[发明专利]冷却的方法和装置

说明书

本申请是1992年6月10日提交的编号为07/896，701申请的部分继续申请。

本发明涉及一种通过强制循环使传热流体沿一循环路径循环以冷却一热负荷的方法和装置。本发明尤其涉及这样一种方法和装置，在这种方法和装置中，一种致冷剂（最好以一种低温冷却的液体形式），通过接触一种饱和的气体形态的致冷剂，转变为一种饱和的液体，所述饱和液体、饱和蒸气或两者的热力能的一部分至少被用于促进传热流体的循环，而传热流体则由所述的饱和液体和/或饱和蒸汽冷却。

现有技术已提供多种冷却方法和装置，在这些方法和装置中，一种致冷剂（诸如固体或液体二氧化碳、液体氮等），被用来冷却一种热负荷和促进一传热流体的循环，这种传热流体可包含释放出的低温蒸汽或低温蒸汽与进入或离开热负荷的空气的混和物。这类装置的一个例子见美国专利3，163，022，在其中，所述的热负荷是在一隔绝的冷冻室内的易腐品。一绝热的冷冻剂室由供给管道和返回管道连结于所述的冷冻室。所述的冷冻剂室有一含有干冰的热交换器和一喷嘴，该喷嘴从该热交换器伸入到设置在供给管道内的一文杜里管型喷射器内。干冰升华为气体，该气体进入供给管道的喷射器内，然后进入冷冻室以冷却易腐品。在冷却易腐品的过程中被加热后，该气体就通过返回管道返回冷冻剂室。该返回气体经过热交换器把热量传递给干冰，此后与在喷射器内的升华气体混和。喷射器产生一个侈压区以抽吸来自冷冻室的返回气体且使之通过在冷冻剂室内的热交换器。这样，升华的气体的可用总热力能的一部分（即焓和动能的和）被用来作功使升华的气体在冷冻剂室和冷冻室之间作强制循环。同时，升华气体的冷却势能被用于冷却易腐品。

由于装置的自增压作用，冷却量和循环量是相互联系的。因此，冷却的程度和循环量必定受到限制。正如下面将要讨论的，本发明提供一种冷却方法和装置，在这种方法和装置中，与022’专利所揭示的已有技术的装置相比，所提供的冷却和冷却液的循环可单独地控制在一个较大的工作范围内。

本发明提供一种使传热流体沿着一循环路径循环以冷却一热负荷的方法。根据这种方法，一种致冷剂被装在一个压力容器内，在其中饱和液体和饱和气体是以一液-汽分界面彼此分开。该液-气分界面保持在预定的水平面上。致冷剂以不大于其饱和温度的温度输入到压力容器内且至少以饱和液体或饱和蒸汽的形式排离所述的压力容器。在致冷剂从压力容器排出后，热量从传热流体传向致冷剂，而传热流体通过所述的循环路径进行循环以使传热流体冷却所述的热负荷，由此而自身被加热，随后由排离压力容器的致冷剂冷却。传热流体的循环至少因饱和冷却剂排出后的总的可用热力的一部分被转变成循环功而得到促进。

另方面，本发明提供了一种用于冷却热负荷的装置。该装置装有一压力容器，所述的压力容器用作容纳一种致冷剂，致冷剂由饱和液体和饱和蒸汽组成，而由一个液-气分界面互相分开。压力容器有一进口用于以把不大于饱和温度的致冷剂输入压力容器内。一被加热的溢流管伸进压力容器内，使过量的饱和液体溢流到溢流管内，并被汽化以形成饱和气体。设有一使饱和致冷剂以饱和液体和饱和汽体的至少一种形态排出的排出装置。还设置一用于加热所述的被加热的溢流管的装置。此外，一装置连结于该排出装置，在饱和致冷剂排出后至少将其总的可用热力能的一部分转化为循环功，用于传热流体在循环路径中的循环。在循环路径中，传热流体冷却热负荷，自身由此被加热。

在又一方面，本发明提供一种使传热流体沿循环路径循环以冷却热负荷的装置，它有一个压力容器。所述的压力容器用于含钠由饱和液体和饱和汽体组成的一种致冷剂，饱和的液体和汽体由一液-汽界面彼此分开。压力容器有一进口，用于将不大于饱和温度的致冷剂输入压力容器内，一溢流管伸进压力容器使过量的饱和液体溢流到溢流管内。设置一排出装置用于使致冷剂以至少一种液体和蒸汽的形态从压力容器排出。一装置连结于所述的排出装置，在饱和致冷剂排出后，至少使其总的可用热力能的一部分转化为循环功用于使传热流体在循环路径中循环。在循环路径中，传热流体冷却热负荷，同时自身被加热。前述的装置由从压力容器排出的致冷剂冷却传热流体。一热交换器至少有一通路连结于溢流管。所述的热交换器的位置和结构可使热量进一步从传热流体传向已溢流到溢流管内的过量饱和液体。结果，在被由从压力容器排出的致冷剂冷却之前，传热流体先被冷却。还设有一装置，用于从溢流管抽吸过量饱和液体使之通过热交换器并把所述的过量饱和液体再输入压力容器内。