Способ получения холода

Способ получения холода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >832268 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 0207.79 (21) 2788777/23-06 (51) м. к.з с присоединением заявки Мо

F 25 В 9/00

Государственный комитет

СССР

ho делам нзойретеннй н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 230581. Бюллетень N9 19 ($$) УДК 621.57. 4 (088,8) Дата опубликования описания 230581 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА

ЗО

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно к про.изводству холода в криогенных рефрижераторных установках и может найти применение.в установках разделения и сжижения газов.

Известны способы получения холода, заключающиеся в сжатии многокомпонентного криоагента в компрессоре с пос- 1() ледующим его охлаждением в теплообменнике н расширением в дросселе (1)..

Недостатком этих способов является относительно низкая термодинамическая эффективность при производстве холода на уровне 80ОК и ниже, что обусловлено небольшой допустимой концентрацией высококипящих компонентов в криоагенте. Количественно эти ограничения определяются воэможностью теплообмена между прямым и обратным потоками. Причем общая тенденция такова, что понижение температурного уровня влечет эа собой уменьшение концентрации высококипящих компонен- 25 тов.

Известен способ получения холода путем расширения в детандере лредварительно сжатого и охлажденного криоагента (2j., Недостатком этого способа производства холода является низкая эффективность при реализации его в установках холодогроизводительностью порядка нескольких ватт.

Этот недостаток обусловлен в основном большими потерями в миниатюрнык детандерах, что вызвано как влиянием масштабного фактора, так и несовершенством технологических процессов изготовления этих машин.

Следует отметить значительные конструкторские и технологические трудности, возникающие при разработке и изготовлении миниатюрных детандеров кинетического и объемного действия, имеющих сложные профили рабочих органов. Использование же миниатюрных поршневых детандеров, обладающих более высокой термодинамической эффективностью и миниатюризация которых не сопряжена с решением сложных конструкторских и технологических задач, невозможно из-за опасности гидравлического удара при его работе в двухфазной области.

Применение самых простых в конструктивном и технологическом отношении, легко;поддающихся миниатюриэа832268 ции жидкостно-кольцевых детандеров не устраняет отмеченных недостатков.

В этом случае термодинамическую эффективность снижают значительные теплопритоки в холодную зону по .вспомогательным элементам, обеспечивающим подвод и поддержание необходимого уровня рабочей жидкости в детан дере, Кроме того, из-за увеличения юеплоемкости обратного потока существенно возрастают потери от недоре- «() куперации. Теплоемкость обратного потока увеличивает рабочая жидкость,частично поступающая иэ детандера в процессе выталкивания расширившегося криоагента. К перечисленным недостаткам можно добавить и трудности, возникающие при подборе рабочей жидкости, некристаллизирующейся при рабочих температурах.

Цель изобретения — повышение термодинамической эффективности при ис- 20 пользовании в качестве детандера жидкостно-кольцевой машины.

Поставленная цель достигается .тем, что охлаждение криоагента ведут до частичной его конденсации и ис- 25 пользуют образующийся конденсат в качестве рабочей жидкости детандера.

На чертеже изображена схема установки, реализующей данный способ, Установка состоит иэ компрессора

1, подключенного линией нагнетания через адсорбер 2 и теплообменник 3 к жидкостно-кольцевому детандеру 4.

На линии всасывания компрессора 1 установлена емкость 5. Между выходным патрубком детандера 4 и входом обратного истока в теплообменник 3 установлен теплообменник 6 нагрузки.

Установка работает следующим образом. 40

Компрессор 1 подает криоагент высокого давления через адсорбер 2 на вход в теплообменник 3, где криоагент охлаждается, при этом высоко" кипящие компоненты коиденсируются <, 45

В результате этого на вход в жид.костно-кольцевой детандер 4 криоагент . подается в виде смеси пара и жидкости. В детандере 4 жидкая фаза центробежными силами отводится к периферии и используется в качестве рабочей жидкости, а паровая фаза расширяется. с,понижением температуры. В зависимости от режима работы установки возможно в процессе расширения паровой фазы ее частичное или полное сжижение. После расширения в детаидере 4 криоагент подает.ся в теплообменник 6 нагрузки,- где осуществляется снятие тепловой нагрузки, и затем через межтрубное 60 пространство теплообменника 3 и емкость 5 возвращается в компрессор 1>

Криоагент используют многокомпонент. ный, В качестве основных компонентой берут инертные газы и азот, а в ка- 45 честве вспомогательных — галогенозамещенные углеводороды с высоким изотермическим дроссель-эффектом.

Иэ галогенозамещенных углеводородов применяют хладон 14 (СГ ), хладон

13 (СРЗС1), хладон 218 (QF ), хладон 13В1 (CF B), хладон 2 (СНЕГ), хладон 22 (CHF

Для производства холода на уровне о

70-80 К используют криоагент следующего состава, об. %:

Азот 10-86

Хладон 14 2-20

Хладон 13 2-16

Неон 10-86

Оптимальный состав криоагента в предлагаемом способе производства холода определяется не термодинамическими соображениями, а объеМами жидкого кольца детандера и газовых полостей установки, то есть конструктивными параметрами установки.

При таком способе производства холода в криогенных установках повышается термодинамическая эффективность при одновременном упрощении холодной части установки. Присутствие в криоагенте высококипящих компонентов с высоким изотермнческим дроссель-эффектом улучшает пусковые характеристики установок, поскольку жидкая фаза образуется при относительно высоких температурах прямого потока и уменьшает потери от дросселирования жидкости в зазорах детандера. Упрощение конструкции холодной части достигается за счет использования криоагента одновременно в качестве рабочей жидкости детандера и рабочего вещества установки. Этим исключается необходимость во вспомогательных элементах, осуществляющих снабжение детандера рабочей жидкостью. Уменьшение эа счет этого массы холодной части дополнительно улучшает пусковые характеристики установок.

Наиболее предпочтительным режимом работы установок, реализующих предлагаемый способ производства холода, является диапазон температур вьые

50 К и давлений менее 1 МПа. При многоступенчатом исполнении жидкостно-кольцевЫх детандеров диапазон давлений может быть расыирен до 1,54 МПа.

Расчеты показывают, что реализация предлагаемого способа производства холода в криогенных рефрижераторных установках небольшой холодопроиэводительности позволяет повысить термодинамическую эффективность на

35-50%,снизить примерно в 6-8 раз производственные затраты на изготовление миниатюрных детандеров, уменьшить примерно в 1,5 раза массу холодной части установки, 832268

Формула изобретения!

Составитель Ю,Килкмиик

Редактор. В.Данко Техред А.Ач Корректор С.Шекмар

Заказ 3155/29 Тираж 566 Подписное

$HHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, РаумскаЯ.иаб.» Д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, Ул. Проектная, 4

Способ получения холода путем. рас ширения в детандере предварительно сжатого и охлажденного криоагента, отличающийся тем, что, с целью повыаения термодинамической эффективности при нспбльэовании в качестве детандера жидкостно-кольцевой машины, охлаждение криоагента ведут до частичной его конденсации и используют образующийся конденсат в

4сачестве рабочей жидкости детандера.

Источники инФормации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Греэин А.К и Зиновьев В,С.Микрокриогенная техника. М., Машиностроение, 1977, с. 187-199, 2, Справочник по физико-техническим основам криогеннки. Под ред.

N.Ï.Ìàëêîâà Изд. 2-е, М., Энергия, 1973, с. 57.-61.