[发明专利]具有多组分制冷剂流体预冷的磁制冷系统

说明书

本发明，一般说来，涉及致冷，更具体而言，涉及在液化气体如氢的非常冷的温度下产生和提供的致冷。

某些气体如氖、氢和氦的液化要求产生很低温的致冷。例如，在大气压下，氖在27.1K液化，氢在20.39K液化，氦在4.21K液化。这种产生很低温致冷的费用甚高。由于诸如氖、氢和氦等流体的应用日显重要，例如在能量产生、能量传输、和电子学等等领域，因此液化这类流体的系统的任何改进都会受到很大的欢迎。产生很低温度的致冷冻系统是已知的，但这些系统只在较小的规模内才是有效的。

因此，本发明的目的是提供一种在很低温度下能有效产生和提供致冷的系统。

本发明的另一目的是提供一种改进性系统，该系统产生足以使难于液化的流体如氖、氢和氦液化和致冷。

本发明的再一目的是提供一种用于使难于液化的流体如氖、氢或氦液化的系统，该系统能在较高的生产水平下运行。

在阅读本发明说明书时，对本领域专业人员是显而易见的。上述目的和另一些目的可通过本发明能达到，本发明的一个方面为：

一种在很冷温度下提供致冷的方法，它包括：

(A)压缩多组分致冷剂流体，冷却压缩的多组分致冷剂流体以产生冷却的多组分致冷剂流体，和膨胀冷却的多组分致冷剂流体；

(B)磁化磁致冷机系统的回热器床，使回热器床升温，使工作流体通过磁致冷机系统而升温，然后使从磁致冷机系统流出的工作流体与冷却的膨胀的多组分致冷剂流体进行间接热交换，以产生冷却的工作流体；

(C)去磁回热器床，以冷却回热器床，并使冷却的工作流体通过磁致冷机系统，以在很低的温度下进一步冷却工作流体；和

(D)将很冷温度的工作流体的致冷送往热负荷。

本发明的另一方面是：

一种在很冷温度下提供致冷的设备，它包括：

(A)压缩机，多组分致冷剂流体热交换器，使流体从压缩机通到多组分致冷剂流体热交换器的装置，膨胀部件，和使流体从多组分致冷剂流体热交换器通到膨胀部件的装置；

(B)中温换热器和将流体从多组分致冷剂流体换热器通到中温换热器的装置；

(C)磁致冷机系统，包括可磁化床物料的床，磁化可磁化床物料的装置，将流体从磁致冷机系统通到中温换热器的装置，和将流体从中温换热器通到磁致冷机系统的装置；和

(D)热负荷和使来自磁致冷机系统的流体与热负荷进行热交换的装置。

本文所用的术语“多组分致冷剂流体”系指包括两种或多种物质并能产生致冷的流体。

本文所用的术语“可变负荷致冷剂”系指两组分或多组分的混合物，其比例要使这些组分的液相在混合物的始沸点和露点之间经受连续的温升变化。混合物的始沸点是这样的温度，即在给定压力下整个混合物处于液相，但添加热即会引发与液相平衡的汽相形成的温度。混合物的露点是这样的温度，即在给定压力下整个混合物处于汽相，但引出热即会引发与汽相平衡的液相形成的温度。因此，混合物始沸点和露点之间的温度区间是液相和汽相两者平衡共存的区间。在本发明的实践中，可变负荷致冷剂的始沸点和露点之间的温差一般至少为10℃，优选至少20℃，最优选至少50℃。

本文所用之术语“很冷温度”系指90K或更低的温度。

本文所用之术语“间接热交换”系指流体发生热交换关系，但流体相互之间不发生实体接触或相互混合。

本文所用的术语“直接热交换”系指通过冷体和热体接触进行的致冷冻传递。

本文所用的术语“膨胀”系指实施减压。

本文所用的术语“大气气体”系指下列之一种：氮(N₂)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氖(Ne)、二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)、氧(O₂)，氘(D₂)，氢(H₂)和氦(He)。

本文所用的术语“磁化”系指利用外部施加电场使物质感应磁性质。

本文所用的术语“热负荷”系指将一定量的热施加到具体的物体或物质上。

图1是本发明一个优选实施方案的简化图示。

图2是能用于本发明实践的活性磁回热器致冷系统图的一个实施方案的剖面图。

图3是本发明的对液化工艺气体特别有效的另一优选实施方案的简图。