ES2212957T3 - Licuefactor criogenico hibrido ultra frio. - Google Patents

Licuefactor criogenico hibrido ultra frio.

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ES2212957T3 ES00126283T ES00126283T ES2212957T3 ES 2212957 T3 ES2212957 T3 ES 2212957T3 ES 00126283 T ES00126283 T ES 00126283T ES 00126283 T ES00126283 T ES 00126283T ES 2212957 T3 ES2212957 T3 ES 2212957T3
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Abstract

Método para producir fluido de producto licuado, tal como neón, hidrógeno o helio, en un estado ultra frío, que comprende: (A) enfriar un fluido refrigerante para producir un fluido refrigerante enfriado; (B) comprimir gas en tubo de impulsos para producir gas comprimido en tubo de impulsos caliente, enfriar el gas de tubo de impulsos comprimido caliente mediante intercambio de calor indirecto con el fluido refrigerante enfriado para producir gas de tubo de impulsos enfriado y fluido refrigerante calentado, y enfriar más el gas de tubo de impulsos comprimido enfriado, mediante contacto directo con medios de transferencia de calor fríos para producir gas de tubo de impulsos frío y medios de transferencia de calor calentados; (C) expandir gas en tubo de impulsos frío para producir gas de tubo de impulsos ultra frío y para producir una onda de presión de gas que comprime y calienta el fluido de trabajo del tubo de impulsos, y enfriar el fluido de trabajo caliente del tubo de impulsos por intercambio indirecto de calor con el fluido refrigerante calentado para producir fluido refrigerante calentado adicional; y (D) hacer pasar el gas de tubo de impulsos ultra frío en intercambio indirecto de calor con el fluido producto para producir fluido producto en un estado ultra frío, y luego hacer pasar el gas de tubo de impulsos resultante en contacto directo con los medios de transferencia de calor calentados para producir dichos medios de transferencia de calor fríos.

Description

Licuefactor criogénico híbrido ultra frío.
Campo técnico
Esta invención se refiere en general a refrigeración, y más particularmente, a la refrigeración a fin de licuefacer o licuar gases tales como hidrógeno que requiere temperaturas ultra frías para su licuefacción o licuación.
Antecedentes de la técnica
La licuación de ciertos gases tales como neón, hidrógeno o helio requiere la generación de refrigeración de muy baja temperatura. Por ejemplo, a presión atmosférica el neón se licúa a 27,1 K, el hidrógeno se licúa a 20,39 K, y el helio se licúa a 4,21 K. La generación de tal refrigeración de muy baja temperatura es muy cara. Puesto que el uso de fluidos tales como neón, hidrógeno, y helio está resultando cada vez más importante en campos tales como la generación de energía, la transmisión de energía, y la electrónica, será muy deseable cualquier mejora en los sistemas para la licuefacción de tales fluidos.
La refrigeración por tubo de impulsos, en el que la refrigeración se genera por un impulso de presión aplicado a un gas, se utiliza para licuar fluidos tales como neón, hidrógeno o helio, pero tal uso solo es eficaz a una escala relativamente pequeña.
De acuerdo con esto, un objeto de esta invención es proporcionar un sistema mejorado para generar suficiente refrigeración para licuar fluidos difíciles de licuar tales como neón, hidrógeno o helio.
Otro objeto importante es proporcionar un sistema para licuar fluidos difíciles de licuar tales como neón, hidrógeno o helio que pueda funcionar a un nivel de producción relativamente alto.
Sumario de la invención
Los anteriores objetos, que resultaran evidentes para un experto en la técnica después de una lectura de esta descripción, se logran por medio de la presente invención, un aspecto de la cual es:
un método para producir un producto fluido en una condición ultra fría, como se define en la reivindicación 1.
Otro aspecto de la invención es:
un aparato para producir un producto fluido en una condición extra fría, como se define en la reivindicación 6.
Según se utiliza aquí, la expresión "fluido refrigerante de componentes múltiples" significa un fluido que comprende dos o más especies y que puede ser capaz de generar refrigeración.
Según se utiliza aquí, la expresión "refrigerante de carga variable" significa una mezcla de dos o más componentes en proporciones tales que la fase líquida de estos componentes experimenta un continuo y creciente cambio de temperatura entre el punto de ebullición y el punto de rocío de la mezcla. El punto de ebullición de la mezcla es la temperatura, a una presión dada, a la que la mezcla está toda ella en fase liquida, pero la adición de calor iniciará la formación de una fase de vapor en equilibrio con la fase liquida. El punto de rocío de la mezcla es la temperatura, a una presión dada, a la que la mezcla está toda ella en fase de vapor, pero la extracción de calor iniciará la formación de una fase líquida en equilibrio con la fase de vapor. Por tanto la región de temperatura entre el punto de ebullición y el punto de rocío de la mezcla es la región en la que ambas fases liquida y de vapor coexisten en equilibrio. En la práctica de esta invención la diferencia de temperatura entre el punto de ebullición y el punto de rocío para el refrigerante de carga variable es al menos de 10ºK, preferiblemente al menos 20ºK y muy preferiblemente al menos 50ºK.
Según se utiliza aquí, la expresión "estado ultra frío" significa que tiene una temperatura de 90ºK o menor.
Según se utiliza aquí la expresión "intercambio de calor indirecto" significa la traída de fluidos en una relación de intercambio de calor sin ningún contacto físico o entremezclado de fluidos entre sí.
Según se utiliza aquí, el término "expansión" significa efectuar una reducción de presión.
Según se utiliza aquí, la expresión "gas atmosférico" significa uno de los siguientes: nitrógeno (N_{2}), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón (Xe), neón (Ne), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO_{2}), oxigeno (O_{2}), deuterio (D_{2}), hidrógeno (H_{2}) y helio (He).
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una representación en esquema de una realización preferida de la invención en la que un sistema de refrigeración de fluido refrigerante de componentes múltiples es enterizo con un sistema de refrigeración de tubo de impulsos.
La Figura 2 es una representación en esquema de otra realización de la invención en la que un sistema de refrigeración de regenerador magnético activo es enterizo con un sistema de refrigeración de tubo de impulsos.
Descripción detallada
En general la invención comprende la generación de refrigeración a muy bajas temperaturas utilizando un sistema de tubo sin impulsos que es preferiblemente bien un sistema de refrigeración de fluido refrigerante de componentes múltiples o un sistema de refrigeración de regenerador magnético activo. El sistema de tubo sin impulsos es enterizo con el sistema de tubo de impulsos en una manera definida, por lo que el calor generado por el sistema de tubo de impulsos se rechaza en el sistema de tubo sin impulsos, permitiendo el sistema de tubo de impulsos generar de manera eficaz refrigeración ultra fría para llevar una cantidad relativamente grande de fluido producto a condiciones ultra frías.
La invención se describirá con mayor detalle en relación a los dibujos. Haciendo referencia ahora a la Figura 1, el fluido refrigerante de componentes múltiples en la corriente 310 se comprime en el compresor 311 a una presión generalmente dentro e la gama de desde 413,7 a 6.895 hPa (600 a 1.000 libras por pulgada cuadrada absolutas (psia)). El fluido refrigerante de componentes múltiples utilizado en la práctica de esta invención comprende al menos un gas atmosférico preferiblemente nitrógeno, argón y/o neón, y preferiblemente al menos un fluoruro que contenga compuestos que tengan hasta cuatro átomos de carbono tales como fluórcarbonados, hidrofluórcarbonados, hidroclorofluórcarbonados y fluoréteres, y/o al menos un hidrocarburo con hasta tres átomos de carbono.
El fluido refrigerante de componentes múltiples comprimido 312 se enfría después del calentamiento de compresión en el enfriador 313 por intercambio de calor indirecto con un fluido refrigerante adecuado tal como agua de enfriamiento, y el fluido refrigerante de componentes múltiples resultante 314 se pasa a través del intercambiador de calor 301 de fluido refrigerante de componentes múltiples en donde se enfría por intercambio de calor indirecto con el fluido refrigerante de componentes múltiples de calentamiento, como se describe con más detalle más abajo. El fluido refrigerante de componentes múltiples enfriado 315, se pasa del intercambiador de calor 301 al dispositivo de expansión 316, que preferiblemente es una válvula de expansión, en la que se estrangula a una presión más baja con lo que se disminuye su temperatura. La reducción en temperatura del fluido refrigerante de componentes múltiples como consecuencia de su expansión en el dispositivo de expansión 316 sirve para al menos condensar parcialmente, y preferiblemente sirve para condensar totalmente, el fluido refrigerante de componentes múltiples. Este fluido refrigerante de componentes múltiples resultante se pasa después por el conducto 317 al intercambiador de calor regenerador 258 que está situado en el extremo caliente del regenerador 252.
El regenerador 252 contiene gas de tubo de impulsos que puede ser helio, hidrógeno, neón, una mezcla de helio y neón o una mezcla de helio e hidrógeno. Se prefieren helio y mezclas de helio e hidrógeno.
Un impulso, es decir, una fuerza de compresión, se aplica al extremo caliente del regenerador 252 como se ilustra en forma representativa por la flecha de pulso 10 por lo que se inicia la primera parte de la secuencia de tubo de impulsos. Preferiblemente el impulso se proporciona mediante un embolo o pistón que comprime un depósito de gas de tubo de impulsos en comunicación de flujo con el regenerador 252. Otro medio preferido de aplicar el impulso al regenerador es mediante el uso de un accionamiento termoacústico que aplica energía sónica al gas en el interior del regenerador. Todavía otra manera de aplicar el impulso es mediante una disposición de motor/compresor lineal. El impulso sirve para comprimir el gas en el tubo de impulsos que produce gas en tubo de impulsos caliente en el externo caliente del regenerador 252. El gas de tubo de impulsos caliente, se enfría por intercambio de calor indirecto con el fluido refrigerante de componentes múltiples al menos parcialmente condensado en el intercambiador de calor 258 para producir fluido refrigerante de componentes múltiples calentado en la corriente 318, y para producir gas comprimido en tubo de impulsos enfriado, para hacerlo pasar a través del resto del regenerador, es decir, del cuerpo del regenerador. Algunos tubos de impulsos utilizan la geometría de doble entrada en la que parte del gas de pulso se envía también hacia el interior del extremo caliente del tubo de impulsos.
El cuerpo del regenerador contiene medios de transferencia de calor. Ejemplos de medios de transferencia de calor adecuados en la práctica de esta invención incluyen bolas de acero, rejillas, estructuras en forma de celda de panal de alta densidad, metales expandidos y bolas de plomo.
Los medios de transferencia de calor están a una temperatura fría, generalmente entre la gama comprendida entre 2 K y 250 K, habiéndose llevado hasta esta temperatura fría en la segunda parte de la secuencia de tubo de impulsos que se describirá más detalladamente más adelante. A medida que el gas de tubo de impulsos comprimido enfriado pasa a través del cuerpo del regenerado, se enfría además por contacto directo con los medios de transferencia de calor frío para producir medios de transferencia de calor calentados y gas de tubo de impulsos frío, generalmente a una temperatura comprendida dentro de la gama entre 4 K y 252K.
El gas de tubo de impulsos frío se pasa por el conducto 11 al tubo de impulsos 253 en el extremo frío. El tubo de impulsos 253 tiene en el otro extremo un intercambiador de calor 259 de tubo de impulsos, es decir en el extremo caliente, desde donde el gas de tubo de impulsos frío se pasa al interior del tubo de impulsos. A medida que el gas de tubo de impulsos pasa hacia el interior del tubo de impulsos 253 se expande en el extremo frío, bajando su temperatura a fin de formar gas de tubo de impulsos ultra frío, y generando también una onda de presión de gas que fluye hacia el extremo caliente de tubo de impulsos 253 y comprime el gas en el interior del tubo de impulsos dentro del tubo de impulsos, denominada el fluido de trabajo de tubo de impulsos, calentando por tanto el fluido de trabajo de tubo de impulsos.
El fluido refrigerante de componentes múltiples calentado en la conducción 318 se pasa al intercambiador de calor 259 del tubo de impulsos en el extremo caliente del tubo de impulsos 253. En la práctica de esta invención el cuerpo de tubo de impulsos contiene sólo gas para la transferencia de la energía de presión del gas de tubo de impulsos que se expande en el extremo frío para el calentamiento del fluido de trabajo del tubo de impulsos en el extremo caliente del tubo de impulsos. Esto es, el tubo de impulsos 253 contiene piezas que no se desplazan tal como las que se utilizan con un dispositivo de pistón. El funcionamiento del tubo de impulsos sin piezas en movimiento es una ventaja importante de esta invención. El fluido refrigerante de componentes múltiples calentado se calienta además por intercambio de calor indirecto en un intercambiador de calor 259 de tubo de impulsos con el fluido de trabajo del tubo de impulsos calentado para producir fluido refrigerante de componentes múltiples calentado adicionalmente que está totalmente en estado gaseoso y que se pasa por la conducción 319 desde el intercambiador de calor 259 al intercambiador de calor 301 de fluido refrigerante de componentes múltiples. Dentro del intercambiador de calor 301 de fluido refrigerante de componentes múltiples, se calienta el fluido refrigerante de componentes múltiples todavía más por intercambio de calor indirecto con el fluido refrigerante de componentes múltiples enfriado llevado al intercambiador de calor 301 por la corriente 314 como se comentó anteriormente, y el fluido refrigerante de componentes múltiples resultante, aun más caliente, se pasa por el conducto 310 desde el intercambiador de calor 301 al compresor 311 y el ciclo de refrigeración de fluido refrigerante de componentes múltiples comienza de nuevo.
Unido al extremo caliente del tubo de impulsos 253 hay un conducto que tiene un orificio 257 que conduce al depósito 254. La onda de compresión del fluido de trabajo del tubo de impulsos se pone en contacto con la pared del extremo caliente del tubo de impulsos y procede hacia atrás en la segunda parte de la secuencia del tubo de impulsos. El orificio 257 y el depósito 254 se emplean para mantener esa onda de compresión en fase de modo que no interfiera con la siguiente onda de compresión generada al expandir el gas de tubo de impulsos frío en el extremo frío del tubo de impulsos 253.
El gas de tubo de impulsos ultra frío en el extremo frío del tubo de impulsos 253, regresa a través del conducto 11 al regenerador 252. En esta trayectoria de retorno el gas de tubo de impulsos ultra frío pasa a través del intercambiador de calor 255 de fluido producto en donde se calienta por intercambio de calor indirecto con el fluido producto traído al intercambiador de calor 255 de fluido producto por el conducto 12. Entre los fluidos producto que se pueden enfriar, licuefacer y/o subenfriar en la práctica de esta invención se pueden nombrar, hidrógeno, deuterio, helio, neón, nitrógeno, argón, y mezclas que comprenden uno o más de ellos.
A medida que el fluido producto pasa a través del intercambiador de calor 255 de fluido producto, se lleva a un estado ultra frío por el intercambio de calor indirecto con el gas de tubo de impulsos ultra frío. El fluido producto resultante, que está en un estado ultra frío y puede estar en forma gaseosa, liquida o de fango, se retira del intercambiador de calor 255 de fluido producto y se recupera.
El gas de tubo de impulsos que emerge desde el intercambiador de calor 255 de fluido producto se hace pasar por el conducto 11 al regenerador 252 en el que se pone en contacto directamente con los medios de transferencia de calor dentro del cuerpo del regenerador para producir el mencionado medio de transferencia de calor frío, completando de ese modo la segunda parte de la secuencia refrigerante del tubo de impulsos y poniendo el regenerador en estado para la primera parte de una siguiente secuencia de refrigeración de tubo de impulsos.
La Figura 2 ilustra otra realización de la invención en la que el calor generado por el sistema de refrigeración del tubo de impulsos se rechaza en un sistema de refrigeración de regenerador magnético activo que es enterizo con el sistema de refrigeración de tubo de impulsos. Los números de la Figura 2 son los mismos que los de la Figura 1 para los elementos comunes y estos elementos comunes no se comentarán otra vez en detalle.
Haciendo referencia ahora a la Figura 2, se hace pasar el fluido refrigerante caliente de la corriente 320 se hace pasar a través de la bomba 321 y luego como corriente 322 se hace pasar a enfriador 323 donde se enfría para formar el fluido refrigerante enfriado 324. El regenerador magnético activo 302 comprende material de lecho que se calienta bajo magnetización y se enfría bajo desmagnetización. El regenerador 302 se desmagnetiza y el fluido refrigerante de la corriente 324 pasa a través de la porción de intercambio de calor del regenerador 302 siendo enfriado en el proceso por el intercambiador de calor con el material de lecho desmagnetizado. El fluido refrigerante enfriado resultante en la corriente 325 se calienta entonces y se calienta más a través del sistema de tubo de impulsos como se describió anteriormente, y el fluido refrigerante calentado que resulta se vuelve a hacer pasar para activar el regenerador magnético 302 que fue desmagnetizado, calentando más el fluido refrigerante. El fluido refrigerante caliente emerge del regenerador 302 en la corriente 320, y el ciclo comienza de nuevo.
Aunque la invención se ha descrito en detalle en relación a ciertas realizaciones preferidas, los expertos en la técnica reconocerán que hay otras realizaciones de la invención dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (10)

1. Método para producir fluido de producto licuado, tal como neón, hidrógeno o helio, en un estado ultra frío, que comprende:
(A)
enfriar un fluido refrigerante para producir un fluido refrigerante enfriado;
(B)
comprimir gas en tubo de impulsos para producir gas comprimido en tubo de impulsos caliente, enfriar el gas de tubo de impulsos comprimido caliente mediante intercambio de calor indirecto con el fluido refrigerante enfriado para producir gas de tubo de impulsos enfriado y fluido refrigerante calentado, y enfriar más el gas de tubo de impulsos comprimido enfriado, mediante contacto directo con medios de transferencia de calor fríos para producir gas de tubo de impulsos frío y medios de transferencia de calor calentados;
(C)
expandir gas en tubo de impulsos frío para producir gas de tubo de impulsos ultra frío y para producir una onda de presión de gas que comprime y calienta el fluido de trabajo del tubo de impulsos, y enfriar el fluido de trabajo caliente del tubo de impulsos por intercambio indirecto de calor con el fluido refrigerante calentado para producir fluido refrigerante calentado adicional; y
(D)
hacer pasar el gas de tubo de impulsos ultra frío en intercambio indirecto de calor con el fluido producto para producir fluido producto en un estado ultra frío, y luego hacer pasar el gas de tubo de impulsos resultante en contacto directo con los medios de transferencia de calor calentados para producir dichos medios de transferencia de calor fríos.
2. El método de la reivindicación 1, en el que dicho fluido refrigerante es un fluido refrigerante de componentes múltiples que se comprime, enfría y expande.
3. El método de la reivindicación 2, en el que el fluido refrigerante expandido de componentes múltiples es completamente condensado.
4. El método de la reivindicación 2, en el que el fluido refrigerante de componentes múltiples comprende al menos un gas atmosférico.
5. El método de la reivindicación 2, en el que el fluido refrigerante de componentes múltiples es un refrigerante de carga variable.
6. Aparato para producir fluido producto, tal como neón, hidrógeno o helio en estado ultra frío, que comprende:
(A)
un intercambiador de calor de fluido refrigerante y medios para hacer pasar el fluido refrigerante al intercambiador de calor de fluido refrigerante;
(B)
un regenerador que comprende un intercambiador de calor de regenerador y un cuerpo de regenerador que contiene medios de transferencia de calor, medios para generar gas presurizado para flujo oscilante dentro del regenerador, y medios para hacer pasar fluido refrigerante desde el intercambiador de calor de fluido refrigerante al intercambiador de calor de regenerador;
(C)
un tubo de impulsos que comprende un intercambiador de calor de tubo de impulsos y un cuerpo de tubo de impulsos, medios para hacer pasar el fluido refrigerante desde el intercambiador de calor regenerador al intercambiador de calor de tubo de impulsos, y medios para hacer pasar el fluido refrigerante desde el intercambiador de calor de tubo de impulsos al intercambiador de calor de fluido refrigerante; y
(D)
medios de paso para hacer pasar gas entre el cuerpo de regenerador y el cuerpo de tubo de impulsos, incluyendo dichos medios de paso un intercambiador de calor de fluido producto, medios para proporcionar fluido producto al intercambiador de calor de fluido producto, y medios para retirar fluido producto del intercambiador de calor de fluido producto en un estado ultra frío.
7. El aparato de la reivindicación 6, que comprende además:
un compresor, medios para hacer pasar fluido desde el compresor al intercambiador de calor de fluido refrigerante, un dispositivo de expansión, y medios para hacer pasar fluido desde el intercambiador de calor de fluido refrigerante al dispositivo de expansión y en el cual los medios para hacer pasar fluido refrigerante desde el intercambiador de calor de fluido refrigerante al intercambiador de calor regenerador comprenden medios para hacer pasar fluido desde el dispositivo de expansión al intercambiador de calor del regenerador.
8. El aparato de la reivindicación 7, en el que el dispositivo de expansión es una válvula.
9. El aparato de la reivindicación 7, en el que los medios para generar gas presurizado para fluir dentro del regenerador comprenden un pistón.
10. El aparato de la reivindicación 7, en el que los medios para generar gas presurizado para fluir dentro del regenerador comprenden un accionador termoacústico.
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6293106B1 (en) * 2000-05-18 2001-09-25 Praxair Technology, Inc. Magnetic refrigeration system with multicomponent refrigerant fluid forecooling
US6336331B1 (en) * 2000-08-01 2002-01-08 Praxair Technology, Inc. System for operating cryogenic liquid tankage
US6374617B1 (en) * 2001-01-19 2002-04-23 Praxair Technology, Inc. Cryogenic pulse tube system
US6415611B1 (en) * 2001-02-22 2002-07-09 Praxair Technology, Inc. Cryogenic refrigeration system using magnetic refrigerator forecooling
WO2003001127A1 (en) * 2001-06-21 2003-01-03 Air Water Inc. Cold storage type freezing machine
US6502404B1 (en) 2001-07-31 2003-01-07 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system using magnetic refrigeration
JP4766800B2 (ja) * 2001-08-30 2011-09-07 アイシン精機株式会社 パルス管冷凍機
US6430938B1 (en) 2001-10-18 2002-08-13 Praxair Technology, Inc. Cryogenic vessel system with pulse tube refrigeration
US6477847B1 (en) 2002-03-28 2002-11-12 Praxair Technology, Inc. Thermo-siphon method for providing refrigeration to a refrigeration load
US6453677B1 (en) 2002-04-05 2002-09-24 Praxair Technology, Inc. Magnetic refrigeration cryogenic vessel system
US6588224B1 (en) 2002-07-10 2003-07-08 Praxair Technology, Inc. Integrated absorption heat pump thermoacoustic engine refrigeration system
US6640552B1 (en) 2002-09-26 2003-11-04 Praxair Technology, Inc. Cryogenic superconductor cooling system
US6640557B1 (en) 2002-10-23 2003-11-04 Praxair Technology, Inc. Multilevel refrigeration for high temperature superconductivity
US6668581B1 (en) 2002-10-30 2003-12-30 Praxair Technology, Inc. Cryogenic system for providing industrial gas to a use point
US6640553B1 (en) 2002-11-20 2003-11-04 Praxair Technology, Inc. Pulse tube refrigeration system with tapered work transfer tube
US6604364B1 (en) 2002-11-22 2003-08-12 Praxair Technology, Inc. Thermoacoustic cogeneration system
US6644038B1 (en) * 2002-11-22 2003-11-11 Praxair Technology, Inc. Multistage pulse tube refrigeration system for high temperature super conductivity
GB2397367B (en) * 2003-01-17 2006-02-15 Oxford Magnet Tech Pulse tube refrigerator with a warm end heat exchanger having a secondary cooling mechanism comprising an additional heat exchanger cooled by the refrigerant
US6865897B2 (en) * 2003-07-10 2005-03-15 Praxair Technology, Inc. Method for providing refrigeration using capillary pumped liquid
US7062922B1 (en) * 2004-01-22 2006-06-20 Raytheon Company Cryocooler with ambient temperature surge volume
FR2868154B1 (fr) * 2004-03-23 2006-05-26 Inst Francais Du Petrole Procede de liquefaction d'un gaz integrant un appareillage de refroidissement thermo-acoustique
US6938426B1 (en) * 2004-03-30 2005-09-06 Praxair Technology, Inc. Cryocooler system with frequency modulating mechanical resonator
DE102008018000B4 (de) * 2008-04-09 2010-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur CO2-Verflüssigung
US8950193B2 (en) 2011-01-24 2015-02-10 The United States of America, as represented by the Secretary of Commerce, The National Institute of Standards and Technology Secondary pulse tubes and regenerators for coupling to room temperature phase shifters in multistage pulse tube cryocoolers
US9261295B1 (en) 2012-03-26 2016-02-16 Ball Aerospace & Technologies Corp. Hybrid liquid-hydrogen and helium cryocooler systems and methods
WO2018132785A1 (en) * 2017-01-16 2018-07-19 Praxair Technology, Inc. Refrigeration cycle for liquid oxygen densification
US11397032B2 (en) 2018-06-05 2022-07-26 Hill Phoenix, Inc. CO2 refrigeration system with magnetic refrigeration system cooling

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4778497A (en) 1987-06-02 1988-10-18 Union Carbide Corporation Process to produce liquid cryogen
US5441658A (en) 1993-11-09 1995-08-15 Apd Cryogenics, Inc. Cryogenic mixed gas refrigerant for operation within temperature ranges of 80°K- 100°K
FR2723183B1 (fr) * 1994-07-29 1997-01-10 Grenier Maurice Procede et installation de liquefaction d'hydrogene
JPH0933124A (ja) 1995-05-12 1997-02-07 Aisin Seiki Co Ltd 多段型パルス管冷凍機
FR2751060B1 (fr) * 1996-07-09 1998-09-25 Air Liquide Procede et installation de distillation cryogenique d'un melange gazeux
US5743095A (en) 1996-11-19 1998-04-28 Iowa State University Research Foundation, Inc. Active magnetic refrigerants based on Gd-Si-Ge material and refrigeration apparatus and process
US5836173A (en) 1997-05-01 1998-11-17 Praxair Technology, Inc. System for producing cryogenic liquid
US5799505A (en) 1997-07-28 1998-09-01 Praxair Technology, Inc. System for producing cryogenic liquefied industrial gas
US5934078A (en) 1998-02-03 1999-08-10 Astronautics Corporation Of America Reciprocating active magnetic regenerator refrigeration apparatus
JP2000035253A (ja) * 1998-07-17 2000-02-02 Aisin Seiki Co Ltd 冷却装置
JP2000161803A (ja) * 1998-11-27 2000-06-16 Aisin Seiki Co Ltd 冷却装置
US6076372A (en) * 1998-12-30 2000-06-20 Praxair Technology, Inc. Variable load refrigeration system particularly for cryogenic temperatures

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Publication number Publication date
KR100498149B1 (ko) 2005-07-01
KR20010062047A (ko) 2001-07-07
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ZA200007117B (en) 2001-06-06
CA2327227C (en) 2003-10-14
CN1299039A (zh) 2001-06-13
CA2327227A1 (en) 2001-06-03
EP1106944B1 (en) 2004-03-10
EP1106944A1 (en) 2001-06-13
CN1129765C (zh) 2003-12-03
DE60008838D1 (de) 2004-04-15
US6205812B1 (en) 2001-03-27
DE60008838T2 (de) 2005-01-27
BR0005681A (pt) 2001-07-31
NO20006104L (no) 2001-06-05
NO20006104D0 (no) 2000-12-01
ATE261571T1 (de) 2004-03-15

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