Способ захолаживания объекта криостатирования Советский патент 1992 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к способам работы криогенных систем.

Известен способ захолаживания объекта криогенной системы путем его предварительного охлаждения, а затем с помощью блока ожижения гелия путем впоыска в поток газообразного гелия жидкого гелия.

Недостатком такого способа является низкая экономичность из-за повышенных энергозатрат.

Наиболее близким по технической сущности является способ захолаживания объекта криостатирования путем постоянного контроля температуры основного криоагента на входе в объект и последовательного подключения блоков криогенной гелевой системы.

Недостатком данного способа является низкая экономичность и большое время эа- холаживания.

Целью изобретения является повышение экономичности путем снижения энергозатрат и времени захолаживания.

Цель достигается тем, что в способе захолаживания объекта криостатирования постепенно контролируют расход основного криоагента в объекте, температуру криоагента на выходе из объекта, его давления на входе и выходе из объекта и по указанным параметрам постоянно определяют хладо- производитгльность блоков, подключение каждого из блоков проводят при равенстве хладопроизводительностей этого и предыдущих блоков, а в объект криостатирования направляют дополнительные потоки

VI VJ

со

.N СЬ

криоагента и проводят измерения их температуры и расхода на выходе из объекта,

На чертеже представлена схема криогенной системы, реализующая данный способ.

Система содержит блок предварительного охлаждения 1, блок ожижения гелия 2, гелиевый рефрижератор 3, резервуар с жидким гелием 4, объект криостатирования 5, запорно-регулирующую арматуру 6-18, датчики давления 19, температуры 20, давления 21, температуры 22 и расхода криоагента 23, датчики 19, 20, 23 установлены на входе в объект криостатирования 5, а датчики давления 21 и температуры 22 установлены на выходе за объектом 5.

Система работает следующим образом.

На первом этапе газообразный гелий поступает в блок 1, охлаждается там до температуры жидкого азота 30 К и через арматуру 6 поступает в объект криостатирования 5 и возвращается в блок 1 через арматуру 10. В процессе охлаждения объекта 5 постоянно контролируются показания датчиков 19-23. По поступившим от датчиков данным измеряется экспериментальное значение характерного параметра холодопроизводительности по зависимости:

Си G23(J(T22, P21) - J(T20, Рте). (1)

где J - энтальпия, определяемая по температуре и давлению из свойств криоагента.

Экспериментальное значение холодопроизводительности блока 1 в данный момент времени сравнивается с расчетным (экспериментальным) значением холодопроизводительности блока 2 при выходных значениях параметров криоагента, полученных ранее или рассчитываемых в режиме реального времени по математической модели блока, заложенной в ЭВМ.

При сравнении холодопроизводитель- ностей блока 1 и блока 2 предполагается, что режим захолаживания объекта 5 осуществляется от блока 2 с возвратом гелия из объекта в блок 2 через арматуру 11. Если при сравнении холодйпроизводительность блока 1 больше, чем у блока 2, то процесс охлаждения объекта § от блока 1 продолжается. При их равенстве объект криостатирования начинают охлаждать от блока 2. Переход от режима охлаждения объекта 5 блоком 1 к режиму охлаждения блоком 2 осуществляется следующим образом. Открывают арматуру 8, 16, 11 и закрывают 6, 10, В этом случае гелий от блока 1 поступает в блок 2, в котором охлаждается до более низкой температуры и через арматуру 16 поступает в объект 5. После этого перехода начинают контролировать холо- допроизводительность блока 2 и сравнивать ее со значением у блока 3 с учетом показаний датчиков 21-23.

02 G23(J(T22, P21) - К(Т20, Pl9)

03определяется по расчетным (экспе- риментальным) характеристикам, полученным ранее. Переход от 1-го к Ш-му этапу захолаживания осуществляется при равенстве холодопроизводительностей 02 Оз.

При переходе к Ul-му этапу захолаживания закрывается арматура 16, 11 и открывается арматура 12, 13, 14, 15, 17, 18. После этой операции сравнение характерных параметров блоков прекращается и происходит дальнейшее охлаждение объекта 5 от

блока 3 до 4, 5К и перевод всей системы в режим криостатирования объекта 5.

Описанный способ применим, если все элементы объекта охлаждаются от 300 до 4, 5К одновременно. Если же охлаждаемый объект состоит из N элементов, m из которых охлаждаются по данному способу, а П2 N - m подключаются к охлаждению, начиная со ll-го или Ill-го этапа по отношению к первой группе элементов, то в этом

случае необходимо сравнивать экспергети- ческие значения холодопроизводительностей ()/Твх, которые приведены к начальной температуре То 300 К, В выражении для QI введены обозначения: i- номер этапа; ТВх - температура криоагента на входе в объект.

Рассмотрим реализацию способа захолаживания для этого случая на примере объекта, состоящего из двух элементов 5 и 24.

Пусть процесс захолаживания эпемента 5, как и ранее, осуществляется в три этапа по ранее рассмотренному способу, а элемент 24 начинают захолаживать, начиная, например, со II этапа.

Тогда в начальный момент II этапа необходимо дополнительно открыть арматуру 25 и 27 и закрыть 26. В процессе захолаживания по поступившим от датчиков данных определяется экспериментальное значение

характерного параметра, рассчитанного следующим образом:

Оэ2 (T22, Р21) - J(T20. P19) (T30, P29) -Ж20,Р19)}(То-Т20)/Т20.(2)

Для этого же момента времени по выходным значениям параметров криоагента

за элементами 5 и 24 аналогично определяется экспергетическая холодопроизводи- тельность Оэз, которая будет равна холодопроизводительности криогенной системы в предположении перевода объекта в тот же момент времени на Ш-й этап захола- живания. Оэз рассчитывается либо по математической модели, либо по ранее полученным экспериментальным данным.

Если при сравнении Q32 с СЬз окажется, что Оэ2 Оэз, то процесс продолжают дальше. Если значение 0Э2 Оэз, то осуществляется перевод объекта на Ш-й этап захолаживания.

Если элемент 24 необходимо из технологических соображений подключить к за- холаживанию на последнем (lll-м) этапе, то перевод объекта на 111-й этап осуществляется также при равенстве 0Э2 ОэЗ, но при этом Оэ2 рассчитывается по зависимости (1), а не (2). а Оэз аналогично зависимости (2).

Формула изобретения

1.Способ захолаживания объекта кри- остатирования путем постоянного контроля температуры основного криоагента на входе в объект и последовательного подключения блоков криогенной гелиевой системы, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем снижения энергозатрат и времени захола0 живания, дополнительно контролируют расход основного криоагента в объекте, его давление на входе и выходе из объекта и по указанным параметрам постоянно определяют холодопроизводительность блоков, а

5 подключение каждого из блоков проводят при равенстве холодопроизводительностей этого и предыдущего блоков.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что в объект криостатирования направ0 ляют дополнительные потоки криоагента и проводят измерение их температуры и расхода на выходе из объекта.

Способ захолаживания объекта кри- остатирования. Применение: в криогенной технике. Сущность изобретения: в способе захолаживания объекта криостатирования контролируют расход основного криоагента в объекте, его температуру на выходе из объекта, его давления на входе и выходе из объекта и по указанным параметрам постепенно определяют холодопроизводитель- ность блоков, а подключение каждого блока проводят при равенстве холодопроизводи- тельностей этого и предыдущих блоков. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.