制冷方法、以及相应的蓄冷盒及低温设备技术

本发明专利技术涉及一种制冷方法，在该制冷方法过程中，用户(1)借助于例如氦的工作气体而被供以制冷量，该工作气体是通过使该工作气体流动进入蓄冷盒(4)而被冷却的，该蓄冷盒串联地包括：至少一个具有硬焊板和凸缘的第一铝热交换器(5)、一个具有焊接板的第二热交换器(15)、以及一个具有硬焊板和凸缘的第三铝热交换器(25)，其方式为至少部分地使所述工作气体连续流动穿过该第一交换器(5)、然后穿过该第二交换器(15)、并且最后穿过该第三交换器(25)，之后所述工作气体被导向该用户(1)以便对该用户供应制冷量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种制冷和/或液化装置并且涉及一种相应的方法。其更具体地涉及一种使用诸如纯氦或含氦气态混合物的工作气体的制冷方法。已知的实践是使用闭合回路或甚至开放回路中循环的工作气体来对工业用户供应制冷量，并且使之经受总体上依赖于循环的冷却处理，该循环包括压缩、之后是膨胀和/或穿过热交换器。就此而言，已知的实践是致使工作气体在压缩后循环通过蓄冷盒，该蓄冷盒可以尤其包括膨胀涡轮和/或多个热交换器。然而，与这种设计和运行这样的低温设施相关联的难题之一来自于需要满足取决于该制冷方法是处于瞬态冷却状态或维持非常低温度的稳定状态(或者“正常运行”)的相互矛盾的要求。特别是，在稳定状态中，即，当低温设施仅使用来维持对用户供应制冷量以便将所述用户保持和稳定在预先确定的低运行温度(例如量级为80K)，就有必要使用非常高性能的交换器，典型地是硬焊(波浪形)板且有鳍片铝交换器(“硬焊铝热交换器”)，这限制了压力降和对热效率的优化。然而，这样的铝交换器确实有着某些限制，尤其是由于以下事实：它们在机械上不能承受由穿其而过的这些流体之间的陡峭的热梯度所导致的应力，尤其是当所述流体以逆流方向循环时。现在，显著的温度梯度精确地出现在瞬态状态过程中，并且尤其在冷却过程中，即，当需要使得用户从相对高的起始温度(典型地高于150K并且总体上大于或等于300K)降低到相对低的运行温度(例如量级为80K)时。当然，硬焊铝交换器需要在此瞬态状态过程中受到保护，这种瞬态状态有些时候可以持续很长的时间段，并且，在使用低温设施来冷却超导体磁体的情况下，例如，多达几十天。在已知的低温设施内，因而已经设想的是，为了符合前述要求，使得
这些设备加倍，并且尤其将使用多个液氮体积(浴)的一个或多个辅助冷却系统添加到蓄冷盒的入口上，并且提供复杂的切换回路，该切换回路允许将工作气体流通过所述辅助系统选择性地导向，以用于根据运行工况基于不同情况来修改低温设施构型的目的。尽管有这种防范措施，但已知的低温设施可能会在瞬态状态与稳定状态之间展现出不对等的性能，针对一个运行工况而言与针对另一个相比并不是很适合的。此外，所述低温设施是非常笨重并且在结构上是复杂的并且安装和维护是昂贵的。指配给本专利技术的这些目标因而目的在于克服前述缺点并且提出新的、有效的并且多功能的制冷方法，该方法使之有可能不论运行工况如何、并且借助于简单且紧凑的低温设施来实现所述低温设施的高性能的并且顺畅的冷却。指配给本专利技术的这些目标借助于一种制冷方法实现，在该方法过程中，处于称为“用户温度”的温度的用户被借助于(例如氦的)工作气体供以制冷量，该工作气体在制冷回路中被冷却，该制冷回路包括：至少一个压缩站，在该压缩站中所述工作气体被压缩；然后是至少一个蓄冷盒，在该蓄冷盒中，通过使工作气体穿过多个热交换器而将工作气体冷却；所述方法包括：冷却步骤(a)，在该步骤过程中，在冷却第一阶段(a1)过程中，由经冷却的工作气体所供应的制冷量被用来在用户温度高于150K时降低所述用户的温度；和/或冷保持步骤(b)，在该步骤过程中，由该经冷却的工作气体所供应的该制冷量被用来在该用户温度低于冷度设定点、即低于95K时保持该用户温度低于所述冷度设定点；所述方法的特征在于，分别在该冷却步骤(a)的该第一阶段(a1)过程中，和/或，在该冷保持步骤(b)过程中，该工作气体是通过使得所述工作气体循环通过蓄冷盒来冷却的，该蓄冷盒包括串联的至少一个第一硬焊板和鳍片铝热交换器、第二焊接板热交换器、以及第三硬焊板和鳍片铝热交换器，从而使得来自该压缩站的并且进入该蓄冷盒的所述工作气体流的至少1％、并且优选至少4％穿过该第二交换器，然后使得所述工作气体流的另外至少1％并且优选至少4％穿过该第三交换器，之后将所述工作气体流导向给该用户以便对其供应制冷量。有利地，通过在铝第一交换器的下游且在类似的铝第三交换器的上游
插入焊接板中间第二交换器(其优选由能够承受住这些穿过其容室交换热量的流体之间的陡峭的温度梯度的不锈钢(或优选非铝的一些其他适合的合金)制成)，并且通过迫使至少一部分、如果适合则大部分的、或甚至所有的工作气体流穿过此第二交换器，就使得该蓄冷盒、并且尤其是这些铝交换器在所有情况下都免除了热机械应力。特别是，因为第二交换器能够无损坏地承受陡峭的温度梯度，其本身可以执行对工作气体的高幅度冷却(这种幅度典型地大于或等于100K、150K或甚至200K)，这代表了工作气体所希望的温度降低的显著的份额或甚至(很大地)主要份额。通过其自身“吸收”有待接纳的大部分的温度差异来适合地冷却工作气体，第二交换器因而仅为性能更好但更脆弱的其他的交换器(第一交换器并且特别是第三交换器)留下小量的冷却剩余量(典型地少于或等于50K，或甚至少于或等于30K)去执行，明显地少于由所述第二交换器处理的的冷却量。指配给第一和第三交换器中每一者的剩余冷却量因而从不超出认为该交换器所能够耐受的温度梯度。因为第二交换器如此有效地保护第一和第三交换器来抵御热“过载”，由此改善了这些交换器的寿命和性能。这就是为什么本方法特别优良地适合于冷却相对“热的”用户，该用户在实施根据本专利技术的冷却过程的时候初始温度超出150K。此外，板和鳍片铝交换器的存在趋于保持本方法的热性能，尤其在使得工作气体在第三交换器中降到低温度时(在由第二交换器产生陡峭的温度下降之后)是如此。这种性能证明在以下状态中尤其是有利的，即，在稳定状态中，在冷保持步骤(b)过程中当执行所述方法来维持“冷的”用户状态时(其用户温度典型地低于95K并且例如量级为80K)。此外，在稳定的冷保持状态中，在通过(硬焊铝)第三交换器的最终循环以外还维持至少部分地或甚至全部工作气体流通过(焊接板)第二交换器的循环的事实意味着第二交换器能够在第三交换器的上游处理部分的冷却，这意味着有可能使用不像以前一样笨重的第三交换器。当然，通过如此使用第二交换器而变得可能的减少第三交换器的大小有助于改善蓄冷盒的紧凑度。最终，通过使用小心选择并且排序的多个热交换器并且通过提出对工作气体流通过所述交换器的简化的管理，所有交换器都使得工作气体相继穿其而过，根据本专利技术的方法证明是尤其多功能的，因为其使用尤其简单且紧凑的蓄冷盒结构而允许来对低温设施的寿命中所遭遇到的、从对用户进行冷却到使得所述用户保持在低温度(以及，如果适合的话，在冷却循环结束时对用户进行加热使其返回到环境温度)的所有这些情形加以有效的管理。实践中，根据本专利技术的方法因而有利地使之有可能组合铝交换器就热性能而言尤其在非常低的温度的优点和焊接板中间交换器的热机械稳健性。通过阅读以下说明并且研究以纯粹非限制展示方式提供的附图1，本专利技术进一步的目标、特征和优点将变得更加清晰而展现更多细节。所述图1是根据本专利技术制冷方法的实施方式的示意图。本专利技术涉及一种制冷方法，在该制冷方法过程中，处于称为“用户温度”T1的温度的用户1借助于例如氦的工作气体供以制冷量，该工作气体是在制冷回路2中冷却的。用户1可以是任何种类的要求制冷量供应的工业设施。根据实施例的优选替代形式，本方法将旨在对超导缆线供冷，例如在旨在约束等离子体的电磁体内。本方法如果适合的话可以是用于使得气体液化的方法，并且具体是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制冷方法，在该制冷方法过程中，对处于称为“用户温度”的温度(T1)的用户(1)借助于例如氦的工作气体来供以制冷量，该工作气体在制冷回路(2)中被冷却，该制冷回路包括：至少一个压缩站(3)，在该至少一个压缩站中，所述工作气体被压缩；然后是至少一个蓄冷盒(4)，在该至少一个蓄冷盒中，通过使该工作气体穿过多个热交换器(5，15，25)而将该工作气体冷却；所述方法包括：冷却步骤(a)，在该冷却步骤过程中，在冷却第一阶段(a1)过程中，由经冷却的工作气体供应的制冷量被用来在所述用户温度(T1)高于150K时降低该用户温度(T1)；和/或冷保持步骤(b)，在该冷保持步骤过程中，由经冷却的工作气体供应的制冷量被用来在该用户温度(T1)低于冷度设定点、即低于95K时保持该用户温度(T1)低于所述冷度设定点；所述方法的特征在于，分别在该冷却步骤(a)的该第一阶段(a1)过程中，和/或，在该冷保持步骤(b)过程中，该工作气体通过使所述工作气体循环通过蓄冷盒(4)被冷却，该蓄冷盒包括串联的至少第一硬焊板和鳍片铝热交换器(5)、第二焊接板热交换器(15)、以及第三硬焊板和鳍片铝热交换器(25)，从而使得进入该蓄冷盒(4)的该工作气体流的主要部分、并且优选所有部分首先穿过该第一交换器(5)，之后所有的或一些所述工作气体流穿过该第二交换器(15)、然后穿过该第三交换器(25)，并且使得来自该压缩站(3)的并且进入该蓄冷盒(4)的所述工作气体流的另外至少1％、并且优选至少4％穿过该第二交换器(15)，然后使得所述工作气体流的另外至少1％并且优选至少4％穿过该第三交换器(25)，之后将所述工作气体流导向该用户(1)以便对其供应制冷量；并且在于，在该冷却步骤(a)过程中并且更具体地，在该冷却第一阶段(a1)过程中，该工作气体流在该第二交换器(15)的上游、在第一支路(8)与第二支路(9)之间进行分配，该第一支路称为“冷却支路”，该第一支路相继穿过该第二交换器(15)和该第三交换器(25)，该第二支路称为“旁路支路”，该第二支路绕过该第二交换器(15)和该第三交换器(25)以便接下来与来自所述第三交换器(25)的工作气体流汇合。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.06 FR 13622401.一种制冷方法，在该制冷方法过程中，对处于称为“用户温度”的温度(T1)的用户(1)借助于例如氦的工作气体来供以制冷量，该工作气体在制冷回路(2)中被冷却，该制冷回路包括：至少一个压缩站(3)，在该至少一个压缩站中，所述工作气体被压缩；然后是至少一个蓄冷盒(4)，在该至少一个蓄冷盒中，通过使该工作气体穿过多个热交换器(5，15，25)而将该工作气体冷却；所述方法包括：冷却步骤(a)，在该冷却步骤过程中，在冷却第一阶段(a1)过程中，由经冷却的工作气体供应的制冷量被用来在所述用户温度(T1)高于150K时降低该用户温度(T1)；和/或冷保持步骤(b)，在该冷保持步骤过程中，由经冷却的工作气体供应的制冷量被用来在该用户温度(T1)低于冷度设定点、即低于95K时保持该用户温度(T1)低于所述冷度设定点；所述方法的特征在于，分别在该冷却步骤(a)的该第一阶段(a1)过程中，和/或，在该冷保持步骤(b)过程中，该工作气体通过使所述工作气体循环通过蓄冷盒(4)被冷却，该蓄冷盒包括串联的至少第一硬焊板和鳍片铝热交换器(5)、第二焊接板热交换器(15)、以及第三硬焊板和鳍片铝热交换器(25)，从而使得进入该蓄冷盒(4)的该工作气体流的主要部分、并且优选所有部分首先穿过该第一交换器(5)，之后所有的或一些所述工作气体流穿过该第二交换器(15)、然后穿过该第三交换器(25)，并且使得来自该压缩站(3)的并且进入该蓄冷盒(4)的所述工作气体流的至少1％、并且优选至少4％穿过该第二交换器(15)，然后使得所述工作气体流的另外至少1％并且优选至少4％穿过该第三交换器(25)，之后将所述工作气体流导向该用户(1)以便对其供应制冷量；并且在于，在该冷却步骤(a)过程中并且更具体地，在该冷却第一阶段(a1)过程中，该工作气体流在该第二交换器(15)的上游、在第一支路(8)与第二支路(9)之间进行分配，该第一支路称为“冷却支路”，该第一支路相继穿过该第二交换器(15)和该第三交换器(25)，该第二支路称为“旁路支路”，该第二支路绕过该第二交换器(15)和该第三交换器(25)以便接下来与来自所述第三交换器(25)的工作气体流汇合。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，穿过该第二交换器(15)的所有工作气体流接下来还穿过该第三交换器(25)。3.如以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，冷却步骤(a)在该初始用户温度(T1)大于或等于200K、250K、300K或甚至350K时执行。4.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，冷却步骤(a)是通过冷却第二阶段(a2)来继续，在该冷却第二阶段过程中在该冷却第一阶段(a1)过程中开始的冷却延续直至该用户温度(T1)达到该冷度...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·邦内，穆斯塔法·塔贝尼，阿兰·布里利亚，欧里安·德拉福特里，
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