[发明专利]双氦气压缩机

说明书

本发明涉及用于以Gifford McMahon (GM)或Brayton循环操作的低温制冷系统的油润滑的氦气压缩机单元。本发明的目的在于通过具有歧管连接至空气冷却压缩机上的水冷却压缩机以及检测故障的传感器来提供冗余，以便如果供水或供气中存在故障，则可保持膨胀机运行。

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油润滑的氦气压缩机单元。更具体而言，本发明涉及如果一个或另一个存在故障或如果一个或另一个或两者的操作中存在系统优点在水冷却与空气冷却之间提供冗余的双压缩机。

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。

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。在低温温度下操作的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。

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，其温度通常在压缩机所设计用于的10℃到40℃的中间点。安装在室内的空气冷却压缩机通常由空调空气冷却，其在15℃到30℃的温度范围中。

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。