專利名稱：冷卻設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于冷卻制冷負(fù)載裝置(KSlteverbraucher)的冷卻設(shè)備，具有用于壓縮在該冷卻設(shè)備中循環(huán)的制冷劑的單級(jí)或多級(jí)壓縮機(jī)、至少一個(gè)用于冷卻制冷劑的熱交換器以及至少一個(gè)用于使制冷劑進(jìn)行制冷做功減壓(kalteleistenden Entspannung)的減壓渦輪機(jī)。此外,本發(fā)明還涉及運(yùn)行冷卻設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
此類冷卻設(shè)備早已是由現(xiàn)有技術(shù)已知的；僅示例性地提及DE 10 2007 005 098。在此類冷卻設(shè)備中，借助單組分或多組分的制冷劑例如氦的蒸發(fā)產(chǎn)生恒溫的制冷能力。為此該制冷劑在一個(gè)或多個(gè)減壓渦輪機(jī)中進(jìn)行減壓。特別是在其中將氦用作制冷劑的此類冷卻設(shè)備的情況下，出現(xiàn)的負(fù)荷波動(dòng)通過(guò)電加熱器加以平衡。冷卻設(shè)備本身以其最大功率運(yùn)行。此類冷卻設(shè)備特別是在低于5K的溫度范圍內(nèi)的氦冷卻設(shè)備的負(fù)荷僅能比較緩慢地上升。即使在減壓渦輪機(jī)能夠短時(shí)間以高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，其制冷能力才能逐漸地可供使用。冷卻設(shè)備所要求的能力上升要求降低熱交換器中的溫度。該降低過(guò)程短時(shí)間消耗可供使用的渦輪機(jī)功率的相當(dāng)大的部分。在過(guò)快提高負(fù)荷的情況下，可以升高制冷負(fù)載裝置的冷卻回路中的溫度，并中斷冷卻設(shè)備的冷卻循環(huán)內(nèi)的液體的產(chǎn)生。但是，這導(dǎo)致冷卻設(shè)備的非期望的不穩(wěn)定狀態(tài)。與此相反，負(fù)荷突然消失則問(wèn)題不大。通常在此情況下失去的負(fù)荷可以通過(guò)制冷劑的液化加以補(bǔ)償。該制冷劑可以是冷卻設(shè)備的制冷劑存量的部分，或者可以在環(huán)境溫度下以氣態(tài)供應(yīng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供此類冷卻設(shè)備以及運(yùn)行冷卻設(shè)備的此類方法，其克服了上述缺點(diǎn)，特別是在(短時(shí)間)出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)的情況下能夠可靠且經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行冷卻設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)該目的，建議一種此類冷卻設(shè)備，其特征在于，該冷卻設(shè)備以如下方式分配有用于儲(chǔ)存液態(tài)制冷劑的儲(chǔ)存裝置，或者將儲(chǔ)存裝置以如下方式集成在冷卻設(shè)備中，使得可以由此至少短時(shí)間地將液態(tài)制冷劑供應(yīng)至冷卻循環(huán)中。根據(jù)本發(fā)明用于運(yùn)行冷卻設(shè)備的方法的特征在于，在超過(guò)規(guī)定的冷卻負(fù)荷值時(shí)，從儲(chǔ)存裝置供應(yīng)液態(tài)制冷劑。根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在在熱負(fù)荷快速上升的情況下，利用來(lái)自儲(chǔ)存裝置、優(yōu)選杜瓦瓶的液態(tài)制冷劑支持冷卻設(shè)備的冷卻循環(huán)。該液態(tài)制冷劑立即補(bǔ)充冷卻設(shè)備在此時(shí)刻產(chǎn)生的液體流。此外，產(chǎn)生的制冷劑蒸汽的制冷可以用于迅速調(diào)節(jié)冷卻設(shè)備的熱交換器的溫度。蒸發(fā)和加熱的制冷劑優(yōu)選在較晚的時(shí)刻在靜態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)和在較小的熱負(fù)荷下重新變成液態(tài)。根據(jù)本發(fā)明用于運(yùn)行冷卻設(shè)備的方法進(jìn)一步建議，在供應(yīng)液態(tài)制冷劑期間，節(jié)流或關(guān)閉全部或至少一個(gè)減壓渦輪機(jī)，并且額外地使由此離析(變得自由)的增壓流(壓縮流)液化。對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明用于運(yùn)行冷卻設(shè)備的方法的上述有利的實(shí)施方案，液態(tài)制冷劑的供應(yīng)量?jī)?yōu)選使得由于額外地待加熱的制冷劑的制冷能力而可以節(jié)流或關(guān)閉冷卻設(shè)備的單個(gè)減壓渦輪機(jī)，其不是經(jīng)由制冷負(fù)載裝置而是直接減壓至低壓，其在圖1所示的實(shí)施例中是減壓渦輪機(jī)X。優(yōu)選首先節(jié)流或關(guān)閉具有最高運(yùn)行溫度的膨脹渦輪機(jī)或減壓渦輪機(jī)，然后是具有第二高的運(yùn)行溫度的渦輪機(jī)等等。由此離析的壓縮流可以作為額外的流進(jìn)行液化，并送入制冷負(fù)載裝置。在一個(gè)受限的時(shí)間窗口內(nèi)，可以借助該方法產(chǎn)生制冷能力，該制冷能力超出冷卻設(shè)備的持續(xù)制冷能力高達(dá)約100%。在根據(jù)本發(fā)明的冷卻設(shè)備以及根據(jù)本發(fā)明用于運(yùn)行冷卻循環(huán)的方法中，該制冷能力不僅可以用作恒溫蒸發(fā)能力，而且可以用作加熱的單相制冷劑流。此外，為了使單相制冷劑流增強(qiáng)，可以使用一個(gè)或多個(gè)冷循環(huán)泵。
圖1所示為一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)圖1中所示的實(shí)施例更詳細(xì)地闡述根據(jù)本發(fā)明的冷卻設(shè)備、根據(jù)本發(fā)明用于運(yùn)行冷卻設(shè)備的方法及其其他有利的實(shí)施方案。在圖1中所示的用于為制冷負(fù)載裝置K提供制冷的冷卻設(shè)備具有五個(gè)熱交換器El至E5、一個(gè)單級(jí)或多級(jí)壓縮單元V、兩個(gè)減壓渦輪機(jī)X和X'、一個(gè)分離器D、一個(gè)杜瓦瓶S、五個(gè)減壓閥a至e以及連接上述部件的管路I至13。需要強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想也可以應(yīng)用于一個(gè)或多個(gè)壓縮單元和一個(gè)或多個(gè)減壓渦輪機(jī)的其他排列方式。在壓縮單元V中被壓縮至最大循環(huán)壓力的制冷劑經(jīng)由管路I通過(guò)熱交換器E1，并在其中對(duì)自身(與其自身相對(duì)地)冷卻。在制冷劑的主流經(jīng)由管路2通過(guò)熱交換器E2和E3并對(duì)自身(與其自身相對(duì)地)冷卻時(shí)，將制冷劑的一個(gè)支流經(jīng)由管路3送入第一減壓渦輪機(jī)X，并在其中進(jìn)行制冷做功減壓。經(jīng)減壓的制冷劑支流隨后經(jīng)由管路3'供應(yīng)至待加熱的制冷劑流12，下面將詳細(xì)地對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。上述制冷劑的主流2在第二減壓渦輪機(jī)X'中制冷做功減壓，隨后經(jīng)由管路4通過(guò)熱交換器E4和E5，并在其中對(duì)自身(與其自身相對(duì)地)冷卻至所期望的最低循環(huán)溫度。在通過(guò)熱交換器E5之后，將該制冷劑流經(jīng)由管路5送入以示意形式顯示的制冷負(fù)載裝置K。在制冷負(fù)載裝置K中，對(duì)制冷劑進(jìn)行確定的熱量輸入，由此導(dǎo)致制冷劑溫度顯著升高。在冷卻循環(huán)的起動(dòng)過(guò)程中，將從制冷負(fù)載裝置K排出的制冷劑經(jīng)由管路6送入分離器D。將在其塔底中產(chǎn)生的制冷劑的液態(tài)部分從分離器D經(jīng)由管路9排出，在相對(duì)于待冷卻的制冷劑4的反向流中經(jīng)由管路9通過(guò)熱交換器E5，隨后重新送至分離器D。在分離器D的頂部經(jīng)由管路10排出氣態(tài)制冷劑，送入熱交換器E4，并在其中與待冷卻的制冷劑流4相對(duì)地進(jìn)行加熱。隨后，該制冷劑流經(jīng)由管路12通過(guò)熱交換器E3、E2和E1，并在此在相對(duì)于待冷卻的制冷劑流1/2的反向流中進(jìn)行加熱。如此加熱的制冷劑從熱交換器El經(jīng)由管路13排出，重新送入壓縮單元V。在正常運(yùn)行期間，將在制冷負(fù)載裝置K中加熱的制冷劑經(jīng)由管路7送入儲(chǔ)存裝置，如圖1所示，其優(yōu)選被設(shè)計(jì)為杜瓦瓶S。從杜瓦瓶S的氣體空間經(jīng)由管路11排出氣態(tài)制冷齊U，并直接送入熱交換器E4。若現(xiàn)在在制冷負(fù)載裝置K中的熱負(fù)荷上升，則將液態(tài)制冷劑從杜瓦瓶S經(jīng)由管路8通過(guò)分離器D供應(yīng)至冷卻循環(huán)內(nèi)。該液態(tài)制冷劑8的供應(yīng)過(guò)程優(yōu)選在超過(guò)制冷負(fù)載裝置K中的規(guī)定的冷卻負(fù)荷值時(shí)才進(jìn)行。圖中所示的調(diào)節(jié)閥a至e用于調(diào)節(jié)在所屬的管路3、6、7、8和11中的制冷劑流量。借助調(diào)節(jié)閥a可以對(duì)減壓渦輪機(jī)X節(jié)流，這導(dǎo)致由此離析的壓縮流或制冷劑流可以額外地進(jìn)行液化。確定從杜瓦瓶S供應(yīng)的液態(tài)制冷劑的流量的調(diào)節(jié)閥d優(yōu)選通過(guò)在分離器D內(nèi)的液位進(jìn)行調(diào)節(jié)。在超過(guò)可調(diào)節(jié)的液位時(shí)打開(kāi)調(diào)節(jié)閥d，由此能夠從杜瓦瓶S經(jīng)由管路8供應(yīng)液態(tài)制冷劑。通常借助壓差測(cè)量控制調(diào)節(jié)閥e，而調(diào)節(jié)閥b和c優(yōu)選通過(guò)位于制冷負(fù)載裝置K的直接上游的制冷劑的壓力加以調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的冷卻設(shè)備和根據(jù)本發(fā)明用于運(yùn)行冷卻設(shè)備的方法能夠?qū)τ诙虝r(shí)間出現(xiàn)的負(fù)荷波動(dòng)迅速且可靠地作出反應(yīng)。所需要的以儲(chǔ)存裝置以及相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥的形式增加的復(fù)雜程度是有限的，并且通過(guò)所實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)加以補(bǔ)償。
權(quán)利要求
1.用于對(duì)制冷負(fù)載裝置(K)進(jìn)行冷卻的冷卻設(shè)備，其具有-用于對(duì)在該冷卻設(shè)備內(nèi)循環(huán)的制冷劑進(jìn)行壓縮的單級(jí)或多級(jí)壓縮機(jī)(V)，-至少一個(gè)用于對(duì)制冷劑進(jìn)行冷卻的熱交換器(E1、E2、…)，及 -至少一個(gè)用于使制冷劑進(jìn)行制冷做功減壓的減壓渦輪機(jī)(X、X')，其特征在于，該冷卻設(shè)備以如下方式分配有用于儲(chǔ)存液態(tài)制冷劑的儲(chǔ)存裝置或者以如下方式將該儲(chǔ)存裝置集成在該冷卻設(shè)備中，使得能夠由該儲(chǔ)存裝置至少短時(shí)間地將液態(tài)制冷劑(8)供應(yīng)至冷卻循環(huán)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的冷卻設(shè)備，其特征在于，所述儲(chǔ)存裝置是杜瓦瓶(S)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的冷卻設(shè)備，其特征在于，所述制冷劑是氦。
4.用于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的冷卻設(shè)備的方法，其特征在于，在超過(guò)規(guī)定的冷卻負(fù)荷值時(shí)，從所述儲(chǔ)存裝置供應(yīng)液態(tài)制冷劑(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，在供應(yīng)液態(tài)制冷劑(8)期間，節(jié)流或關(guān)閉全部或至少一個(gè)減壓渦輪機(jī)(X、X')，并且額外地使由此離析出來(lái)的壓縮流液化。
全文摘要
用于對(duì)制冷負(fù)載裝置(K)進(jìn)行冷卻的冷卻設(shè)備，其具有用于對(duì)在該冷卻設(shè)備內(nèi)循環(huán)的制冷劑進(jìn)行壓縮的單級(jí)或多級(jí)壓縮機(jī)(V)、至少一個(gè)用于對(duì)制冷劑進(jìn)行冷卻的熱交換器(E1、E2、…)以及至少一個(gè)用于使制冷劑進(jìn)行制冷做功減壓的減壓渦輪機(jī)(X、X′)。根據(jù)本發(fā)明，該冷卻設(shè)備以如下方式分配有用于儲(chǔ)存液態(tài)制冷劑的儲(chǔ)存裝置或者以如下方式將該儲(chǔ)存裝置集成在該冷卻設(shè)備中，使得能夠由該儲(chǔ)存裝置至少短時(shí)間地將液態(tài)制冷劑(8)供應(yīng)至冷卻循環(huán)中。
文檔編號(hào)F25B19/00GK102997478SQ20121033205
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者A·昆迪希 申請(qǐng)人:林德股份公司