Способ получения холода в криогенной системе Советский патент 1985 года по МПК F25B9/02 

Изобретение относится к энергети ческому машиностроению, в частности к криогенным системам обеспечения сверхпроводящих (СП) устройств, для надежной работы которых в боль шинстве случаев необходима циркуляц -криоагена через устройство с сущес венным содержанием жидкой фазы на выходе из него. Цель изобретения - повышение эко номичности способа получения холода в криогенной системе. На фиг. 1 схематически представл на криогенная система, в которой соуществляется способ получения холода; на фиг. 2 - графическое изобр жение процесса получения холода (в него низкотемперат5фной части) в Т S - . диаграмме (температура -энтропия) . . Криогенная система состоит из компрессора 1, сжимающего криоагент и подающего прямой поток 2 на охлаж дение и ожижение; теплообменника 3 предварительного охлаждения прямого потока 2; образованных из пото ка 2 основного 4 и вспомогательного 5 прямых; основных теплообменников 6-10, охлаждаемых обратным потоко 11; двух детандеров 12 и 13 для расширения и охлаждения вспомогател ного прямого потока 5 и жидкостного детандера 14 на основном прямом пот ке 4; дросселя 15, криостата16 для жидкого криоагена с размещенны в нем конденсатором 17, в который подается поток 18, полученньй от смешениидвух прямых потоков - осно ного 4 и вспомогательного 5, и потр бителя 19 холода с выходящим от него обратным потоком 20 парожидкостной смеси криоагена. Система работает следующим образом. Компрессор 1 сжимает криоагент и нагнетает прямой поток 2 через теплообменник 3, после которого поток 2 делится на основной 4 и вспомогательньй 5 прямые потоки. Основной прямой поток 4 охлаждается в теплообменниках 6-9 обратным потоком 11, расширяется в жидкостном детандере 14 и частично ожижается, а вспомогательный прямой поток 5 последовательно расширяется в детан дерах 12 и 13 с промежуточным охлаждением в теплообменнике 7 и последуюпщм охлаждением в темплообменниках 9 и 1U обратным потоком 11 до температуры ниже критической и после расширения в дросселе 15 ожижается. Смешивая основной 4 и вспомогательный 5 прямые потоки, получают двухфазную смесь криоагена - поток 18,который поступает в конденсатор 17, погруженный в жидкий криоагент в криостате 16, полностью ожижается и идет на охлаждение потребителя 19холода. Вследствие полного ожижения потока 18 создается избыток жидкого криоагена по отношению к его потребному количеству для сня-. тия тепловой нагрузки в потреби- , теле 19 холода. Обратный поток 20в виде парожидкостной смеси криоагена от потребителя 19 поступает в криостат 16, где от него отделяется жидкая фаза, которая накапливается в криостате 16 и используется для полного ожижения потока 18 в конденсаторе 17. Пары криоагена отводятся из криостата 16 в качестве обратного потока 11, используемого Для охлаждения основного 4 и вспомогательного 5 прямых потоков в теплообменниках 10,9,8, 7,6 и 3, и цикл в криогенной системе замыкается. Начальное накопление жидкого криоагена в криостате 16 производится в пусковом периоде, а затем его постоянный уровень поддерживают за счет изменения холодопроизводительности, регулируя, например, давление сжатия в-ксгмпрессоре 1, т.е. исходное рабочее давление в цикле. На ТS - диаграмме (фиг.2) приводится процесс реализации способа получения холода, который обеспечивает возможность создания избытка жидкого криоагена , подводимого к потребителю холода, благодаря тому, что давление вспомогательного прямого потока 5 в точке 21 и температура начала расширения основного прямого потока 4 в точке 22 выбираются из условий позволяющих ввести в теплообменники 9 и 10 весь вспомогательный прямой поток 5 и охладить его до температуры в точке 23 ниже критической, а .расширение основного прямого потока 4 заканчивается в области влажного пара (точка 24) с тем, чтобы после смешения основного 4 и вспомогательного 5 прямых потоков

получать парожидкостную смесь, что и обеспечивает избыток жидкого криоагена подводимого к потребителю холода.

Использование предлагаемого способа охлаждения СП устройств позво/ГА

ляет сократить более чем в 1,5 раза суммарное количество исходного сжимаемого криоагена, за счет увеличения более чем в 1,5 раза удельной холодопроизводительности одной установки.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА В КРИОГЕННОЙ СИСТЕМЕ путем предварительного охлаждения сжатого криоагена,разделения его на основной и вспомогательньй прямые потоки, первый из которых после ступенчатого охлаж,ения обратным потоком расширяют, ожижают в криостате и направляют в охлаждаемый объект, после которого обратный поток используют для ожижения основного прямого потока в криостате, причем вспомогательный прямой поток после его отделения от основного потока автономно расширяют, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичнос ти, вспомогательный прямой поток после расширения охлаждают до температуры ниже критической путем теплообмена с обратным потоком сначала совместно с основным потоком на последней ступени его охлаждения, а затем отдельно от основного потока после чего дросселируют с образованием Ж1-ЗДКОСТИ, которую смешивают с основным прямым потоком перед подачей их в криостат.

Л

7J

L

10

20 -«

9

/6

kV4A

/

Фиг.1

fffue.Z