低温制冷装置制造方法及图纸

提供了一种包括工作回路的低温制冷装置，该低温制冷装置旨在冷却在所述回路中循环的工作流体，该工作回路包括：以环路串联安排的压缩部分(3)、冷却部分(5，6，22，23，24，26，27)、带有阀的部分(9)、膨胀部分(10，25，28)、以及再加热部分，以使该工作流体经受包括压缩、接着冷却、接着膨胀并且接着再加热以便为新的循环作准备的回热工作循环，其中，该压缩部分包括由线性马达(1)驱动的至少一个带有线性活塞的压缩机(3，20，21)，该膨胀部分包括至少一个带有线性活塞的膨胀器(10，25，28)，所述带有阀的部分包括由线性马达线性地致动并且被控制来从该至少一个膨胀活塞供应或抽出该工作流体的至少一个调节阀(9)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低温制冷装置本专利技术涉及一种低温制冷装置。本专利技术更具体地涉及一种包括工作回路的低温制冷装置，该低温制冷装置旨在冷却在所述回路中循环的工作流体，该工作回路包括：以环路串联安排的压缩部分、冷却部分、具有阀的部分、膨胀部分、以及再加热部分，以使工作流体经受包括压缩、接着冷却、接着膨胀、并且接着再加热以便为新的循环作准备的回热工作循环。本专利技术还涉及一种包括类似的制冷装置的低温气体液化单元。对于不断改进现有低温制冷机或液化单元的关注提出了延长其使用寿命、降低最低操作温度并且提高其可靠性。尤其，免除维护操作并且逐步淘汰油的使用是特别有利的。第一种已知的解决方案涉及使用斯特林或脉冲管型的再生热动力学循环。这些再生解决方案的缺点如下。这些装置在低于30K的温度下性能较差。这与构成再生器的材料在该温度水平下的低热容量有关。此外，在这些解决方案中，将制冷机热连接至待冷却系统以及除热系统上是相对困难的。另一种解决方案涉及使用基于润滑螺杆式压缩机、逆流板式交换器和向心膨胀涡轮机的反向布雷顿(Brayton)型回热热动力学循环。然而，这种解决方案的缺点是使用油来冷却和润滑压缩机。这导致了需要在压缩之后进行循环气体脱油操作。此外，由于所使用的压缩技术并且由于压缩机水平处的泄漏，这种类型的系统的使用寿命相对较短。这种技术对于两相流体的膨胀也存在问题，并且能量效率不是最佳的。另一种解决方案涉及使用基于干式离心压缩机、逆流板式交换器和向心膨胀涡轮机的反向涡轮-布雷顿型回热热动力学循环(参见FR2924205A1)。然而，这种解决方案很难适应低的热输入，这是由于难以使所利用的涡轮机小型化。此外，由于在低温下可用气体的摩尔质量低，在离心压缩的每个阶段可达到的压缩率相对较低。此外，这样的涡轮机的制造成本相对高，并且所利用的向心机较不适于使两相流体膨胀。本专利技术的一个目的是解决现有技术的上述全部或部分缺点。为此目的，根据本专利技术的、此外与上述前言部分提供的同属定义一致的装置的主要特征在于，该压缩部分包括至少一个由线性马达驱动的带有线性活塞的压缩机，该膨胀部分包括至少一个带有线性活塞的膨胀器，所述具有阀的部分包括由线性马达致动的、并且被控制来将工作流体供应到至少一个活塞式膨胀器或从中抽出工作流体的至少一个线性类型的调节阀。另外，本专利技术的实施例可以包括以下特征中的一个或多个：-该装置包括至少一个带有线性活塞的膨胀器，该膨胀器联接至驱动至少一个带有线性活塞的压缩机的线性马达上，也就是说，至少一个线性马达联接了带有线性活塞的膨胀器以及带有线性活塞的压缩机，-该装置包括联接至驱动至少一个带有线性活塞的压缩机的线性马达上的至少一个线性类型的调节阀，也就是说，至少一个线性马达联接了带有线性活塞的压缩机以及线性类型的调节阀，-该装置包括联接至与该至少一个压缩机的马达分开的线性交流发电机上的至少一个带有线性活塞的膨胀器，也就是说，至少一个线性交流发电机联接了带有线性活塞的膨胀器与所述交流发电机，-该工作流体被冷却至4K至200K之间的温度，-该工作回路的压缩部分包括多个带有线性活塞的压缩机，-该工作回路的膨胀部分包括多个带有线性活塞的膨胀器，每个膨胀器与相应的线性类型的调节阀(9)相关联，-该工作回路包括将压缩机的高压出口连接至膨胀器的入口的高压管线，所述高压管线包括止回阀系统、用于冷却压缩气体的至少一个热交换器、以及线性类型的调节阀，-该工作回路包括将膨胀器的出口连接至压缩机的入口的低压管线，所述低压管线包括线性类型的调节阀、用于再加热膨胀气体的至少一个热交换器、以及止回阀系统，-该至少一个热交换器包括逆流热交换器，从而使在该高压和低压管线中循环的工作流体进行热交换，-该至少一个热交换器使该工作流体与以下各项中的至少一种流体进行热交换：水、空气、氮气、氦气、氢气、甲烷、氖气、氧气或氩气，-该至少一个线性类型的调节阀由其线性马达以与带有线性活塞的该膨胀器的操作频率相同的频率致动，该阀对该膨胀器控制工作流体的供应或抽出，尽管是以与该活塞式膨胀器的致动异相的方式，-该装置包括串联安排的两个带有线性活塞的压缩机，该工作回路包括经由止回阀系统来将第一压缩机的高压出口连接至第二压缩机的入口的第一高压管线，以及经由与该工作流体处于热交换的至少一个热交换器来将该第二压缩机的高压出口连接至该第一压缩机的入口的第二高压管线，具有止回阀的系统；至少一个、优选地两个线性类型的调节阀；以及至少一个、优选地两个带有线性活塞的膨胀器，该至少一个调节阀被控制来将来自这些压缩机的、并且已经与该至少一个热交换器进行热交换的流体输送至该至少一个膨胀器，并且接着将来自该至少一个膨胀器的、与该至少一个热交换器进行中间热交换的膨胀后的流体传输至这些压缩机中，-该工作回路包括被安排在至少一个调节阀的下游的相分离器，以液化在膨胀器的出口处的至少一部分工作流体并将该工作流体的液相与气相分离，-该工作回路包括用于对经液化的工作流体采样的管线以及用于将工作流体以气态形式供应到该回路或从该回路供应工作流体的管线，-该工作回路使工作流体经受选自布雷登循环、焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson)循环、克劳德(Claude)循环中的热动力学循环，-该工作回路是闭合的(或相应打开的)，也就是说，不从(或相应地从)该回路中抽出工作流体，-工作流体始终在工作回路中沿相同的方向循环，也就是说，工作流体不会多次来回穿过两个工作回路装置之间的回路的同一管线，-该制冷机将热量从用户装置(冷源)传递到热源(温度高于冷源的装置)，-该至少一个线性马达是具有柔性轴承或气体轴承或磁轴承的类型，-该至少一个带有线性活塞的压缩机是“干”型的，也就是说，不使工作流体与润滑油相接触，-该至少一个带有线性活塞的膨胀器是“干”型的，也就是说，不使工作流体与润滑油相接触，-该至少一个阀是“干”型的，也就是说，不使工作流体与润滑油相接触，-该工作流体包括氦气、氢气、氮气、甲烷、氖气、氧气、或氩气中的至少一种，-该至少一个调节阀形成活塞式膨胀器，尤其用于气态、液态或两相工作流体，-联接至带有线性活塞的压缩机的线性马达上的该至少一个带有线性活塞的膨胀器被配置成用于从该膨胀器将工作流体的膨胀所做的机械功经由所述马达的轴马达传递到该压缩机，-在该工作回路中设置至少一个分支路，以在多个膨胀器中的一个膨胀器中使一部分工作流体膨胀，-可以将在这些膨胀器之一中膨胀的全部或部分工作流体经由连接在由该低压管线确定的中间高度的返回管线返回至该一个或多个压缩机。具体地，本专利技术展现出与现有技术有关的许多优点：-与再生循环(脉冲管类型，其中工作流体在压缩机与再生器之间来回多次)相比，根据本专利技术的利用了回热式循环(工作回路形成不同结构的环路，在该环路中工作流体始终沿相同的方向循环)的装置使得能够实现非常低的温度、典型地4K，-使用带有一个或多个活塞的压缩机使得能够实现高压缩率、尤其高达每压缩级为十。与使用离心压缩机的循环相比，这种表征特征使得能够降低循环的流速并且提高循环的效率，-考虑到移动部件数量少并且系统简单，该制冷机具有高可靠性。压缩机不需要通过倍速器或万向节来传输机械动力，-该装置需要极少维护或不需要维护，-类似装置的使用寿命典型地为几十年，-根据本专利技术的回热循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括工作回路的低温制冷装置，该低温制冷装置旨在冷却在所述回路中循环的工作流体，该工作回路包括：以环路串联安排的压缩部分(3)、冷却部分(5，6，22，23，24，26，27)、具有阀的部分(9)、膨胀部分(10，25，28)、以及再加热部分，以使该工作流体经受包括压缩、接着冷却、接着膨胀并且接着再加热以便为新的循环作准备的回热式工作循环，其中，该压缩部分包括至少一个由线性马达(1)驱动的带有线性活塞的压缩机(3，20，21)，该膨胀部分包括至少一个带有线性活塞的膨胀器(10，25，28)，所述具有阀的部分包括由线性马达致动并且被控制来将该工作流体供应至该至少一个活塞式膨胀器或者从中抽出该工作流体的至少一个线性类型的调节阀(9)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.08 FR 16509621.一种包括工作回路的低温制冷装置，该低温制冷装置旨在冷却在所述回路中循环的工作流体，该工作回路包括：以环路串联安排的压缩部分(3)、冷却部分(5，6，22，23，24，26，27)、具有阀的部分(9)、膨胀部分(10，25，28)、以及再加热部分，以使该工作流体经受包括压缩、接着冷却、接着膨胀并且接着再加热以便为新的循环作准备的回热式工作循环，其中，该压缩部分包括至少一个由线性马达(1)驱动的带有线性活塞的压缩机(3，20，21)，该膨胀部分包括至少一个带有线性活塞的膨胀器(10，25，28)，所述具有阀的部分包括由线性马达致动并且被控制来将该工作流体供应至该至少一个活塞式膨胀器或者从中抽出该工作流体的至少一个线性类型的调节阀(9)。2.如权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，该制冷装置包括至少一个带有线性活塞的膨胀器(10，25，28)，该膨胀器联接至驱动至少一个带有线性活塞的压缩机(3，20，21)的线性马达(1)上，也就是说，至少一个线性马达(1)联接了带有线性活塞的膨胀器(10，25，28)以及带有线性活塞的压缩机(3，20，21)。3.如权利要求1或2所述的制冷装置，其特征在于，该制冷装置包括联接至驱动至少一个带有线性活塞的压缩机(3，20，21)的线性马达(1)上的至少一个线性类型的调节阀(9)，也就是说，至少一个线性马达(1)联接了带有线性活塞的压缩机(3，20，21)以及线性类型的调节阀(9)。4.如权利要求1至3中任一项所述的制冷装置，其特征在于，该制冷装置包括联接至与该至少一个压缩机的马达分开的线性交流发电机上的至少一个带有线性活塞的膨胀器(10，25，28)，也就是说，至少一个线性交流发电机联接了带有线性活塞的膨胀器(10，25，28)与所述交流发电机。5.如权利要求1至4中任一项所述的制冷装置，其特征在于，该工作流体被冷却至4K至200K之间的温度。6.如权利要求1至5中任一项所述的制冷装置，其特征在于，该工作回路的压缩部分(3)包括多个带有线性活塞的压缩机(3，20，21)。7.如权利要求1至6中任一项所述的制冷装置，其特征在于，该工作回路的膨胀部分(10，25，28)包括多个带有线性活塞的膨胀器(10，25，28)，每个膨胀器与相应的线性类型的调节阀(9)相关联。8.如权利要求1至7中任一项所述的制冷装置，其特征在于，该工作回路包括将压缩机(3)的高压出口连接至膨胀器(10)的入口的高压管线(11)，所述高压管线(11)包括止...

【专利技术属性】
技术研发人员：法比耶娜·迪朗，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR