Способ получения низких температур Советский патент 1982 года по МПК F25B9/02 

Изобретение относится к криоген ной технике.

Известны способы получения низких температур в регенеративном цикле с однократным дросселированием смеси высоко- и низкокипящих хладагентов Cl и С23.

Недостатком данных способов является относительно низкая термодинамическая эффективность, 1то обусловлено отсутствием возможности регенерации тепла прямого и обратного потоков при оптимальных концентрациях высококипящих хладагентов.

Эти недостатки в значительной мере устранены в способах получения низких температур, основанных на использовании эффекта смещения высоко-, и низкокипящих хладагентов СЗ и .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения низких температур путем охлаждения прямых потоков высококипящего и низкокипящего компонентов обратным потоком, последующего смешения компонентов и дросселирования полученной смеси ГЗ.

Недостаток -указанного способа относительно низкая термодинамическая эффективность при переменных

рабочих давлениях - вызван тем, что количество высококипящего хладагента, подаваемое в камеру смешения, не зависит от давления в прямом потоке низкокипящего хладагента.Поэтому при переменном давлении в камеру смешения подается произвольное, а не оптимальное количество высококипящего хладгента, что снижает максимальную холодопроизводительность. Если же в прямых потоках поддерживать постоянное давление, например, с помощью редукторов, то возникают дополнительные потери вследствие дросселирования в них хладагентов.

Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности полу.чения низких температур при различных давлениях компонентов.

Поставленная цель достигается тем, что перед смешением компоненты предварительно дросселируют до одинакового давления, причем при пони.жении давления низкокипящего компонента перед охлаждением расход высококипящего колтонента увеличивают.

На чертеже представлена схема установки, реализующей предлагаемый способ.

Установка содержит баллоны 1 и 2 со сжатыми низко- и высококипящими компонентами, к которым через запорные устройства 3 и 4 и соответствующие каналы 5 и 6 высокого давлени последовательно подключены теплообменник 7, регуляторы 8 давления и 9 расхода, камера 10 смешения, дроссель 11 и теплообменник 12, гидравлически соединенный с каналом 13 обратного потока.

Регулятор 8 давления настраивается таким образом, что давление на ег выходе меньше давления на входе в регулятор 9 расхода. Этот перепад давлений зависит от его конструктивного исполнения, термодинамических свойств компонентов и от диапазона рабочих давлений.

Регулятор 9 расхода функционально связан с давлением в прямом, потоке низкокипящего компонента таким образом, что с понижением этого давления расход высококипящего компонента возрастает.

Способ осуществляется следующим образом.

Открытием запорных устройств 3 и осуществляют подачу компонентов из баллонов 1 и 2 по соответствующим каналам 5 и 6 высокого давления в теплообменник 7, где они охлаждаются обратным потоком.

В регуляторе 8 низкокипящий компонент дросселируется до давления ниже чем давление на входе в регулятор 9, и под более низким давлением подается в камеру 10 смешения, в которую подается дозированное регулятором 9 расхода количество высококипящего хладагента.Затем образовавшаяся с понижением температуры смесь компонентов расширяется в дросселе 11 и после снятия нагрузки в теплообменнике 12 по каналу 13 обратного потока выводится из установки.

Регулятор 9 выполняет две функции изоэнтальпийно снижает давление потока высококипящего компонента до давления смешения и изменяет в камере смешения концентрацию высококипящего компонента, в зависимости от давления в прямом потоке низкокипящего копонента при температуре окружающей среды. Такой способ управления регулятором 9 условно показан пунктирной линией.

Регулятор 9 может управляться и более сложным способом, например по давлению в прямом потоке низкокипящего компонента и концентрации компонентов в камере смешения. В этом случае точность поддержания в камере смешения оптимального состава смеси

будет выше, однако при этом значително усложнится установка.

Хотя функциональное назначение регуляторов 8 и 9 различно, принцип и схема их работы во многом могут быть подобны.

Введение процесса дросселирования низкокипящего компонента непосредственно перед смешением позволяет использовать высококипящие компоненты с более высоким изотермическим дроссель-эффектом, введение которых в известных способах невозможно из-за недопустимо низких рабочих давлений, ограниченных сверху давлением насыщения высококипящих компонентов, с критической температурой выше температуры окружающей среды.

Регулирование расхода высококипящего компонента обеспечивает высокую термодинамическую эффективность способа в широком диапазоне изменения давлений за счет оптимального расхода высококипящего компонента и максимальных значений суммарного дроссель-эффекта компонентов и тепла смешения.

Расчетами установлено, что термодинамическая эффективность предлагаемого способа получения низких температур вьзше известных более чем в 1,32 - 1,4 раза.

Формула изобретения

Способ получения низких температур путем охлаждения прямых потоков высококипящего и низкокипящего компонентЪв обратным потоком, последующего смешения компонентов и дросселирования полученной смеси, о тличающийся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности при различных давлениях компонентов, перед смешением компоненты предварительно дросселируют до одинакового давления, причем при понижении давления низкокипящего компонента перед охламодением расход высококипящего компонента увеличивают.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 333857, кл. F 25 J 1/00, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР №333858, кл. F 25 J 1/00, 1970.

3.Авторское свидетельство СССР № 676828, кл. F 25 В 9/02, 1977.

4.Авторское свидетельство СССР P 561055, кл. F 25 В 9/02, 1974.

5.Авторское свидетельство СССР № 787818, кл. F 25 В 9/02, 1978.

5,