Способ очистки рабочих полостей холодильной машины Советский патент 1984 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к адсорбционным методам очистки холодильных машин, преимущественно газовых (ГХМ), и может быть использовано в холодильной и криогенной технике для очистки рабочих полостей герметичных криогенераторов от различных газообразных примесей во время их изготовления и подготовки к эксплуатации.

В технологии изготовления ГХМ весьма важное место занимают вопросы очистки и осушки рабочих полостей ГХМ, контактирующих с рабочих газов (криоагентом) в процессе эксплуатации, от влаги и газообразных примесей (COg, углеводороды Са-C4,O2Nj)

Это связано с тем, что примеси во время работы ГХМ десорбируются с поверхностей деталей и узлов, контактирующих с рабочим газом, попадают в холодные зоны машины и вымерзают, снижая тем самым ее термодинамическую эффективность, т.е. холодопроизводительность, время непрерывной работы, эксплуатационную надежность и ресурс. Таким образом, высокие требования к чистоте рабочих полостей и криоагентов ГХМ определяются тесной взаимосвязью между количеством примесей в криоагенте, способным вымерзнуть в холодной зоне, и работоспособностью ГХМ. Чем больше вымерзающих примесей находится в криоагенте, тем ниже работоспособность, надежность ресурс. В случае, когда содержание примесей превышает предельно допустимую норму для конкретной ГХМ, она становится неработоспособной. Для восстановления работоспособности необходима замена криоагента.

Для обеспечения надежной работы ГХМ в течение длительного времени без замены криоагента необходимо вести предварительную осушку и очистку рабочих полостей и применять криоагент, содержащий допустимые нормы примесей. Для ГХМ предварительно допустимые нормы примесей находятся в диапазоне 1 10 -1-Ю об.%.

В криогенной технике широкое распространение получили методы очистки, основанные на вакуумировании, продувке («промывке) чистым газом и адсорбции примесей на адсорбентах.

Известен способ осушки изоляционных и конструкционных материалов фреонового герметичного холодильного агрегата в процессе обкатки путем продувки его хладагентом и осушки хладагента в адсорбционном фильтре 1.

Недостатком указанного способа является неполное использование адсорбционного объема адсорбционного фильтра из-за неоптимальной температуры адсорбции и осуществления адсорбции в динамических условиях, что ведет к увеличению габаритов адсорбционного фильтра, в особенности при очистке криоагента от нескольких примесей, имеющих различные температуры кипения. Другим недостатком способа является необходимость осуществления принудительной циркуляции влагопоглощающего вещества (криоагента), что ведет к усложнению технологии и дополнительным энергетическим затратам.

Известен также способ очистки рабочих полостей холодильной мащины путем адсорбции примесей, выделяющихся с ее внутренных поверхностей на адсорбенте. Этот способ включает вымораживание примесей путем их кристаллизации 2.

Однако и этот способ очистки недостаточно эффективен, если в газе имеется несколько примесей с различными температурами кристаллизации. Кроме того, процесс осуществляется в два приема: сначала газ

подают на первую ступень очистки силикагелем, а потом направляют его на тонкую очистку путем охлаждения.

Необходимость обеспечения различных температур кристаллизации при выморажиQ вании примесей вне адсорбера усложняет процесс очистки.

Цель изобретения - повыщение качества и упрощение процесса очистки.

Поставленная цель достигается тем, что 5 согласно способу очистки рабочих полостей холодильной машины путем адсорбции примесей, выделяемых с ее внутренних поверхностей на адсорбенте, машину нагревают, а адсорбент охлаждают с помошью криоагента, поверхность контакта которого с ад0сорбентом постепенно увеличивают со скоростью передвижения фронта адсорбции примеси, обладающей наименьшей скоростью адсорбции.

На чертеже изображена схема установки реализующей данный способ.

5

Установка состоит из ГХМ 1, подключенной к адсорберу 2, заполненному адсорбентом 3, например цеолитом или смесью цеолита и активированного угля. ГХМ помещена в теплоизолированную камеру 4 теп0 ла, а адсорбер в сосуд Дьюара 5 с адсорбентом 6.

Очистку рабочих полостей холодильной машины I ведут путем адсорбции примесей, выделяемых с ее внутренних поверхностей на адсорбенте 3. При этом машину 1 нагрева ют, а адсорбент 3 охлаждают с помощью криоагента б, поверхность контакта которого с адсорбентом 3 постепенно увеличивают со скоростью передвижения фронта адсорбции примеси, обладающей наименьшей g скоростью адсорбции.

Нагрев ГХМ до максимально возможной температуры осуществляют путем периодического или постоянного включения ГХМ. Очистку ведут при давлении криоагента в рабочих полостях ГХМ от 5 МПа до 133 Па. 5 В начальный момент охлаждают только днище адсорбера 2, при этом на его оси вдоль слоя адсорбента формируется температурное поле с положительным градиентом относительно ГХМ. При нагревании ГХМ с поверхностей ее деталей и узлов в рабочие полости машины десорбируются примеси HjO, COj, углеводороды Q-С и др., которые благодаря термодиффузии, возникающей под воздействием разности температур между ГХМ и холодной частью адсорбера, достигающей 250-280 К, устремляются к охлажденному до оптимальной температуры слою адсорбента и адсорбируются на нем при этой температуре. По мере обработки адсорбционного объема охлажденного слоя адсорбента постепенно охлаждают новые слои, а затем весь адсорбент, перемещая сосуд Дьюара 5, как показано стрелкой на чертеже, причем охлаждение осуществляют так, чтобы температурное поле двигалось навстречу потоку примесей, а его скорость обеспечивала максимально возможное заполнение адсорбционного объема примесями. В результате последовательного охлаждения адсорбера по направлениюк ГХМ зоны оптимальных температур адсорбции отдельных примесей (, СОй и др.) перемещаются к ГХМ, постепенно проходя через весь слой адсорбента и охлаждая его до минимальной температуры. Таким образом, все слои в различные промежутки времени принимают значения температуры, соответствующие оптимальным температурам адсорбции отдельных примесей. Это обеспечивает максимальную величину адсорбции примесей во всех слоях адсорбента. Технико-экономические преимущества данного изобретения заключаются в повыщении эффективности процесса очистки. Эффективность процесса очистки повыщается за счет адсорбции примесей при оптимальной температуре, так как при этом повыщается скорость и равновесная величина адсорбции. Кроме того, в адсорбере, благодаря криоадсорбции примесей, их парциальное давление понижается и поддерживается на уровне величин сорбционного равновесия, что приводит к дополнительному увеличению разности парциональных давлений примесей в ГХМ и в адсорбере, следовательно приводит к увеличению скорости десорбции и движения примесей к адсорбенту. Совместное воздействие разности температур между ГХМ и адсорбетом (250-280 К) и низкого парционального давления примесей в адсорбере ( 1-16 мм рт. ст.) обеспечивает возникновение и поддержание в процессе очистки диффузионного потока примесей к сорбенту. Таким образом, в данном способе очистки рабочих полостей герметичных ГХМ реализуются следующие процессы: термодесорбция, термобародиффузия и криоадсорбция в движущемся температурное поле. Их одновременная реализация при очистке позволяет создать оптимальные условия удаления примесей путем их адсорбции во всем объеме адсорбера до равновесных величин адсорбции и повысить степень использования единицы объема слоя адсорбента на 10-15°/о. Эффективность очистки рабочих полостей ГХМ по сравнению с базовым образцом повыщается на 15-20%.

СПОСОБ ОЧИСТКИ РАБОЧИХ ПОЛОСТЕЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ путем адсорбции примесей, выделяемых с ее внутренних поверхностей на адсорбенте, отличающийся тем, что, с целью повышения качества очистки, машину нагревают, а адсорбент охлаждают с помош,ью криоагента, поверхность контакта которого с адсорбентом постепенно увеличивают со скоростью передвижения фронта адсорбции примеси, обладающей наименьшей скоростью адсорбции. -А