[发明专利]极低温混合制冷剂系统的冻析预防和温度控制的方法

说明书

相关申请

该申请是2006年2月7日提出的美国申请No.11/349,060题名“极低温混合制冷剂系统的冻析预防和温度控制的方法”的继续申请并且要求2006年2月7日提出的美国申请No.11/349,060的优先权(2006年2月7日提出的美国申请No.11/349,060是2006年1月13日提出的美国申请No.11/332,495的部分继续申请，而2006年1月13日提出的美国申请No.11/332,495是2002年10月28日提出的美国申请No.10/281,881的继续申请，2002年10月28日提出的美国申请No.10/281,881要求2001年10月26日提出的美国临时申请No.60/335,460的优先权)。上述申请的全部教导通过引述合并于本文中。

技术领域

本发明是关于采用一种制冷剂的节流膨胀而产生制冷效果的过程。

背景技术

当可靠密封制冷系统形成时，从20世纪初开始，制冷系统就已经存在。从那时起，制冷技术的改善已经证明其在家庭和工业中的效用。尤其，低温制冷系统在生物制药领域、低温电子元件学、涂渍操作、和半导体生产领域中提供必要的产业化功能。

有许多应用，尤其工业生产和测试应用，需要在低于183K(-90℃)温度下制冷。本发明涉及在183K至65K(-90℃至-208℃)之间温度下提供制冷。包括在该范围中的温度统称为低的、超低的和低温的。为了该应用目的，术语“极低”或“极低温”将用于意指183K至65K(-90℃至-208℃)的温度范围。

在真空条件下操作并与及低温制冷系统相结合的许多生产过程中，某加工步骤中要求快速加热。加热过程通常统称为除霜循环。加热过程使蒸发器和连接制冷剂管路加热至室温。在没有引起这些部分中空气中水分冷凝的情况下，这能够使该系统的这些部分被接入并被排放到大气中。整个除霜循环和继之恢复生成极低温度越长，生产系统的处理量就越低。在真空容器内快速除霜并且快速恢复冷凝面(蒸发器)的冷却有利于提高真空过程的处理量。

此外，有许多过程想要热制冷剂流过蒸发器一段延长时间。为该应用，我们通常称之为“烘干”操作。一种采用烘干操作的系统的实施例在美国专利No.6,843,065中找到，通过引述合并于本文中。当元件经具有较大热质的制冷剂交替加热和冷却时，烘烤操作是有利的，并且取决于温度的温度反应比约1至5分钟时间更长。在这种情况下，延长高温制冷剂的流动需要使用热导直至所有表面达到预期最小温度。此外，真空室的普通程序是容器中的表面加热至高温的模式，通常为150℃至300℃。这种高温将向容器中的所有表面辐射，包括经制冷剂冷却和加热的元件。当没有制冷剂流经元件时，将制冷剂和元件中一些剩余压缩机油接触这种高温存在制冷剂过热而使制冷剂和/或这种油随之发生分解的风险。因此，提供连续流动的高温制冷剂(通常80℃至120℃)，同时容器被加热，控制制冷剂和油的温度并预防任何可能的分解。

存在许多具有低温冷却要求的真空过程。主要利用水汽低温抽气用于真空系统。极低温表面以比水蒸汽分子被释放速率更高的速率捕获和容纳水蒸汽分子。该净效应快速并显著性降低了容器水蒸汽分压。水蒸汽低温抽气过程非常有利于电存储介质、光反射镜、零件金属化、半导体设备等真空镀膜工业中许多物理蒸汽沉积过程。该过程也用于在冷冻干燥操作中除去食品和生物制品中的湿气。

其他的应用涉及热辐射防护层。在这种应用中，较大平板被冷却至极低温度。这些冷却平板阻止真空室表面和加热器中的辐射热。这可减少被冷却至低于平板温度的表面上的热负荷。然而，另一个应用是除去人造物体上的热。在一些应用中，该物体是计算机硬盘的铝盘，用于半导体设备生产的硅片，或者一种材料如用于平板显示器的玻璃或者塑料。在这些情况下，极低温度提供了更迅速从这些物体上除去热的方法，即使工序结尾的物体最终温度可能比室温更高一些。

此外，涉及硬盘驱动器、硅片、或者平板显示器材料、或其他基体的一些应用涉及将物质沉积在这些物体上。在这种应用中，由于沉积，热从物体释放出来，并且当维持物体温度在先前描述的温度范围内时，这种热一定被除去。冷却像滚筒的表面是除去来自这种物体中的热的典型方法。在这些应用中，制冷系统和被冷却物体之间的界面被冷却在蒸发器中进行，在蒸发器中，制冷剂从极低温度的物体中除去热。极低温度的其他应用包括生物体液和组织的储藏和化学和制药过程中反应速率的控制。