存储设备及其制冷方法

技术领域

本发明涉及超低温存储技术领域，尤其涉及一种存储设备及其制冷方法。

背景技术

现有低温储冷技术中，通常采用存储罐对流体载冷剂进行存储，存储罐一般为双层壁厚，两层壁面间隔一层真空夹层，内壁外层镀银。

然而，这种存储罐的存储流体介质的时间有限，不能长期存放流体，流体易挥发造成浪费。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种存储设备及其制冷方法，旨在提高存储装置存储流体介质的时间，并解决流体挥发而造成浪费的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种存储设备，包括：

泵液管路，所述泵液管路包括第一泵液管路及与所述第一泵液管路并联设置的第二泵液管路；

制冷机，所述制冷机的输入端与所述泵液管路的输出端连通，以用于产生冷量并将其与载冷剂进行热交换；

气液分离器，所述气液分离器的输入端与所述制冷机的输出端连通，以用于将所述载冷剂分离为液相载冷剂和气相载冷剂；以及

存储装置，包括内壳和外壳，所述内壳设有用于存储流体介质的存储腔，所述内壳与所述外壳围设形成换热通道，所述换热通道的输入端与所述气液分离器的输出端连通，所述换热通道的输出端与所述泵液管路的输入端连通，以通过所述液相载冷剂或所述气相载冷剂吸收并带走所述流体介质的热量。

可选地，所述制冷设备还包括整体隔热装置，所述制冷机的冷端、所述气液分离器均设置于所述整体隔热装置内。

可选地，所述整体隔热装置为真空隔热箱或气凝胶隔热箱。

可选地，所述换热通道内设有换热组件，以使所述液相载冷剂或所述气相载冷剂与所述流体介质进行换热。

可选地，所述第一泵液管路包括第一载冷剂泵、回热器、第一阀门和第二阀门，所述回热器设于所述整体隔热装置内，所述回热器的冷端输入口与所述存储装置的出液端连通，所述回热器的冷端输出口与所述第一载冷剂泵的输入端连通；所述回热器的热端输入口与所述第一载冷剂泵的输出端连通，所述回热器的热端输出口与所述制冷机的输入端连通，所述第一阀门设于所述回热器的热端与所述第二泵液管路连通点之间的管道上，所述第二阀门设于所述回热器的冷端与所述第二泵液管路连通点之间的管道上；

所述回热器的冷端，用于预加热所述载冷剂；所述回热器的热端，用于预冷却所述载冷剂。

可选地，所述第二泵液管路包括第二载冷剂泵，所述第二载冷剂泵设置于所述整体隔热装置内，所述第二载冷剂泵的输入端与所述存储装置的出液端连通，所述第二载冷剂泵的输出端与所述制冷机的输入端连通。

可选地，所述制冷机与所述气液分离器之间的管道上设有温度传感器，以用于检测所述制冷机的输出端输出载冷剂的温度。

为了实现上述目的，本发明还提出一种制冷方法，基于如上所述的存储设备，包括以下步骤：

在获取开启制冷指令时，打开第一泵液管路的第一阀门和第二阀门，并启动所述第一泵液管路的第一载冷剂泵；

启动制冷机，以产生冷量并与载冷剂进行热交换而冷却所述载冷剂至目标温度；

控制气液分离器将冷却后的所述载冷剂分离为液相载冷剂和气相载冷剂，并将所述液相载冷剂或所述气相载冷剂通入至存储装置的换热通道中吸收其内存储介质的热量；

控制吸热后的所述载冷剂经所述存储装置回流至所述第一泵液管路；

检测所述制冷机的输出端输出载冷剂的温度，并生成温度信号，以根据所述温度信号计算温度检测值；

根据所述温度检测值，将所述第一泵液管路切换至第二泵液管路，以使所述载冷剂经所述存储装置回流至所述第二泵液管路的第二载冷剂泵；

在获取关闭制冷指令时，依次关闭所述制冷机和所述第二载冷剂泵。

可选地，所述根据所述温度检测值，将所述第一泵液管路切换至第二泵液管路，以使所述载冷剂经所述存储装置回流至所述第二泵液管路的步骤，具体包括：

在所述温度检测值与所述目标温度之差小于或等于阈值时，打开所述第二泵液管路的第二载冷剂泵；

在第一预设时间后，关闭所述第一载冷剂泵；

在第二预设时间后，关闭所述第一阀门；

在第三预设时间后，关闭所述第二阀门。

可选地，所述启动制冷机，以产生冷量并与载冷剂进行热交换而冷却所述载冷剂至目标温度的步骤之前，还包括：

将所述载冷剂通入至回热器的热端，以对所述载冷剂进行预冷却处理；

所述控制吸热后的所述载冷剂经所述存储装置回流至所述第一泵液管路的步骤，具体包括：

将自所述存储装置流出的载冷剂通入至所述回热器的冷端，以对所述载冷剂进行预热处理，并使所述载冷剂流入至所述第一载冷剂泵中。

在本发明的技术方案中，该存储设备包括泵液管路、制冷机、气液分离器和存储装置；泵液管路包括第一泵液管路及与第一泵液管路并联设置的第二泵液管路；制冷机的输入端与泵液管路的输出端连通，以用于产生冷量并将其与载冷剂进行热交换；气液分离器的输入端与制冷机的输出端连通，以用于将载冷剂分离为液相载冷剂和气相载冷剂；存储装置，包括内壳和外壳，内壳设有用于存储流体介质的存储腔，内壳与外壳围设形成换热通道，换热通道的输入端与气液分离器的输出端连通，换热通道的输出端与泵液管路的输入端连通，以通过液相载冷剂或气相载冷剂吸收并带走流体介质的热量。如此，可通过气液分离器将载冷剂分离为液相载冷剂和气相载冷剂，再择一通入至存储装置的换热通道中，使其吸收存储腔内流体介质的热量，并通过采用封闭式循环管路，将吸热后的载冷剂回流至载冷剂泵和制冷机中进行循环冷却，从而提高了存储装置存储流体介质的时间，并解决了流体挥发而造成浪费的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明存储设备一实施例的结构示意图；

图2为本发明存储设备的制冷方法一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

10、泵液管路；20、制冷机；30、气液分离器；40、存储装置；41、换热组件；40a、换热通道；40b、存储腔；111、第一载冷剂泵；112、回热器；113、第一阀门；121、第二载冷剂泵；114、温度传感器；115、储罐；116、第二阀门；50、整体隔热装置。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种存储设备，可适用于存储流体介质，此处不做限定。

参照图1，在本发明一实施例中，该存储设备包括泵液管路10、制冷机20、气液分离器30和存储装置40；泵液管路10包括第一泵液管路10及与第一泵液管路10并联设置的第二泵液管路10；制冷机20的输入端与泵液管路10的输出端连通，以用于产生冷量并将其与载冷剂进行热交换；气液分离器30的输入端与制冷机20的输出端连通，以用于将载冷剂分离为液相载冷剂和气相载冷剂；存储装置40包括内壳和外壳，内壳设有用于存储流体介质的存储腔40b，内壳与外壳围设形成换热通道40a，换热通道40a的输入端与气液分离器30的输出端连通，换热通道40a的输出端与泵液管路10的输入端连通，以通过液相载冷剂或气相载冷剂吸收并带走流体介质的热量。

本实施例中，第一泵液管路可通过设置第一载冷剂泵111来输送载冷剂，第一载冷剂泵111可采用常规泵等。第二泵液管路可通过设置第二载冷剂泵121来输送载冷剂，第二载冷剂泵121可采用低温泵等。第一阀门113、第二阀门116均可为电磁阀和手动阀等，此处不限。

本实施例中，制冷机20可采用热声制冷机等，热声制冷机的内循环介质不限。制冷机20的制冷温度可为-100℃以下，此处不限。

载冷剂可以选用不用沸点的物质，例如氮气，氮气的沸点为-196℃，制冷机20的提供给存储装置40的载冷剂温度可达到-200℃以下。

该存储设备的制冷机20为热声制冷机时，热声制冷机的散热端可设置散热件，散热件可以是风扇，也可是液冷件，或者是风冷与液冷的组合，此处不做限定。

本实施例中，存储装置40的换热通道40a内可设有换热组件41，以使液相或气相载冷剂加速吸收存储装置40中流体介质的热量。如此，提高了载冷剂与存储装置40中被冷却的介质进行换热的效率，从而进一步地带走存储装置40内介质的热量，增加了低温存储时间，减少了存储介质的挥发浪费。

其中，换热组件41可采用换热管等，此处不限。

参考图1，当第一泵液管路工作时，其循环制冷流程为：制冷机20的冷端冷盘产生冷量与载冷剂进行热交换，载冷剂降温后进入气液分离器30，气液分离器30将载冷剂分离为液相载冷剂和气相载冷剂，液相载冷剂或气相载冷剂进入至存储装置40的换热通道40a中，并可经换热组件41与存储装置40中被冷却的介质进行换热，载冷剂吸热后回流至回热器112，再经回热器112的冷边吸热后进入第一载冷剂泵111，通过第一载冷剂泵111输送至回热器112的热边放热进行预冷却，之后进入制冷机20的冷盘，如此循环往复。

当第二泵液管路工作时，其循环制冷流程为：制冷机20的冷端冷盘产生冷量与载冷剂进行热交换，载冷剂降温后进入气液分离器30，气液分离器30将载冷剂分离为液相载冷剂和气相载冷剂，液相载冷剂或气相载冷剂进入至存储装置40的换热通道40a中，并可经换热组件41与存储装置40中被冷却的介质进行换热，然后载冷剂吸热后回流至第二载冷剂泵121，再经第二载冷剂泵121输送至制冷机20的冷盘，如此循环往复。

在本发明的技术方案中，该存储设备包括泵液管路10、制冷机20、气液分离器30和存储装置40；泵液管路10包括第一泵液管路10及与第一泵液管路10并联设置的第二泵液管路10；制冷机20的输入端与泵液管路10的输出端连通，以用于产生冷量并将其与载冷剂进行热交换；气液分离器30的输入端与制冷机20的输出端连通，以用于将载冷剂分离为液相载冷剂和气相载冷剂；存储装置40，包括内壳和外壳，内壳设有用于存储流体介质的存储腔40b，内壳与外壳围设形成换热通道40a，换热通道40a的输入端与气液分离器30的输出端连通，换热通道40a的输出端与泵液管路10的输入端连通，以通过液相载冷剂或气相载冷剂吸收并带走流体介质的热量。如此，可通过气液分离器30将载冷剂中分离为液相和气相载冷剂，再择一通入至存储装置40的换热通道40a中，载冷剂吸收存储腔40b内存储流体介质的热量，并通过采用封闭式循环管路，将吸热后的载冷剂回流至第一载冷剂泵111(或第二载冷剂泵121)和制冷机20中进行循环冷却，从而提高了存储装置40存储流体介质的时间，并解决了流体挥发而造成浪费的问题。并且，该存储设备实现了液态供冷，解决了载冷剂对使用环境造成干扰或引起使用环境不稳定的问题。

另外，由于该存储设备采用并联设置的第一泵液管路和第二泵液管路，可分别开启输送载冷剂来冷却存储介质，也可同时开启输送载冷剂来冷却存储介质。在两管路同时开启时可以使载冷剂的流速和流量大幅提升，进而提升该存储设备的制冷效果。而且，当其中一个管路出现故障时，另一管路仍然能够继续保持工作，减少停机维修的频率。

参考图1，在一实施例中，该存储设备还可包括整体隔热装置50，第二载冷剂泵121、制冷机20的冷端、气液分离器30均设置于整体隔热装置50内；整体隔热装置50为真空隔热箱或气凝胶隔热箱等。

通过设置整体隔热装置50，提高了该存储设备的隔热效果，可以使其与外界热交换尽量减小，从而保证制冷的稳定性。

为了使供冷温度达标速率更快，在一实施例中，第一泵液管路可包括第一载冷剂泵111、回热器112、第一阀门113和第二阀门116，回热器112和第一阀门113可设置于整体隔热装置50内，回热器112的冷端输入口与存储装置40的出液端连通，回热器112的冷端输出口与第一载冷剂泵111的输入端连通；回热器112的热端输入口与第一载冷剂泵111的输出端连通，回热器112的热端输出口与制冷机20的输入端连通，第一阀门113设于回热器112的热端与第二泵液管路连通点之间的管道上，第二阀门116设于回热器112的冷端与第二泵液管路连通点之间的管道上；回热器112的冷端，用于预加热载冷剂；回热器112的热端，用于预冷却载冷剂。

其中，第一载冷剂泵111可为常规泵等。

本实施例中，第一载冷剂泵111的输入端管路上可设置储罐115，以用于存储载冷剂，能够稳定压力，有效地保障制冷循环的稳定性。

参考图1，在一实施例中，第二泵液管路可包括第二载冷剂泵121，第二载冷剂泵121的输入端与存储装置40的输出端连通，第二载冷剂泵121的输出端与制冷机20的输入端连通。

其中，第二载冷剂泵121可为低温泵等。

需要说明，低温泵是利用低温表面冷凝气体的真空泵，又称冷凝泵。低温泵可以获得抽气速率最大、极限压力最低的清洁真空，广泛应用于半导体和集成电路的研究和生产，以及分子束研究、真空镀膜设备、真空表面分析仪器、离子注入机和空间模拟装置等方面。

本实施例中，第一泵液管路还可用于预冷却载冷剂；第二泵液管路也可用于预冷却载冷剂。如此，可以进一步地提升制冷效率。

本实施例中，可以先通过第一泵液管路进行载冷剂的输送，当供冷温度达到一定温度后，将第一泵液管路切换为第二泵液管路的第二载冷剂泵121进行载冷剂的输送，以加速载冷剂流动，从而使供冷温度以更快速率下降到目标温度，并减少第一泵液管路与第二泵液管路同时开启而造成的能耗损失，大幅地降低了制冷效率，节省了成本。

为了提升该存储设备的制冷精确性，参考图1，在一实施例中，制冷机20与气液分离器30之间的管道上设有温度传感器114，以用于检测制冷机20的输出端输出载冷剂的温度。

本实施例中，制冷系统可根据温度传感器114实时检测的供冷温度，及时地调整制冷机20的制冷温度，以使气相载冷剂或液相载冷剂的温度达到较佳值，以满足不同应用场景的需求。

本发明还提出一种制冷方法，基于上述的存储设备，参考图1和图2，在本发明一实施例中，制冷方法包括以下步骤：

步骤S10、在获取开启制冷指令时，打开第一泵液管路的第一阀门和第二阀门，并启动所述第一泵液管路的第一载冷剂泵。

参考图1，本实施例中，第一载冷剂泵111可为常规泵，当该存储设备的控制系统接收到用户发出的开启制冷指令时，依次控制第一阀门113、第二阀门116、第一载冷剂泵111打开，以开始输送载冷剂至制冷机20。

步骤S20、启动制冷机，以产生冷量并与载冷剂进行热交换而冷却所述载冷剂至目标温度。

其中，制冷机20优选为热声制冷机，目标温度可为-100℃以下，此处不限。

本实施例中，控制系统控制制冷机20开始制冷工作，将载冷剂降温至-100℃以下，从而获得气相载冷剂和液相载冷剂。

步骤S30、控制气液分离器将冷却后的所述载冷剂分离为液相载冷剂和气相载冷剂，并将所述液相载冷剂或所述气相载冷剂通入至存储装置的换热通道中吸收其内存储介质的热量。

步骤S40、控制吸热后的所述载冷剂经所述存储装置回流至所述第一泵液管路。

此过程中，参考图1，载冷剂的循环流向为：制冷机20的冷端冷盘产生冷量与载冷剂进行热交换，载冷剂降温后进入气液分离器30，气液分离器30将载冷剂分离为液相和气相载冷剂，液相载冷剂或气相载冷剂进入至存储装置40的换热通道40a中，并可经换热组件41与存储装置40中被冷却的介质进行换热，载冷剂吸热后回流至回热器112，再经回热器112的冷边吸热后进入第一载冷剂泵111，通过第一载冷剂泵111输送至回热器112的热边放热进行预冷却，之后进入制冷机20的冷盘，如此循环往复。

步骤S50、检测所述制冷机的输出端输出载冷剂的温度，并生成温度信号，以根据所述温度信号计算温度检测值。

本实施例中，通过温度传感器114实时监测载冷剂的温度并反馈温度信号给制冷控制系统，制冷控制系统判断当前温度是否处于达到阈值，然后再根据情况控制制冷机20工作或切换泵液管路10等。

步骤S60、根据所述温度检测值，将所述第一泵液管路切换至第二泵液管路，以使所述载冷剂经所述存储装置回流至所述第二泵液管路的第二载冷剂泵。

本实施例中，第二载冷剂泵121可为低温泵。

在切换完成之后，载冷剂的循环流向为：制冷机20的冷端冷盘产生冷量与载冷剂进行热交换，载冷剂降温后进入气液分离器30，气液分离器30分离出液相和气相载冷剂，液相或气相载冷剂进入至存储装置40的换热通道40a中，并可经换热组件41与存储装置40中被冷却的介质进行换热，然后吸热后的载冷剂回流至第二载冷剂泵121，再经第二载冷剂泵121输送至制冷机20的冷盘，如此循环往复。

步骤S70、在获取关闭制冷指令时，依次关闭所述制冷机和所述第二载冷剂泵。

此时，制冷系统接收用户的关机指令，结束制冷工作。

参考图1和图2，在一实施例中，所述根据所述温度检测值，将所述第一泵液管路切换至第二泵液管路，以使所述载冷剂经所述存储装置回流至所述第二泵液管路的步骤S60，具体包括：

步骤S61、在所述温度检测值与所述目标温度之差小于或等于阈值时，打开所述第二泵液管路的第二载冷剂泵；

步骤S62、在第一预设时间后，关闭所述第一载冷剂泵；

步骤S63、在第二预设时间后，关闭所述第一阀门；

步骤S64、在第三预设时间后，关闭所述第二阀门。

本实施例中，温度传感器114检测热声制冷机冷盘输出载冷剂的温度，制冷系统根据温度检测值判断是否切换为第二载冷剂泵121工作；若|T-T

本实施例中，通过先利用第一泵液管路进行载冷剂的输送，当供冷温度达到一定温度后，将第一泵液管路切换为第二泵液管路进行载冷剂的输送，以加速载冷剂流动，从而使供冷温度以更快速率下降到目标温度，并减少第一泵液管路与第二泵液管路同时开启而造成的能耗损失，大幅地降低了制冷效率，节省了成本。

参考图1和图2，在一实施例中，第一载冷剂泵111为常规泵时，所述启动制冷机，以产生冷量并与载冷剂进行热交换而冷却所述载冷剂至目标温度的步骤S20之前，还包括：

步骤S11、将所述载冷剂通入至回热器的热端，以对所述载冷剂进行预冷却处理；

所述控制吸热后的所述载冷剂经所述存储装置回流至所述第一泵液管路的步骤S40，具体包括：

步骤S41、将自所述存储装置流出的载冷剂通入至所述回热器的冷端，以对所述载冷剂进行预热处理，并使所述载冷剂流入至所述第一载冷剂泵中。

本实施例中，采用常规泵与回热器112的组合可以达到低温泵的技术效果。

参考图1，本实施例中，回热器112的冷端能够预加热载冷剂，能够配合第一载冷剂泵111以较快的速度输送载冷剂，回热器112的热端能够对载冷剂进行预冷却，进一步地提高了制冷效率。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。