[发明专利]制冷和/或液化装置以及对应的方法

权利要求书

1.一种用于包含氦气或由纯氦气组成的工作气体的制冷和/或液化的装置，所述装置包括用于所述工作气体的、形式为环路的工作回路并且相继包括：

-配备有至少一个压缩机(11，12)的工作气体压缩站(1)，

-冷箱(2)，所述冷箱用于冷却所述工作气体并且包括串联设置的多个热交换器(5)和用于使所述工作气体膨胀的至少一个部件(7)，

-用于经冷却的工作气体与使用物(10)之间的热交换系统(14)，

-至少一个返回管道(9)，所述返回管道使已从热交换系统(14)通过的工作气体返回至所述压缩站(1)，所述返回管道(9)包括用于将所述工作气体加温的至少一个交换器(5)，所述装置还包括用于在所述压缩站(2)的出口处预冷却所述工作气体的附加系统，所述预冷却系统包括诸如液氮的辅助低温流体的容积(3)，所述容积(3)经由至少一个热交换器与所述工作回路连接以便选择性地将冷能从辅助流体转移到工作气体，所述冷箱(2)包括第一工作气体冷却级，该第一工作气体冷却级包括在所述压缩站(1)的出口处既串联连接又并联连接至所述工作回路的第一热交换器(5)和第二热交换器(15)，也就是说，离开所述压缩站(2)的工作气体能被选择性地容许进入所述第一热交换器(5)和/或所述第二热交换器(15)，所述第一冷却级还包括选择性地与所述辅助流体进行热交换的第三热交换器(25)，

所述装置的特征在于，所述第三热交换器(25)与所述第一热交换器(5)和所述第二热交换器(15)既串联连接又并联连接，也就是说，离开所述第一热交换器(5)和/或所述第二热交换器(15)的气体被选择性地容许进入所述第三热交换器(25)，并且所述工作回路包括回收管道(125)，所述回收管道安装有至少一个阀(225)且将所述第三热交换器(25)的出口与所述第二热交换器(15)连接以便选择性地允许冷能从离开所述第三热交换器(25)的所述工作气体向所述第二热交换器(15)的转移。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述第一热交换器(5)、所述第二热交换器(15)和所述第三热交换器(25)之中的至少一者是铝制板翅式交换器。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第三热交换器(25)是至少部分地浸在所述辅助流体的容积(3)中的热交换器。

4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第三热交换器(25)是远离所述容积(3)并经由包括至少一个给送管道(13)的线路被选择性地给送辅助流体的交换器。

5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于排出气化的辅助气体的管道(225)，所述管道将所述容积(3)的上端经由所述第二热交换器(15)中的通路与远程回收系统连接，以便选择性地将冷能从气化的气态辅助流体转移到工作气体。

6.如权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，在所述第三热交换器(25)的出口处，所述工作回路包括被分为两个并置管路的限制部分，所述两个管路的其中一个构成所述回收管道(125)，所述部分包括阀组(225，44)以确保两个并置管路之间的选择性分配。

7.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，在经过所述第三热交换器(25)之后，所述回收管道(125)向下游与所述冷箱(2)的工作回路连接以继续冷却所述工作气体。

8.一种使用如权利要求1至7中任一项所述的用于工作气体的制冷和/或液化的装置来冷却使用物(10)的方法，其中，经由所述热交换系统(14)来冷却所述使用物(10)。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括预冷却具有在120K到400K之间的初始温度的所述使用物(10)的步骤，在该步骤中通过在所述第一热交换器(5)中、继而在所述第二热交换器(15)中、继而在所述第三热交换器(25)中的热交换来冷却离开所述压缩站(1)的所述工作气体，并且离开所述第三交换器(25)的经冷却的工作气体的至少一部分被允许向上游重新进入所述第二热交换器(15)中，并在第二热交换器中移交冷能。