[0001] 本申请涉及超低温存储技术领域，具体涉及一种超低温存储系统。

[0002] 在现有技术中，低温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。

[0003] 但这种低温存储罐的存储时间有限，不能长期存放流体，存放流体易挥发。

[0004] 申请内容

[0005] 因此，本申请要解决的技术问题在于克服现有技术中低温存储罐的的存储时间有限、存放流体容易挥发的缺陷，从而提供一种超低温存储系统。

[0006] 为解决上述技术问题，本申请的技术方案如下：

[0007] 一种超低温存储系统，包括低温储罐和制冷主机，所述制冷主机包括储罐、泵、制冷机、低温制冷机和隔热装置；所述低温储罐包括用于存储低温介质的内壳、包裹于所述内壳外周的外壳、以及设于所述内壳内侧的供载冷剂在其内流动的换热管路；所述换热管路、所述储罐、所述泵、所述制冷机的冷端、所述低温制冷机的冷盘依次连通形成载冷剂循环回路；所述储罐用于存储所述换热管路流出的载冷剂中的气相载冷剂，所述泵为载冷剂在所述载冷剂循环回路内的流动提供动力，所述制冷机的冷端用于对经过其内部的载冷剂进行预冷，所述低温制冷机的冷盘用于对经过其内部的载冷剂进行制冷；所述制冷机和低温制冷机均设置在所述隔热装置内。

[0008] 进一步地，所述载冷剂循环回路还包括设于所述低温制冷机的冷盘和所述换热管路之间的气液分离器，所述气液分离器用于分离进入所述气液分离器内的气相载冷剂和液相载冷剂、并使分离后的液相载冷剂流入所述换热管路。

[0009] 进一步地，所述气液分离器和所述低温储罐之间连通的管路包括相互并联的第一管路和第二管路；所述第一管路连通于所述气液分离器上方和所述换热管路之间，供气相载冷剂流向所述换热管路；所述第二管路连通于所述气液分离器下方和所述换热管路之间，供液相载冷剂流向所述换热管路；所述第一管路上设有控制所述第一管路通断的第一开关阀，所述第二管路上设有控制所述第二管路通断的第二开关阀。

[0010] 进一步地，所述气液分离器、所述第一开关阀和所述第二开关阀均设于所述隔热装置内。

[0011] 进一步地，所述低温制冷机为热声制冷机，所述制冷机为压缩式制冷机、半导体制冷机、蒸汽喷射式制冷机中的任意一种。

[0012] 进一步地，还包括设于所述隔热装置内的回热器，所述回热器的冷端作用于所述储罐的入口端，所述回热器的热端作用于所述制冷机的冷端和所述低温制冷机的冷盘之间的管路上。

[0013] 进一步地，所述制冷机的冷盘和所述气液分离器之间的管路上设有用于检测载冷剂温度的温度传感器。

[0014] 进一步地，还包括与控制器，所述控制器与所述温度传感器电连接；所述控制器响应于所述温度传感器发出的温度检测信号控制超低温存储系统的启闭。

[0015] 进一步地，所述低温储罐还包括填充于所述内壳与所述外壳之间的绝热层。

[0016] 进一步地，所述换热管路呈螺旋状。

[0017] 本申请技术方案，具有如下优点：

[0018] 1.本申请提供的超低温存储系统，在低温储罐内设置换热管路，换热管路与外部的储罐、泵、制冷机的冷端、低温制冷机的冷盘连通形成载冷剂循环回路，泵驱动载冷剂在载冷剂循环回路内循环流动，制冷机的冷端对其内的载冷剂进行预冷，低温制冷机的冷盘对其内的载冷剂进行制冷，经过两次制冷后的载冷剂可以源源不断进入换热管路内，经换热管路与低温储罐中被冷却的介质进行换热，载冷剂吸热后回流经储罐和泵输送制冷机的冷端进行制冷，实现载冷剂的封闭式循环利用；如此设置可使低温储罐长期保持低温，解决低温储罐内低温介质存储时间短、存储低温介质容易挥发的问题。此外，储罐可以存储换热管路流出的载冷剂中的气相载冷剂，避免气相载冷剂进入泵内，使整个系统更为稳定；隔热装置可以减少制冷机和低温制冷机与外界的换热。

[0019] 2.本申请提供的超低温存储系统，通过在低温制冷机的冷盘和换热管路之间设置气液分离器，气液分离器可以分离载冷剂中的气相载冷剂和液相载冷剂，采用液相载冷剂向换热管路提供冷能，可以避免气相载冷剂对使用环境造成干扰、引起使用环境不稳定的问题。

[0020] 3.本申请提供的超低温存储系统，气液分离器、第一开关阀和第二开关阀均设置在隔热装置内，可以减少与外界环境的换热。

[0021] 4.本申请提供的超低温存储系统，整个制冷系统简单，控制方式简单。

[0022] 5.本申请提供的超低温存储系统，通过设置回热器，载冷剂吸热后回流经回热器的冷端吸热后经过储罐、泵、制冷机的冷端后输送至回热器的热端放热，可以在载冷剂进入低温制冷机制冷前实现载冷剂的预冷却。

[0027] 下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0028] 在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0029] 在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

[0030] 此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

[0031] 实施例一

[0032] 如图1所示的一种超低温存储系统，包括制冷主机100和应用端200，应用端200包括低温储罐1，制冷主机100包括储罐2、泵3、制冷机4、低温制冷机5和隔热装置10。其中，低温储罐1包括用于存储低温介质的内壳1－1、包裹于内壳1－1外周的外壳1－2、以及设于内壳1－1内侧的供载冷剂在其内流动的换热管路1－3。换热管路1－3、储罐2、泵3、制冷机4的冷端、低温制冷机5的冷盘依次连通形成载冷剂循环回路。储罐2用于存储换热管路1－3流出的载冷剂中的气相载冷剂，泵3为载冷剂在载冷剂循环回路内的流动提供动力，制冷机4的冷端用于对经过其内部的载冷剂进行预冷，低温制冷机5的冷盘用于对经过其内部的载冷剂进行制冷；制冷机4和低温制冷机5均设置在隔热装置9内。

[0033] 这种超低温存储系统，在低温储罐1内设置换热管路1－3，换热管路1－3与外部的储罐2、泵3、制冷机4的冷端、低温制冷机5的冷盘连通形成载冷剂循环回路，泵驱动载冷剂在载冷剂循环回路内循环流动，制冷机4的冷端对其内的载冷剂进行预冷，低温制冷机5的冷盘对其内的载冷剂进行制冷，经过两次制冷后的载冷剂可以源源不断进入换热管路1－3内，经换热管路1－3与低温储罐1中被冷却的介质进行换热，载冷剂吸热后回流经储罐2和泵3输送制冷机4的冷端进行制冷，实现载冷剂的封闭式循环利用；如此设置可使低温储罐1长期保持低温，解决低温储罐1内低温介质存储时间短、存储低温介质容易挥发的问题；此外，储罐2可以存储换热管路1－3流出的载冷剂中的气相载冷剂，避免气相载冷剂进入泵3内，使整个系统更为稳定；隔热装置9可以减少制冷机和低温制冷机与外界的换热。

[0034] 在本实施例中，载冷剂循环回路还包括连通于低温制冷机5的冷盘和换热管路1－3之间的气液分离器6，气液分离器6可以分离载冷剂中的气相载冷剂和液相载冷剂。气液分离器6的设置，可以采用液相载冷剂向换热管路1－3提供冷能，可以避免气相载冷剂对使用环境造成干扰、引起使用环境不稳定的问题。

[0035] 进一步的，气液分离器6的和低温储罐1之间连通的管路包括相互并联的第一管路6－1和第二管路6－2；第一管路6－1连通于气液分离器6上方和换热管路1－3之间，供气相载冷剂流向换热管路1－3；第二管路6－2连通于气液分离器6下方和换热管路1－3之间，供液相载冷剂流向换热管路1－3；第一管路6－1上设有控制第一管路6－1通断的第一开关阀
7－1，第二管路6－2上设有控制第二管路6－2通断的第二开关阀7－2。如此设置，可以选择性的控制气相载冷剂或液相载冷剂流向换热管路1－3。

[0036] 在本实施例中，气液分离器6、第一开关阀7－1和第二开关阀7－2均设于所述隔热装置10内，可以减少上述部件与外界环境的换热。

[0037] 在本实施例中，低温制冷机5具体为热声制冷机。热声制冷机散热端水冷、风冷方式不限，热声制冷机内循环介质不限。制冷机4为非热声制冷机，具体为压缩式制冷机、半导体制冷机、蒸汽喷射式制冷机中的任意一种。低温制冷机5的制冷温度区间低于制冷机4的制冷温度区间。

[0038] 在本实施例中，低温储罐1还包括填充于内壳1－1与外壳1－2之间的绝热层1－4，换热管路1－3位于内壳1－1内且呈螺旋状。

[0039] 在本实施例中，低温制冷机5的冷盘和气液分离器6之间的管路上设有用于检测载冷剂温度的温度传感器。超低温存储系统还包括控制器，控制器与温度传感器电连接；控制器响应于温度传感器发出的温度检测信号控制超低温存储系统的启闭。

[0040] 在本实施例中，隔热装置9内还设有回热器8，回热器8的冷端作用于所述储罐2的入口端，回热器8的热端作用于制冷机4的冷端和低温制冷机5的冷盘之间的管路上。

[0041] 这种超低温存储系统的工作过程和原理如下：

[0042] 超低温存储系统接收启动命令，先启动泵3，再启动制冷机4，然后启动热声制冷机。制冷机4的冷端产生冷量对其内的载冷剂进行预冷，热声制冷机的冷盘产生冷量对其内的载冷剂进行制冷，冷盘内的载冷剂降温后进入气液分离器6，分离后的液相载冷剂进入低温储罐1，经换热管路1－3与低温储罐1中被冷却的介质进行换热，载冷剂吸热后回流至储罐2，气相载冷剂存储在储罐2中，液相载冷剂经过泵3驱动后进入制冷机4的冷端进行预冷后进入热声制冷机的冷盘进行制冷。温度传感器检测热声制冷机冷盘输出载冷剂的温度并将温度检测信号发送至控制器，当输出载冷剂的温度达到所需温度时，控制器发出关机指示，向关闭低温制冷机5、再关闭制冷机4、最后关闭泵3。

[0043] 这种超低温存储系统的工作过程和原理如下：

[0044] 超低温存储系统接收启动命令，先启动泵3，再启动制冷机4，然后启动低温制冷机5。制冷机4的冷端产生冷量对其内的载冷剂进行预冷，低温制冷机5的冷盘产生冷量对其内的载冷剂进行制冷，冷盘内的载冷剂降温后进入气液分离器6，分离后的液相载冷剂进入低温储罐1，经换热管路1－3与低温储罐1中被冷却的介质进行换热，载冷剂吸热后流进回热器8的冷端吸热后回流至储罐2，气相载冷剂存储在储罐2中，液相载冷剂经过泵3驱动后进入制冷机4的冷端进行预冷、再经过回热器8的热端进一步被预冷、之后进入低温制冷机5的冷盘进行制冷。温度传感器检测热声制冷机冷盘输出载冷剂的温度并将温度检测信号发送至控制器，当输出载冷剂的温度达到所需温度时，控制器发出关机指示，向关闭低温制冷机
5、再关闭制冷机4、最后关闭泵3。

[0045] 这种超低温存储系统具有如下有益效果：

[0046] 其一、通过在低温储罐1内额外设置换热管路1－3，可使低温储罐1长期保持低温，增加低温储罐1内介质的存储时间，减少介质因挥发造成的浪费；

[0047] 其二、载冷剂在封闭式循环管路内循环流动，可以实现载冷剂的循环利用；

[0048] 其三、系统加入气液分离器6，采用液相载冷剂为换热管路1－3提供冷能，可以解决气相载冷剂对使用环境造成干扰、引起使用环境不稳定的问题；

[0049] 其四、加入泵3，可使整个制冷系统更为简单，控制方式也更为简单；

[0050] 其五、加入储罐2，储罐2可以暂存载冷剂循环管路中的气相载冷剂，避免气相载冷剂大量进入泵3及制冷机中对制冷系统的影响，使制冷系统更为稳定。

[0051] 其六、设置隔热装置9，将气液分离器6、制冷机4、低温制冷机5、回热器8、第一开关阀7－1、第二开关阀7－2及相关管路设置在隔热装置9内，可以减少各个部件与外界环境的热交换。

[0052] 实施例二

[0053] 如图2所示的一种超低温存储系统，与实施例1的不同之处在于，回热器8的热端作用于制冷机4的冷端和泵3之间的管路上。

[0054] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。