本发明公开了一种超低温高效制冷装置及其制冷方法，属于制冷技术领域。该超低温高效制冷装置及其制冷方法包括高温制冷机组和低温制冷机组，冷凝蒸发器/载冷器的气相工质进口通过载冷回气管路与蒸发器气液分离器的第一气相工质出口相连；冷凝蒸发器/载冷器的液相工质出口与载冷/复叠切换阀的进口连接，载冷/复叠切换阀的第一个出口通过载冷落液管路与蒸发器气液分离器的第一工质进口相连，低温级闪蒸桶的工质进口与载冷/复叠切换阀的第二个出口相连。本发明公开的超低温高效制冷装置及其制冷方法，避免了因高压缩机和低温级压缩机所处温区不同而导致在直接启动时出现低温级压缩机无法正常启动或者因启动带来的压缩机损伤、寿命缩短问题。
1.一种超低温高效制冷装置的制冷方法，其特征在于，所述制冷装置包括通过冷凝蒸发器/载冷器、蒸发器气液分离器进行耦合的高温制冷机组和低温制冷机组，所述冷凝蒸发器/载冷器为满液式换热器，所述冷凝蒸发器/载冷器安装在蒸发器气液分离器的上方；
所述高温制冷机组包括高温级压缩机、冷凝器、高温级闪蒸桶节流阀、高温级闪蒸桶、高温级气液分离器节流阀、高温级气液分离器，所述高温级气液分离器安装在冷凝蒸发器/载冷器的上方，所述高温级压缩机的工质出口经冷凝器、高温级闪蒸桶节流阀与高温级闪蒸桶的低温工质进口相连，高温级闪蒸桶的第一低温工质出口与高温级气液分离器的第一工质进口相连，高温级气液分离器的气相工质出口与高温级压缩机的工质进口相连，高温级气液分离器的液相工质出口与冷凝蒸发器/载冷器的液相工质进口相连，冷凝蒸发器/载冷器的气相工质出口与高温级气液分离器的气相工质进口相连；
冷凝蒸发器/载冷器的气相工质进口通过载冷回气管路与蒸发器气液分离器的第一气相工质出口相连，载冷回气管路上设置载冷回气电磁阀；冷凝蒸发器/载冷器的液相工质出口与载冷/复叠切换阀的进口连接，载冷/复叠切换阀的第一个出口通过载冷落液管路与蒸发器气液分离器的第一工质进口相连，蒸发器气液分离器的第一工质进口和第一气相工质出口均位于蒸发器气液分离器的上部；
所述低温制冷机组包括低温级压缩机、预冷器、低温级闪蒸桶节流阀、低温级闪蒸桶、回热器、蒸发器节流阀、蒸发器，所述蒸发器位于蒸发器气液分离器的下方，所述低温级压缩机的工质出口经预冷器与高温级闪蒸桶的高温工质进口相连，高温级闪蒸桶的高温工质出口与冷凝蒸发器/载冷器的高温工质进口相连，低温级闪蒸桶的工质进口与载冷/复叠切换阀的第二个出口相连，低温级闪蒸桶的第一工质出口与回热器的第一工质进口相连，回热器的第一工质出口与蒸发器气液分离器的第二工质进口相连，蒸发器气液分离器的第二气相工质出口与回热器的第二工质进口相连，回热器的第二工质出口与低温级压缩机的工质进口相连；
蒸发器气液分离器的液相工质出口与蒸发器的液相工质进口相连，蒸发器的气相工质出口与蒸发器气液分离器的气相工质进口相连；
所述制冷方法包括依次运行的载冷模式和复叠制冷模式，所述载冷模式包括以下步骤：
（1.1）将载冷回气电磁阀打开使载冷回气管路导通，并调节载冷/复叠切换阀使载冷落液管路导通、使冷凝蒸发器/载冷器与低温级闪蒸桶之间的连接关停；同时，开启高温级压缩机，高温侧冷媒经过高温级压缩机压缩后经过冷凝器冷凝，然后经高温级闪蒸桶节流阀节流膨胀后进入到高温级闪蒸桶过冷，经高温级闪蒸桶过冷后的高温侧冷媒经过高温级气液分离器节流阀节流膨胀，然后进入到高温级气液分离器，分离得到的液相高温侧冷媒进入到冷凝蒸发器/载冷器，在冷凝蒸发器/载冷器内液相高温侧冷媒吸热蒸发变为气相后重新进入到高温级气液分离器，气相的高温侧冷媒吸入到高温级压缩机进行循环；
蒸发器气液分离器内的气相低温侧冷媒通过载冷回气管路进入冷凝蒸发器/载冷器放出热量变为液相后通过载冷落液管路重新进入到蒸发器气液分离器，蒸发器气液分离器内液相的低温侧冷媒通过重力供液进入到蒸发器，在蒸发器内液相的低温侧冷媒吸收被冷却介质的热量后形成气液混合相，气液混合相的低温侧冷媒由蒸发器回到蒸发器气液分离器；
（1.2）待蒸发器内被冷却介质出口的温度降低至低温制冷机组的低温侧冷媒的冷凝温度后，先开启低温级压缩机，然后将载冷回气电磁阀关闭使载冷回气管路关停，并调节载冷/复叠切换阀使载冷落液管路关停、使冷凝蒸发器/载冷器与低温级闪蒸桶之间的连接导通，如此结束载冷模式，并开始运行复叠制冷模式。
2.根据权利要求1所述的超低温高效制冷装置的制冷方法，其特征在于，所述复叠制冷模式包括如下步骤：
低温侧冷媒经过低温级压缩机压缩后经过预冷器排出部分显热，然后进入高温级闪蒸桶与高温侧冷媒换热冷却后进入冷凝蒸发器/载冷器，在冷凝蒸发器/载冷器内低温侧冷媒被高温侧冷媒吸收热量后变为液相，液相的低温侧冷媒经低温级闪蒸桶节流阀节流膨胀后进入低温级闪蒸桶再次过冷，然后流经回热器换热，再经蒸发器节流阀节流膨胀后进入到蒸发器气液分离器，在蒸发器气液分离器内液相的低温侧冷媒通过重力供液进入到蒸发器，在蒸发器内液相的低温侧冷媒吸收被冷却介质的热量后形成气液混合相，气液混合相的低温侧冷媒由蒸发器回到蒸发器气液分离器，在蒸发器气液分离器内气相的低温侧冷媒经回热器吸入到低温级压缩机进行循环。
3.根据权利要求1所述的超低温高效制冷装置的制冷方法，其特征在于，所述高温制冷机组还包括设置在高温级压缩机与冷凝器之间的高温级油分离器。
4.根据权利要求1所述的超低温高效制冷装置的制冷方法，其特征在于，所述低温制冷机组还包括设置在低温级压缩机与预冷器之间的低温级油分离器。
5.根据权利要求1所述的超低温高效制冷装置的制冷方法，其特征在于，所述高温级气液分离器采用卧式U型管式气液分离器。
6.根据权利要求1所述的超低温高效制冷装置的制冷方法，其特征在于，所述蒸发器气液分离器采用卧式U型管式气液分离器。
7.根据权利要求5或6所述的超低温高效制冷装置的制冷方法，其特征在于，所述卧式U型管式气液分离器包括U形的壳体，壳体工质进口设置在壳体的第一端端部；壳体气相工质进口靠近壳体的第一端，壳体气相工质进口内插设有弯管，弯管的上端口伸入壳体内；壳体气相工质出口设置在壳体的顶部，并且靠近壳体的第二端；壳体液相工质出口设置在壳体的底部，并且靠近壳体的第二端。
8.根据权利要求1所述的超低温高效制冷装置的制冷方法，其特征在于，高温级闪蒸桶的第二低温工质出口与高温级压缩机的工质进口相连，低温级闪蒸桶的第二工质出口与低温级压缩机的工质进口相连。
9.根据权利要求1所述的超低温高效制冷装置的制冷方法，其特征在于，所述载冷/复叠切换阀采用电动三通阀。
一种超低温高效制冷装置及其制冷方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种超低温高效制冷装置及其制冷方法，属于制冷技术领域。
背景技术
[0002] 复叠式制冷属于蒸汽压缩式制冷的一种特殊形式，通常由两到三个工作温区不同的独立蒸汽压缩式制冷循环组成。以两级复叠式制冷循环为例，它由高温级制冷机组和低温级制冷机组两部分组成，高温级制冷机组中使用中温冷媒，低温级中使用低温冷媒，形成两个单级压缩制冷机组复叠工作的循环。两级制冷机组之间采用共用的冷凝蒸发器衔接起来，使高温级制冷机组中的中温冷媒在冷凝蒸发器中蒸发制冷，低温冷媒在冷凝蒸发器中放热被冷凝成液相。从冷凝蒸发器出来的中温冷媒蒸气带走低温冷媒的冷凝热量，并经过高温级制冷循环中的冷凝器将热量传递给环境介质。而从冷凝蒸发器出来的液相低温冷媒，经低温级节流阀降压后，进入蒸发器吸收被冷却介质的热量而蒸发制冷，使被冷却介质获取所需要的低温。
[0003] 随着对医药化工产品规格要求的逐年递增，对其生产工艺提升的需求也随之加大，尤其是对超低温制冷机组的稳定性及能效需求尤为突出。例如，高端医药化工行业对于整个制冷工艺要求特别高，不仅要求机组降温快，还要同时达到高效能，并且能够长时间稳定运行，从而才能满足不间断的工业生产需求。
[0004] 当前的超低温复叠机组大多采用常规的直膨式供液方式来满足冷凝蒸发侧及蒸发侧（蒸发器）的换热要求，这种形式下虽然机组结构简单，但换热效率极其低下，并且高温级制冷机组和低温级制冷机组同时启动或短时间内间隔启动会导致低温级压缩机硬性启动（未在允许运行区间内启动），极易造成压缩机严重磨损及寿命缩减，进而导致设备故障频发及运行稳定性欠缺的现象发生。因此，开发一种新型的超低温制冷机组至关重要。
[0005] 需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供了一种超低温高效制冷装置及其制冷方法，保证制冷装置稳定高效，极大的提高了制冷装置的极限运行能力。
[0007] 本发明通过采取以下技术方案实现上述目的：
[0008] 一种超低温高效制冷装置，包括通过冷凝蒸发器/载冷器、蒸发器气液分离器进行耦合的高温制冷机组和低温制冷机组，所述冷凝蒸发器/载冷器为满液式换热器，所述冷凝蒸发器/载冷器安装在蒸发器气液分离器的上方；
[0009] 所述高温制冷机组包括高温级压缩机、冷凝器、高温级闪蒸桶节流阀、高温级闪蒸桶、高温级气液分离器节流阀、高温级气液分离器，所述高温级气液分离器安装在冷凝蒸发器/载冷器的上方，所述高温级压缩机的工质出口经冷凝器、高温级闪蒸桶节流阀与高温级闪蒸桶的低温工质进口相连，高温级闪蒸桶的第一低温工质出口与高温级气液分离器的第一工质进口相连，高温级气液分离器的气相工质出口与高温级压缩机的工质进口相连，高温级气液分离器的液相工质出口与冷凝蒸发器/载冷器的液相工质进口相连，冷凝蒸发器/载冷器的气相工质出口与高温级气液分离器的气相工质进口相连；
[0010] 冷凝蒸发器/载冷器的气相工质进口通过载冷回气管路与蒸发器气液分离器的第一气相工质出口相连，载冷回气管路上设置载冷回气电磁阀；冷凝蒸发器/载冷器的液相工质出口与载冷/复叠切换阀的进口连接，载冷/复叠切换阀的第一个出口通过载冷落液管路与蒸发器气液分离器的第一工质进口相连，蒸发器气液分离器的第一工质进口和第一气相工质出口均位于蒸发器气液分离器的上部；
[0011] 所述低温制冷机组包括低温级压缩机、预冷器、低温级闪蒸桶节流阀、低温级闪蒸桶、回热器、蒸发器节流阀、蒸发器，所述蒸发器位于蒸发器气液分离器的下方，所述低温级压缩机的工质出口经预冷器与高温级闪蒸桶的高温工质进口相连，高温级闪蒸桶的高温工质出口与冷凝蒸发器/载冷器的高温工质进口相连，低温级闪蒸桶的工质进口与载冷/复叠切换阀的第二个出口相连，低温级闪蒸桶的第一工质出口与回热器的第一工质进口相连，回热器的第一工质出口与蒸发器气液分离器的第二工质进口相连，蒸发器气液分离器的第二气相工质出口与回热器的第二工质进口相连，回热器的第二工质出口与低温级压缩机的工质进口相连；
[0012] 蒸发器气液分离器的液相工质出口与蒸发器的液相工质进口相连，蒸发器的气相工质出口与蒸发器气液分离器的气相工质进口相连。
[0013] 可选的，所述高温制冷机组还包括设置在高温级压缩机与冷凝器之间的高温级油分离器。
[0014] 可选的，所述低温制冷机组还包括设置在低温级压缩机与预冷器之间的低温级油分离器。
[0015] 可选的，所述高温级气液分离器采用卧式U型管式气液分离器。
[0016] 可选的，所述蒸发器气液分离器采用卧式U型管式气液分离器。
[0017] 可选的，所述卧式U型管式气液分离器包括U形的壳体，壳体工质进口设置在壳体的第一端端部；壳体气相工质进口靠近壳体的第一端，壳体气相工质进口内插设有弯管，弯管的上端口伸入壳体内；壳体气相工质出口设置在壳体的顶部，并且靠近壳体的第二端；壳体液相工质出口设置在壳体的底部，并且靠近壳体的第二端。
[0018] 可选的，高温级闪蒸桶的第二低温工质出口与高温级压缩机的工质进口相连，低温级闪蒸桶的第二工质出口与低温级压缩机的工质进口相连。
[0019] 可选的，所述载冷/复叠切换阀采用电动三通阀。
[0020] 可选的，本发明提供的超低温高效制冷装置的制冷方法，包括依次运行的载冷模式和复叠制冷模式，所述载冷模式包括以下步骤：
[0021] （1.1）将载冷回气电磁阀打开使载冷回气管路导通，并调节载冷/复叠切换阀使载冷落液管路导通、使冷凝蒸发器/载冷器与低温级闪蒸桶之间的连接关停；同时，开启高温级压缩机，高温侧冷媒经过高温级压缩机压缩后经过冷凝器冷凝，然后经高温级闪蒸桶节流阀节流膨胀后进入到高温级闪蒸桶过冷，经高温级闪蒸桶过冷后的高温侧冷媒经过高温级气液分离器节流阀节流膨胀，然后进入到高温级气液分离器，分离得到的液相高温侧冷媒进入到冷凝蒸发器/载冷器，在冷凝蒸发器/载冷器内液相高温侧冷媒吸热蒸发变为气相后重新进入到高温级气液分离器，气相的高温侧冷媒吸入到高温级压缩机进行循环；
[0022] 蒸发器气液分离器内的气相低温侧冷媒通过载冷回气管路进入冷凝蒸发器/载冷器放出热量变为液相后通过载冷落液管路重新进入到蒸发器气液分离器，蒸发器气液分离器内液相的低温侧冷媒通过重力供液进入到蒸发器，在蒸发器内液相的低温侧冷媒吸收被冷却介质的热量后形成气液混合相，气液混合相的低温侧冷媒由蒸发器回到蒸发器气液分离器；
[0023] （1.2）待蒸发器内被冷却介质出口的温度降低至低温制冷机组的低温侧冷媒的冷凝温度后，先开启低温级压缩机，然后将载冷回气电磁阀关闭使载冷回气管路关停，并调节载冷/复叠切换阀使载冷落液管路关停、使冷凝蒸发器/载冷器与低温级闪蒸桶之间的连接导通，如此结束载冷模式，并开始运行复叠制冷模式。
[0024] 进一步的，所述复叠制冷模式包括如下步骤：
[0025] 低温侧冷媒经过低温级压缩机压缩后经过预冷器排出部分显热，然后进入高温级闪蒸桶与高温侧冷媒换热冷却后进入冷凝蒸发器/载冷器，在冷凝蒸发器/载冷器内低温侧冷媒被高温侧冷媒吸收热量后变为液相，液相的低温侧冷媒经低温级闪蒸桶节流阀节流膨胀后进入低温级闪蒸桶再次过冷，然后流经回热器换热，再经蒸发器节流阀节流膨胀后进入到蒸发器气液分离器，在蒸发器气液分离器内液相的低温侧冷媒通过重力供液进入到蒸发器，在蒸发器内液相的低温侧冷媒吸收被冷却介质的热量后形成气液混合相，气液混合相的低温侧冷媒由蒸发器回到蒸发器气液分离器，在蒸发器气液分离器内气相的低温侧冷媒经回热器吸入到低温级压缩机进行循环。
[0026] 本申请的有益效果包括但不限于：
[0027] 本发明提供的超低温高效制冷装置及其制冷方法，具有载冷模式和复叠制冷模式，在开机初始先运行载冷模式，此时冷凝蒸发器/载冷器执行载冷器功能，由高温级压缩机对蒸发器直接进行作用，待蒸发器内被冷却介质出口的温度降低至低温制冷机组的低温侧冷媒的冷凝温度后，达到低温级压缩机运行区间，切换至复叠制冷模式。在复叠制冷模式下，由低温级压缩机直接作用于蒸发器。通过以上手段避免了由于高压缩机和低温级压缩机所处温区不同而导致在直接启动时会出现低温级压缩机无法正常启动或者低温级压缩机因启动所带来的压缩机损伤、寿命缩短等问题。进一步的，本发明提供的超低温高效制冷装置中冷凝蒸发器/载冷器采用满液式冷凝换热及蒸发方式，换热效率高，不仅能保证制冷装置稳定高效，也极大的提高了制冷装置的极限运行能力。
附图说明
[0028] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0029] 图1为本发明涉及的超低温高效制冷装置的示意图；
[0030] 图2为本发明涉及的超低温高效制冷装置的示意图（实线标识走向为载冷模式下的冷媒走向）；
[0031] 图3为本发明涉及的超低温高效制冷装置的示意图（实线标识走向为复叠制冷模式下的冷媒走向）；
[0032] 图4为卧式U型管式气液分离器其中一角度的立体图；
[0033] 图5为卧式U型管式气液分离器另一角度的立体图；
[0034] 图中，100、高温制冷机组；110、高温级压缩机；120、冷凝器；130、高温级闪蒸桶节流阀；140、高温级闪蒸桶；150、高温级气液分离器节流阀；160、高温级气液分离器；170、高温级油分离器；
[0035] 200、低温制冷机组；210、低温级压缩机；220、预冷器；230、低温级闪蒸桶节流阀；240、低温级闪蒸桶；250、回热器；260、蒸发器节流阀；270、蒸发器气液分离器；280、蒸发器；
290、低温级油分离器；
[0036] 300、冷凝蒸发器/载冷器；310、载冷回气管路；311、载冷回气电磁阀；320、载冷落液管路；321、载冷/复叠切换阀。
[0037] 、壳体；410、壳体工质进口；420、壳体气相工质进口；430、壳体气相工质出口。
具体实施方式
[0038] 在以下内容中将会对本发明进行进一步的详细描述。但是需要指出的是，以下的具体实施方式仅仅以示例性的方式给出本发明的具体操作实例，但是本发明的保护范围不仅限于此。本发明的保护范围仅仅由权利要求书所限定。本领域技术人员能够显而易见地想到，可以在本发明权利要求书限定的保护范围之内对本发明所述的实施方式进行各种其它的改良和替换，并且仍然能够实现相同的技术效果，达到本发明的最终技术目的。
[0039] 如图1中所示，本发明提供的超低温高效制冷装置，包括通过冷凝蒸发器/载冷器300、蒸发器气液分离器270进行耦合的高温制冷机组100和低温制冷机组200，所述冷凝蒸发器/载冷器300为满液式换热器，所述冷凝蒸发器/载冷器300安装在蒸发器气液分离器
270的上方。
[0040] 如图1中上部虚线框内所示，所述高温制冷机组100包括高温级压缩机110、冷凝器120、高温级闪蒸桶节流阀130、高温级闪蒸桶140、高温级气液分离器节流阀150、高温级气液分离器160，所述高温级气液分离器160安装在冷凝蒸发器/载冷器300的上方，所述高温级压缩机110的工质出口经冷凝器120、高温级闪蒸桶节流阀130与高温级闪蒸桶140的低温工质进口相连，高温级闪蒸桶140的第一低温工质出口与高温级气液分离器160的第一工质进口相连，高温级气液分离器160的气相工质出口与高温级压缩机的工质进口相连，高温级气液分离器160的液相工质出口与冷凝蒸发器/载冷器300的液相工质进口相连，冷凝蒸发器/载冷器300的气相工质出口与高温级气液分离器160的气相工质进口相连。
[0041] 冷凝蒸发器/载冷器300的气相工质进口通过载冷回气管路310与蒸发器气液分离器的第一气相工质出口相连，载冷回气管路310上设置载冷回气电磁阀311；冷凝蒸发器/载冷器300的液相工质出口与载冷/复叠切换阀321的进口连接，载冷/复叠切换阀321的第一个出口通过载冷落液管路320与蒸发器气液分离器270的第一工质进口相连，蒸发器气液分离器270的第一工质进口和第一气相工质出口均位于蒸发器气液分离器270的上部。
[0042] 如图1中下部虚线框内所示，所述低温制冷机组200包括低温级压缩机210、预冷器220、低温级闪蒸桶节流阀230、低温级闪蒸桶240、回热器250、蒸发器节流阀260、蒸发器
280，所述蒸发器280位于蒸发器气液分离器270的下方，所述低温级压缩机210的工质出口经预冷器220与高温级闪蒸桶140的高温工质进口相连，高温级闪蒸桶140的高温工质出口与冷凝蒸发器/载冷器300的高温工质进口相连，低温级闪蒸桶240的工质进口与载冷/复叠切换阀321的第二个出口相连，低温级闪蒸桶240的第一工质出口与回热器250的第一工质进口相连，回热器250的第一工质出口与蒸发器气液分离器的第二工质进口相连，蒸发器气液分离器的第二气相工质出口与回热器250的第二工质进口相连，回热器250的第二工质出口与低温级压缩机210的工质进口相连；
[0043] 蒸发器气液分离器270的液相工质出口与蒸发器280的液相工质进口相连，蒸发器280的气相工质出口与蒸发器气液分离器的气相工质进口相连。
[0044] 本发明提供的基于上述超低温高效制冷装置的制冷方法，包括依次运行的载冷模式和复叠制冷模式，其中，如图2中所示，载冷模式包括以下步骤：
[0045] （1.1）将载冷回气电磁阀311打开使载冷回气管路310导通，并调节载冷/复叠切换阀321使载冷落液管路320导通、使冷凝蒸发器/载冷器300与低温级闪蒸桶240之间的连接关停；同时，开启高温级压缩机110，高温侧冷媒经过高温级压缩机110压缩后经过冷凝器120冷凝，然后经高温级闪蒸桶节流阀130节流膨胀后进入到高温级闪蒸桶140过冷，经高温级闪蒸桶140过冷后的高温侧冷媒经过高温级气液分离器节流阀150节流膨胀，然后进入到高温级气液分离器160，分离得到的液相高温侧冷媒进入到冷凝蒸发器/载冷器300，在冷凝蒸发器/载冷器300内液相高温侧冷媒吸热蒸发变为气相后重新进入到高温级气液分离器
160，气相的高温侧冷媒吸入到高温级压缩机110进行循环；
[0046] 蒸发器气液分离器270内的气相低温侧冷媒因比重小能通过载冷回气管路310进入冷凝蒸发器/载冷器300，放出热量变为液相后靠重力通过载冷落液管路320重新进入到蒸发器气液分离器270；在载冷模式下，被冷却介质即进入蒸发器280，能够使被冷却介质逐级降温，具体的，在蒸发器气液分离器270内液相的低温侧冷媒通过重力供液进入到蒸发器280，在蒸发器280内液相的低温侧冷媒吸收被冷却介质的热量后形成气液混合相，气液混合相的低温侧冷媒由蒸发器280回到蒸发器气液分离器270。
[0047] （1.2）待蒸发器内被冷却介质出口的温度降低至低温制冷机组的低温侧冷媒的冷凝温度后，将载冷回气电磁阀311关闭使载冷回气管路310关停，并调节载冷/复叠切换阀321使载冷落液管路320关停、使冷凝蒸发器/载冷器300与低温级闪蒸桶240之间的连接导通，如此结束载冷模式，并开始运行复叠制冷模式。
[0048] 例如，当低温制冷机组200采用R‑23制冷剂（氟利昂23）作为冷媒时，达到R‑23的冷凝温度‑23℃后切换复叠制冷模式。
[0049] 如图3中所示，复叠制冷模式包括如下步骤：
[0050] 低温侧冷媒经过低温级压缩机210压缩后经过预冷器220排出部分显热，然后进入高温级闪蒸桶140与高温侧冷媒换热冷却后进入冷凝蒸发器/载冷器300，在冷凝蒸发器/载冷器300内低温侧冷媒被高温侧冷媒吸收热量后变为液相，液相的低温侧冷媒经低温级闪蒸桶节流阀230节流膨胀后进入低温级闪蒸桶240再次过冷，然后流经回热器250换热，再经蒸发器节流阀260节流膨胀后进入到蒸发器气液分离器270，在蒸发器气液分离器270内液相的低温侧冷媒通过重力供液进入到蒸发器280，在蒸发器280内液相的低温侧冷媒吸收被冷却介质的热量后形成气液混合相，气液混合相的低温侧冷媒由蒸发器280回到蒸发器气液分离器。在蒸发器气液分离器270内气相的低温侧冷媒经回热器250吸入到低温级压缩机210进行循环，蒸发器280可以实现满液式蒸发。
[0051] 回热器的作用是对向蒸发器气液分离器270供液的液相低温侧冷媒进一步过冷，对从蒸发器气液分离器270排出的气相低温侧冷媒回气进一步过热，来提升制冷装置的整体能效，在低温工况下效果更加明显。
[0052] 低温侧冷媒通过高温级闪蒸桶能对气相的低温侧冷媒排气进一步过冷，降低冷凝蒸发器/载冷器的负荷，进而降低高温级压缩机的功耗。
[0053] 机组关闭时，先关闭低温级压缩机210，关闭高温级压缩机110。
[0054] 本发明提供的超低温高效制冷装置及制冷方法，在开机初始先运行载冷模式，此时冷凝蒸发器/载冷器300执行载冷器功能，由高温级压缩机110对蒸发器280直接进行作用，待蒸发器280内被冷却介质出口的温度降低至低温制冷机组的低温侧冷媒的冷凝温度后，达到低温级压缩机210运行区间，切换至复叠制冷模式。在复叠制冷模式下，由低温级压缩机210直接作用于蒸发器280。通过以上手段避免了由于高压缩机和低温级压缩机210所处温区不同而导致在直接启动时会出现低温级压缩机210无法正常启动或者低温级压缩机因启动所带来的压缩机损伤、寿命缩短等问题。
[0055] 而且，本发明提供的超低温高效制冷装置中冷凝蒸发器/载冷器300采用满液式冷凝换热及蒸发方式，换热效率高，不仅能保证制冷装置稳定高效，也极大的提高了制冷装置的极限运行能力。
[0056] 具体的，满液式冷凝蒸发器/载冷器300采用板式换热器，其结构包括依次排列的板片，相邻的板片之间形成冷热介质的换热通道。
[0057] 进一步的，高温制冷机组100还包括设置在高温级压缩机110与冷凝器120之间的高温级油分离器170，低温制冷机组200还包括设置在低温级压缩机210与预冷器220之间的低温级油分离器290，以将混合在冷媒蒸汽中的润滑油分离出来。
[0058] 更进一步的，高温级气液分离器160、蒸发器气液分离器270均采用卧式U型管式气液分离器，在加长分离长度的同时，还能把分离器的体积做到更小。具体的，如图4及图5中所示，卧式U型管式气液分离器的结构包括U形的壳体400，壳体工质进口410设置在壳体的第一端端部；壳体气相工质进口420靠近壳体的第一端，壳体气相工质进口420内插设有弯管，弯管的上端口伸入壳体内；壳体气相工质出口430设置在壳体的顶部，并且靠近壳体的第二端；壳体液相工质出口440设置在壳体的底部，并且靠近壳体的第二端。
[0059] 例如，高温级气液分离器160的第一工质进口设置在壳体的第一端端部，气相工质出口设置在靠近壳体第二端的壳体顶部，液相工质出口设置在靠近壳体第二端的壳体底部，气相工质进口靠近壳体的第一端。
[0060] 进一步的，所述载冷/复叠切换阀321采用电动三通阀，方便控制载冷和复叠制冷模式的切换。
[0061] 进一步的，高温级闪蒸桶的第二低温工质出口与高温级压缩机的工质进口相连，低温级闪蒸桶的第二工质出口与低温级压缩机的工质进口相连，使气相进入压缩机的中压进气口。
[0062] 需要说明的是本发明申请中，高温工质和低温工质中所述高温和低温是相对换热器内进行换热的两种介质的相对温度而言。
[0063] 上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
[0064] 本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
