ГАЗОВАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА Российский патент 2003 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к криогенным установкам, предназначенным для криостатирования оборудования и сжижения газов.

Известна газовая холодильная машина [1], содержащая установленные последовательно бесклапанный компрессор-детандер, кольцевой холодильник (теплообменник), регенератор, пористую перегородку, пульсационную трубку, дополнительный регенератор, кольцевой холодильник с линией теплоносителя.

Недостатками известной газовой холодильной машины являются большие потери энергии пульсации газа в магистралях (трубопроводах), а также невозможность применения в ней в качестве источника сжатого воздуха компрессоров другого типа, например центробежных компрессоров, малопроизводительных термокомпрессоров, а также аккумуляторов сжатого газа.

Прототипом предлагаемого изобретения является газовая холодильная машина [2] , содержащая последовательно расположенные концевой холодильник с линией теплоносителя, дополнительный регенератор, пульсационную трубку, основной регенератор, входную магистраль и источник сжатого газа, цилиндрический кожух с выходным трубопроводом и цилиндрической емкостью (напорным ресивером), расположенной под углом 90^o к входной магистрали и соединенной с последней, в цилиндрической емкости установлен магнитный клапан, размещенный вблизи входной магистрали и состоящий из ферромагнитной пластины, кольцеобразного постоянного магнита и размещенного между ними уплотнительного кольца, при этом к цилиндрической емкости со стороны, противоположной магнитному клапану, дополнительно присоединен входной трубопровод, соединенный, как и выходной трубопровод, с источником сжатого газа (входом компрессора), а пульсационная трубка после основного регенератора сужена в виде конуса к входной магистрали, причем в поверхности конуса выполнены выходные отверстия, образующие эжектор с цилиндрическим кожухом.

Недостатками прототипа являются низкая частота и амплитуда пульсаций и как следствие недостаточная эффективность устройства в целом.

Указанные недостатки ставят задачу повышения частоты и амплитуды пульсаций и как следствие повышения эффективности газовой холодильной машины.

Указанная задача решается тем, что в газовой холодильной машине, содержащей последовательно расположенные концевой холодильник с линией теплоносителя, дополнительный регенератор, пульсационную трубку, основной регенератор, входную магистраль в виде расширяющегося конуса, впускной магнитный клапан, напорный ресивер и источник сжатого газа (компрессор), выходная магистраль пульсационной трубки выполнена также в виде сужающегося конуса, на выходе которого установлены выпускной магнитный клапан, аналогичный впускному, и буферный (сборный) ресивер, выход которого замкнут с входом компрессора.

Ведение выпускного магнитного клапана необходимо для увеличения частоты и амплитуды пульсаций газовой холодильной машины и как следствие повышение ее эффективности в целом. Увеличение частоты пульсаций возрастет в два раза, так как на одном и том же потоке газа установлены не один, а два идентичных магнитных самодействующих клапана. Возрастание амплитуды пульсаций произойдет из-за введения буферного сборного ресивера, при впуске в который газа из пульсационной трубки, в последней создается небольшое разрежение. Это приведет к тому, что при открытии впускного ферромагнитного клапана амплитуда пульсаций возрастет.

Введение буферного (сборного) ресивера необходимо для облегчения работы компрессора и обеспечения выпускных пульсаций из пульсационной трубки.

Введение выпускной магистрали в виде сужающегося конуса необходимо для выпуска газа предпочтительно из основного регенератора пульсационной трубки и создания минимума перепада давления (минимальную амплитуду пульсаций) на впускном магнитном клапане.

Таким образом:
Выполнение газовой холодильной машины, содержащей последовательно расположенные концевой холодильник с линией теплоносителя, дополнительный регенератор, пульсационную трубку, основной регенератор, входную магистраль в виде расширяющегося конуса, впускной магнитный клапан, напорный ресивер и источник сжатого газа (компрессор), так, что выходная магистраль пульсационной трубки выполнена в виде сужающегося конуса, на выходе которого установлены выпускной магнитный клапан, аналогичный впускному, и буферный (сборный) ресивер, выход которого замкнут с входом компрессора, является новым для газовых холодильных машин, что соответствует критерию "новизна".

Вышеприведенная совокупность отличительных признаков не известна в настоящее время из уровня техники и не следует из общеизвестных правил конструирования газовых холодильных машин, и это доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".

Конструктивная реализация предложенной газовой холодильной машины с указанной совокупностью существенных признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, отсюда следует соответствие критерию "промышленная применимость".

На фиг.1 представлена схема газовой холодильной машины.

На фиг. 2 представлен увеличенный вид впускного и выпускного ферромагнитных клапанов.

На фиг. 3 представлен разрез газовой холодильной машины по А-А (вид конусных впускной и выпускной магистралей).

Газовая холодильная машина содержит последовательно расположенные концевой холодильник 1 с линией теплоносителя 2, дополнительный регенератор 3, пульсационную трубку 4, основной регенератор 5, впускной конус 6, входную магистраль 7, впускной магнитный клапан 8, впускной ресивер 9 и компрессор 10. На выходе из пульсационной трубки 4 после основного регенератора 5 установлен выпускной конус 11, переходящий в выпускную магистраль 12, которая оканчивается выпускным магнитным клапаном 13. После выпускного магнитного клапана 13 установлен буферный (сборный) ресивер 14, выход которого соединен газовой магистралью со входом компрессора 10. Впускной 8 и выпускной 13 магнитные клапаны идентичны и состоят из кольцеобразного постоянного магнита 15 с вмонтированным уплотнительным кольцом 16, к которому прижата силой притяжения постоянного кольцеобразного магнита 15 круговая пластина 17 из ферромагнитного материала.

Газовая холодильная машина работает следующим образом:
В исходном состоянии вся система заполнена газом: магнитные клапаны 8 и 13 закрыты. С начала работы компрессора 10 давление в ресивере 9 повышается, одновременно газ откачивается из ресивера 14. При определенном перепаде давления газа перед и после впускным магнитным клапаном 8 его ферромагнитная пластины 17 отрывается от уплотнительного кольца 16 и прижимается давлением газа к (верхней по чертежу) крышке магнитного клапана 8, и при этом сжатый газ из ресивера 9 выходит во входную магистраль 7 и далее, расширяясь в конусе 6, поступает, охлаждаясь в основном регенераторе 5, в пульсационную трубку 4.

Газ из пульсационной трубки 4 вытесняется новой порцией газа в концевой холодильник 1, предварительно нагреваясь в дополнительном регенераторе 3, и отдает тепло в линию теплоносителя 2. После выхода газа из ресивера 9 ферромагнитная пластина 17 прижимается к уплотнительному кольцу 16 силой притяжения постоянного кольцеобразного магнита 15 магнитного клапана 8.

В то же время газ компрессором 10 постоянно откачивается из ресивера 14, что приводит к повышению перепада давления газа на выпускном магнитном клапане 13, который после незначительного промежутка времени после открытия - закрытия впускного магнитного клапана 8 также открывается. При этом, его ферромагнитная пластина 17 отрывается от уплотнительного кольца 16 и прижимается давлением газа к крышке (нижней по чертежу) магнитного клапана 13, и сжатый газ из пульсационной трубки 4 поступает через основной регенератор 5 в сужающийся конус 11, далее по магистрали 12 и через магнитный клапан 13 в ресивер 14. При резком выхлопе из пульсационной трубки, в последней происходит расширение газа и его охлаждение, что дополнительно повышает эффективность работы газовой холодильной машины. При этом газ, выходя из пульсационной трубки 4, проходит через основной регенератор 5, охлаждая его и нагреваясь. А в пульсационную трубку 4 перетекает газ (расширяясь и охлаждаясь) из концевого холодильника 1, проходя через дополнительный регенератор 3.

После закрытия выпускного магнитного клапана 14 вновь срабатывает впускной магнитный клапан 8 и весь цикл повторяется заново.

Частота срабатываний автономного генератора пульсаций на впускном 8 и выпускном 13 магнитных клапанах зависит от производительности компрессора 10, так как перепад давления на ферромагнитной пластине 17 задается ее массой и мощностью постоянного магнита 15, а также толщиной уплотнительной прокладки 16.

Применение в газовой холодильной машине автономного генератора пульсации газа на двух (впускном и выпускном) магнитных клапанах позволяет повысить частоту и амплитуду пульсаций газа в пульсационной трубке, что позволяет повысить эффективность газовой холодильной машины.

Кроме того, строго определенный перепад давлений, на который рассчитаны магнитные клапаны, позволяет при колебаниях в производительности компрессора получать термодинамический цикл с максимальным КПД, на который рассчитана газовая холодильная машина.

Расположение автономного генератора пульсации вблизи пульсационной трубки позволяет использовать длинные трубопроводы, а следовательно, размещать газовую холодильную машину на значительном расстоянии от компрессора, что часто бывает необходимо по условиям применения газовой холодильной машины.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 979804, кл. F 25 В 9/00, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР 1714305, кл. F 25 В 9700, 1992 г., бюл. 7 - прототип.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к криогенным установкам, предназначенным для криостатирования оборудования и сжижения газов. Газовая холодильная машина содержит последовательно расположенные концевой холодильник с линией теплоносителя, дополнительный регенератор, пульсационную трубку, основной регенератор, впускной конус, входную магистраль, впускной магнитный клапан, впускной ресивер и компрессор. На выходе из пульсационной трубки после основного регенератора установлен выпускной конус, переходящий в выпускную магистраль, которая оканчивается выпускным магнитным клапаном. После выпускного магнитного клапана установлен буферный (сборный) ресивер, выход которого соединен газовой магистралью с входом компрессора. Впускной и выпускной магнитные клапаны идентичны и состоят из кольцеобразного постоянного магнита с вмонтированным уплотнительным кольцом, к которому прижата силой притяжения постоянного кольцеобразного магнита круговая пластина из ферромагнитного материала. Использование изобретения позволит повысить частоту и амплитуду пульсаций, а в результате повысить эффективность газовой холодильной машины в целом. 3 ил.

Газовая холодильная машина, содержащая последовательно расположенные концевой холодильник с линией теплоносителя, дополнительный регенератор, пульсационную трубку, основной регенератор, входную магистраль в виде расширяющегося конуса, впускной магнитный клапан, напорный ресивер и источник сжатого газа (компрессор), отличающаяся тем, что, выходная магистраль пульсационной трубки выполнена в виде сужающегося конуса, на выходе которого установлены выпускной магнитный клапан, аналогичный впускному, и буферный (сборный) ресивер, выход которого замкнут с входом компрессора.