Способ получения холода Советский патент 1981 года по МПК F25B9/00 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА

1

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно к про.изводству холода в криогенных рефрижераторных установках и может найти применение в установках разделения и сжижения газов.

Известны способы получения холода, заключающиеся в сжатии многокомпонентного криоагента в компрессоре с последующим его охлаждением в теплообменнике и расширением в дросселе 1.

Недостатком этих способов является относительно низкая термодинамическая эффективность при производстве холода на уровне 80°К и ниже, что обусловлено небольшой допустимой концентрацией высококипящих компонентов в криоагенте. Количественно эти ограничения определяются возможностью теплообмена между прямым и обратным потоками. Причем общая тенденция такова, что понижение температурного уровня влечет за собой- уменьшение концентрации высококипяиих компонентов.

Известен способ получения холода путем расширения в детандере предварительно сжатого и охлажденного криоагента 2.

Недостатком этого способа производства холода является низкая эффективность при реёшизации его в установках холодопроизводительностью порядка нескольких ватт.

Этот недостаток обусловлен в основном большими потерями в миниатюрных детандерах, что вызвано как влиянием масштабного фактора, так и несовершенством технологических процессов изготовления этих машин. Следует отметить значительные конструкторские и технологические трудности, возникающие при разработке и изготовлении миниатюрных детандеров кинетического и объемного действия, имеющих сложные профили рабочих органов. Использование же миниатюрных поршневых детандеров, обладающих более высокой термодинамической эффективностью и миниатюризация которых не сопряжена с решением сложных конструкторских к технологических задач, невозможно из-за опасности гидравлического удара при его работе в двухфазной области.

Применение самых простых в конструктивном и технологическом отношении, легко .поддающихся миниатюризации жидкостно-кольцевых детандеров не устраняет отмеченных недостатков. В этом случае термодинамическую эффективность снижёшт значительные теплопритоки в холодную зону по .вспомогательным элементам, обеспечивающим подвод и поддержание необходимого уровня рабочей жидкости в детан дере. Кроме того, из-за увеличения «плоемкости обратного потока существенно воздастают потери/от недорекуперации.Теплоемкость обратного потока увеличивает рабочая жидкость,частино поступающая из детандера в процессе выталкивания расширившегося криоагента. К перечисленным недостаткам можно добавить и трудности, возникающие при подборе рабочей жидкости, некристаллизирующейся при рабочих тепературах .

Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности при использовании в качестве детандера жидкостно-кольцевой машины.

Поставленная цель достигается -тем что охлаждение криоагента ведут до частичной его конденсации и используют образующийся конденсат в качестве рабочей жидкости детандера.

На чертеже изображена схема установки, реализующей данный способ

Установка состоит иэ компрессора 1, подключенного линией нагнетания через адсорбер 2 и теплообменник 3 к жидкостно-кольцевому детандеру 4, На линии всас1лвания компрессора 1 установлена емкость 5. Между выходны патрубком детандера 4 и входом обратного истока в теплообменник 3 установлен теплообменник 6 нагрузки.

Установка работает следующим образом.

Компрессор 1 подает криоагент высокого давления через гшсорбер 2 на вход в теплообменник 3, где криоагент охлгикдается, при этом высококипящие компонентыконденсируются д, В результате этого на вход в жид.костно-кольцевой детандер 4 криоагент . подается в виде смеси пара и жидкости. В детандере 4 жидкая фаза центробежными силами отводится к периферии и используется в качестве рабочей жидкости, а паровая фаза расширяется, с .понижением температуры, В зависимости от режима работы установки возможно в процессе расширения паровой фазы ее частичное или полное сжижение. После расширения в детандере 4 криоагент подается в теплообменник 6 нагрузки, где осуществляется снятие тепловой нагрузки, и затем через мёжтрубное пространство теплообменника 3 и емкость 5 возвращается в компрессор 1i Криоагент используют многокомпонент ный, В качестве основных компонентой берут инертные тазы и азот, а в качестве вспомогательных - галогенозамещенные углеводороды с высоким изотермическим дроссель-эффектом. Из галогенозамещенных углеводородов применяют хладон 14 (С1 ) i хладон 13 (СРзС) , хладон 218 (), хладон 13В1 (), хладон 2 (CHF), хладон 22 (CHF-СС) и хладон 12 (CFaCe) ,

Для производства холода на уровне 70-80 К используют криоагент следующего состава, об. %

Азот10-86

Хладон 14 2-20

Хладон 13 2-16

Неон10-86

Оптимальный состав криоагента в предлагаемом способе производства холода определяется не термодинамическими соображениями, а объемами жидкого кольца детандера и газовых полостей установки, то есть конструктивными параметрами установки.

При таком способе производства холода в криогенных установках повышается термодинамическая эффективность при одновременном упрощении холодной части установки. Присутствие в криоагенте i высококипящих компонентов с высоким изотермическим дроссель-эффектом улучшает пусковые характеристики установок, поскольку жидкая фаза образуется при относительно высоких температурах прямого потока и уменьшает потери от дросселирования жидкости в зазорах детандера. Упрощение конструкции холодной части достигается за счет использования криоагента одновременно в качестве рабочей жидкости детандера и рабочего вещества установки. Этим исключается необходимость во вспомогательных элементах, осуществлякицих снабжение детандера рабочей жидкостью. Уменьшение за счет этого массы холодной части дополнительно улучшает пусковые характеристики установок.

Наиболее предпочтительным режимом работы установок, реализующих предлагаемый способ производства холода, является диапазон температур выше 50 К и давлений менее 1 МПа. При многоступенчатом исполнении жидкостdo-кольцевых детандеров диапазон давлений может быть расширен до 1,54 МПа,

Расчеты показывают, что реализация предлагаемого способа производства холода в криогенных рефрижератоных установках небольшой холодопроизводительности позволяет повысить термодинамическую эффективность на 35-50%, снизить примерно в 6-8 раз производственные затраты на изготовление миниатюрных детандеров, уменьшить примерно в 1,5 раза массу холодной части установки.

Формула изобретения

Способ получения холода путем, расширения в детандере предварительно сжатого и охлажденного криоагента, отличающийся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности при использовании в качестве детандера жидкостно-кольцевой машины, охлаждение криоагента ведут до частичной его конденсации и используют, образующийся конденсат в Ьсачестве рабочей жидкости детандера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

гия