[發明專利]用于冷卻工藝流的方法

有效

• 申請號: 201680052440.9
• 申請日: 2016-07-14
• 公開（公告）號: CN108027198B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: L·德克爾;A·昆迪格
• 申請（專利權）人: 林德股份公司
• 主分類號: F25J1/00
• 分類號: F25J1/00;F25J1/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 朱立鳴

描述了用輔助流冷卻工藝流的方法，其中，工藝流與輔助流之間的熱交換在第一熱交換器和第一熱交換器下游的第二熱交換器中進行。根據本發明：a)工藝流(1)被分成兩個或更多個子流(2、2a、2b)，b)可借助于相應閥門(a、b、c)來調節各子流(2、2a、2b)的流量，c)在第一熱交換器和第二熱交換器(E1、E2)中由輔助流(9、11)來僅冷卻第一子流(1)，以及d)將其他的子流(2a、2b)混合到已冷卻的第一子流(3)中，且由此形成的工藝流在第二熱交換器(E2)中被再次冷卻，其中，在分成多于兩個子流(2a、2b)的情形中，在將每個子流混合入之后，在第二熱交換器(E2)中再次對工藝流進行冷卻，e)其中，將各子流(2、2a、2b)的流量調節成，在進入第二熱交換器(E2)之時，要在第二熱交換器(E2)中冷卻的各工藝流的溫度互相間相差不超過10K，以及f)其中，調節各子流的流量的閥門(a、b、c)中的至少一個完全打開。

本發明涉及一種用輔助流來冷卻工藝流的方法，其中，在工藝流與輔助流之間的熱交換是在第一熱交換器和連接在第一熱交換器下游的第二熱交換器中進行的。

所示出的是本發明的用輔助流來冷卻工藝流的可執行的兩個實施例，例如為低溫氦和氖冷凍系統、氫和氦液化器等。此種冷凍系統和液化設備通常具有初步冷卻回路，在該初步冷卻回路中，所要冷卻的、且適當的是所要液化的工藝流由輔助流所冷卻，例如是由液氮(LN₂)冷卻。液氮構成相較而言廉價的冷凍源。它使得能夠將工藝流冷卻到低至大約80K的溫度。

工藝流在此由輔助流在兩個串聯的熱交換器中冷卻。所循環的輔助流或液氮在其被冷凍膨脹之后被分成液相段和氣相段，如參考圖1所闡述的。在液相段與所冷卻的工藝流逆流地被引導通過兩個熱交換器、從第一熱交換器到較冷的第二熱交換器的同時，氣相段僅與所冷卻的工藝流逆流地被引導通過兩個熱交換器中的第一熱交換器、即較熱的熱交換器。

顆粒加速器、熔融研究反應堆等具有相對較大體積的超導磁體和附隨的設施。必需將這些磁體從環境溫度(大約300K)冷卻到通常低于5K的操作溫度。該冷卻過程會用去數天和數周。如一開始就已經描述的，對于從大約300K到大約80K的第一冷卻階段，所需的冷凍較佳地是由廉價的液氮提供的。但是，與此同時必需不是將氮直接引導通過所要冷卻的磁體的冷卻通道，因為在接下來的冷卻到低至小于5K的溫度的冷卻階段中，存留在冷卻通道中的氮會凍結在該冷卻通道中，并堵塞該通道。出于這一原因，所執行的是液氮與所要冷卻的工藝流之間的間接熱交換。

由于它們的相對較高的效率和緊湊設計，較佳的是為此目的而使用逆流板熱交換器。然而，這些熱交換器類型易受各個通道之間過高溫度梯度的影響，并且會被過高的熱膨脹力所損壞或破壞。

特別是在上述第一冷卻階段中存在這一風險，在該第一冷卻階段中，所要冷卻的工藝流從環境溫度被冷卻到大約80K的溫度。在傳統的冷卻和液化循環的情形中，從所要冷卻的從磁體或試驗裝置中返回的低壓或中壓流在相對較長的時期內保持溫暖的，并且經由處于環境溫度的加熱器回到循環壓縮機。在該冷卻階段中，高壓流專門地由液氮以上述方式冷卻。來自液氮的蒸發熱的量大約與氮的通過飽和蒸氣至環境溫度的焓差的大小相等。在氦冷凍系統和氦液化設備的情形中，氦的焓的圖線相較而言為恒定。因此，在較溫暖的熱交換器的冷端和較冷的熱交換器的熱端之間的區域中，所要冷卻的氦工藝流與氮流之間的溫度分布在飽和氮蒸氣的水平處為其最大的。

至今，通過臨時允許熱交換器的各通道之間的最大允許溫度差的超出量來應對該問題。由于熱交換器損壞的風險，這降低了設備的操作安全性。業已提出的還有，預先蒸發液氮并將液氮至少加熱到所獲得的冷凍回路溫度以下50K的溫度，該冷凍回路溫度始自250K的溫度。但是，該過程效率不高，且相對較慢。

本發明的目的是具體描述一種用輔助流冷卻工藝流的一般類型的方法，在該方法中避免上述缺點。

實現該目的，提出一種用輔助流冷卻工藝流的一般類型的方法，該方法的特征在于：

a)將工藝流分成兩個或更多個子流；

b)每個子流分別借助于一個閥門來調節各子流的流量；