[發明專利]帶有雙后冷卻器的氦氣壓縮機

有效

• 申請號: 201680074092.5
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN108474370B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: R.B.斯隆;R.C.龍斯沃思
• 申請（專利權）人: 住友(SHI)美國低溫研究有限公司
• 主分類號: F04B39/06
• 分類號: F04B39/06;F04C29/04;F04C29/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄧雪萌

油潤滑的氦氣壓縮機系統位于環境空氣溫度在15℃到30℃之間的室內環境中。該系統包括壓縮機、接收壓縮的氦氣和油的混合物且通過分離的端口排放氦氣和油的壓縮機內部或外部的分離器、用于實現氦氣和油的冷卻的水冷卻后冷卻器、用于實現氦氣和油的冷卻的空氣冷卻后冷卻器，空氣冷卻后冷卻器包括換熱器和風扇，兩個冷卻器串聯連接，從氦氣排放端口延伸且通過水冷卻后冷卻器和空氣冷卻后冷卻器的第一管線，氦氣由水冷卻后冷卻器和空氣冷卻后冷卻器中的一個或兩個冷卻；以及從油排放端口延伸通過兩個冷卻器的第二管線。

技術領域

本發明大體上涉及用于以吉福德-麥克馬洪(Gifford McMahon)(GM)和布雷頓(Brayton)循環操作的低溫制冷系統的氦氣壓縮機單元。更具體而言，本發明涉及如果供水或供氣存在堵塞在水冷卻與空氣冷卻之間提供冗余的雙后冷卻器。

背景技術

授予McMahon等人的美國專利號2,906,101中描述了GM循環制冷機的操作的基本原理。GM循環制冷機由壓縮機構成，壓縮機將排放壓力下的氣體供應到入口閥，入口閥允許氣體通過再生器進入膨脹空間，在冷端換熱器內絕熱地使氣體膨脹，在該處，其從受冷卻的物體接收熱，然后將低壓下的氣體通過再生器和出口閥返回壓縮機。GM循環已經成為小型商用制冷機中產生低溫溫度的主要手段，主要是因為其可利用批量生產的油潤滑的空調壓縮機來以最低成本建造可靠、長壽命的制冷機。盡管氦氣由設計的制冷劑替代，但GM循環制冷機在空調壓縮機的設計極限內的壓力和功率輸入下操作良好。通常，GM制冷機在大約2MPa的高壓和大約0.8MPa的低壓下操作。GM制冷機中的冷膨脹機通常由5m到20m長的氣體管線從壓縮機分開。膨脹機和壓縮機通常安裝在室內，且壓縮機通常由水冷卻，最常見的是由水冷卻器單元循環的水。安裝在室內的空氣冷卻壓縮機通常由空調空氣冷卻，空調空氣在15℃到30℃的溫度范圍中。

以Brayton循環操作以產生制冷的系統由將排放壓力下的氣體供應到換熱器的壓縮機構成，由此允許氣體從換熱器通過入口閥進入膨脹空間，絕熱地使氣體膨脹，通過出口閥內排放膨脹氣體(其更冷)，將冷氣體循環通過受冷卻的負載，然后使其在低壓下通過換熱器回到壓縮機。在低溫下操作的Brayton循環制冷機還可設計成利用用于GM循環制冷機的相同壓縮機操作。

不利地，設計成用于空調服務的壓縮機在壓縮氦氣時需要附加冷卻，因為包括氦氣的單原子氣體在壓縮時比標準制冷劑變得更熱得多。美國專利號7,674,099描述了使由Copeland Corp.制造的渦旋壓縮機適于將油連同氦氣一起注入渦管中的手段，使得大約2%的排量用于泵送油。大約70%的壓縮的熱在熱油中離開壓縮機，而余下的在熱氦氣中。

Copeland壓縮機水平地定向，且需要外部散裝油分離器來從氦氣除去大部分油。廣泛用于壓縮氦氣的另一個渦旋壓縮機由Hitachi Inc.制造。Hitachi壓縮機垂直地定向，且使氦氣和油通過壓縮機的頂部處的分離的端口直接地進入渦管，且將其排放到壓縮機的殼內。大部分油與殼內的氦氣分離，且在底部附近流出殼，同時氦氣在頂部附近流出。使用Copeland和Hitachi渦旋壓縮機的氦氣壓縮機系統在一個或多個后冷卻器中具有用于氦氣和油的分離的通道。熱從油和氦氣傳遞至空氣或水。冷卻的油返回到壓縮機，而冷卻的氦氣在流到膨脹機之前通過第二油分離器和吸附器。美國專利號7,674,099將后冷卻器8示為由水冷卻的單個換熱器。這是用于在冷凍水可用的室內操作的氦氣壓縮機系統的典型布置。一些氦氣壓縮機系統具有位于室內的空氣冷卻后冷卻器，但其將額外的熱負載置于空調系統上，所以更通常的是具有安裝在室外的空氣冷卻后冷卻器，其與壓縮機整體結合或與壓縮機分離。美國專利號8,978,400示出了帶有Hitachi渦旋壓縮機的布置，其具有在室外由空氣冷卻的油冷卻器，且所有其它帶有氦氣的室內構件通過空氣或水冷卻。如'400專利中所述，將具有氦氣的所有構件保持在室內的空調環境(其中溫度在15℃到30℃)中最大程度地減小從熱油演變的污染物，且延長了最終的吸附器的壽命。