[发明专利]冷却设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于冷却制冷负载装置的冷却设备，具有：用于压缩在该冷却设备中循环的制冷剂的单级或多级压缩机、至少一个用于冷却制冷剂的热交换器以及至少一个用于使制冷剂进行制冷做功减压的减压涡轮机。此外，本发明还涉及运行冷却设备的方法。

背景技术

此类冷却设备早已是由现有技术已知的；仅示例性地提及DE 10 2007 005 098。在此类冷却设备中，借助单组分或多组分的制冷剂例如氦的蒸发产生恒温的制冷能力。为此该制冷剂在一个或多个减压涡轮机中进行减压。

特别是在其中将氦用作制冷剂的此类冷却设备的情况下，出现的负荷波动通过电加热器加以平衡。冷却设备本身以其最大功率运行。此类冷却设备特别是在低于5K的温度范围内的氦冷却设备的负荷仅能比较缓慢地上升。即使在减压涡轮机能够短时间以高负荷运转的情况下，其制冷能力才能逐渐地可供使用。冷却设备所要求的能力上升要求降低热交换器中的温度。该降低过程短时间消耗可供使用的涡轮机功率的相当大的部分。

在过快提高负荷的情况下，可以升高制冷负载装置的冷却回路中的温度，并中断冷却设备的冷却循环内的液体的产生。但是，这导致冷却设备的非期望的不稳定状态。与此相反，负荷突然消失则问题不大。通常在此情况下失去的负荷可以通过制冷剂的液化加以补偿。该制冷剂可以是冷却设备的制冷剂存量的部分，或者可以在环境温度下以气态供应。

发明内容

本发明的目的在于提供此类冷却设备以及运行冷却设备的此类方法，其克服了上述缺点，特别是在(短时间)出现负荷波动的情况下能够可靠且经济地运行冷却设备。

为了实现该目的，建议一种此类冷却设备，其特征在于，该冷却设备以如下方式分配有用于储存液态制冷剂的储存装置，或者将储存装置以如下方式集成在冷却设备中，使得可以由此至少短时间地将液态制冷剂供应至冷却循环中。

根据本发明用于运行冷却设备的方法的特征在于，在超过规定的冷却负荷值时，从储存装置供应液态制冷剂。

根据本发明，现在在热负荷快速上升的情况下，利用来自储存装置、优选杜瓦瓶的液态制冷剂支持冷却设备的冷却循环。该液态制冷剂立即补充冷却设备在此时刻产生的液体流。此外，产生的制冷剂蒸汽的制冷可以用于迅速调节冷却设备的热交换器的温度。蒸发和加热的制冷剂优选在较晚的时刻在静态的运行状态和在较小的热负荷下重新变成液态。

根据本发明用于运行冷却设备的方法进一步建议，在供应液态制冷剂期间，节流或关闭全部或至少一个减压涡轮机，并且额外地使由此离析(变得自由)的增压流(压缩流)液化。

对应于根据本发明用于运行冷却设备的方法的上述有利的实施方案，液态制冷剂的供应量优选使得由于额外地待加热的制冷剂的制冷能力而可以节流或关闭冷却设备的单个减压涡轮机，其不是经由制冷负载装置而是直接减压至低压，其在图1所示的实施例中是减压涡轮机X。优选首先节流或关闭具有最高运行温度的膨胀涡轮机或减压涡轮机，然后是具有第二高的运行温度的涡轮机等等。由此离析的压缩流可以作为额外的流进行液化，并送入制冷负载装置。在一个受限的时间窗口内，可以借助该方法产生制冷能力，该制冷能力超出冷却设备的持续制冷能力高达约100％。

在根据本发明的冷却设备以及根据本发明用于运行冷却循环的方法中，该制冷能力不仅可以用作恒温蒸发能力，而且可以用作加热的单相制冷剂流。

此外，为了使单相制冷剂流增强，可以使用一个或多个冷循环泵。

附图说明

图1所示为一个根据本发明的实施方案。

具体实施方式

下面根据图1中所示的实施例更详细地阐述根据本发明的冷却设备、根据本发明用于运行冷却设备的方法及其其他有利的实施方案。

在图1中所示的用于为制冷负载装置K提供制冷的冷却设备具有五个热交换器E1至E5、一个单级或多级压缩单元V、两个减压涡轮机X和X′、一个分离器D、一个杜瓦瓶S、五个减压阀a至e以及连接上述部件的管路1至13。需要强调的是，根据本发明的构想也可以应用于一个或多个压缩单元和一个或多个减压涡轮机的其他排列方式。

在压缩单元V中被压缩至最大循环压力的制冷剂经由管路1通过热交换器E1，并在其中对自身(与其自身相对地)冷却。在制冷剂的主流经由管路2通过热交换器E2和E3并对自身(与其自身相对地)冷却时，将制冷剂的一个支流经由管路3送入第一减压涡轮机X，并在其中进行制冷做功减压。经减压的制冷剂支流随后经由管路3′供应至待加热的制冷剂流12，下面将详细地对其进行说明。