Un método para operar un refrigerador criogénico que proporciona la oportunidad de intervenir a tiempo,

antes de que se produzca el fallo, mejorando de este modo la fiabilidad de la provisión de la refrigeración, en el que se monitoriza la concentración de contaminante aguas abajo de un compresor (1) pero aguas arriba del refrigerador criogénico, y se utiliza la velocidad de cambio de la concentración de contaminantes para calcular el momento de dar el servicio

Operación de un refrigerador criogénico usando una monitorización de contaminantes en línea.

Campo técnico

Esta invención se refiere generalmente a la refrigeración a baja temperatura o criogénica y, más particularmente, al funcionamiento de un refrigerador criogénico.

Técnica anterior

Los refrigeradores criogénicos se emplean para generar refrigeración y para proporcionar esa refrigeración para aplicaciones tales como la superconductividad a alta temperatura, y las imágenes por resonancia magnética. El fallo del refrigerador criogénico puede tener unas consecuencias graves para tales sistemas de aplicación. Es deseable por tanto operar a un refrigerador criogénico de manera que se evite el fallo del refrigerador criogénico mientras esté en línea.

Por consiguiente, es un objeto de esta invención proporcionar un método para operar un refrigerador criogénico de manera que se reduzca o elimine la probabilidad del fallo del refrigerador criogénico mientras esté en línea y proporciona una refrigeración crítica a una aplicación tal como un sistema de imágenes por resonancia magnética o una aplicación de superconductividad a alta temperatura.

Resumen de la invención

Se alcanzan el anterior y otros objetos, que resultarán obvios para los expertos en la técnica al leer esta descripción, mediante la presente invención, la cual es:

Un método para operar un refrigerador criogénico que comprende:

(A) comprimir un gas de trabajo usando un compresor y hacer pasar el gas de trabajo a un refrigerador criogénico que tiene un regenerador en comunicación de flujo con un tubo amortiguador térmico;

(B) monitorizar la concentración de contaminantes del gas de trabajo entre el compresor y el regenerador del refrigerador criogénico para determinar la velocidad de cambio de la concentración de contaminantes en el gas de trabajo;

(C) emplear el valor determinado de la velocidad de cambio de la concentración de contaminantes en el gas de trabajo para calcular un tiempo de servicio; y

(D) dar servicio al refrigerador criogénico si el tiempo de servicio calculado es menor que un valor predeterminado.

Tal como se usa aquí, el término "contaminante" significa uno o varios de los siguientes: dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrógeno; nitrógeno, oxígeno, argón, hidrocarburo(s), y humedad.

Tal como se usa aquí, el término "tiempo de servicio" significa el tiempo remanente antes de que la formación de contaminante(s) dentro de un refrigerador criogénico degrade el funcionamiento del refrigerador criogénico de tal manera que la refrigeración que se genera por el refrigerador criogénico esté por debajo de un mínimo predeterminado.

Tal como se usa aquí, el término "regenerador" significa un dispositivo térmico en forma de una masa o medio poroso distribuido, tal como esferas, mallas apiladas, hojas metálicas perforadas, y dispositivos análogos, con buena capacidad térmica para enfriar el gas caliente que llega y para calentar el gas frío que retorna a través de una transferencia de calor indirecta con la masa porosa distribuida.

Tal como se usa aquí, el término "tubo amortiguador térmico" significa un componente del refrigerador criogénico separado del regenerador y próximo al intercambiador de calor frío y que presenta un rango de temperaturas desde la más fría a la temperatura de rechazo de calor más caliente para esa etapa.

Tal como se usa aquí, el término "intercambio de calor indirecto" significa la aportación de fluidos a la relación de intercambio de calor sin contacto físico o entremezclado alguno de los fluidos entre sí.

Tal como se usa aquí, el término "intercambio de calor directo" significa la transferencia de refrigeración mediante el contacto de las entidades de refrigeración y de calentamiento.

Tal como se usa aquí, el término "válvula de modulación de frecuencia" significa una válvula o sistema de válvulas que genera una presión oscilante y un flujo de masas a una frecuencia deseada.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una representación esquemática de una realización preferida de un sistema de refrigerador criogénico que se puede emplear en la práctica de esta invención.

La Figura 2 es un gráfico de contaminantes de línea de base, que muestra la disminución del nivel de contaminantes dentro del fluido de trabajo en el extremo caliente a partir de su nivel inicial debido a la congelación de alguno de los contaminantes.

Las Figuras 3 a 6 son gráficos que representan el nivel de contaminantes con el tiempo en diferentes circunstancias del refrigerador criogénico.

La Figura 7 muestra el efecto de la migración de contaminantes al intercambiador de calor frío y finalmente al enderezador de flujo en el extremo frío del tubo amortiguador del refrigerador criogénico.

Descripción detallada

En general, la invención es un método para operar un refrigerador criogénico usando la monitorización en línea de la contaminación del gas de trabajo aguas abajo del generador de onda de presión pero aguas arriba del regenerador como una herramienta de diagnóstico para proporcionar un aviso anticipado del fallo de un refrigerador criogénico antes de que se comprometa el funcionamiento de la aplicación que recibe la refrigeración del refrigerador criogénico.

La Figura 1 ilustra una realización preferida de un refrigerador criogénico que se beneficiará de la práctica de esta invención. Haciendo referencia a continuación a la Figura 1, el gas de trabajo del refrigerador criogénico, tal como helio, neón, argón, y mezclas de los mismos, siendo preferible el helio, es comprimido en un compresor 1, el cual puede ser lubricado por aceite. El gas de trabajo comprimido, si procediera de un compresor lubricado por aceite, se hace pasar por la línea 10 al filtro o filtros coalescente(s) 2 que forma(n) parte del tren de eliminación de aceite, el cual incluye también el separador por adsorción 3 y el filtro de ultrafinos 4. El gas de trabajo comprimido pasa del filtro coalescente 2 al separador por adsorción 3 de la línea 11, y desde el separador por adsorción 3 al filtro de ultrafinos (4) de la línea 12.

El filtro coalescente 2 elimina las gotitas y la niebla de aceite, y el lecho del separador por adsorción 3 elimina el vapor de aceite. El filtro de ultrafinos (4) elimina todas las micropartículas remanentes y la niebla de aceite extrafina. Al término del tren de eliminación de aceite, las impurezas relacionadas con el aceite o nivel de contaminación del gas de trabajo en la línea 13 será inferior a 1 ppbv. Los materiales típicos para el lecho 3 por adsorción podrían ser una zeolita, un carbono activo y alúmina. El calor de la compresión se elimina del gas de trabajo en un postenfriador 5, el cual puede situarse en cualquier lugar entre la válvula 15 de modulación de frecuencia y la línea 11 de descarga del compresor. La válvula 15 de modulación de frecuencia conecta la descarga 14 limpia o aspiración 19 del compresor con la línea 18 para producir las oscilaciones necesarias a fin de impulsar la cabeza fría. La válvula es accionada por un sistema motorizado (no representado). La frecuencia de funcionamiento del puede ser hasta el intervalo de 50 a 60 hertzios, aunque típicamente es inferior a 30 hertzios, preferiblemente inferior a 10 hertzios, y más preferiblemente inferior a 5 hertzios.

El gas de trabajo pulsatorio aplica un impulso al extremo caliente del regenerador 20 con lo cual genera un gas de trabajo oscilante e inicia la primera parte de la secuencia del tubo de impulsos. El gas de trabajo caliente comprimido es enfriado, preferentemente por intercambio de calor indirecto con el fluido 22 de transferencia de calor en el intercambiador de calor 21, para producir un fluido de transferencia de calor calentado en la corriente 23 y para enfriar el gas de trabajo comprimido de la compresión de calor. Los ejemplos de fluidos útiles como fluido 22, 23 de transferencia de calor en la práctica de esta invención incluyen agua, aire, etilenglicol y análogos.

El regenerador 20 contiene unos medios de regenerador o transferencia de calor. Los ejemplos de medios de transferencia de calor adecuados en la práctica de esta invención incluyen bolas de acero, malla de alambre, estructuras de colmena de alta densidad, metales expandidos, bolas de plomo, cobre y sus aleaciones, complejos de elemento(s) de tierras raras y metales de...

1. Un método para operar un refrigerador criogénico que comprende:

(A) comprimir un gas de trabajo usando un compresor y hacer pasar el gas de trabajo a un refrigerador criogénico que tiene un regenerador en comunicación de flujo con un tubo amortiguador térmico;

(B) monitorizar la concentración de contaminantes del gas de trabajo entre el compresor y el regenerador del refrigerador criogénico para determinar la velocidad de cambio de la concentración de contaminantes en el gas de trabajo;

(C) emplear el valor determinado de la velocidad de cambio de la concentración de contaminantes en el gas de trabajo para calcular un tiempo de servicio; y

(D) dar servicio al refrigerador criogénico si el tiempo de servicio calculado es menor que un valor predeterminado.

2. El método de la reivindicación 1, en el que el gas de trabajo pasa a través de una válvula de modulación de frecuencia entre el compresor y el regenerador, y la monitorización de la concentración de contaminantes tiene lugar entre el compresor y la válvula de modulación de frecuencia.

3. El método de la reivindicación 1, en el que el gas de trabajo pasa a través de una válvula de modulación de frecuencia entre el compresor y el regenerador, y la monitorización de la concentración de contaminantes tiene lugar entre la válvula de modulación de frecuencia y el regenerador.

4. El método de la reivindicación 1, en el que el gas de trabajo pasa a través de un filtro entre el compresor y el regenerador, y la monitorización de la concentración de contaminantes tiene lugar entre el filtro y el regenerador.

5. El método de la reivindicación 1, en el que el gas de trabajo pasa a través de un filtro y una válvula de modulación de frecuencia entre el compresor y el regenerador, y la monitorización de la concentración de contaminantes tiene lugar entre el filtro y la válvula de modulación de frecuencia.

6. El método de la reivindicación 1, en el que el gas de trabajo pasa a través de una pluralidad de filtros entre el compresor y el regenerador, y la monitorización de la concentración de contaminantes tiene lugar después de la pluralidad de filtros.