[发明专利]用于低温冷却/液化的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温冷却/液化方法和设备。

本发明尤其可涉及一种液化方法和设备以及依靠氦气工作的制冷方法和设备。

本发明更具体地涉及一种使用包括设有压缩站和冷箱的工作回路的制冷器/液化器对工作流体、尤其是包含氦或者由纯氦组成的工作流体进行低温冷却/液化的方法，所述制冷器/液化器使所述工作回路中的工作气体经历一循环，所述循环依次包括：所述工作流体在所述压缩站中的压缩，所述工作流体在所述冷箱中的冷却和膨胀，以及所述工作流体的再热以使其能够返回所述压缩站，所述压缩站包括一个或若干压缩级，每个压缩级均使用安装在轴承上的一个或若干压缩机。

背景技术

在低温（例如低于80K或低于20K）下工作的制冷器或液化器通常使用经历包括压缩、膨胀、冷却和再热的工作循环的工作流体（例如氦气）。这些设备通常需要若干级来压缩工作气体。每个压缩级均使用一个或多个压缩机叶轮。一个示例是离心式压缩机。

在压缩站中，工作气体在旋转件与固定件之间的接口处的泄漏不可避免。尤其是当工作气体为氦气时，在支承压缩机叶轮的轴的轴承处观察到相对明显的气体泄漏。为了限制相对昂贵的工作气体的这种损失，已知惯用诸如形成用于气体的迷宫的密封垫、油密封件、浮动环密封件、气体密封件等部件来限制在各压缩级的各轴承处的泄漏。

除了这些设备增加了安装成本以外，这些公知系统并非总是最佳地适于冷却器/液化器技术。

此外，必然不允许压缩站的机构中存在的油（通过与氦气混合或者通过增加水分和/或轻质烃）污染工作气体。这是因为引入工作回路中的这种杂质可在低温下形成堵塞和导致设备破裂。

本发明的目的是减少上述现有技术中存在的全部或一部分缺点。

发明内容

为此，对于在以上前言中给出的本发明的一般定义的其它方面，根据本发明的方法的主要特征在于所述制冷器包括一装置，所述装置用于将与所述工作流体不同的阻隔（barrage）气体喷射到一个或多个压缩机的至少一个轴承中，以形成将源自所述工作回路的泄漏的工作流体引向用于使它们再循环和返回所述工作回路的区域的气体屏障。

此外，本发明的一些实施方式可包括以下一个或若干特征：

-用于喷射所述阻隔气体的装置形成气体屏障，以防止泄漏的工作流体流向所述压缩站的至少一个所谓的被污染区域——所述区域是所述压缩站的含油机构——或者未相对于大气被密封的区域，

-将所述阻隔气体以比所述工作回路中的工作流体在安装在所述轴承上的所述压缩机处的压力低的压力喷射到至少一个轴承中，

-所述阻隔气体包含氮气或者由纯氮气组成，

-用于喷射所述阻隔气体的装置包括至少一个阻隔气体喷射位置以及至少一个出口，所述至少一个出口用于收集包含所喷射的阻隔气体和源自所述泄漏的工作流体的混合物，

-所述制冷器/液化器包括气体净化部件，所述气体净化部件具有用于待净化的气体的入口和用于经净化的气体的出口，所述净化部件的出口在所述压缩站的出口处流体连接至所述工作回路，并且由所述至少一个出口收集的工作流体和阻隔气体的混合物的至少一部分被重新喷射到所述净化部件的入口中，使得所述混合物的至少一部分能够被净化然后在所述压缩站的出口处被重新喷射到所述工作回路中，

-所述净化部件的入口被供给与所述回路的所述工作流体不同的气体，也就是说，所述工作回路属于“开”式，

-由所述至少一个出口收集的工作流体和阻隔气体的混合物的至少一部分在所述压缩站的入口处和/或在中间压缩级处和/或在所述压缩站的出口处被重新喷射到所述工作回路中，

-所述工作循环被称为“闭式”循环并且包括气体净化部件，所述气体净化部件具有仅被供给源自所述工作回路的工作气体的、用于待净化的气体的入口，以及用于供给所述冷箱的经净化的气体的出口，

-所述制冷器/液化器包括气体净化部件，所述气体净化部件具有用于待净化的气体的入口和用于经净化的气体的出口，所述净化部件的出口在通向所述压缩站的入口处流体连接至所述工作回路，并且由所述至少一个出口收集的工作流体和阻隔气体的混合物的至少一部分被重新喷射到所述净化部件的入口中，使得所述混合物的至少一部分能够被净化然后在所述压缩站的入口处被重新喷射到所述工作回路中，