[发明专利]带有双后冷却器的氦气压缩机

说明书

油润滑的氦气压缩机系统位于环境空气温度在15℃到30℃之间的室内环境中。该系统包括压缩机、接收压缩的氦气和油的混合物且通过分离的端口排放氦气和油的压缩机内部或外部的分离器、用于实现氦气和油的冷却的水冷却后冷却器、用于实现氦气和油的冷却的空气冷却后冷却器，空气冷却后冷却器包括换热器和风扇，两个冷却器串联连接，从氦气排放端口延伸且通过水冷却后冷却器和空气冷却后冷却器的第一管线，氦气由水冷却后冷却器和空气冷却后冷却器中的一个或两个冷却；以及从油排放端口延伸通过两个冷却器的第二管线。

技术领域

本发明大体上涉及用于以吉福德-麦克马洪(Gifford McMahon)(GM)和布雷顿(Brayton)循环操作的低温制冷系统的氦气压缩机单元。更具体而言，本发明涉及如果供水或供气存在堵塞在水冷却与空气冷却之间提供冗余的双后冷却器。

背景技术

授予McMahon等人的美国专利号2,906,101中描述了GM循环制冷机的操作的基本原理。GM循环制冷机由压缩机构成，压缩机将排放压力下的气体供应到入口阀，入口阀允许气体通过再生器进入膨胀空间，在冷端换热器内绝热地使气体膨胀，在该处，其从受冷却的物体接收热，然后将低压下的气体通过再生器和出口阀返回压缩机。GM循环已经成为小型商用制冷机中产生低温温度的主要手段，主要是因为其可利用批量生产的油润滑的空调压缩机来以最低成本建造可靠、长寿命的制冷机。尽管氦气由设计的制冷剂替代，但GM循环制冷机在空调压缩机的设计极限内的压力和功率输入下操作良好。通常，GM制冷机在大约2MPa的高压和大约0.8MPa的低压下操作。GM制冷机中的冷膨胀机通常由5m到20m长的气体管线从压缩机分开。膨胀机和压缩机通常安装在室内，且压缩机通常由水冷却，最常见的是由水冷却器单元循环的水。安装在室内的空气冷却压缩机通常由空调空气冷却，空调空气在15℃到30℃的温度范围中。

以Brayton循环操作以产生制冷的系统由将排放压力下的气体供应到换热器的压缩机构成，由此允许气体从换热器通过入口阀进入膨胀空间，绝热地使气体膨胀，通过出口阀内排放膨胀气体(其更冷)，将冷气体循环通过受冷却的负载，然后使其在低压下通过换热器回到压缩机。在低温下操作的Brayton循环制冷机还可设计成利用用于GM循环制冷机的相同压缩机操作。

不利地，设计成用于空调服务的压缩机在压缩氦气时需要附加冷却，因为包括氦气的单原子气体在压缩时比标准制冷剂变得更热得多。美国专利号7,674,099描述了使由Copeland Corp.制造的涡旋压缩机适于将油连同氦气一起注入涡管中的手段，使得大约2%的排量用于泵送油。大约70%的压缩的热在热油中离开压缩机，而余下的在热氦气中。

Copeland压缩机水平地定向，且需要外部散装油分离器来从氦气除去大部分油。广泛用于压缩氦气的另一个涡旋压缩机由Hitachi Inc.制造。Hitachi压缩机垂直地定向，且使氦气和油通过压缩机的顶部处的分离的端口直接地进入涡管，且将其排放到压缩机的壳内。大部分油与壳内的氦气分离，且在底部附近流出壳，同时氦气在顶部附近流出。使用Copeland和Hitachi涡旋压缩机的氦气压缩机系统在一个或多个后冷却器中具有用于氦气和油的分离的通道。热从油和氦气传递至空气或水。冷却的油返回到压缩机，而冷却的氦气在流到膨胀机之前通过第二油分离器和吸附器。美国专利号7,674,099将后冷却器8示为由水冷却的单个换热器。这是用于在冷冻水可用的室内操作的氦气压缩机系统的典型布置。一些氦气压缩机系统具有位于室内的空气冷却后冷却器，但其将额外的热负载置于空调系统上，所以更通常的是具有安装在室外的空气冷却后冷却器，其与压缩机整体结合或与压缩机分离。美国专利号8,978,400示出了带有Hitachi涡旋压缩机的布置，其具有在室外由空气冷却的油冷却器，且所有其它带有氦气的室内构件通过空气或水冷却。如'400专利中所述，将具有氦气的所有构件保持在室内的空调环境(其中温度在15℃到30℃)中最大程度地减小从热油演变的污染物，且延长了最终的吸附器的寿命。