冷劑流動管道的板子。蒸發器的流動通道也可為多通道熱交換器中的至少一個通道。圖2舉例說明了依據本發明的示范性制冷過程118。為了本 />開中3兌明的目的，制冷過程在圖2中顯示，如自動制冷復疊循環。然而，杉L低溫制冷系統100的制冷過程118可為任何制冷系統或者制冷過禾呈，例如單一制冷劑系統、混合制冷劑系統、單階 ,殳的復疊制冷過程、自動制冷復疊循環、Klimenko循環等。更特殊地，制冷過程118可為帶有沒有相分離的單階段低溫冷卻器的自動制冷復疊過程系統，(Longsworth, USP 5,441,658)， Missimer型自動制冷復疊過程系統，(Missimer USP 3,768,273), 或者Klimenko型系統(例如，單相分離器)。制冷過程118也可為這些過禾呈的變4匕，例長口 Forrest, USP 4,597,267或者Missimer， USP 4,535,597中描述的。
本發明最基本的是采用的制冷過程必須包含制冷劑流經除霜模式或者停備模式(沒有流向蒸發器)期間制冷過程的至少一種方法。在單一膨脹設備冷卻器，或者單一制冷系統的情況中，閥門(未示出)和FMD (未示出)對使制冷劑從高壓側流向低壓側經制冷過程是必需的。這保證制冷劑流經冷凝器112使得熱可從系統中排除掉。這也確保，制冷過程118中的除霜低壓制冷劑與來自管線186的回流除霜制冷劑混合存在。在穩定冷卻才莫式中，從高側向低側的內部流動可通過關閉制冷過程的這個閥門阻止，不需要這種內部制冷流路獲得預期制冷效果(傳統具有單一 FMD的系纟克)。關鍵的是，制冷過程持續操作，甚至當不需要蒸發器冷卻的時候。持續操作維持制冷118中的極低溫并且需要時提供了蒸發器快速制冷的能力。圖2的制冷過程118包括熱交換器202、相分離器204、熱交換器206和熱交4灸器208。在補主合流動路經中，液體管116中流動的制冷劑給熱交換器206進料，對相分離器204進料，對熱交換器206進料，對熱交換器208進料，對優選熱交換器212進料。熱交換器212的高壓出口在結點G分開。一個分支對FMD 214 進料，另一個分支對制冷補給線120進料。熱交換器212/>認為過冷卻器。一些制冷過程不需要它，因此它是可選元件。如果熱交換器212不被使用，熱交換器208內的高壓流直接對制冷劑補纟會線120進并+。在回流流動^各徑中，制冷劑回流管148對熱交換: 器208進料。在具有過冷卻器的系統中，過冷卻器中的低壓制冷劑與回流制冷劑在結點H處混合并且生成的混合流體對熱交換器208進料。熱交換器208內的低壓制冷劑對熱交換器206進料。相分離器除去的液體鎦分擴大為FMD 210中的^氐壓。制冷劑乂人FMD 210
流出，然后與從熱交換器208向熱交換器206流動的低壓制冷劑混合。混合的流體對熱交換器206進料，依次對熱交換器202進料，隨即對壓縮機吸入管164進料。熱交換器在高壓制冷劑和低壓制冷劑之間交換熱。在更精制的自動制冷復疊系統中，附加階段的分離可應用在制冷過禾呈118內，3口 Missimer禾口 Forrest 4苗述的。熱交4灸器202、 206、 208和212是一尋一個物質中的熱壽爭移至另一物質中的工業中眾所周知的裝置。一些普通裝置包括銅焊平板熱交換器、筒中筒熱交換器、和較大單管內多管。相分離器204 是分離制冷劑液相和氣相的工業中眾所周知的裝置。這種相分離器利用分離元件有效除去氣相中液相薄霧。典型的構造由鋼絲絨包裝或者不^"鋼除霧器，或者聚結介質如填充玻璃纖維組成，獲得超過99%的分離效率。圖2顯示一個相分離器；然而，通常具有多于一個。熱交換器212—般統稱為過冷卻器。有混淆的可能，因為傳統制冷系統也具有稱為過冷卻器的裝置。在傳統制冷中，過冷卻器統稱熱交換器，這種熱交換器采用蒸發器回流氣體冷卻室溫進入的冷凝排出制冷劑。在這種系統中，熱交換器的每個側面上的流體總是均4軒的。本應用中描述的系統中，過冷卻器起著不同功能。它不與回流蒸發器制冷劑交換熱。替代地，它轉向蒸發器的卻器，因為在一些例子中，它能生成過冷液體，然而，它以比傳統過冷卻器更不同的方式工作。為清楚起見，為了本應用目的，過冷卻器統稱在才及〗氐溫混合制冷溫度系統中使用的熱交換器，通過轉向系統中一部分最冷高溫制冷劑#喿作而凈皮用于冷卻高壓制冷劑。
流經極低溫混合制冷劑過程中的熱交換器的流體在該過程的至多兩個^f立置通常以兩相混合物形式存在。因此，維持適當的液體流速而^f呆持混合物的均勻性是阻止流體的液體和氣體部分分離和降^f氐系統性能所必需的。系統以幾個l喿作沖莫式工作，例如體現本發明的系統，維持充分制冷劑流動來正確控制這兩項流動對確保可靠操作是很關鍵的。連續參考圖1和2,才及^f氐溫制冷系統100的才喿作如下來自壓縮才幾104的熱高壓氣體經過優選油分離器108,然后經過冷;疑器112,氣體經通過它或在其上的空氣或水冷卻。當氣體到達冷凝器112的末端時，它纟皮部分冷凝并且是液態和氣態制冷劑的混合物。來自冷凝器112的液態和氣態制冷劑流經過濾干燥器114, 然后對冷凝過程lis進料。極低溫制冷系統100的制冷過程118 通常具有乂人高壓向4氐壓的內部制冷劑流動這各徑。制冷過考呈118在高壓下生成極冷制冷劑(-90。C至-208°C ),經制冷劑補^^線120 流向低溫氣體進給閥122。冷的制冷劑存在于進給閥122內并且對FMD 124的系列組合進料，完全流通冷卻閥128與FMD 126的系列組合平行安置，限制流動冷卻閥130,冷卻閥128和130的出口在^會j氐溫分離閥 132進口進料的結點D處連4妾在一起。蒸發器線圈136位于低溫分離閥132和低溫分離閥140之間，起到截止閥的作用。低溫分離閥132對蒸發器補給線134進料，其連接到被加熱或者冷卻的蒸發器表面，例如蒸發器線圈136。被加熱或者冷卻的蒸發器反向末端，例如蒸發器線圈136，連4妻蒸發器回流管138,只于{氐溫分離閥140的進口進泮牛。
蒸發器線圏136的回流制冷劑流經低溫分離閥140至才及^氐溫流量開關152。回流制冷劑經回流閥144 乂人《氐溫流量開關152流出，隨即流向止回閥146。止回閥146是彈簧式低溫止回閥，這種閥門通常具有1至10psi石皮裂壓力。那就是i兌止回閥146的不同壓力必須超過允"i午流動的石皮裂壓力。可供選4奪i也，止回閥146是^f氐溫開/ 關閥，或者最小化壓力下降的具有足夠尺寸的^f氐溫比例閥。止回閥146的出口經制冷劑回流管148對制冷過程118進沖+。止回閥 146在本發明的制冷系統100中起到主要作用。應注意地是，進給閥122和回流閥144是可供選4奪的并且分別對低溫分離閥132和低溫分離閥140是有些多余的。然而，進給閥122和回流閥144提供了服務功能分離該系統中必要的組分。極低溫制冷系統100主要區別于傳統制冷系統(i) 其達到的4及^f氐溫；(ii) 其利用制冷劑混合物，該混合物包括具有沸點差別至少 50°C的制冷劑，因為這些制冷劑混合物性能比現有技術傳統制冷系統有4艮大區別；(iii) 它用在能在不^又有一個冷卻才莫式的才莫式中#:作，例如，除霜、停備和烘干模式，從而需要包括寬范圍的操作條件；和(iv) 它提供了經本應用中7>開的方法控制溫度的有刻3支術，如為了預防制冷劑棟析。
可用在本發明中VLTMRS的特殊制冷劑的實施例在專利 USSN 09〃28,501、 USSN 09/894,968 和 USP5,441,658(Longsworth)的美國申i青中進4亍了 "i寸^侖。其乂>開合并于本文中并成為其一部分。為完整性，一些^皮選4奪的混合制冷劑如 ASHRAE標準數字34定義總稱為"R"并且具有括號內的摩爾分數范圍混合物A包4舌R畫123 (0.01至0.45)、 R-124 (0.0至0.25)、 R-23 (0.0至0.4)、 R-14 (0.05至0.5)、和氬氣(0.0至0.4);昆合物B包4舌R-236fa (0.01至0.45)、 R-125 (0.0至0.25)、 R-23 (0.0至0.4)、R-14 (0.05至0.5)和氬氣(O.O至0.4)〉'昆合物C包4舌R畫245fa、 (0.01至0.45)、 R-125 (0.0至0.25)、 R-23 (0.0至0.4)、R-14 (0.05至0.5)和氬氣(O.O至0.4)'混合物D包4舌R-236fa (0.0至0.45)、 R-245fa (0.0至0.45)、 R-134a、R-125 (0.0至0.25)、R畫218 (0.0至0.25)、R畫23 (0.0至0.4)、 R-14 (0.05至0.5)、氬氣(0.0至0.4)、氮氣(O.O至0.4)和氖氣(O.O 至0.2)混合物E包括丙烷(0.0至0.5)、乙烷(0.0至0.3)、曱烷(0.0 至0.4)、氬氣(0.0至0.4)、氮氣(0.0至0.5)、和氖氣(O.O至0.3).公認地，上述混合物和混合物組分的可能組合是無限的。也期望，不同混合物組分的一些組合被期望在一些應用中是有歲文的。此外，期望未列出的其他組分可被加入。然而，利用按照上述列出比例的組分的混合物，和耳關合其他列出的混合物在本發明的界定范圍內。
可在依據本發明的才及<氐溫混合制冷系統中4吏用的其他混合物包括美國專利No. 6,076,372和No. 6,502,410和2005年1月 25日4是出的美國專利申請No. 11/046,655題目為"利用混合惰性組分制冷劑的制冷循環"中公開的混合物，專利的公開通過引述合并于本文中。用多種不同的可能混合物操作的系統有利于這里公開的技術，包括由惰性制冷劑、氟醚、和/或氫氟烴構成的混合物，和由惰性制冷劑、氟醚、氫氟烴、和/或碳氫化合物構成的混合物。在傳統制冷系統中，沒有止回閥146,回流制冷劑直4妄進入制冷過程118 (在冷卻模式或者除霜模式中)。然而，在除霜循環中，通常是當制冷過程118的回流制冷劑溫度達到+20 。C時制冷循環118^皮終止，+20 。C是除霜循環末端的典型溫度。在+20 。C 那點，制冷劑與制冷過程118內的極冷制冷劑混合。室溫制冷劑和極冷制冷劑在制冷過程118內混合可在制冷過程118超負荷之前僅容許一段很短時間，因為存在很多熱。當轉載了高溫回流制冷劑時，制冷過程118努力生成^l冷制冷劑，制冷劑壓力最終超過其沖喿作才及限，乂人而引起制冷過程118凈皮安全系統198關閉為了保護自己。結果，傳統制冷系統中的除霜^t環^皮限制約2至4分鐘并限制于約+20 。C最大制冷劑回流溫度。然而，經對比，一及低溫制冷系統100具有制冷過程118的回流^各徑中的止回閥146和圍繞制冷過程118的回流旁i 各循環，乂人結點E至F,經旁3各線186、旁-各閥188、和才企^修閥190, 乂人而對除霜循環中高溫制冷劑回流的產生不同效應。象進給閥122和回流閥144、檢修閥190不是必要的，但如果需要維修，提供了一些隔離組分的月艮務功能。除霜4t環中，當由于高溫制冷劑與^f氐溫制冷劑混合，制冷過禾呈118內的回流制冷劑溫度達到，例4口， -40 。C或者更高溫度，在制冷過程118周圍的結點E至F的旁路管線被打開。結果，高溫制冷劑流進壓縮機吸入管164，然后向上流到壓縮才幾104。旁路閥188和才t修閥190由于TS 158、 TS 160、和TS 162的作用而被打開。例如，TS 158起到"除霜加開關"作用，其具有>-25 。C的一組點。TS 160 (優選的)起到"除霜終止開關"作用，其具有〉42。C的一組點。TS 162起到"冷卻回流限制開關"作用，其具有> 畫80 。C的一纟且點。總的來i兌，TS 158、 TS 160、禾口 TS 162，基于回流線制冷劑和基于操作模式(例如，除霜或者冷卻模式) 的反應，為了控制閥打開和/或者關閉來控制制冷系統100加熱或者冷卻的速度。一些應用需要連續除霜操作，也統稱為烘干模式。在這些情況中，TS160不必終止除霜，因為這種才莫式的連續才喿作是必需的。該操作最基本的是結點E至F之間的差壓，當流過旁路閥 188和4企修閥190時，必須〗吏經過止回閥146的差壓不超過其石皮裂壓力(例如，5至10 psi)。這是重要的，因為，流體采用最小阻力的^各徑；因此，流動必須正確平纟軒。如果經過旁i 各閥188和才企修閥190的壓力一皮允許超過止回閥146的石皮裂壓力，流動將經止回閥146出發。這不是預期的，因為高溫制冷劑將倒回到制冷過程118,同時高溫制冷劑進入壓縮才幾吸入管164并且對壓縮枳j 104進料。同時流經止回閥146并且結點E至F的旁3各引起制冷系統100變得不穩定，并且造成失控模式，其中任何物質溫度變高，排出壓力(壓縮機釋放的)變得更高，吸入壓力變得更高，引起更多流向制冷過程118, E點壓力變得更高，最終關閉制冷系纟克100。如果吸入壓力超過預先確定值，裝置如PS 196被用于阻止熱氣流向制冷過禾呈，該情況可凈皮阻止。因為制冷系統100的質量流速主要由吸入壓力調速，這變成將流速限制在安全范圍內的有效
方法。降〗氏吸入壓力j氏于預先確定^l限PS 196將重新調整并再次恢復除霜過程。因此，制冷系統100的除霜循環過程的正確才喿作，經過旁^各閥188和抬r修岡190對比止回閥146的流動平4軒受到^f子細控制來提供流動阻力的正確平纟軒。圍繞流動平衡問題的設計參數包括管尺寸、閥尺寸、和每個閥門的流量系數。此外，制冷過程118在吸入側U氐壓)的壓力下降可變化于過禾呈與過禾呈之間并需要^皮確定。制冷系統118中壓力下P務力口上止回閥146的石皮裂壓力是E至 F除霜回流旁^^管線能耐受的最大壓力。旁路閥188和4企修閥190—經進入除霜循環馬上關閉。旁^各流動開始的時間由TS 158、 TS 160、和TS 162的起始點確定，從而流動^皮延遲直到回流制冷溫度達到更正常水平，從而允許<吏用更標準組分，通常i殳計成-40 。C或者更高溫度，避免需要溫度比-40 。C更低的價值更高的組分。受到TS 158、 TS 160、和TS 162的4空制，回流到壓縮積^及入管164結點F并與制冷過程118的吸入回流氣體混合的流體的制冷劑溫度是設定的。制冷混合物隨即流向壓縮機104。壓縮才幾 104的期望回流制冷劑溫度通常為-40 。C或者更高溫度；因此，結點E處-40 。C或者更高溫度的流體是可接受的，在壓縮機104的操作極限內。當選才奪設定值TS 158、 TS 160、和TS 162是另一個考慮。選擇設定值TS 158、 TS 160、和TS 162存在兩個限制。首先，除霜旁路回流制冷劑溫度不能選擇為這種高溫以至于制冷過程118由于高排》文壓力自己關閉。第二，除霜旁5各回流制冷劑溫度不能如此〗氐溫以至于流經旁^各線186的回流制冷劑比旁3各閥 188和才t修閥190所能耐受的溫度更^f氐。當與制冷過程118的回流在結點F處混合時，回流制冷劑不能低于壓縮機104的操作極限。結點E處的典型交界溫度在-40 。C至+20 。C之間。總的來i兌，制冷系統100內的除霜循環回流流動不允i午除霜循環過程中除霜氣體向制冷過程118回流。替代地，制冷系統100 使回流旁路(結點E至F)阻止制冷過程118的超載，從而使除霜循環連續才喿作。當打開結點E至F的除霜回流旁i 各時，TS 158、 TS 160、和TS162控制。在冷卻模式中，一旦得到極低溫，結點E至F的除霜回流旁3各是不允"i午的。一經討i侖的除霜循環補纟合^各徑如下，繼續參考圖1。除霜4盾環過程中，從壓縮機104流出的熱高壓氣體經過位于優選油分離器108下游排氣管110的結點A。結點A處的熱氣溫度通常在 80 。C至130 。C之間。熱氣體迂回在結點A處的制冷過程118，不進入冷凝器112, 當打開螺線管除霜閥178或者螺線管除霜閥180并關閉閥128和 130來轉移流動。如圖1中描述的，除霜閥178與FMD 182串聯安置；同樣地，除霜閥178和FMD 182與FMD 184串聯安置。除霜閥178和FMD 182系列組合在結點B至C之間與除霜閥 180和FMD 184的系列組合平4亍安置。除霜閥178或者除霜閥180和其關耳關的FMD可耳又決于流動要求平4于#:作或者單獨操:作。^直得注意的是，制冷系統100的結點B至C之間的平朽^各徑的凄史量不限于2個，每一個具有與FMD串耳關的除霜閥，如圖 1中所示。幾個流動3各徑可能存在于結點B至C之間，預期的流速通過選4奪平^f于i 各徑組合進^f于確定。例如，可能具有10%流動 5各徑、20%流動^各徑、30%流動3各徑，等等。 -假如存在經過旁3各閥188的回流旁鴻4盾環，乂人結點E至結點F,來自結點C的;充體直4妄流向結點D,隨即經過低溫分離閥132并流向客戶蒸發器
線圈136用抖^壬-f可預期長度時間。結點A至結點D的除霜補結、循環是用在傳統制冷系統中的標準除霜循環。然而，加入除霜閥 178、除霜閥180、和其關4關FMD是制冷系統100的獨一無二的特征，這能控制流動。可供選擇地，除霜閥178和180自己是充分的測量裝置，^人而排除了進一步流量控制裝置的需要，例如 FMD 182和FMD 184。已經討_淪的制冷系統100的除霜循環，冷卻循環過,呈中除霜回流旁^各循環的^f吏用的討i侖如下，繼續參考圖1。在冷卻才莫式中，旁3各閥188通常是關閉的；因此，熱制冷劑乂人結點E至F流經制冷過程118。然而，監測制冷劑回流管142的制冷劑溫度可用于當結點E處的制冷劑溫度較高但正下降時使旁路188在冷卻模式初期階4爻中打開。 -使除霜回流旁^各循環在該時間內輔助避免制冷過程118的進一步負載。當結點E處的制冷劑溫度達到交界溫度時，先前討i侖的(例如，-40°。或者更高溫度)，關閉旁3各閥188。采用冷卻才莫式vs.烘干才莫式的不同"i殳定值，旁3各閥188是打開的。附屬于冷卻循環，冷卻閥128和130可采用"斷3各器"電路(未示出)脈沖調制，該"斷路器"電路具有約1分鐘的周期。這有利于限制冷卻才莫式過程中速度的改變。冷卻閥128和冷卻閥130具有不同尺寸的FMD。因》匕，流動受到開》文循環方式調節，因為經冷卻閥128的i 各徑限制不同于經冷卻閥130的路徑限制。按需要選擇路徑。可供選擇地，一個路徑可完全開放，另一個脈沖調制，等等。當它開始并按照停備、除霜、和冷卻方式操作時，提供制冷系統100的連續操作需要正確平衡本公開中制冷劑組分。如果制冷劑混合物不具有正確范圍內的正確組分，將發生錯-溪情況，這引起制冷系統IOO被控制系統關閉。典型的錯誤情況是低的吸入壓力、高的排放壓力或者高的排放溫度。檢測這些情況中的每一
個的靈敏器包括在制冷系統100內和包括在控制系統的安全連鎖裝置中是必需的。我們已經i正實凍沖斤預防的/^開方法可成功應用在不同的操作模式中，沒有引起單元在任何錯誤情況中被關閉。極低溫混合制冷劑系統(VLTMRS)的可靠操作需要制冷劑不凍結。不幸地，預期特殊制冷劑混合物將凍結的時間是很困難的。專利USSN 09/894,968的申請討論了特殊制冷劑混合物的特殊凍析溫度。混合物的實際凍析溫度可采用多種分析工具預測到，這種分析工具提供的詳細反應參數數據是周知的。然而，這個數據通常是不能得到的，經驗測試必須實現接近凍析將發生的那一點。想象通過利用圍繞制冷過程周圍的4交大制冷旁^各或者通過減少壓縮才幾流速以至于當蒸發器不需要冷卻時限制制冷過程118 產生的制冷劑的量來預防凍析的可供選擇方法是可能的。這些方法的問題是制冷劑流動必須減少的程度將阻止熱交換器正確才喿作，因為熱交換器需要最小流速來支撐兩相流動。如先前描述的，在制冷過程保持極低溫度對支撐蒸發器快速制冷是重要的。因此，必須保持熱交換器中的高流動性。然而，沒有蒸發器負荷的高流動性導致制冷過程118中的更低溫度，這可導致凍才斤。對于給定極低溫混合制冷劑系統(VLTMRS),蒸發器和內部熱交換器溫度將基于蒸發器中的熱負荷和#:作才莫式而改變。當在冷卻模式時，蒸發器溫度可^爭越最高蒸發器負載、或者最大額定負載(最高蒸發器溫度)至最低蒸發器負載(最低蒸發器溫度) 5(TC范圍。因此，當系統具有少許蒸發器負荷或者沒有蒸發器負荷時，或者當系統沒有外荷載并在停備、除霜模式或者烘干模式中操作時，優化系統硬件和在最大額定負載下操作的制冷劑混合
物可引起凍析的問題。當較新的HFC制冷劑被使用時是尤其重要的，因為這些制冷劑易于具有比CFC和HCFC前4壬原料更高的凝固點。此外，釆用大氣、惰性氣體、氟醚、和其他氟化化合物的混合物也可發生凍析。因此，能在非最大額定負載條件下運行沒有凍析發生的系統對VLTMRS用戶是必需的。除了預防凍析之外，許多應用需要控制用于其他目的的制冷系統提供的極低溫度。例如，溫度控制可4皮要求確保可重復性4乘作，預防由于過冷溫度引起的破壞，或者控制溫度降低或者升高的速率。圖2顯示了依據本發明，一種提供溫度控制的方法，目的為預防制冷劑凍析。相分離器204至FMD 216的流程受到閥218 控制。該流動在結點J與進入過冷卻器212的低壓制冷劑混合。如果沒有過冷卻器#皮4吏用，液流與最冷低壓流混合，與最冷高壓制冷劑交換熱。例如，如果沒有過冷卻器存在，液流將在結點H 處混合來自管線148的回流制冷劑。旁路的目的是為了溫熱低壓流；這^f吏最冷高壓制冷劑溫度變高。流動旁^各的啟動受到閥218 的控制。這個閥需要適應于壓力、溫度和制冷過程要求的流速。作為實施例，閥218是Sporlan閥門^>司生產的model xuj閥門。 FMD 216是控制需要流速的一些工具。在一些情況中，閥218和 FMD 216的控制和流量調節部件組合成單一比例閥門。現有混合制冷劑極低溫制冷系統類似于該申請中描述的那些，缺少閥218、 FMD 216和這里描述的關耳關旁路循環。圖2 中顯示的這些組分和相關鉛管的^f吏用區別于現有4支術發明。凍析預防方法中高溫制冷劑來源的選擇值得額外關注。優選的方法，如圖2中所示，是為了除去系統中最低溫相分離器中的氣相。這通常確保液流的凍析溫度〗氏于或者等于混合液流的凍初-溫度。這是一般規律，因為相分離器中較高濃度的較低沸點制冷劑具有較低溫凝固點。最終標準是用于溫暖制冷系統118冷卻端的混合物必須具有至少與其溫暖的液流一才羊^氐的凌是固溫度。在一些特殊情況中，得到的混合物將具有比4壬一單一液流的凝固點更高溫或者更^f氐溫的灌是固點。在這種情況中，標準是凍4斤在混合發生前或者發生后都不發生。此外，在沒有相分離器的系統中，高溫制冷劑可為該系統中可用的任-f可高壓制冷劑。因為沒有相分離器凈皮^吏用，循環混合物在整個系統是相同的，4是供的液態和氣態均勻混合物支持整個系統。如果該系統^使用油分離器，高溫制冷劑來源應在相分離器之后。Forrest等人的USP 4,763,486 4苗述了 VLTMRS的溫度和容量控制的方法，其利用來自與蒸發器入口混合的相分離器的冷凝液。冷凝液的旁3各與當前發明不一致，因為冷凝液富有較高沸點冷凝劑，較高沸點冷凝劑通常為具有最高凝固點的組分。因此，應用Forrest等人發明的過程將提高制冷劑凍析的可能性，因為生成的混和物具有4交高凝固點。此外，Forrest等人提出的過程需要旁^各流動進入蒸發器中。因此，這種方法不能用在停備模式中或者烘干模式中，因為這個方法將引起蒸發器的冷卻。相反，停備模式和烘干模式要求沒有蒸發器冷卻發生。Forrest等人沒有討論接近混和物凍析溫度的操作。相反， Forrest控制方法在較高溫度下操作并且在低于-100 。C溫暖下一皮關閉。關于極低溫混合制冷劑系統(VLTMRS)中凍析的溫度通常為-130 。C或者更低溫度。因此，Forrest等人描述的方法將不預防凍析并且不支持停備模式或烘干模式下的操作。
依據本發明的教導，許多為加熱目的的旁路流動的方法是可能的。作為實施例，假如相分離器的液體、或者給相分離器進料的兩相混合物具有比其混合液流更低的凝固點，它們可滿足。存在可利用的無限量的可能組合的液體和氣體比例。可通過加入具有一個以上暖液流與冷液流混合在一起的混合物而進一步擴大這些組合。本發明的第一實施方案的本質是經過一個或多個流動控制裝置與低壓制冷劑混合的暖液流的路徑選擇，低壓制冷劑與最低溫高壓制冷劑交換熱從而引起制冷劑溫度足夠高使得凍析不發生。第一實施方案也可用在其他目的的溫度控制技術中，如下面進一步i寸i侖的。凍析預防的有效方法被采用時，測試顯示使用的方法和在方法中釆用的控制確定是否這種烘千模式能用在成功的方法中。在一些情況中，觀察到7>開方法的不正確平# 導致不穩定才喿作，吸入壓力持續升高。甚至控制干擾烘干流體經過PS 196，也觀察到吸入壓力重復達到無法接受的高水平，導致止回閥彈簧力超載。因此，任一系列毛細管被需要，被使用并受到單獨控制或者一起控制去影響基于操作方式和/或條件的不同程度的限流，或者可供選4奪;也，比例閥可用于調整所需的;充動。通常，采用相蒸發器至FMD 216的氣體流、或者氣體和'液體混合物提供了最簡單的控制方法。這是因為氣體或者氣體加液體流經毛細管對下游壓力的改變低敏。經對比，經過毛細管的液流變得對下游壓力中的改變更敏感。制冷劑混合物的使用能夠使用毛細管并且當耐受冷卻、除霜和烘干模式過程中吸入壓力的顯著性改變時提供簡單且有效的方法預防凍析，制冷劑混合物在進入 FMD 216時不完全液4匕。通常，優選的是，進入FMD的氣體和液體的比例控制在枱r 出線內。當在開放控制循環中使用時，尤其在FMD為固定節流孔限制器如毛細管的情況中，不這樣做將《1起本方法有效性的改變。然而，甚至采用毛細管，，i如毛細管考慮這些變化確定尺寸，入口比的變化可#:允許。在特殊情況中，耳又決于才乘作條件，凈皮測試的具有內徑O. 044英寸和長度36英寸的毛細管4吏至少3 。C和差不多15 。C的最冷高壓制冷劑升溫。這對足夠預防任何操作模式中的凍析。需要預防凍析的升溫的量非常小，因為僅需要阻止達到凍析溫度。原則上，0.01 。C溫度對于預防混和物的凍析是足夠的，這種混合物組成是眾所周知的。在其他情況中，生產過程、才喿作條件、和其他變化可引起混和物組成的變化，需要較大裕度確保凍析4皮阻止。這種不確定情況中，可能的變化范圍和凍一斤溫度的影響必須被評估出。然而，在大多數情況下，升溫5。C將提供充足的裕度。用于凍析預防的方法的典型加熱范圍為o.orc至30°c。如測試，本發明中描述的方法提供了相對于凍析溫度，約3 。C至15 。C升溫。不管考慮過的特殊凍4斤預防實施方案，0.01 。C至30。C升溫的典型范圍，或者VLTMRS在O.OrC至30。C凍析溫度內的才喿作適用，盡管較寬溫度范圍可用在用于其他目的的溫度控制實施方案中。例如，當用于非凍析預防目的的溫度控制時，至少1、 5、 10、 20、 50、 100、或150 。C升溫范圍可被采用。較寬或者專交窄范圍也可被釆用，取決于用于該申請的溫度控制的預期范圍，其中制冷系統祐使用。圖2提供了本發明利用開環控制方法的圖示。就是說，監朝L 器不需要控制信號并且調節操作。基本控制機構是控制閥218和 FMD216。閥218才艮據才喿作才莫式打開。需要溫度控制和/或者凍才斤預防的才莫式在i殳計過程中一皮確定并包括在系統控制的i殳計中。
FMD216具有提供給預期才喿作條件范圍的適當流量的尺寸。這個方法具有^氐實施成本和筒單的優勢。可供選擇地安排，與本發明一致，使用閉環反饋控制系統。這種系統需要在系統最低溫部分放置溫度傳感器(未示出)為了提供溫度控制，或者預防凍析。傳感器的輸出信號被輸入到控制設備(未示出)中如Omega (Stamford, CT) P&ID溫度控制器。控制器采用適當的i殳定^f直編程并且其輸出#1用于控制岡218。閥218可為幾種類型中的一種。它可為4壬一開/關閥，開/關閥通過改變導通時間和斷通時間的時間量進行控制。可供選擇的閥218是比例控制閥，其被控制調節流速。閥218是比例控制閥的情況下，FMD216可能不需要。圖2與包4舌過;令卻器的VLTMRS相關。凈爭別i也，相只寸于過冷卻器，用于提供溫度控制或預防凍析的高溫制冷劑的混合定位 -故顯示出。如前述討i侖的，過冷卻器是優選的。因此，其它安置依據本發明是可能的。在可供選4奪的實施方案中，沒有過冷卻器的系統與具有最{氐溫^氐壓制冷劑位置的高溫制冷劑混合(未示出)。可理解的是，圖2中所示的熱交換器是持續低溫熱交換器212是最低溫的，熱交換器208比熱交換器212溫度高，熱交換器204比熱交換器 206溫度高并且熱交4奐器202比熱交換器204溫度高。當然，為提供傳熱，高壓液流比每個熱交換器中的低壓液流溫度高。當沒有過冷卻器存在時，熱交換器208,或者制冷過程冷卻端上最后熱交換器定義為最冷熱交換器。公認地，高溫制冷劑與低溫制冷劑混合的位置進行小修改是可能的。預期的是，引入該制冷劑與任何低溫、低壓制冷劑混合
將提供一些優勢，倘若低溫制冷劑比20 。C最低溫低壓制冷劑溫度更低，這種修改是在本發明界定范圍內。除了提供凍析預防技術之外，圖2的第一實施方案也能用于提供用于其他目的的蒸發器的溫度控制。在一些應用中，溫度控制是系統性能的重要條件。圖5舉例說明了依據第一實施方案(圖 2的)溫度控制技術的實施例。在圖5中，提供了控制蒸發器136 或者物體或者^皮冷卻的液流503的溫度的4支術。溫度控制信號 501提供了蒸發器136中制冷劑溫度的測量(例如電信號)給控制電^各，例如控制電^各198。盡管溫度控制信號501顯示在圖5 中如測量蒸發器136出口處的溫度，測量蒸發器136進口處制冷劑溫度也是可能的，或者提供超過蒸發器線圏136長度的兩個或多個溫度測量的平均值、加纟又平均值、或者其它函tt也是可能的。可供選擇地，或者除了測量蒸發器136溫度之外，溫度信號控制 4言號505可用于感應物體或者一皮冷卻的流體503的溫度。如采用蒸發器，多種不同溫度測量可用于提供溫度控制信號505,包括貫穿物體或者一皮冷卻的流體503的溫度平均值或者其他函tt。箭頭507表明蒸發器136熱耦合于物體503,可按照取決于應用的多種不同方式扭j亍。省略號509表明制冷過程118的中管線120 和148經幾個組分(未示出)耦合于蒸發器線圈136上，例如類 4以于圖1中所示的《且分。采用控制信號501和/或505,控制電^各198確定是否蒸發器 136或者物體或者流體503的溫度太熱或者太;令，并且乂于閥218 提供控制信號在制冷過程的J點產生或多或少的升溫。這種方法中，蒸發器或者物體或者流體503的溫度可受到閉環反饋技術控制。4空制電^各198可耳關合幾個l命入501和505,或者^U吏用一個，起到測量受控溫度的作用。控制電^各198也可因子轉化來自制冷
系統的控制算法二次輸入；例如，通過才艮據制冷過程118中最冷 J點處溫度測量對控制算法設置二級限制。盡管溫度控制的閉環技術顯示在圖5中，使用圖5的實施方案提供開環方式中的溫度控制也是可能的，參考圖2上述描述的類似方法。因為圖5的溫度控制實施方案^f吏用經過如圖2中的閥218和 FMD 216的相同旁路電^各，這些實施方案在這里稱為"第一實施方案"。圖3舉例i兌明了本發明的第二實施方案。在這個實施方案中，控制溫度和/或預防凍析的不同方法進4亍了描述。結點G處的最冷液體制冷劑纟皮分為第三分支，第三分支對閥318和FMD 316 進#牛。FMD 316的流動在結點H與過冷卻器212的流體和回流制冷劑液流148混合。如在第一實施方案，目的是排除凍析的可能、和/或控制其他目的溫度。在第二實施方案中，溫度被控制和/或凍析被預防或者通過保持制冷劑經過過冷卻器212的^f氐壓側比經過過冷卻器212的高壓側更低流速來控制溫度。這引起過冷卻器212中高壓流溫度更高。調節直4妄乂人結點G至H的迂回的流量比引起過冷卻器212高壓側內制冷劑的升溫程度變化，從而引起進入過冷卻器212低壓側的膨脹制冷劑的升溫。更多流量圍繞過冷卻器迂回，更多溫度控制影響產生，例如生成4交高的^氐溫端溫度。相反，現有4支術系統不釆用該方法并且當蒸發器流動S皮關閉時，過冷卻器兩側具有等同流量。當FMD 316由毛細管組成時，該方法與基本的除霜方法在系統中配合更好。然而，當在系統中使用烘干方式時需要改變FMD 316的流量。因此，任一系列的
毛細管將被需要，分別被使用和控制或者一起被使用和控制影響根據才喿作模式和或條件的限流的改變程度，或者可供選擇地，比例閥可用于按所需調節流量。圖3提供了與本發明開環控制方法一致的圖表。就是說，沒有控制信號需要監測和調節操作。基本控制機構是控制閥318和 FMD316。閥318根據操作模式打開。需要溫度控制和/或凍析預防的模式在設計過程中被確定并包括在系統控制的設計中。FMD 316具有提供給預期操作條件范圍的適當流量的尺寸。這個方法具有^f氐實施成本和簡單的優勢。可供選擇地安排，與本發明一致，使用閉環反饋控制系統。這種系統在系統最^[氐溫部分加入溫度傳感器(未示出)，為了4是供溫度控制和/或者預防凍析。傳感器的輸出信號被輸入到控制設備(未示出)中如Omega (Stamford, CT) P&ID溫度控制器。控制器采用適當的設定值編程并且其輸出被用于控制閥318 。閥318可為幾種類型中的一種。它可為4壬一開/關閥，開/關閥通過改變導通時間和斷通時間的時間量進4亍纟空制。可供選4奪的閥318是比例4空制閥，其一皮4空制調節流速。閥318是比例4空制閥的情況下，FMD316可能不需要。圖3顯示了包括過冷卻器212的VLTMRS。特別地，相對于過冷卻器，用于提供溫度控制和/或預防凍析的高溫制冷劑的源定位和混合定位#1顯示出。如前述討i侖的，過冷卻器212是優選的。因此，其它安置依據本發明是可能的。在可供選擇的實施方案中，沒有過冷卻器的系統將轉向最冷高壓制冷劑并混合最冷熱交換器低壓出口處的高溫制冷劑(未示出)使得最冷熱交換器在低壓側比高壓側具有更^f氐質量流速。
公認地是，高溫制冷劑與低溫制冷劑混合的位置進行小修改是可能的。預期的是，引入該制冷劑與任何低溫、低壓制冷劑混合將提供一些優勢，倘若低溫制冷劑是最低熱交換器內溫度在20 。C內的低壓制冷劑，這種修改是在本發明界定范圍內。如第一實施方案，圖3的第二實施方案可用于為了非凍析預防目的提供蒸發器的溫度控制。圖6舉例說明了依據圖3的第二實施方案溫度控制技術的實施例。溫度控制信號601提供了蒸發器136內制冷劑溫度的測量(例如電信號)纟會控制電i 各，例如控制電路198。類似于圖5的控制信號501，溫度控制信號605可用于感應物體或者被冷卻的流體603的溫度。箭頭607和省略號 609只于圖5的項目507和509才丸4亍才目合乂功能。采用控制信號601和/或605,控制電^各198可采用閉環反々貴 :技術以圖5描述的相似方式控制蒸發器136或者物體或者流體 603的溫度。開環才支術也可#皮<吏用，如參照圖3上述描述的。因為圖6的溫度控制實施方案^f吏用經過如圖3中的閥318和 FMD 316的相同旁^各電^各，這些實施方案在這里稱為"第二實施方案"。在本發明的第三實施方案中，圖4描述了提供溫度控制和/ 或控制制冷劑凍析的另一個可供選擇的方式。在這種情況下，對組成的》務改通常位于靠近壓縮才幾。通常，這些可以是在室溫至不低于-40 。C條件下操作的組分。這表示為制冷系統200,通過加入控制閥418和FMD 416對制冷系統100進朽"修改。這種安排才是供了一種使制冷劑從高壓迂回流向低壓并迂回制冷過程118的方法。
這有幾種作用。其中兩種作用，被認為最重要的，是減少經過制冷過程的流速并且提高了制冷系統的低壓。當足夠量的流體迂回通過這些附加組分時，升溫受到影響，引起溫度控制和/或制冷過程中的凍沖斤預防。然而，如上面7>開的，如果乂人制冷系統壽爭移的流量太大，良好熱交換性能所需要的最小流量將不能保持住。因此，迂回的最大量必須被限制確保系統中每個熱交換器中的充足流量。與第二實施方案一才羊，當固定管道系統用作FMD時，該方法采用具有正常除霜和停備才莫式對系統更有效(無流體流向蒸發器)。然而，為了在烘干模式下操作，這種固定FMD引發無法接受的高吸入壓。在一皮測試的特殊情況下，20 cfm壓縮枳4皮釆用。具有0.15" ID的旁通管道充分阻止烘干才莫式下的凍析并且不會引起過壓。然而，停備模式的使用不提供充分流動。當管道系統加大到3/8"OD銅管道系統，停備才莫式中的流動成功地排除了凍析而過量吸入壓在烘干才莫式下形成。這種經一驗顯示具有單獨:捧作或耳關合才喿作的兩個或多個固定管元件可用于控制不同操作模式和條件的需要。可供選擇地，比例閥:^熱力膨"長閥、或調壓閥，^曲^丙4由箱調節閥，可用于調節所需水平的制冷劑流動。圖4提供了使用開環控制方法的本發明圖示。那就是il，沒有控制信號需要監測和調節操作。基礎控制機理是控制閥418和 FMD416。閥418根據操作模式被打開。需要溫度控制和/或凍析預防的才莫式在i殳計過禾呈中#皮確定并包4舌在系統控制的i殳計中。 FMD 416具有提供給預期操作條件范圍的適當流量的尺寸。這個方法具有低實施成本和簡單的優勢。可供選4奪的安排，與本發明一致，采用閉環反々貴控制系統。這種系統在系統的最冷部分添加了溫度傳感器(未示出)，在最冷部分，溫度被控制和/或凍析需
要被預防。傳感器的輸出信號被輸入到控制設備(未示出)中如Omega (Stamford, CT) P&ID溫度控制器。這種控制器采用適宜的 i殳定^f直編禾呈并且其llT出用于4空制閥418。閥418可為幾種類型中的一種。它可為4壬一開/關閥，開/關閥通過改變導通時間和斷通時間的時間量進4亍控制。可供選擇的閥418是比例控制閥，其被控制調節流速。閥418是比例控制閥的情況下，FMD416可能不需要。7>《人地是，高溫制冷劑在吸入管上混合的位置進行〗務改是可能的。預期的是，在該過程較高溫階段處任何溫度具有這種旁路將對l是高吸入壓和減少制冷過禾呈在冷卻端的流速具有預期目的。可預期的是，假如旁路制冷劑的溫度，來源處或混合前，比-100 。C溫度更高，這仍能提供優勢。帶有閥418的旁踏4皮關閉的位置，壓縮機104后，也可改變。舉個例子，旁路可在壓縮機104和制冷過程118進口之間高壓管線中^f壬^可點開始。如第一和第二實施方案，圖4的第三實施方案可用于為了非凍析預防目的提供蒸發器的溫度控制。圖7舉例il明了依據圖4 的第三實施方案溫度控制技術的實施例。溫度控制信號701提供了蒸發器136中制冷劑溫度的測量(例如電信號)給控制電路，例如控制電i 各198,類似于圖5的控制4言號501。在類似于圖5 的控制信號501中，溫度控制信號705可用于感應物體或者^皮冷 ^卩的5危體703的S顯度。箭頭707秀口省略號709只于圖5的工頁目507 和509l丸4亍牙目合乂功負fe。
采用控制信號701和/或705,控制電^各198可采用閉環反々費 ^支術以圖5描述的相似方式控制蒸發器136或者物體或者流體 703的溫度。開環技術也可被使用，如參照圖4上述描述的那樣。因為圖7的溫度控制實施方案4吏用經過如圖4中的閥418和 FMD 416的相同旁^各電^各，這些實施方案在這里稱為"第三實施方案"。當用于凍析預防時，本發明的第一、第二、第三實施方案通常需要其測試系統的停備、除霜和烘干才莫式。原則上或需要時，這些方法也可用于冷卻才莫式。同樣地，耳又決于被采用的控制方法，這些可根據需要不管操作模式被應用。同樣地，溫度控制的第一、第二、和第三實施方案通常可用在停備、除霜、烘干和冷卻才莫式中。當用于才及低溫蒸發器的溫度控制時，這里/>開的溫度控制方法可與冷卻模式中的操作關系最大。然而，在具有兩個或多個獨立控制蒸發器的系統中，以冷卻模式提供一個或多個蒸發器的溫度控制是必要的，而一個或多個其他蒸發器是冷卻或烘干模式。盡管用于溫度控制和/或凍析預防的第一、第二、和第三實施方案已經分別被提出，使用同一系統中上述實施方案中的一個以上實施方案也是可能的。依據本發明， -使用兩個或多個旁^各是可能的，兩個或多個旁^各中的每一個來自上述描述所有實施方案中的同一實施方案。然而，本發明參考優選實施方案進行特殊表示和描述，本領域中的技術人員將理解在不背離附加權利要求書所圍繞的本發明界定的范圍前4是下可在形式和內容上進4亍多種改變。
權利要求
1. 一種利用混合制冷劑的極低溫制冷系統，該系統包括與制冷過程流體連通的壓縮機，包括在壓縮機和蒸發器之間制冷系統高壓側的高壓管線的制冷過程，蒸發器和壓縮機之間制冷劑回流路徑中制冷系統低壓側上低壓管線，和在低壓線中制冷劑的高壓管線中至少一個冷卻制冷劑的熱交換器；和連接下列任何一個的旁路循環a)從制冷過程中高壓制冷劑流動的位置，在高壓管線退出制冷過程的低溫端之前，至系統中最冷低壓制冷劑流動的制冷過程中的位置；或者b)從壓縮機和制冷過程高壓管線入口之間壓縮機高壓制冷劑管線，至壓縮機吸入管線；或者c)從制冷過程中高壓制冷劑在其最低溫的位置，至制冷過程中低壓制冷劑退出制冷過程中至少一個熱交換器最低溫的位置，旁路制冷劑不穿過高壓制冷劑最低溫的位置和低壓制冷劑退出至少一個熱交換器最低溫的位置之間的熱交換器。
2. 依據權利要求1所述的制冷系統，其中旁路循環用于控制蒸發器的溫度。
3. 依據權利要求2所述的制冷系統，其中旁路循環目的用于讓制冷劑使蒸發器溫度更高。
4. 依據權利要求2所述的制冷系統，其中旁路循環是凍析預防循環。
5. 依據權利要求1所述的制冷系統，其中旁路循環包括連接壓縮才幾和制冷過程高壓線入口之間的壓縮4幾高壓制冷管線和壓縮才幾吸入管的旁3各回^各。
6. 依據權利要求1所述的制冷系統，其中旁路循環包括控制流體流經該循環的裝置，其中利用開-關閥門和流量計控制流體流動。
7. 依據權利要求6所述的制冷系統，其中利用比例控制閥控制流體流動。
8. 依據權利要求6所述的制冷系統，其中流體流動受到自動控制。
9. 依據權利要求1所述的制冷系統，其中混合制冷劑包括選自由R-123、 R-245fa、 R-236fa、 R畫124、 R國134a、丙火克、R國125、 R-23、乙烷、R-14、曱烷、氬氣、氮氣、和氖氣組成組的一個或多個制冷劑。
10. 依據權利要求9所述的制冷系統，其中混合制冷劑包括選自由下列組合組成的組，每個組合包括列出的摩爾比范圍組分混合物A包括R-123 (0.01至0.45)、R-124 (0.0至0.25)、 R-23 (0.0至0.4)、 R-14 (0.05至0.5)、和氬氣(0.0至0.4);混合物B包括R-236fa (0.01至0.45)、 R-125 (0.0至 0.25)、 R-23 (0.0至0.4)、 R-14 (0.05至0.5)和氬氣(O.O至 0.4);混合物C包括R-245fa[[, ] (0.01至0.45)、 R-125 (0.0 至0.25)、 R-23 (0.0至0.4)、 R-14 (0.05至0.5)和氬氣(O.O 至0.4);混合物D包括R-236fa (0.0至0.45)、 R-245fa (0.0至 0.45)、 R畫134a (大于0.0) 、 R-125 (0.0至0.25)、 R-218 (0.0 至0.25)、 R-23 (0.0至0.4)、 R-14 (0.05至0.5)、氬氣(O.O至 0.4)、氮氣(O.O至0.4)和氖氣(O.O至0.2);和混合物E包括至少一個非零摩爾比的丙烷(0.0至0.5)、乙烷(O.O至0.3)、曱烷(0.0至0.4)、氬氣(O.O至0.4)、氮氣 (0.0至0.5)、和氖氣(O.O至0.3).
11. 依據權利要求1所述的制冷系統，其中旁路循環連接制冷過程中高溫高壓制冷劑流動的位置，高壓管線退出制冷過程之前，至制冷過程中系統內最低溫低壓制冷劑流動的位置。
12. 依據權利要求1所述的制冷系統，其中旁路循環連接制冷過程中高壓制冷劑最低溫的位置，至制冷過程中低壓制冷劑退出制冷過程中至少一個熱交換器最低溫的位置，旁路制冷劑不通過高壓制冷劑最低溫的位置和低壓制冷劑退出至少一個熱交換器最低溫的位置之間的熱交換器。
13. —種制;令系鄉克，該系鄉充包4舌壓縮機；與壓縮才幾流體連通的制冷過程，包4舌在壓縮才幾和蒸發器之間制冷系統高壓側的高壓線的制冷過程，蒸發器和壓縮機之間制冷劑回流路徑中制冷系統低壓側上低壓管線，和在低壓線中制冷劑的高壓管線中至少一個冷卻制冷劑的熱交換器；接收來自制冷過程的高壓制冷劑的膨脹裝置；和循環回^各，其迂回制冷過程的至少一部分并纟皮連4姿4吏制冷劑流進制冷過程中的位置；采用混合制冷劑提供低于183K溫度的制冷的系統。
14. 依據權利要求13所述的制冷系統，其中旁路循環用于控制蒸發器的溫度。
15. 依據權利要求14所述的制冷系統，其中旁路循環目的用于讓制冷劑使蒸發器溫度更高。
16. 依據權利要求14所述的制冷系統，其中旁路循環是凍析預防循環。
17. 依據權利要求13所述的制冷系統，其中旁路循環是從較高壓處較高溫度位置，至制冷過程中較低壓處低溫位置。
18. 依據權利要求17所述的制冷系統，其中旁路循環包括限流。
19. 依據權利要求13所述的制冷系統，其中系統使用混合制冷劑提供溫度高于65 K的制冷。
20. 依據4又利要求13所述的制冷系統，其中混合制冷劑包4舌至少兩種具有寬間隔標準沸點的制冷劑。
21. 依據權利要求20所述的制冷系統，其中混合制冷劑包括其標準沸點差別至少50 。C的至少兩種組分制冷劑。
全文摘要
通過使用受控旁路流動，預防制冷劑凍析并控制溫度，受控旁路流動導致制冷系統中最低溫制冷劑溫度變高，制冷系統通過使用包括至少兩種制冷劑的制冷劑混合物得到極低溫度，這兩種制冷劑具有差別至少50℃的沸點。這種控制能力使極低溫系統的可靠運行成為可能。
文檔編號F25B9/00GK101400952SQ200780008258
公開日2009年4月1日申請日期2007年1月31日優先權日2006年2月7日
發明者凱文·P·弗林, 奧利·波德特切爾尼夫, 米克漢爾·博阿斯基申請人:布魯克斯自動化有限公司

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