本發明專利技術公開了一種提供液氮溫區冷量的制冷系統，包括依次相連形成液氮節流制冷單元的壓縮機、預冷單元、節流閥和冷端換熱器；所述預冷單元包括串聯設置的一級預冷換熱器和二級預冷換熱器，其中一級預冷換熱器的冷量由能夠提供265?285K制冷溫度的制冷單元提供，二級預冷換熱器的冷量由能夠提供190?220K制冷溫度的制冷單元提供。本發明專利技術對于換熱器入口處預冷，相較于不預冷的傳統工況，高壓壓力有明顯下降，具有壓比小、冷量充足的優點。這種優勢在預冷溫度較低時尤為明顯。采用兩級制冷方式，能夠實現對冷量的精確控制，在保證冷量充足的同時降低系統能耗。此外，利用光伏提供電能，采用蓄冰槽利用電價峰谷價差，能夠實現制冷過程的節能降耗。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種冷卻系統，尤其涉及一種高效提供液氮溫區冷量的制冷系統。
技術介紹
1、隨著我國工業和科技的快速發展，對低溫環境的需求也在不斷增加。液氮作為一種重要的低溫介質，常被用于空間探測器、量子計算機與低溫半導體等蓬勃發展的尖端科技中，保證各類射線傳感器和高性能芯片的運行穩定。因此，液氮溫區的高效制冷技術顯得尤為重要。
2、液氮制冷系統的能耗是影響整體運行成本和環境影響的關鍵因素之一。傳統的液氮制冷技術往往存在能耗高、效率低的問題，這不僅增加了運行成本，也對環境造成了負擔。為了提升液氮制冷系統的整體性能，研究和開發高效的液氮溫區制冷系統成為當前的技術熱點。
3、采用高效的液氮溫區制冷系統可以顯著降低壓縮機的壓比，減少能耗，提高制冷效率。同時，通過優化預冷過程，可以實現更加穩定和精確的低溫控制，滿足高精度科學實驗和生產工藝的要求。此外，利用太陽能等可再生能源進行預冷，有助于進一步降低能源消耗，減少碳排放，符合可持續發展的要求。
4、在超導應用領域，制冷系統穩定可靠運行是超導實現的必要條件，使用制冷機冷卻可實現制冷溫度的調控，但采取直流冷卻方式，對于壓縮機壓比要求極高。在此背景下，對液氮溫區制冷系統進行預冷系統的設計，對降低壓縮機高壓壓力及壓比，進而提高液氮溫區制冷效率，具有非常重大的現實意義。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種提供液氮溫區冷量的制冷系統，該系統能夠高效提供液氮溫區的冷量，同時提高能源利用效率，降低運行成本。
2、一種提供液氮溫區冷量的制冷系統，包括依次相連形成液氮節流制冷單元的壓縮機、預冷單元、節流閥和冷端換熱器；所述預冷單元包括串聯設置的一級預冷換熱器和二級預冷換熱器，其中一級預冷換熱器的冷量由能夠提供265-285k制冷溫度的制冷單元提供，二級預冷換熱器的冷量由能夠提供190-220k制冷溫度的制冷單元提供。
3、作為優選，所述一級預冷換熱器的冷量由能夠提供268-280k制冷溫度的制冷單元提供。二級預冷換熱器的冷量由能夠提供200-220k制冷溫度的制冷單元提供。
4、作為一種選擇，所述一級預冷換熱器的冷量由以水為制冷介質的制冷單元提供。作為一種選擇，所述制冷單元采用太陽能溴化鋰吸收式制冷機組。主要包括太陽能集熱器、蒸發器、冷凝器、發生器、吸收器、溶液熱交換器等。
5、作為優選，還包括將太陽能溴化鋰吸收式制冷機組冷端換熱的中間換熱器，利用該中間換熱器將獲得的冷量輸送給一級預冷換熱器。
6、作為優選，通過該中間換熱器通過一級預熱循環回路將所述太陽能溴化鋰吸收式制冷機組輸出的冷量輸送給所述一級預冷換熱器。實際連接時，太陽能溴化鋰吸收式制冷機組中蒸發器的高溫管路與中間換熱器的低溫管路相連，將冷量傳輸給其內的高溫管路，通過與其相連的一級預熱循環回路最終提供給一級預冷換熱器。在一級預熱循環回路中，一般還設有泵、流量計等。
7、當然，也可以直接將一級預熱循環回路接入到太陽能溴化鋰吸收式制冷機組中蒸發器的高溫管路中，此時可以省去中間換熱器，直接實現冷量交換。
8、作為一種選擇，所述中間換熱器為管殼式換熱器。
9、作為一種選擇，所述二級預冷換熱器的冷量由半導體制冷片提供。
10、作為一種選擇，所述一級預冷換熱器、二級預冷換熱器為板式換熱器。
11、所述管殼式換熱器的出口通過管道與板式換熱器i的進口連接。所述蓄冰槽通過管道與流量閥門的進口連接，流量閥門的出口通過管道與板式換熱器i的進口連接。所述熱敏電阻和固定電阻連接組成分壓電路，分壓電路的輸出端連接運算放大器的輸入端，運算放大器的輸出端連接tec制冷片。所述可調電阻設置的參考電壓輸入到運算放大器的同相輸入端。所述光伏組件的輸出端連接系統的電源輸入端，用于提供系統運行所需的電能。
12、作為一種選擇，所述一級預熱循環回路中還包括與所述中間換熱器并聯設置的蓄冰槽和流量閥門，在電價較低時，可以利用電能將蓄冰槽內的水，冷凍為冰，儲蓄能量，在電價高峰期間釋放冷量。
13、進一步的，所述蓄冰槽通過管道與流量閥門相連接，流量閥門的出口通過管道與一級預冷換熱器(板式換熱器i)的低壓管路相連接(流量閥門出口與一級預冷換熱器之間的管路上設有所述的泵、流量計等)，提供額外的冷量以補充太陽能溴化鋰冷水機組的冷量供應。采用該技術方案，在電價低谷期間，系統利用蓄冰槽存儲冷量，以減少高峰期間的能源消耗，從而實現節能效果。操作步驟如下：電價低谷期間，利用乙二醇制冷循環回路中低溫的乙二醇水溶液引入蓄冰槽的換熱管路，使蓄冰槽中的水凍結成冰，存儲冷量。電價高峰期間，一級預熱循環回路中的介質連入蓄冰槽的換熱管路，蓄冰槽釋放冷量，融化冰塊，將一級預熱循環回路冷量傳遞給一級預冷換熱器。
14、作為一種選擇，所述節流閥入口管路和冷端換熱器出口管路通過一間壁式換熱器換熱。
15、作為一種選擇，還包括：
16、用于檢測二級預冷后的氮工質溫度的溫度傳感器；
17、控制器，接收溫度傳感器的溫度信號，并根據該溫度信號，控制所述半導體制冷片的制冷量。
18、所述溫度傳感器(可以選擇采用熱敏電阻)用于實時檢測經過二級預冷后的氮氣溫度，并將溫度信號轉換為電壓信號，傳遞給控制電路；以確保系統的溫度能夠始終在目標范圍內，如果溫度偏離設定值，系統會自動調整制冷片的工作狀態以恢復目標溫度。
19、進一步的，所述溫度傳感器為熱敏電阻。
20、還包括：
21、串聯設置有所述熱敏電阻和一固定電阻的分壓電路；
22、設有可調電阻的參比支路，所述可調電阻的電阻值大小由二級預冷的設定目標溫度確定；
23、所述分壓電路和參比支路并聯設置；
24、比較器，接收分壓電路和參比支路的電壓信號，并進行判斷，將判斷信息反饋給所述控制器。
25、所述分壓電路負責將溫度變化轉換為電壓變化。然后將獲得的電壓變化信號輸入比較器，用于對比實際溫度與目標溫度，從而為后續的溫度調節提供基礎數據。
26、所述比較器(可采用運算放大器)接收來自分壓電路的電壓信號，并將其與參比支路的參考電壓(由可調電阻設定的目標溫度)進行比較；若果檢測到的溫度與目標溫度有偏差，運算放大器會輸出相應的信號，以調節tec制冷片的工作狀態，從而調節系統溫度。
27、其中，可調電阻用于設定運算放大器的參考電壓，即系統的目標溫度。通過調節該電阻，操作者可以設定預冷單元的目標溫度(例如195k)。這使得系統能夠適應不同的預冷需求，提供靈活的溫度控制。
28、所述半導體制冷片的工作狀態由所述運算放大器的比較結果控制，能夠根據實時溫度調節冷量輸出，從而確保氮氣在二級預冷后的溫度達到設定值。它的快速響應能力使得系統能夠精確控制溫度，防止溫度過低或過高。
29、所述控制器是整個控制系統的核心處理單元，負責處理各傳感器的數據，執行本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.一種提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，包括依次相連形成液氮節流制冷單元的壓縮機、預冷單元、節流閥和冷端換熱器；所述預冷單元包括串聯設置的一級預冷換熱器和二級預冷換熱器，其中一級預冷換熱器的冷量由能夠提供265-285K制冷溫度的制冷單元提供，二級預冷換熱器的冷量由能夠提供190-220K制冷溫度的制冷單元提供。
2.根據權利要求1所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，所述一級預冷換熱器的冷量由以水為制冷介質的制冷單元提供。
3.根據權利要求1所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，所述二級預冷換熱器的冷量由半導體制冷片提供。
4.根據權利要求1所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，所述一級預冷換熱器、二級預冷換熱器為板式換熱器。
5.根據權利要求2所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，所述制冷單元采用太陽能溴化鋰吸收式制冷機組。
6.根據權利要求1所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，所述節流閥入口管路和冷端換熱器出口管路通過一間壁式換熱器換熱。
7.根據權利要求3所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，還包括：用于檢測二級預冷后的氮工質溫度的溫度傳感器；控制器，接收溫度傳感器的溫度信號，并根據該溫度信號，控制所述半導體制冷片的制冷量。
8.根據權利要求7所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，所述溫度傳感器為熱敏電阻；
9.根據權利要求5所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，還包括將太陽能溴化鋰吸收式制冷機組冷端換熱的中間換熱器，利用該中間換熱器將獲得的冷量輸送給一級預冷換熱器；可選擇的，還包括與所述中間換熱器并聯設置的流量閥門、蓄冰槽。
10.根據權利要求1所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，用于檢測和顯示二級預冷后的氮工質溫度的溫度計。
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【技術特征摘要】
1.一種提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，包括依次相連形成液氮節流制冷單元的壓縮機、預冷單元、節流閥和冷端換熱器；所述預冷單元包括串聯設置的一級預冷換熱器和二級預冷換熱器，其中一級預冷換熱器的冷量由能夠提供265-285k制冷溫度的制冷單元提供，二級預冷換熱器的冷量由能夠提供190-220k制冷溫度的制冷單元提供。
2.根據權利要求1所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，所述一級預冷換熱器的冷量由以水為制冷介質的制冷單元提供。
3.根據權利要求1所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，所述二級預冷換熱器的冷量由半導體制冷片提供。
4.根據權利要求1所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，所述一級預冷換熱器、二級預冷換熱器為板式換熱器。
5.根據權利要求2所述的提供液氮溫區冷量的制冷系統，其特征在于，所述制冷單元采用太陽能溴化鋰吸收式制冷機組。...
【專利技術屬性】
技術研發人員：申運偉，羅子昀，陳舒航，邱長煦，萬安平，甘智華，
申請(專利權)人：浙大城市學院，
類型：發明
國別省市：
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