Криогенная установка Советский патент 1989 года по МПК F25B9/02 

1

i Изобретение относится к криоген- ой технике, конкретнее к холодиль- |ным установкам, работающим на много- |компонентньк смесях.

На чертеже схематично изображе- |на криогенная установка.

Установка содержит турбокомпрессор 1, концевой 2 и предварительный 3 теплообменники и вихревую трубу 4, имеющую конденсатосборник 5, сопло ;б, патрубки 7 и 8 холодного и горяче- го потоков, начальный участок 9 с I охлаждающей рубашкой 10. Вихревая труба 11 установлена за трубой 4 и имеет конденсатосборник 12, сопло 13, патрубок 14 холодного потока, начальный участок 15 с -охлаждающей . рубашкой 16 и камеру 17 энергоразделения с охлаждающей рубашкой 18. Рубашки 16 и 18 подключены к соплам 19 и 20 соответственно первой и второй ступени вихревого эжектора-смесителя 21, осевые всасывающие патрубки 22 и 23 которого связаны соответственно с нижней ступенью 24 охлаждения и конденсатосборником 5. Перед всасывающим патрубком 23, размещенным на стенке щелевого диффузора 25, установлен регулирующий вентиль 26. Патрубок 8 горячего потока вихревой трубы 4 сообщен с соплом 13 вихревой трубы 11 посредством теплообменника 27, подключенного между патрубками 7 и 14 холодных потоков труб 4 и 11.

Установка содержит также группу запорных вентилей 28-30.

Криогенная установка работает сле- образом.

Сжатая в центробежном турбокомпрессоре 1 гелий-фреоновая смесь поступает в концевой теплообменник 2 и охлаждается до температуры окружающей среды. Дальнейшее снижение температуры смеси происходит в предварительном теплообменнике 3 с помощью обратного потока, подаваемого из щелевого диффузора 25 двухступенчатого вихревого эжектора-смесителя 21.Охлажденная смесь поступает в сопло 6 вихревой трубы 4, где в процессе вих ревого энергоразделения расширяющейся смеси и происходит частичное охлаждение осевых слоев потока, практически состоящего из чистого гелия, и нагрев периферийных слоев, контактрующих со стенками начального участка 9, заключенного в охлаждающую рубашку 10. Холодньй газ выводится через патрубок 7 холодного потока в теплообменник 27. Конденсат, сосредоточенный под действием центробежных сил на стенках начального участка 9, попадает в конденсатосборник 5 и, подогреваясь в охлаждающей рубашке 10, частично переходит в газообразное состояние, охлаждая стенки наиболее нагретой зоны вихрейой трубы 4. Дальнейшее повьшюние температуры высококипящего компонента (фреона) происходит в охлаждающей рубашке 18 вихревой трубы II, Такая возможность несмотря на е5олее низкий перепад давлений в дополнительной вихревой трубе 1I достигается за счет режима ее работы без выброса горячего потока. Испарившийся агент подается в сопло 20 второй ступени вихревого эжектора-смесителя 21, способствуя понижению давления на выходе из нижней ступени 24 охлаждения, подключенной к всасьгоающему патрубку 22. Горячий поток, обогащенный низкокипящим компонентом, через патрубок 8 направляется на охлаждение в теплообменник 27 и поступает в сопло 13 вихревой трубы И, в которой достигается достаточно полное отделение высококипящего компонента, накопление его в конденсатосборнике 12 и испарение в охлаждающей рубашке 16 начального участка 15. Очищенньш и охлажденный гелий отводится через патрубок 14 холодного потока и, смешиваясь с холодным потоком вихревой трубы 4, поступает на вход в нижнюю ступень 24 охлаждения, Пары высококипящего компонента их охлаждающей рубашки 16 направляются в сопло 19 первой ступени вихревого эжектора- смесителя 21 и, обладая относительно более низким давлением, чем начальное давление перед соплом 20, используются для предварительного эжек тирования обратного потока из всасывающего патрубка 22. Подогрев и ис- ларение конденсата в охлаждающих рубашках 10, 16 и 18 позволяет существенно повысить удельную работу расширения при движении пара в соплах 19 и 20, увеличив перепад давлений на ступени 24, а следовательно, и эффективность установки в целом. Для изменения состава циркулирующей смеси путем изменения массовой доли кон

денсата, накопленного в охлаждающих рубашках, служит перепускной регулирующий вентиль 26. При открытии этого вентиля происходит резкое обогащение смеси на входе в компрессор 1 высоко- кипяшлм компонентом, впрыскиваемым непосредственно во всасываюшлй патрубок 23 эжектора-смесителя 21. Запорные вентили 28-30 служат для отключения ступени 24 в пусковой период установки.

Формула изобретения

15

0

Криогенная установка, содержащая KONmpeccop, подключенный к магистралям прямого и обратного потоков смеси рабочего газа и вспомогательного компонента, теплообменник предварительного охлаждения, фазораздвлитель, соединенный с линией обратного потока, и нижнюю ступень охлаждения, отличающаяся тем, что, с 5 целью снижения массогабаритных характеристик и удельных энергозатрат, установка дополнительно содержит теплообменник промежуточного охлаждения и двухступенчатый вихревой эжектор- смеситель с всасыванлдими патрубками, соплами и щелевым диффузором, а фа- зоразделитель выполнен в виде двух последовательно соединенных вихревых труб с охлаждающими рубашками, патрубками холодных потоков и конденсато- сборниками, причем теплообменник промежуточного охлаждения подключен к патрубкам холодных потоков вихревых труб и к щелевому диффузору эжектора0 смесителя, а охлаждающие рубашки вихревых труб соединены с соплами эжектора-смесителя, всасывающие патрубки которого соединены соответственно с линией обратного потока на

45 выходе из нижней ступени охлаждения и с конденсатосборником первой вихревой трубы.

5

Изобретение позволяет уменьшить массогабаритные характеристики установки и удельные энергозатраты на получение холода. Установка работает на смеси рабочего газа и вспомогательного компонента и предназначена для предварительного охлаждения газа, поступающего в нижнюю ступень охлаждения. Сжатая в турбокомпрессоре 1 гелий-фреоновая смесь после поступления в концевой холодильник 2 охлаждается в предварительном тепло