Способ работы криогенной установки Советский патент 1992 года по МПК F25B11/00 

Изобретение относится к холодильной технике, в части ости к сп особам работы криогенных установок большой производительности, функционирующих на легких газах.

Известны способы работы криогенных установок путем сжатия в компрессоре смеси рабочего легкого газа, например гелия, и низкотемпературного хладона и последующего охлаждения в регенеративном теплообменнике обратным потоком смеси, где хладон конденсируется.

Недостатками способа являются снижение экономичности, увеличение мощности привода, в связи с тем, что возрастает расход компримируемой среды за счет сжимаемого вспомогательного компонента.

Наиболее близким к изобретению является способ работы криогенной установки путем подачи обратного потока смеси легкого газа и тяжелых вспомогательных компонентов на ступенчатое сжатие, конденсации и сепарации части высококипящего компонента, направления его на смешение перед каждой ступенью сжатия, охлаждения смеси на входе в каждую ступень сжатия до температуры ниже температуры окружающей среды.

Недостатком прототипа является необ- ходимость использования для предварительного охлаждения жидкого азота или дополнительного детандера, так как применение высокотемпературных хлэдонов не дает возможности значительно понизить

л

VJ 00

температуру криоагента на выходе из регенеративного теплообменника перед процессом разделения. Это приводит к снижению экономичности работы криогенной установки.

Цель изобретения - повышение экономичности работы криогенной установки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе работы криогенной установки путем подачи обратного потока смеси легкого газа и тяжелых вспомогательных компонентов на ступенчатое сжатие, конденсации и сепарации части высококипящего компонента,направления его на смешение перед каждой ступенью сжатия до температуры ниже температуры окружающей среды, после-сепарации осуществляют дополнительное ступенчатое охлаждение смеси с выделением высококипящего и низкокипящего компонентов, которые направляют на смешение с обратным потоком перед каждой ступенью охлаждения.

На чертеже изображена установка, реализующая предлагаемый способ работы криогенной установки.

Способ реализуется следующим образом.

Легкий газ, являющийся рабочим газом криогенной установки, например гелий, и поступающий при низком давлении из кри- огенного блока 1, подогревают в теплообменнике 2 теплом потока рабочего газа высокого давления и смешивают с поступающими через дроссельное устройство 3 низкотемпературным вспомогательным компонентом (например, хла доном Р14), Полученную смесь подогревают в испарителе-конденсаторе 4 за счет теплообмена со сжатой смесью рабочего газа и низкотемпературного компонента. В результате происходит выпаривание этого компонента из потока низкого давления и конденсации его паров в потоке сжатия смеси. Далее смесь соединяют с поступающей через дроссельное устройство 5 фракцией, богатой высокотемпературным вспомогательным компонентом (например, хладоном РС318), с аналогичными процессами § испарителе-конденсаторе 6.

Оттуда смесь гелия с хладонами при температуре окружающей среды направляют в испарительный теплообменник 7, где охлаждают кипящим высокотемпературным хладоном, а затем с меньшей температурой и большей концентрацией высокотемпературного хладона - на всасывание в первую ступень турбокомпрессора 8. Сжатую в нем смесь подают в испарительный теплообменник 9. где охлаждают кипящим высокотемпературным хладоном.

После него смесь гелия с хладонами направляют на всасывание во вторую ступень тур- бокомпрессора 10 с аналогичными превращениями в испарительном теплообменнике 11. После последней ступени турбокомпрессора 12 смесь подают в холодильник 13, где при температуре окружающей среды конденсируют часть высокотемпературного хладона, которую отделяют от оставшейся смеси в фазоразделителе 14

и через регулирующие вентили 15, 16 и 17 направляют на смешение в испарительные теплообменники-смесители 7, 9 и 11.

Смесь гелия с несконденсировавшимися в холодильнике 13 хладонами из фазоразделителя 14 подают в теплообменник 6. где охлаждают обратным потоком, причем сконденсировавшиеся фракции богаты высокотемпературным хладоном После разделения в фазоразделителе 18 эту жидкость

дросселируют в дроссельном устройстве 5 и смешивают со смесью низкого давления. Газообразную же смесь гелия с низкотемпературным хладоном из фазоразделителя 18 направляют в теплообменник 4, где охлаждают прямым потоком с конденсацией низкотемпературного хладона. Разделение смеси осуществляют в фазоразделителе 19. Из фазоразделителя, 19 гелий через блок адсорберов 20 и теплообменник 2 вновь

подают в криогенный блок 1, а хладон через регулирующий вентиль 3 смешивают с гелием низкого давления.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

Способ работы криогенной установки путем подачи обратного потока смеси легкого газа и тяжелых вспомогательных компонентов на ступенчатое сжатие, конденсации и сепарации части высококипящего компонента, направления его на смешение перед каждой ступенью сжатия, охлаждение смеси на входе в каждую ступень сжатия до температуры ниже температуры окружающей среды, отличающийся тем, что, с

целью повышения экономичности, после сепарации осуществляют дополнительное ступенчатое охлаждение смеси с выделением высококипящего и низкокипящего компонентов, которые направляют на

смешение с обратным потоком перед каждой ступенью охлаждения.

Использование: в криогенных системах большой производительности на легких газах. В способе работы криогенной установки путем подачи обратного потока смеси легкого газа и тяжелых вспомогательных компонентов на ступенчатое сжатие, конденсации и сепарации части высококипящего компонента, направления его на смешение перед каждой ступенью сжатия, охлаждения смеси на входе в каждую ступень сжатия до температуры, ниже температуры окружающей среды, после сепарации осуществляют дополнительное ступенчатое охлаждение смеси с выделением высококипящего и низкокипящего компонентов, которые направляют на смешение с обратным потоком перед каждой ступенью охлаждения, 1 ил. у fe