[发明专利]制冷方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷装置和方法。

本发明尤其涉及一种低温制冷装置和方法，在该装置和方法中，具有低摩尔质量的气体（例如氢气或氦气）被用作制冷流体，以便获得非常低的制冷温度（例如，对于氦气而言是4.5K）。在30K及以下的温度下制冷一般需要使用诸如氦气等的制冷剂。氦气在环路或回路的热端被压缩，然后在环路的冷部（冷箱）被冷却和膨胀。制冷剂的主要部分通过交换被加热且在压缩级中再循环。在一些应用中，工作气体的一部分可能被液化。

背景技术

氦气液化/制冷循环的压缩一般使用一个或多个压缩机器的级（压缩机），其中该压缩机带有润滑螺杆，其后是油分离系统。

如果有必要包含几个制冷器，则各个制冷器都被连接到其自身的压缩站。根据所需的速率，各压缩级可被分为几个并行的压缩机。主要的油管理和冷却系统可由几个压缩机共用，或者各个压缩机分别具有一油管理和冷却系统。

低摩尔质量气体在被压缩和与油分离之后在冷箱的低温膨胀涡轮中被冷却和膨胀，从而获得所需的温度。未被制冷器/液化器用户使用的冷量然后被传递到处于高压的工作流体，以便在热交换机中冷却这些工作流体。回路中的低压和中压下的工作气体返回到压缩机的入口。

对于大型的制冷系统（例如大于20kW，等价于4.5k）而言，需要使用连接到同一待冷却对象的并行的数个单独的制冷器。待冷却对象的波动的热负载导致压缩站的压缩机上的输出的波动。压缩站（设备、集成和安装）的成本与装置的总成本相比较高。

制冷循环（其产生冷量）传统上在各个制冷器中是封闭的。也就是说，进入到冷箱中的工作流体的循环输出主要来源于同一冷箱。另一方面，这些循环输出在待冷却对象处是“开式的”或者组合的（由各制冷器施加的工作流体输出由待冷却对象共享，然后经由各自的输送系统返回到各个制冷器）。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种借助于数个并行设置的制冷器/液化器对一对象进行制冷的制冷方法和装置，其解决上述问题中的全部或一部分。尤其是，本发明的一个目的可以是提出一种冷却方法和装置，该冷却方法和装置比已知系统更便宜和/或更紧凑和/或更有效和/或使用更灵活。

为此，同一对象的制冷装置包括数个并行设置的制冷器/液化器，并行的制冷器/液化器使用性质相同、具有低摩尔质量、也就是说平均总摩尔质量小于10g/mol的工作气体，诸如纯氦气，各个制冷器/液化器包括用于压缩工作气体的压缩站，意在冷却从压缩站排出的工作气体的冷箱，由所述制冷器/液化器的各个冷箱中的每一者冷却的工作气体与对象进行热交换以向对象供应冷量，其中，单一压缩站压缩用于并行设置的制冷器/液化器的各个单独的冷箱中的每一者的工作气体，所述单一压缩站仅包括润滑螺杆式压缩机和用于从压缩机出口处的工作流体中除油的脱油/除油系统，从而压缩机和脱油系统被并行设置的制冷器/液化器共用。

本发明尤其涉及其中工作气体在从冷箱排出时被冷却到接近其液化温度的低温温度的制冷/液化。

此外，本发明的实施例可包括一个或多个下述特征：

-单一压缩站包括多个压缩机，所述多个压缩机限定用于工作流体的数个压力水平，

-通过串联的一个或多个压缩机或者通过并行设置的数个压缩机实现从一个压力水平到下一个较高的压力水平的转变，

-通过并行设置的两个压缩机实现从至少一个压力水平到下一个较高的压力水平的转变，脱油系统设置在所述两个压缩机的出口处，所述脱油系统包括由所述并行设置的两个压缩机共用的单个脱油部件，或者分别分配给所述并行设置的两个压缩机的两个脱油部件，

-所述装置包括至少一个最终脱油系统，所述最终脱油系统设置在最后的压缩级的出口处，也就是说，在向冷箱供应流体的流体连接部件之前，

-所述装置包括至少一个交换器，所述交换器用于冷却压缩机下游的工作流体，

-所述装置包括三个压缩机，所述三个压缩机限定压缩站的入口处的流体的压力水平之上的三个递增的压力水平，第一压缩机和第二压缩机串联设置且在其各自的流体出口处限定分别称为“低压”和“高压”的压力水平，第三压缩机在其入口处被供给来自于冷箱的处于所谓的“中压”压力水平的流体，所述中压压力水平介于低压水平和高压水平之间，第三压缩机也在其流体出口处限定“高压”压力水平，

-所述装置包括与第二压缩机并行设置的第四压缩机，所述第四压缩机的出口连接到第三压缩机的入口，

-第三压缩机和第二压缩机的出口连接到限定同一高压水平的公共位置，