Холодильная установка Советский патент 1977 года по МПК F25B9/00 F25J5/00 

лппдра и с регенераторами с помощью автоматических клапанов, действующих по заданной программе.

На чертеже схематически иоказана описываемая холодильная установка.

Установка включает компрессор 1, соединенный через фильтр-осушитель 2 с цилиндром 3, в котором перемещается поршеиь-вытесиитель 4, и с адсорбером 5 через регенератор 6. Адсорбер 5 представляет собой теплообменный аннарат, заполненный послойно сорбентом и тенлоемкой массой, например алюминиевой стружкой. Установка включает также донолннтельный комирессор 7 для отвода отделяемого от смеси компонента, который через ресивер 8 высокого давления соединен с двухполосным вытесннтелем 9, а через ресивер 10 низкого давлення и регенератор И е адсорбером 5. Вытеснитель 9 подключен одной своей полостью через регенератор 1 i к выходному участку адсорбера 5, а другой - через встроенный в регенератор змеевик 12 к входному участку адсорбера 5. Установка содержнт также клапанную грунну, состоян,ую из автоматнчески переключающихся к.тананов 13-26.

Работа установки циклична. Цикл состоит из трех режимов: адсорбционного, вытеснительного п десорбнионного. Работа установки на этих режимах начинается после того, как адсорбер 5 и регенераторы 6 и И охлаждены до рабочей температуры 90-120°К. Поэтому началу работы предществует период запуска установки. Принцип работы установки поясняется на примере получения чистого кислорода из воздуха.

При запуске установка работает по открытому циклу Гиффорда-Мак Магон,., в котором получаемый холод передается насадке регенераторов 6 и 11, нроисходит одновременно (совмещается) с циркуляцией кислорода по замкнутому контуру. Ресивер 8 всегда заполнен чистым кислородом под некоторым давлением (4-6 атм). В период запуска клапан 16 все время открыт, а клапаны 13 и 14 попеременно открываются, как в одноступенчатой магииие Гиффорда-Мак Магона. Разделения газовой смеси в этот нериод не происходит, а холодильная иагрузка спимается в регенераторе 6. В кислородном контуре открыты клапаны 21, 22, 18, 19 и 26, и комнрессор 7 заставляет кнслород циркулировать но замкнутому циклу, захолаживая адсорбер 5.

В адсорбционном релчиме, когда норшеньвытесннтель 4 находится в нижней мертвой точке, клапаны 13, 15 н 17 открываются, и воздух, сжатый в комнрессоре 1 до давления 4 атм, проходит через фильтр-осушитель 2. В ием воздух осущаетея и очищается от углекислоты и поступает в установку. При ходе к верхней мертвой точке порщень-вытеснитель 4 переталкивает воздух в регенератор 6, где он охлаждается до рабочей температуры, а затем поступает в адсорбер 5 через клапап 15. Когда воздух проходит через адсорбер 5, кнслород адеорбпруется в микропорах цеолита, а азот с аргоиом, не адсорбируясь, проходит через клапаи 17 в иижпюю подпоршневую полость цилиндра 3.

При подходе поршия-вытеснителя 4 верхней мертвой точке клапаны 17, 15 и 13 автоматически закрываются, а клапаны 14 и 16 открываются. Происходит почти мгновенное опорожнение цилиндра 3 (выхлои), н далее при ходе

поршня-вытеснителя 4 вниз газ продолжает вытесняться в атмосферу. Когда поршень-вытеснитель 4 проходит к нижней мертвой точке клапаны 14 и 16 закрываются, а клапаны 13, 15 и 17 вновь открываются и цикл повторяется. Работа установки но открытому циклу Гиффорда-Мак Магопа с одновременной адсор бнией кислорода из воздуха продолжается в течение заданного адсорбционного режима. По окончанни адсорбционного режима адсорбер 5 переключается на вытеснительпый режим, а линия, включающая компрессор 1, фильтр-осушитель 2, регенератор 6 и цилиндр

3е поршнем-вытеснителем 4, продолжает работать как одноступенчатая машина Гиффорда-Мак Магона. Причем в течение вытеснительного и десорбциоиного режимов клапан 15 все время закрыт, а клапан 16 открыт, и холоднльная нагрузка енимается в регенераторе 6. В начале вытеснптельного режима поршень в- первой полости вытеснителя 9 находится в нижней мертвой точке, а во второй - в верхней мертвой точке. Первая полость заполняется чистым кислородом под давлением

4атм путем предварительного короткого открытия клапана 21.

Режим начинается открытием клапанов 22, 18, 19, 25 и движением поршпей вытеснителя 9. Кислород из первой полости вытесняется поршнем в регенератор 11, где он охлаждается до рабочей темнературы и ноступает через клапан 18 в адсорбер 5. Азот из мертвого объема адсорбера 5 выталкивается поступающим кислородом в змеевик 12 регенератора 11 через кланан 19 и далее во вторую полость вытесннтеля 9 через клапан 25. В адсорбере 5 происходит его дополннтельная адсорбция вследствие повышения нарциального давления кислорода. Режим заканчивается, когда поршни вытеснителя 9 подходят к соответствующим мертвым точкам, иродолжнтельность режима 5-10 сек, в конце режима клапаны 22, 19, 25 закрываются.

Дееорбционный режим начинается открытием кланана 23, в результате чего кислород

из регенератора 11 и адсорбера 5 поступает в ресивер 10. Давлепие газа при этом режиме падает до - 0,01 атм, и кислород начинает десорбнроваться с цеолита и поступать в ресивер 10. Проходя через регенератор 11, кислород охлаждает насадку, нагреваясь до комнатной температуры. Во время режима компрессор 7 поддерживает постоянным давление десорбции на уровне 0,01 атм, забирает кислород из ресивера 10, сжимает его и подает в ресивер Вив линию потребителя через

клапан 20. Одновременно с этим происходит наполнение первой полости вытеснителя 9 кислородом: когда поршень в этой полости идет к ннжней мертвой точке клапан 21 открыт, п кислород заполпяет полость. После этого движение поршней прекращается до начала следуюигего вытеснительного режима. Одновременно происходит выталкивание азота из второй полости вытеснителя 9 в атмосферу через клапан 24. Когда заканчивается десорбционный режим, клапаны 23 и 18 закрываются, п цикл повторяется. Предлагаемая холодильная установка может быть использована для выделения любого другого компонента из газовой смеси при использовании в адсорбере сорбента, адсорбирующего выделяемый компонент в низкотемпературном режиме.

Формула изобретен и я

Холодильная установка по открытому циклу Гиффорда-Мак Магона для разделения газовой смеси, напрпмер воздуха, содержащая компрессор, соединенный через фйльтр-осушптель с цилиндром, в котором перемещается иоршень-вытеснптель, адсорбсф. регенераторы

и дополнительный компрессор для отвода отделяемого от смеси компонента, включенный в схему установки через ресиверы высокого и низкого давлений, и автоматическую клапанную грзппу, отличающаяся тем, что, с

целью повышения чистоты отделяемого компонента, за ресивером высокого давления установлен двухполостной вытеснитель, например, мембранного тииа, подключенный одной полостью через один из регенераторов к выходному участку, а другой через встроенный в этот регенератор змеевик к входному участку адсорбера, причем адсорбер выполнен выносным и соединен с холодной полостью цилиндра и с регенераторами с помощью автоматических клапанов, действующих по заданной программе.

9-20 21

/