[发明专利]用于在低于环境温度下分离的方法和装置

说明书

本发明涉及用于分离的方法和装置，所述分离通过在低于环境温度下 或甚至在低温(cryogenictemperature)下分离进行。分离可为通过蒸馏和/ 或通过分凝和/或通过吸收分离。用于这种分离的设施将被称为“塔”。因此， 塔可以是例如蒸馏塔和吸收塔。缩减到其最简单的表达，其可为相分离器。 或者，塔也可以是发生分凝的装置。

磁制冷依赖于使用显示出磁热效应的磁性材料。可逆的，当经受施加 外部磁场时，这种效果通过温度变化表现出来。这些材料用于其内的最佳 范围位于其居里温度(Tc)附近。这是因为在磁化上的变化越大，以及由 此在磁熵上变化越大，在温度上的变化就越大。当将材料放置在磁场中时 材料的温度上升，则认为磁热效应是直接的，当将材料放置在磁场中时材 料冷却，则认为磁热效应是间接的。在说明书的其余部分将针对直接的情 形给出，但对本领域技术人员而言，如何将其再应用到间接的情形是显而 易见的。有许多热力循环基于该原理。

常规的磁制冷循环包括i)磁化材料以增加它的温度，ii)为恒定磁场 冷却所述材料来散热，iii)将所述材料去磁以将其冷却和iv)在恒定的磁 场(通常为零磁场)中加热材料以吸收热量。

磁制冷装置采用由磁热材料制成的元件，当被磁化时其产生热量且当 被去磁时其吸收热量。他们可以采用磁热材料再生器以放大“热源”和“冷 源”之间的温度差：磁制冷从而被认为是利用活性再生的磁制冷。

使用磁热效应以向用于通过低温蒸馏分离空气的方法提供冷却是已 知的做法。

US-A-6502404描述了使用磁热效应以向用于分离空气的气体的低温 方法提供冷却(需要用以提供方法的冷冻平衡)，通常通过加压空气供给 的分离能允许操作双塔的蒸发器-冷凝器(在氮气发生器的情况下，能够 将低压塔缩减为一个简单的蒸发器)。

本发明解决从装置中的一个被认为是冷源的部位传热至所述装置的 另一个被认为是热源的部位的问题，所述装置用于在低于环境温度下通过 蒸馏和/或通过分凝和/或通过吸收分离。

人们早已知道使用同一个电路，以既为蒸馏塔的再沸器提供热又为该 同一塔的冷凝器提供千卡/时(frigories)。US-A-2916888公开了烃的蒸馏的 一个例子。

热泵是热力学装置，其允许将一定量的热量从被认为是“发射器”并被 称为“冷源”的介质(从其中取出热量)传送至被认为是“接收器”并被称为 “热源”的介质(向其供给热量)，冷源处于比热源更冷的温度。

对于这类应用，在现有技术中使用的常规循环为将制冷流体压缩-冷却 (冷凝)-膨胀-再加热(蒸发)的热力学循环。

标题为“TECHNIQUESDEL’INGENIEUR-Réfrigération magnétique[Engineeringtechniques–Magneticrefrigeration]2005”的文 件的图12显示，与常规循环相比，使用磁循环的制冷系统的性能系数提高 了2倍。

环境温度为所述方法所处于的环境空气的温度，或可选地，为与空气 温度相连接的冷却水回路的温度。

“低于环境温度”是指比环境温度低至少10℃。

US-A-4987744描述了低温蒸馏方法，其中热泵将热量从一个塔的一个 位点(其处于低温下)传送至该塔的另一个位点(其类似地处于低温下)。 热泵包括热连接到彼此的两个封闭的制冷回路，每个回路包括使用在环境 温度下的流体(空气，水)的压缩步骤和冷却步骤。

本发明的一个主题是提供一种用于在低于环境温度下或甚至在低温 下分离的方法，其中将在低于环境温度下或甚至在低温下的流体的混合物 送入包含至少一个分离塔的分离塔系统中，富含混合物的较轻组分的流体 离开系统的一个塔的顶部，富含较重组分的流体从系统的一个塔的底部取 出，其中使用磁热效应的热泵的冷源直接或间接地热连接至系统的塔的第 一区，且相同的热泵的热源直接或间接地热连接至系统的相同塔或另一塔 的第二区，第一区的最小温度低于第二区的最大温度。

根据其他任选的主题：

-第一区的气体至少部分地冷凝并可能被送回至第一区；

-第二区的液体至少部分地被蒸发并可能被送回至第二区；

-至少将来自第一或第二区的流体放置成与使用磁热效应的热泵的磁 热材料直接接触；