制品冷却方法及其使用的设备技术

本发明专利技术涉及制品（Ｐ）的冷却方法，其包括Ｎ个按顺序排列的吸附／解吸周期（１００，２００，３００），每个周期包括如下阶段，其在于：在一蒸发器（１０３，２０３，３０３）中从一冷凝器（１０１，２０１，３０１）使液相制冷流体减压，以蒸发至少一部分所述制冷流体，在至少一内装沸石吸附剂（Ｚ）的吸附／解吸室（１２０，２２０，３２０）中吸附所述汽相制冷流体，以使所述蒸发器中的其余一部分所述制冷流体冷却到预定的低温，所述低温从一周期到下一周期逐渐减小。所述方法还包括如下阶段，其在于：每次在一周期的蒸发器（１０３，２０３）中的制冷流体和下一周期的冷凝器（２０１，３０１）中的制冷流体之间进行Ｎ－１次热交换，以冷凝所述冷凝器中的制冷流体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制品冷却方法及其使用的设备。这种方法尤其可用于液化制品，例如天然气。
技术介绍
根据FR2489101，冷却方法及其使用的设备要求具有沸石(zéolithe)/水偶合的性能。但是，根据该文献，不能达到非常低的温度。公知的是汽相制品液化方法，其中，在接近正常温度和压力条件下从汽相初始状态开始，对制品进行等温压缩，直至数十甚至数百巴，然后进行等压冷却，最后进行等焓膨胀，以便达到在常压即大气压下不稳定的液相最终状态。这种方法由图3上曲线B示出，初始状态由点A示出。这种方法，例如克劳德法和林德法，尤其可液化和分离脱水空气的成分。为此，需要大型压缩机，这要消耗大量电能或机械能，即辅助电能。这种液化方法是一种直接施加于待冷却流体制品的直接转化，因此不需要任何分离的制冷流体。其缺陷是将制品压缩到超临界状态所需的能量消耗大，参与预计作用(液相)的制品比例小。这种方法温差大，能耗成本高。US5339649提出一种两阶段低温致冷器，对用于冷却超导磁体的氦进行液化。在最冷阶段，致冷流体是氦，在14至18大气压下通过加热吸收剂对其解吸。这种超临界的氦仅在焦耳-汤姆逊膨胀阀的下游进行液化。在另一阶段，制冷流体是氢和一种化学吸收剂，犹如采用LaNi5。氢仅在焦耳-汤姆逊膨胀阀的下游进行液化。每次仅有一部分流体被液化，参与致冷作用。流体在吸附室中的等容压缩，具有消耗热而不消耗辅助电能的优越性。但是，等容压缩比任何其它形式的压缩(等温压缩、绝热压缩)耗能成本高。因此，制造超临界的氦和氢需要消耗非常大的能量，其总体上与压差成正比，这影响到该机的节能效率。另外，氢的焦耳-汤姆逊膨胀仅在充分的预冷却条件下进行液化。这种预冷却通过与储备的流体氮的热交换获得。流体氮的消耗也影响到这种致冷器的节能效率。这种致冷器功率小，尺寸小，设计成装在车辆上。其由液化流体部分小引起的小产率、压缩成本、以及作为朝其传热的热源的流体氮的消耗，使之不适合功率更高的应用条件。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种冷却方法，其尤其适用于气体液化，能耗成本不太高，最终温度尤其是非常低的温度的选择余地大。本专利技术还旨在提出一种方法和设备，其适于尤其是在-80℃至-220℃的温度范围内大功率制冷，而具有良好的节能效率。本专利技术还旨在提出一种设备，确保温度下降到理想的温度，而不损害设备的整体应力，确保冷却的节能成本，确保设备安全可靠。为此，本专利技术提出一种制品冷却方法，其具有N个呈真空的按顺序排列的吸附/解吸周期，N是一个大于1的整数，每个周期具有如下阶段，其在于-在一第一压力小于汽相制冷流体的临界压力的冷凝器中提取所述流体的热，以冷凝所述制冷流体；-将所述液相制冷流体输入一第二压力小于第一压力的蒸发器，以蒸发一部分所述制冷流体，并冷却另一部分所述制冷流体，直至具有所述第二压力的所述制冷流体的蒸发温度，所述蒸发温度从一周期到下一周期逐渐减小，所述第一和第二压力在每个周期选择成，在一周期中所述蒸发温度每一次小于下一周期中在所述下一周期的第一压力下制冷流体的冷凝温度；-在所述蒸发器中在所述第二压力下使制冷流体的液体部分产生热，以蒸发所述制冷流体；-在至少一与所述蒸发器相连接且内装沸石吸附剂的吸附/解吸室中吸附所述汽相制冷流体；-在一定量的所述制冷流体被吸附到所述沸石吸附剂中之后，通过加热再生所述沸石吸附剂，以解吸所述量的汽相制冷流体；-朝所述冷凝器输送所述量的汽相制冷流体；所述方法还包括如下阶段，其在于每一次在一周期的蒸发器中的制冷流体和周期序列中下一周期的冷凝器中的制冷流体之间进行N-1次热交换，从而在所述蒸发器中进行所述热供给，且在所述冷凝器中进行所述热提取；以及通过与至少最后一个周期的蒸发器中的制冷流体的热交换冷却所述制品。沸石是一种有吸附性能的粘土，可固着许多物质，可低成本地加以使用。例如，在常温或环境温度下，它可固着水，直至其自身重量的25％以上。吸附是放热的，解吸是吸热的。在吸附水时，每千克固着的水约释出3500千焦耳的热。沸石也可按大小分类，起分子筛的作用，以便按照其分子大小的标准选择吸附的物质。在每个周期，吸附/解吸室中汽相吸附起抽吸作用，降低制冷流体的分压力，从而改变蒸发器中相的平衡，以维持制冷流体的蒸发，这样，通过提取蒸发潜热冷却蒸发器。这种抽吸是以物理化学的方式，无需机械工作。因此，本专利技术方法仅使用少量辅助电能，以使制冷流体循环。一周期的蒸发器中提取的潜热每一次都由下一周期的冷凝器中的热提取加以补偿，这样，可冷凝冷凝器中的制冷流体。此外，这种潜热提取至少在最后一个周期用作冷却涉及的制品。再生在于加热吸附剂，以降低其吸附能力，从而解吸流体。沸石的再生温度可在每个周期选择成解吸全部或几乎全部相应的制冷流体。但是，沸石导热性能非常差，全部解吸花费时间长。因此，解吸最好局部进行，例如直至10％的比含量，以促进本专利技术方法的动态特性。因此，每个周期的制冷流体是循环的，可长时间地在闭路中运转。本专利技术方法消耗的能，即再生吸附剂的能，基本上可以热的形式即初级能的形式提供。较好的是，每个周期使用不同的制冷流体，每种制冷流体选择成，相应周期的第二压力下的蒸发温度低于前一周期使用的第一流体压力下的冷凝温度，以便可从待冷凝流体朝待蒸发流体传热。流体的选择标准同时是流体的固有特征物态改变的潜热，先是液体-蒸气然后是固体-蒸气的平衡曲线、临界温度、三态点温度，与密封材料的兼容性，可能的危险(爆炸、毒性)，以及流体/沸石吸附剂偶合的特征吸附曲线(随温度而变化的吸附百分率)，存在沸石的流体的稳定性。除去可能存在无法接受的危险的流体之后，选择那些可根据一阶段中的蒸发由下一阶段中的冷凝加以确保的原理确保级联的流体。冷却液也根据进行大而有效的吸附的沸石的能力和根据相应的吸附热加以选择。预计的吸附率可达30％(例如对于沸石13X来说，为水的总量30％，对于沸石4A来说，为水的总量20％)。解吸温度是可变化的(水对沸石4A为250℃，氮对沸石4A为70℃，水对沸石13X为90℃)。在所有情况下，吸附作用在低温下提高。吸附热的数量级为吸附的流体的蒸发潜热的1.5倍。根据本专利技术实施例，所述制冷流体选自于水(Tb＝100℃)、丁烷(Tb＝-0.5℃)、氨(Tb＝-33℃)、二氧化碳(Tb＝-37℃)、丙烷(Tb＝-42℃)、乙炔(Tb＝-84℃)、乙烷(Tb＝-88℃)、乙烯(Tb＝-103.9℃)、氙(Tb＝-108℃)、氪(Tb＝-152℃)、甲烷(Tb＝-161.6℃)、氩(Tb＝-185℃)、氮(Tb＝-195.5℃)、以及氖(Tb＝-245.92℃)，其中，Tb表示常压下的沸点。因此，所有这些流体或至少其中某些流体，在这个序列或另一序列中，可用于连续循环。例如，第一周期的制冷流体是水。较好的是，在至少一所述周期最好是在所有周期，所述制冷流体的蒸发潜热大于300kJ/kg，最好大于或等于约450kJ/kg。能量交换越大，使用高潜热流体越为合适。流体序列中一流体的最小阈值为300kJ/kg，一般数值例如约为450kJ/kg，这在甲烷液化设备中是合理的。对于可降低到较低温度的较小的设备来说，可降低这个阈值。较好的是，在至少一所述周期最好是在所有周期，蒸发器中的温度大于所述制冷流体的三本文档来自技高网...

【技术保护点】
制品（Ｐ）的冷却方法，其包括Ｎ个真空的按顺序排列的吸附／解吸周期（１００，２００，３００，４００，５００，６００），Ｎ是一大于１的整数，其特征在于，每个周期包括如下阶段：－提取一汽相制冷流体的热量，以冷凝所述制冷流体，所述汽 相制冷流体在一冷凝器（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１）中，处于一第一压力（Ｐ↓［２］）下，所述第一压力（Ｐ↓［２］）低于所述流体的临界压力，－在低于所述第一压力的一第二压力（Ｐ↓［１］）下，将所述液相制冷流体输入一蒸 发器（１０３，２０３，３０３，４０３，５０３，６０３），以蒸发一部分所述制冷流体并冷却另一部分所述制冷流体，直至处于所述第二压力下的所述制冷流体冷却至一蒸发温度（Ｔ↓［１］），所述蒸发温度从一周期到下一周期逐渐减小，所述第一和第二压力在每个周期选择成：在一周期中的所述蒸发温度（Ｔ↓［１］）每次低于下一周期中的、处于所述下一周期的第一压力下的制冷流体的冷凝温度（Ｔ↓［２］），－使在所述蒸发器中的、处于所述第二压力下的所述制冷流体的液体部分产生热，以蒸发所述制冷流体， －在与所述蒸发器相连接的、且装纳沸石吸附剂（Ｚ）的至少一吸附／解吸室（１２０，２２０，３２０，４２１－４２３，５２１－５２３，６２１－６２３）中，吸附所述汽相制冷流体，－在一定量的所述制冷流体被吸附到所述沸石吸附剂中之后，通过加 热再生所述沸石吸附剂，以解吸所述数量的汽相制冷流体，－朝所述冷凝器输送所述数量的汽相制冷流体，所述方法还包括如下阶段：每次在一周期的蒸发器（１０３，２０３，４０３，５０３）中的制冷流体和周期序列中下一周期的冷凝器（２ ０１，３０１，５０１，６０１）中的制冷流体之间进行Ｎ－１次热交换，以便由此实现所述蒸发器中的所述供热、和所述冷凝器中的所述热提取，以及通过与至少在最后一周期的蒸发器（３０３，６０３）中的制冷流体的热交换冷却所述制品。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔米沙尔斯基，皮埃尔古尔默朗，克洛德布莱扎特，
申请(专利权)人：气体运输技术公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]