Способ получения холода в криогенной установке Советский патент 1988 года по МПК F25B9/00 

г.

(Л

1 ( сд со ел

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к гелиевым холодильным установкам.

Цель изобретения - снижение удельных затрат энергии.

На чертеже приведена схема криогенной установки для реализации способа получения холода.

Установка содержит компрессор 1 с концевым холодильником 2, теплообменники 3-9, промежуточные детандеры 10 и 11, концевой парожидкостной детандер 12, установленный на одном валу с компрессором 13 предварительного сжатия, сборник 14 жидкого гелия, вентиль 15 отбора жидкого продукта, теплообменник 16 нагрузки и подпиточный компрессор 17.

Криогенная установка работает следующим образом.

Гелий при температуре окружающей среды сжимается в компрессоре 1 с давления PI до давления Р. Давление PI выбирается из условий уменьшения объемов сжимаемого гелия и соответственно габаритов компрессора 1 объемного принципа действия, например поршневого. Сжатый до давления Рг гелий охлаждается в концевом холодильнике 2 и далее поступает прямым потоком в последовательно соединенные теп- лообменные аппараты 3-9, где охлаждается обратным потоком, а в теплообменнике 4 - за счет подводимого извне жидкого азота. При работе в рефрижераторном режиме детандер 10 отключен и часть прямого потока гелия после теплообменника 7 отводится в детандер 11, где расширяется до давления обратного потока PJ. и направляется в теплообмен- Ник 9 в качестве обратного потока, а оставшаяся часть прямого потока охлаждается в теплообменниках 8 и 9 и поступает в парожидкостной детандер 12, где расширяется до давления Ркон, определяемого заданной температурой охлаждения Ткои, частично при этом конденсируясь, и поступает в сборник 14 жидкости.

За счет подводимого к жидкому гелию при заданной температуре Ткои теплообменника 16 нагрузки происходит испарение жидкого гелия и пары гелия вместе с несконденсировавшейся частью потока поступают в компрессор 13 предварительного сжатия. В компрессоре 13 осуществляется сжатие гелия с давления РконДО давления Р, и сжатый гелий направляется в линию обратного потока между теплообменниками 8 и 9, где температура обратного лотока равна температуре конца сжатия. Сжатие гелия в компрессоре 13

осуществляется за счет работы, получаемой на валу детандера 12 при расширении прямого потока.

Давление обратного потока Р с учетом

возможности существенного уменьшения объемов сжимаемого гелия и соответственно габаритов компрессора объемного принципа действия должно составлять 0,4-0,8 МПа. Давление прямого потока выбирается таким, чтобы работа, совершаемая расширяющимся газом в детандере 12, могла компенсировать затраты работы на сжатие газа в компрессоре 13 предварительного сжатия. Это условие выполняется при отношении Р|/Р2 0,08-0,12. Таким образом, давление

5 прямого потока гелия Р2 должно составлять 5,0-7,0 МПа.

В ожижительном режиме работы установки часть полученного в сборнике 14 жидкого гелия отводится потребителю через запорный вентиль 15. При работе установ0 ки в ожижительном режиме для покрытия потребности в холоде для охлаждения прямого потока необходимо включение детандера 10, в который отводится часть прямого потока после теплообменника 5. Для

5 пополнения установки гелием необходима его подача из рампы с давлением P| или из подпиточного компрессора 17.

Формула изобретения

0 1. Способ получения холода в криогенной установке путем сжатия газообразного гелия в компрессоре, охлаждения его обратным потоком, адиабатического расширения части сжатого гелия для компенсации необратимых потерь, адиабатического

5 расширения оставшейся части сжатого гелия в концевом детандере с получением жидкого гелия, подаваемого потребителю холода, сжатия паров обратного потока гелия, поступающих от потребителя, до промежуточного давления во вспомогательном комлрессоре, отличающийся тем, что, с целью снижения удельных затрат энергии, сжатие паров гелия во вспомогательном компрессоре производят до температуры более высокой, чем температура сжатого гелия, на5 правляемого на расширение в концевой детандер.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что адиабатическое расширение части сжатого гелия для компенсации необратимых потерь производят на двух темпера50 турных уровнях.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что адиабатическое расширение гелия в концевом детандере производят до температуры выше критической.

0

Изобретение может быть использовано в гелиевых установках. Цель изобретения - снижение удельных затрат энергии. Газообразный гелий сжимают в компрессоре 1 и охлаждают его обратным потоком. Часть сжатого гелия адиабатически расширяют в детандере 11 для компенсации необходимых потерь, а оставшуюся часть сжатого гелия адиабатически расширяют в концевом детандере 12 с получением жидкого гелия, подаваемого потребителю холода. Затем ары обратного потока, поступаюшие от потребителя, сжимаются до промежуточного давления во вспомогательном компрессоре 13, причем т-ра сжатых паров значительно выше, чем т-ра сжатого гелия, направляемого на расширение в детандер 12. Адиабатическое расширение сжатого гелия в детандере 11 можно производить на двух т-рных уровнях, а адиабатическое расширение гелия в детандере 12 можно производить до т-ры, выше критической. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.