Гелиевая криогенная установка Советский патент 1979 года по МПК F25J1/00 

. ИздБретение отнЬсится к криогенной технике и мождт бьпь использовано в ожижительных и рефрижераторных криогенных установках. Известны рефртжераторные и ожижнтельные криогенные установки, в которых газообразный крноагент сжимают до рабочего давления S компрессоре, охлаждают его в процессе теплообмена с обратным потоком, адиабатически расширяют в поршневом или турбодетандере и дросселируют в соответствующем устройстве При этом в зависимости от режима работы устансжки используют различное соотшикние мкучуу потоками, поступающими на расширени и дросселирование, вплоть до полного исключения одного из этих потоков 1. Известны также криогенные установки, вклю чающие помимо компрессора, расширительных устройств и теплообменников для рекуперации холода, также ванны для жидкого вспомогательного криоагента (например, жидкого азота), предназначенные для предварительного охлаждения основного криоагента (например, гелия) 2. Недостаток ){становок состоит в относительно невысокой надежности. Наиболее близкой по технической сущностн и достигаемому эффекту к предлагаемой является гелиевая ожижительная криогенная установка с внешним криогенератором для реконденсации паров вспомогательного криоагента азота, включающая компрессор, тешкюбменники для теплообмена с обратным потоком газа и вспомогательным криоагентом и ванны для жидкого вспомогательного криоагента с размещенными в них теплообменниками 3. , Недостатком такой установки являются значительные габаритные размеры и вес оборудования для сжатая хладагента на уровне температуры окружающей среды, а также его очистки и осушки. По весогабаритным характеристикам на оборудование компримирования, осушки и очистки газа приходится, как правило, более 50% всей установки. Цель изобретения - снижение весогабаритных характеристик криогенных ожижительных (Д рефоижераторных .

Поставленнай цель достигается тем, что компрессор размещен в ванне с жидким вспомогательным криоагентом, которая соединена трубопроводами для отвода и возврата вспомогательного криоагеита с криогенераюром.

На фиг. 1 приведена схема гелиевой рефри жераторной установки; на фиг. 2 в координатах Т-S изображен термодинамический цикл предлагаемой установки, работающей в рефрижераторном режиме.10

Установка содержит компрессор 1 в ванне с жидким вспомогательным криоагентом, теплообменники 2-5, дроссельные вентили 6, 7, теплообменник 8 нагрузки, детандеры 9, 10 криогенератор 11 реконденсапда паров вспо- is могательного криоагента. , Установка работает спедуюидам образом.

Гелий прямого потока сяМмают в .компрессоре 1 до давления Рдр и направляют в теплообменники 2-5, где его охлаждают в процес- 20 се теплообмена с -обратным потоком холодного гелия. Часть прямого потока гелия расширяют на двух температурных уровнях в детандерах 9, 10. Оставшуюся,часть охлажденного гелия расширяют в дроссельных вентилях 6 и 7 25 с об|)азованием влажного пара. Компрессор 1 охлаждают кипяшим азотом, причем пары азота реконденсируют внешним источником холода - криогенераторбм И, работающим, например, по циклу Стирлинга, Мак-Магона-Джиф- 30 форда и др.

На фиг. 2 отрезок АБ соответствует сжатию KpHoareHta при температуре окружающей среды, отрезок ВГ иллюстрирует изотермическое сжатие в компрессо эе. Отрезки ВД и ЕЖ йзоб- 35 ражают расширение криоагента соОтветственно в детандерах 9 и 10, а процесс отрезки 3 и И - расширение в дроссельных вентилях 6 и 7; Точка К соответствует входу криоагента в теплообменник. 5 по фиг. I.

Пр11менениё низкотемпературного компрессора возможно в обоих режимах раббты установки - рефрижераторном и ожижцтельном. В режцме ожижения охлаждение гелия, компенсирующего отбор жидкости (идущего на под- 45 пнтку), производят от температуры окружающей среды до температурь всасывания вкомпрессоре 1. парами вспомогательного криоаген та, отводящего тепло сжатия в дополнительном теплообменнике. Поскольку количество гелия, SO идущего на подпитку, в 12-15 раз меньше количества гелия, циркулирующего в установке, габариты теплообменника невелики. Обратным потоком в этом теплообменнике служат пары

вспомогательного криоагента, выходящего из ванны с компрессором прн температуре, близкой к температуре насыщения.

Преимущества изобретения выражаются в существенно большей компактности оборудования, а также в уменьшении теплопритоков и гидравлических потерь в криогенных установках.J

Уменьшение необходамой работы сжатия ,по сравнению с работой цикла f, при сж&тии на температурном уровне окружающей среды TOд, (фиг. 2) приводит к существенному (приблизительно в 3,75 раза) сокращению затрат энергии на привод компрессора.

Понижение температуры сжимаемого газа позволяет увеличить его плотность (для гелия, например, более чем в 3 раза), что создает предпосылки для эффективного использования турбокомпрессоров, надежность которых вьпне, чем. поршневых машин. В современных криогенных установках при сжатии криоагентов, особенно гелия, на уровне температуры окружающей среды использование турбомашин существенно затруднено из-за малой плотности газа.

К Преимзществам изобретения относится также Ьтсутс ие теплообменников, охлаждающих . рабоий газ от температуры окружающей среды до азотных температур, металлоемкость которых составляет до 40% от всех теплообменников.

Формула изобретения

Гелиевая криогенная установка, включающая компрессор, тевдообменнрки для теплообмена с обратньгм потоком газа и вспомогательным криоагентом, например, азотом, расишрительные устройства, ваннь для жВДкого вспомогателщого криоагента с размещенными в них тепдоьбменниками и криогенератор для реконденсащш паров вспомогательного крирагеята, о т ли ч а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения вееогабаритных характеристик установки, компрессор размещен в ванне с жидким вспомогательньпу криоагентом, которая соединена трубопроводами для отвода и возврата вспомогательного криоагента с криогенератором. ifИсточники информации,

, принятые во внимание при экспертизе

1.Микулин Е. И., Криогенная техника. М., Машиностроение, 1969, с. 140-1.53.

2.Патент ФРГ N 2151806, кл. 17 g 1, 18.10.71.

3.Патент Великобритания W 1131418, кл. F 4 Р, 16..