低温冷却的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供使用具有由临界点压力和临界点温度确定的临界点的致冷剂以冷却物体的方法和系统。提高所述致冷剂的压力至特定压力数值之上从而以防止气阻的减少的摩尔体积提供所述致冷剂。然后，沿着一条热动力学路径热连通所述致冷剂和所述物体，以提高所述致冷剂的温度，而在热连通所述致冷剂和所述物体期间，所述热动力学路径保持上述压力大于所述临界点压力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于低温冷却的方法和系统。“低温冷却”一般是指使用液化气体，即 “冷冻剂”，冷却的过程，其可以采取冷冻或简单的急冷的方式冷却目标系统或物料。
技术介绍
有许多医疗和非医疗的应用都需要有效的冷却过程。任何冷却过程都可被视为涉 及以下四个当中一个或多个除去热负荷的基本过程蒸发、传导、辐射、对流。低温冷却技术 里其中一个难题源自蒸发的过程，而这可以利用一条小的通道里的冷却过程来说明。在蒸 发液化气体的过程中，液体转换成气体，产生巨大的膨胀；此膨胀的程度的系数级为200。 在一个直径小的系统中，此程度的膨胀一贯地会导致本领域称为“气阻”的现象。此现象可 被一支低温探针般直径幼小的管道中冷冻剂的流动所例证。一股相对大量的膨胀气体在其 膨胀之前形成，阻碍液体冷冻剂的流动。传统上用以避免气阻的技术包括限制管道的直径 大小，确保它足够大以容纳蒸发作用产生的气阻。其它复杂的低温探针和管道配置都被用 以“排出”传送管道中产生的氮气。这些设计也限制了成本效益和探针的直径大小。因此，本领域普遍需要一些经过改良用于低温冷却的方法和系统。
技术实现思路
因此，本专利技术的实施例提供了冷却一个物体的方法和系统。所述方法和系统沿着 一条永不越过所述冷冻剂的一条液_气相线的热动力学路径，改变压力/温度的特性，以避 免气阻的出现。在若干实施例中，这由保持所述冷冻剂的压力接近或大于它的临界点压力 而达到。在许多实施例中，所述冷冻剂包括氮气(N2)，尽管在其它的实施例中可以使用其它 的冷冻剂。第一组实施例提供了一种使用一种由临界点压力和临界点温度决定临界点的冷 冻剂冷却一个物体的方法。该致冷剂的压力被提高至它的临界点压力之上。随后，该冷冻 剂和该物体沿着一条热动力学路径热连通，使该冷冻剂的温度增加，而在该冷冻剂和该物 体热连通期间，该热动力学路径保持该冷冻剂的压力大于它的临界点压力。在某些情况下，所述热动力学路径可以增加所述冷冻剂的温度至环境温度。从所 述冷冻剂和所述物体的热连通中移去该冷冻剂以后，该冷冻剂的压力可以降低至环境压 力。在某些实施例中，在提高所述冷冻剂的压力至它的临界点温度之上以后和在热连通该 冷冻剂和所述物体以前，无需降低该冷冻剂的压力至它的临界点压力之下就可以降低该冷 冻剂的温度。例如，所述冷冻剂和另外的，其温度低于该冷冻剂的温度的液体冷冻剂热连通 后，该冷冻剂的温度可被降低。所述冷冻剂和所述另外的冷冻剂可以是化学上相同的，而该 另外的冷冻剂的压力也可以大体上处于环境压力。在一个实施例中，在降低所述冷冻剂的 温度时该冷冻剂的压力大体上不变。所述冷冻剂的压力被提高至它的临界点压力之上时，该冷冻剂的压力可被提高至 接近或大约等于它的临界点压力。并且，在所述冷冻剂的压力被提高至它的临界点压力之 上时，该冷冻剂的温度会接近它的临界点温度。在一个实施例中，所述冷冻剂的温度会在它 的临界点温度士 10 %范围之间。在一个实施例中，所述冷冻剂被放置在一个保温储罐内，在 该保温储罐内加热直至该保温储罐里的压力达到预定的压力时，该冷冻剂的压力可被提高 至它的临界点压力之上。第二组实施例提供了另一种使用一种由临界点压力和临界点温度决定临界点的 冷冻剂冷却一件物体的方法。该冷冻剂的压力被提高至在它的临界点压力的0. 8倍和1. 2 倍之间，且该冷冻剂的温度在它的临界点温度士 10%之间。之后，该冷冻剂的温度被降低而 无需降低该冷冻剂的压力至它的临界点压力的0. 8倍之下。随后，该冷冻剂和该物体沿着 一条热动力学路径热连通，使该冷冻剂的温度增加至环境温度，而在该冷冻剂和该物体热 连通期间，该热动力学路径保持该冷冻剂的压力大于它的临界点压力的0. 8倍。该冷冻剂 接下去从该冷冻剂和该物体的热连通中被移去，并且该冷冻剂的压力被降低至环境压力。第三组实施例提供了一种进一步使用一种由临界点压力和临界点温度决定临界 点的冷冻剂冷却一件物体的方法。该冷冻剂的压力被提高至接近它的临界点压力。随后， 该冷冻剂和该物体沿着一条热动力学路径热连通，使该冷冻剂的温度增加，而在该冷冻剂 和该物体热连通期间，该热动力学路径保持该冷冻剂的压力接近它的临界点压力。在所述 冷冻剂的压力被提高至一个提供该冷冻剂约减摩尔体积以防止气阻的特定压力数值之上， 而所述热动力学路径保持该冷冻剂的压力大于该特定压力数值之上时，该冷冻剂的压力可 被提高至接近它的临界点压力。在某些情况下，所述特定的压力在所述临界点压力的0. 8 倍和1.2倍之间。第四组实施例提供了一种使用一种由临界点压力和临界点温度决定临界点的冷 冻剂的系统。一个冷冻剂产生器用于提高该冷冻剂的压力。一个阀门位于该冷冻剂产生器 的一个出口且当该冷冻剂产生器里的压力超过一个预定的压力时适于释放该冷冻剂流。该 预定的压力大于一个提供该冷冻剂约减摩尔体积以防止气阻的特定压力数值。并且，一个 降温应用装置适于和该物体热连通。一条导管连接该阀门和该降温应用装置以从阀门输送 冷冻剂至降温应用装置。一个流量控制器用以调节该导管和该降温应用装置中的冷冻剂5流。当该冷冻剂和该物体沿着一条热动力学路径热连通时，该冷冻剂的温度增加，而在该冷 冻剂和该物体热连通期间，该热动力学路径保持该冷冻剂的压力大于该预定的压力。所述冷冻剂产生器可以包括一个其内部容量用以容纳该冷冻剂的保温储罐和一 个用以在该内部容量中加热的加热元件。在一个实施例中，所述加热元件包括一个电阻性 加热元件。一个另外的冷冻剂的液体浴可以包围连接所述阀门和所述降温应用装置的所述 导管的一部分。在一个实施例中，所述另外的冷冻剂的液体浴大体上处于环境压力。在另 一个实施例中，所述冷冻剂和所述另外的冷冻剂是化学上相同的。在某些实施例中，所述冷冻剂产生器包括多个冷冻剂产生器，所述阀门包括多个 阀门。这其中每一个冷冻剂产生器适用于提高所述冷冻剂的压力。每一个阀门位于该多个 冷冻剂产生器的当中一个的一个出口，且被配置成当该个冷冻剂产生器里的冷冻剂的压力 超过一个预定的压力时，释放该冷冻剂流。所述导管被配置成提供该多个阀门的当中一个 和所述降温应用装置之间的选择性连接。在当中某些实施例中，所述系统进一步包括一个 所述冷冻剂的液体浴，其中所述多个冷冻剂产生器布置于该液体浴中。此外，所述系统可以 进一步包括多个换热器，每一个换热器布置于所述冷冻剂的液体浴中，并且与所述多个冷 冻剂产生器的当中各自的一个和所述导管进行液体交流。此外，所述多个冷冻剂产生器的 当中的每一个还可以包括一个入口，用以从所述冷冻剂的液体浴中接收冷冻剂。所述降温 应用装置可以包括一个可卸下的喷雾控制口，在某些情况下，该喷雾控制口可以包括一个 当使用降温应用装置时，适用于释放反射的冷冻剂的出口。在一个实施例中，所述的系统进 一步包括一个适用于测量所述物体温度的温度测量装置。第五组实施例提供了一种使用一种由临界点压力和临界点温度决定临界点的致 冷剂冷却一件物体的的方法。于第一个冷冻剂产生器里该冷冻剂的压力被提高至一个提供 该冷冻剂约减摩尔体积以防止气阻的特定压力数值之上。随后，该冷冻剂自该第一个冷冻 剂产生器流出，和该物体热连通，而在该冷冻剂和该物体热连通期间，该冷冻剂的压力大于 该临界点压力。随后，于第二个冷冻剂产生器里该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
US 2004-9-27 10/952,531一种使用一种由临界点压力和临界点温度决定临界点的冷冻剂冷却一件物体的系统，其包括(a)一个用以容纳该冷冻剂的液体浴的容器；(b)布置于该液体浴中的多个冷冻剂产生器，当中每一个冷冻剂产生器包括i.一个保温储罐，其内部容量用以容纳该冷冻剂；ii.一个加热元件，用以在该容量中加热；以及iii.一个入口，用以从该冷冻剂的液体浴中选择性地接收冷冻剂。(c)多个阀门，当中每一个阀门位于该多个冷冻剂产生器的当中各自的每一个的一个出口且适于当该个冷冻剂产生器里的冷冻剂的压力超过一个预定的压力时释放该冷冻剂流，该预定的压力大于一个特定提供该冷冻剂一个约减摩尔体积以防止气封的压力数值；以及(d)一条与该多个阀门的当中的每一个进行液体交流的导管，根据该批阀门的状态，用以选择性地传导来自该多个冷冻剂产生器的液体流。2.如权利要求1所述的系统进一步包括多个换热器，当中每一个换热器布置于所述液 体浴中，并且与所述多个冷冻剂产生器的当中各自的每一个以及所述导管进行液体交流， 用以提供与流经该个冷冻剂产生器冷冻剂，流经该导管的冷冻剂换热。3.如权利要求1所述的系统，其中所述液体浴的压力大体上和环境压力相同。4.如权利要求1所述的系统，其中所述冷冻剂选自由N2，SF6，N20,He，和C02组成的一组。5.一种使用一种由临界点压力和临界点温度定义临界点的冷冻剂冷却一件物体的方 法，其包括以下步骤(a)于第一个冷冻剂产生器里提高该冷冻剂的压力至...

【专利技术属性】
技术研发人员：P利特鲁普，AV巴布金，R邓肯，S博尔达列夫，
申请(专利权)人：低温动力有限公司，
类型：发明
国别省市：US