披露了一种用于液化流体的装置，该装置包括待冷却的流体回路(3)，该装置(1)包括与该待冷却的流体回路(3)热交换的热交换器组件(6，7，8，9，10，11，12，13)、与该热交换器组件(6，7，8，9，10，11，12，13)的至少一部分热交换的至少一个第一冷却系统(20)，该第一冷却系统(20)是具有用于制冷主要包含氦气的循环气体的循环的制冷机，所述制冷机(20)包括在循环回路(14)中串联的以下部件：用于压缩该循环气体的机构(15)、至少一个用于冷却该循环气体的构件(16，5，6，8，10，12)、用于使该循环气体膨胀的机构(17)以及至少一个用于再加热经膨胀的循环气体的构件(13，12，11，10，9，8，7，6，5)，其中该压缩机构包括由离心压缩机组件(15)构成的串联的至少四个压缩级(15)，这些压缩级(15)安装在由电机组件(18)驱动旋转的轴(19，190)上，该膨胀机构包括由一组向心涡轮机(17)构成的串联的至少三个膨胀级，该至少一个用于冷却该循环气体的构件(16，5，6，8，10，12)构造成在这些涡轮机(17)中的至少一个的出口处冷却该循环气体，并且其中这些涡轮机(17)中的至少一个与至少一个压缩级(15)联接到同一个轴(19)，以便将在膨胀期间产生的机械功供给该压缩级(15)。在膨胀期间产生的机械功供给该压缩级(15)。在膨胀期间产生的机械功供给该压缩级(15)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于液化诸如氢气和/或氦气的流体的装置和方法
[0001]本专利技术涉及用于液化诸如氢气和/或氦气的流体的装置和方法。
[0002]本专利技术更特别地涉及一种用于液化诸如氢气和/或氦气的流体的装置，该装置包括用于待冷却流体的回路，该回路具有旨在连接到气态流体源的上游端和旨在连接到用于收集液化的流体的构件的下游端，该装置包括与该用于待冷却流体的回路处于热交换关系的一个或多个热交换器的组件，该装置包括与该一个或多个热交换器的组件的至少一部分处于热交换关系的至少一个第一冷却系统，该第一冷却系统是对主要包含氦气的循环气体进行制冷循环的制冷机，所述制冷机包括串联设置在循环回路中的以下部件：用于压缩该循环气体的机构、至少一个用于冷却该循环气体的构件、用于使该循环气体膨胀的机构以及至少一个用于加热经膨胀的循环气体的构件，其中该压缩机构包括由一个或多个离心型压缩机的组件构成的串联的至少四个压缩级，这些压缩级安装在由一个或多个电机的组件驱动旋转的轴上，该膨胀机构包括由向心型涡轮机的组件构成的串联的至少三个膨胀级。
[0003]现有技术中用于液化氢气(H2)的解决方案结合了循环压缩机，其获得相对低的等温效率(约60％至65％)并具有相对有限的体积容量，但是投资成本相当高并且维护成本高。
[0004]文献EP 3368630 A1描述了已知的用于液化氢气的方法。
[0005]本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺陷中的全部或一些缺陷。
[0006]为此，根据本专利技术的、在其他方面也符合以上前序部分中给出的一般定义的装置的实质性特征在于，该至少一个用于冷却循环气体的构件构造成在涡轮机中的至少一个的出口处冷却该循环气体，并且其中涡轮机中的至少一个与至少一个压缩级联接到同一个轴上，以便将在膨胀期间产生的机械功供应到压缩级。
[0007]因此，与旨在经由体积型循环压缩机达到显著压缩率的现有技术方法相比，本专利技术使用离心压缩，这使得尽管压缩率相对低，但仍然能够获得显著更高的等温效率(例如，大于70％且典型地接近75％
‑
80％)。
[0008]另外，与现有技术相比，本专利技术使得能够主动回收膨胀功，尤其是在80K与20K之间的循环气体的膨胀功，从而增加设备的效率。
[0009]优选地，循环气体的压缩是整体离心式的，并且使用主要包含氦气或由纯氦构成的循环流体。这使得能够有利地使用这种类型的压缩机和直接连接到压缩站的涡轮机的膨胀功的机械集成。
[0010]此外，本专利技术的实施例可以具有以下特征中的一个或多个：
[0011]‑
该压缩机构仅包括离心型压缩机，
[0012]‑
该至少一个用于冷却循环气体的构件包括设置在涡轮机中的至少一些的出口处的一个或多个热交换器的组件，
[0013]‑
该装置包括用于冷却循环气体的系统，诸如热交换器，该系统设置在沿着循环气体的循环方向串联的除最后一个涡轮机之外的涡轮机中的至少一些的出口处，
[0014]‑
沿着循环气体的循环方向，串联的至少两个涡轮机分别联接到压缩级，按其串联设置的相反顺序考虑，也就是说，例如，至少一个涡轮机联接到位于联接到在循环回路中在
其之前的另一个涡轮机的压缩级上游的压缩级，
[0015]‑
将联接到压缩级的至少一个涡轮机的工作压力调节到包括与所述至少一个涡轮机联接的压缩级的压缩机的工作压力，也就是说进入涡轮机的循环气体的压力与同所述至少一个涡轮机联接的压缩机的入口压力相差不超过40％且优选不超过30％或20％，
[0016]‑
涡轮机和压缩级与同一个轴的机械联接构造成确保联接的涡轮机和压缩级的相同的转速，
[0017]‑
该装置包括比其包括的涡轮机多的压缩级，每个涡轮机与单个相应的压缩级联接到由相应的电机驱动的同一个轴，未联接到涡轮机的其他压缩级仅安装在由单独的相应电机驱动的旋转轴上，
[0018]‑
联接到涡轮机上的压缩级和未联接到涡轮机上的压缩级在循环回路中串联地交替，
[0019]‑
该装置包括十六个压缩级和八个涡轮机、或十二个压缩级和六个涡轮机、或八个压缩级和四个涡轮机、或六个压缩级和三个涡轮机、或四个压缩级和三个涡轮机，
[0020]‑
该循环回路包括回流管，该回流管具有连接到涡轮机中的一个的出口的第一端和连接到除第一压缩级之外的压缩级中的一个的入口的第二端，用于使循环气体流的一部分以压缩机构入口处的低压与压缩机构出口处的较高压之间的中间压力水平回流到压缩机构，
[0021]‑
该回流管与该至少一个用于冷却循环气体的构件和/或该用于加热经膨胀的循环气体的构件处于热交换关系，
[0022]‑
该循环回路包括用于循环气体流的局部旁通管，该局部旁通管具有连接到涡轮机上游的第一端和连接到位于下游的另一涡轮机的入口的第二端，所述旁通管构造成将循环气体流的一部分直接传递到最冷的下游涡轮机的入口，
[0023]‑
该一个或多个热交换器的组件包括多个串联设置的热交换器，并且其中循环回路的两个单独部分同时以逆流操作进行循环，分别用于冷却和加热循环气体，所述多个热交换器形成用于冷却循环气体的构件和用于加热循环气体的构件，
[0024]‑
该装置包括与一个或多个热交换器的组件的至少一部分处于热交换关系的第二冷却系统，所述第二冷却系统包括用于诸如液氮或制冷剂混合物的传热流体的回路，
[0025]‑
该循环气体由氦气或包含至少50％氦气的混合物构成，
[0026]‑
该循环回路包括在涡轮机中的至少一个的入口处的入口导流叶片(“IGV”)，该入口导流叶片构造成将流体的流量调节到确定的操作点，
[0027]‑
涡轮机的工作压力分别设定为与所述涡轮机联接的压缩机的工作压力，使得进入涡轮机的循环气体的压力与同所述涡轮机联接的串联的两个压缩机的出口压力相差不超过30％且优选不超过20％。
[0028]本专利技术还涉及一种用于使用根据上文或下文特征中的任一个的装置生产低温氢气、尤其是液化氢的方法，其中用于压缩循环气体的机构的入口处的循环气体的压力处于两巴绝对压力与四十巴绝对压力之间，并且尤其地处于八巴绝对压力与三十五巴绝对压力之间。
[0029]本专利技术还可以涉及包括权利要求范围内的上文或下文特征的任何组合的任何替代性的装置或方法。
[0030]通过阅读以下参照附图给出的描述，进一步的特定特征和优点将变得显而易见，在附图中：
[0031][图1]示出了展示本专利技术的第一可能示例性实施例的结构和操作的示意性局部视图，
[0032][图2]示出了展示本专利技术的第二可能示例性实施例的结构和操作的示意性局部视图，
[0033][图3]示出了展示本专利技术的第三可能示例性实施例的结构和操作的示意性局部视图，
[0034][图4]示出了展示本专利技术的第四可能示例性实施例的结构和操作的示意性局部视图，
[003本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于液化诸如氢气和/或氦气的流体的装置，该装置包括用于待冷却流体的回路(3)，该回路具有旨在连接到气态流体源(2)的上游端和旨在连接到用于收集液化的流体的构件(4)的下游端(23)，该装置(1)包括与该用于待冷却流体的回路(3)处于热交换关系的一个或多个热交换器(6，7，8，9，10，11，12，13)的组件，该装置(1)包括与该一个或多个热交换器(6，7，8，9，10，11，12，13)的组件的至少一部分处于热交换关系的至少一个第一冷却系统(20)，该第一冷却系统(20)是对主要包含氦气的循环气体进行制冷循环的制冷机，所述制冷机(20)包括串联设置在循环回路(14)中的以下部件：用于压缩该循环气体的机构(15)、至少一个用于冷却该循环气体的构件(16，5，6，8，10，12)、用于使该循环气体膨胀的机构(17)以及至少一个用于加热经膨胀的循环气体的构件(13，12，11，10，9，8，7，6，5)，其中该压缩机构包括由一个或多个离心型压缩机(15)的组件构成的串联的至少四个压缩级(15)，这些压缩级(15)安装在由一个或多个电机(18)的组件驱动旋转的轴(19，190)上，该膨胀机构包括由向心型多个涡轮机(17)的组件构成的串联的至少三个膨胀级，该至少一个用于冷却该循环气体的构件(16，5，6，8，10，12)构造成在这些涡轮机(17)中的至少一个的出口处冷却该循环气体，并且其中这些涡轮机(17)中的至少一个与至少一个压缩级(15)联接到同一个轴(19)，以便将在膨胀期间产生的机械功供应到该压缩级(15)。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该压缩机构仅包括离心型压缩机(15)。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该至少一个用于冷却该循环气体的构件包括设置在这些涡轮机(17)中的至少一些的出口处的一个或多个热交换器(8，10，12)的组件。4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，该装置包括用于冷却该循环气体的系统(8，10，12)，诸如热交换器，该系统设置在沿着该循环气体的循环方向串联的除最后一个涡轮机(17)之外的涡轮机(17)中的至少一些的出口处。5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，沿着该循环气体的循环方向，串联的至少两个涡轮机(17)分别联接到压缩级(15)，按其串联设置的相反顺序考虑，也就是说，例如，至少一个涡轮机(17)联接到位于联接到在该循环回路(14)中在其之前的另一个涡轮机(17)的压缩级(15)上游的压缩级(15)。6.如权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，将联接到压缩级(15)的至少一个涡轮机(17)的工作压力调节到包括与所述至少一个涡轮机联接的该压缩级的压缩机(15)的工作压力，也就是说进入该涡轮机(17)的循环气体的压力与同所述至少一个涡轮机联接的压缩机(15)的入口压力相差不超过40％且优选不超过30％或20％。7.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，该涡轮机(17)和该压缩级(15)与同一...
【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔，
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：
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