Эжекторная ступень криогенной установки

 

1. ЭЖЕКТОРНАЯ СТУПЕНЬ КРИОГЕННОЙ УСТАНОВКИ, содержащая два эжектора с активными соплами, подключенными к линии прямого потока , камерами смешения и приемными камерами, причем камеры смешения подключены соответственно к входу охлаждаемого объекта и сборнику жидкости, паровое пространство которого соединено с линией обратного потока, а приемная камера первого эжектора подключена к выходу охлаждаемого объекта, отличающаяся тем, что, с целью упрошенйя конструкции, приемная камера второго эжектора также подключена К выходу охлаждаемого объекта, но через регулирую ,ш,ий вентиль. 2. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит рекуперативный двухпоточный теплообменник, по первому потоку включенный между камерой смешения первого эжектора и охлаждаемым объектом, а по второму - подсоединенный на входе к регулирующему вентилю и жидкостному пространству сборника сл жидкости посредством автономного регулирующего вентиля, а на выходе - к приемной камере второго эжектора. J / -72 00 | О1 ю // Фиг.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(511 F 25 В 902

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2-1 ) 3464093/23-06 . (22) 05.07.82 (46) 23.04.84. Бюл. № 15 ,(72) А. И. Агеев, С. И. Зинченко, М. В. Муравьев, В. С. Сердюк и А. Н. Шамичев (53) 621.57.012 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 658367, кл. F 25 В 9/00, 1973.

2. Патент Японии № 54-26293, кл. F 25 В 1/00, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР № 383140, кл. Н 01 J 39/00, 1960.

4. Авторское свидетельство СССР № 606043, кл. F 25 В 9/02, 1970.

5. Авторское свидетельство СССР № 918717, кл. F 25 В 9/02, 1980. (54) (57) 1. ЭЖЕКТОРНАЯ СТУПЕНЬ КРИОГЕННОЙ УСТАНОВКИ, содержащая два эжектора с активными соплами, подключенными к линии прямого потока, камерами смешения и приемными камерами, причем

„„SU„„1087752 А камеры смешения подключены соответственно к входу охлаждаемого объекта и сборнику жидкости, паровое пространство которого соединено с линией обратного потока, а приемная камера первого эжектора подключена к выходу охлаждаемого объекта, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, приемная камера второго эжектора также подключена к выходу охлаждаемого объекта, но через регулирую,щий вентиль.

2. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит рекуперативный двухпоточный теплообменник, по первому потоку включенный между камерой смешения первого эжектора и охлаждаемым объектом, а по второму — подсоединенный на входе, к регулирующему вентилю и жидкостному пространству сборника жидкости посредством автоном ного регулирующего вентиля, а на выходе — к приемной камере второго эжектора.

1087752

Изобретение относится к криогенной технике, а более конкретнее — к эжектор ным ступеням криогенных установок, предназначенных для охлаждения объекта с помощью циркуляции криоагента в парожид костном состоянии.

Известны эжекторные ступени, в которых эжектор используется в качестве циркулятора (1) и (2).

Такие ступени применяются для циркуляционного охлаждения объектов, когда для улучшения теплоотдачи от объекта к потоку криоагента, а также для выравнивания температурного поля объекта целесообразно пропускать через объект большое количество криоагента. ЕСли расход прямого потока установки недостаточен, эжектор используется как умножитель расхода.

Известны и такие эжекторные ступени, в которых струйный аппарат служит как для циркуляции криоагента, так и для снижения температуры охлаждаемого объекта (3) .

Недостатком таких устройств являетсм то, что снижение температуры неизбежно вызывает уменьшение кратности циркуляции криоагента (отношение расхода криоагента через объект к расходу прямого потока установки) Это объясняется тем, что сборник жидкости, находящийся под давлением обратного потока установки, входит в циркуляционный контур. Для понижения температуры объекта требуется снизить давление в контуре по отношению к давлению обратного потока, но это равносильно увеличению гидравлического сопротивления контура и приводит к уменьшению кратности циркуляции.

Известна эжекторная ступень, в которой сборник жидкости выведен из циркуляционного контура. Контур состоит из камеры смешения эжектора, переохладителя, встроенного в сборник жидкости, охлаждаемого объекта, приемной камеры эжектора и связывающих эти устройства линии (4).

Однако указанный выше недостаток полностью не устранен, так как для вывода из контура криоагента, поступающего через активное сопло эжектора, подключенное к прямому потоку установки, контур связан

/ со сборником жидкости через регулировочный вентиль, а это означает, что хотя бы в одной точке контура давление должно быть выше обратного потока.

Более низкую температуру охлаждения можно достичь в эжекторной ступени криогенной установки, содержащей два эжектора с активными соплами, подключенными к

Линии прямого потока, камерами смешения и приемными камерами, причем камеры смешения подключены соответственно к входу охлаждаемого объекта и сборнику жидкости, паровое пространство которого соединено с линией обратного потока, а приемная камера первого эжектора подключена к выходу охлаждаемого объекта (5).

Недостатком данной ступени является то, что снижение температуры в ней достигается, существенным ее усложнением, введением многих дополнительных элементов.

Целью изобретения является упрощение ко нстр у кци и.

Поставленная цель достигается тем, что приемная камера второго эжектора также подключена к выходу охлаждаейого объекта, но через регулирующий вентиль.

Ступень может дополнительно содержать рекуперативный двухпоточный теплообменник, по первому потоку включенный между камерой смешения первого эжектора и охлаждаемым объектом, а по второму — подсоединенный на входе к регулирующему вентилю и жидкостному пространству сбор20 ника жидкости посредством автономного регулирующего вентиля, а на выходе — к приемной камере второго эжектора.

На фиг. 1 изображена схема эжекторной ступени без теплообменника; на фиг. 2— то же, с теплообменником.

Ступень содержит эжекторы 1 и 2 с активными соплами 3 и 4, подключенными к линии 5 прямого потока, камерами 6 и 7 смешения и, приемными камерами 8 и 9.

Камеры 6 и 7 смешения подключены соотЗ0 ветственно к входу охлаждаемого объекта

10 и сборнику 11 жидкости, паровое пространство которого соединено с линией 12 обратного потока. Приемная камера 8 первого эжектора 1 подключена к выходу охлаждаемого объекта 10. Приемная камера

9 второго эжектора 2 также подключена к выходу охлаждаемого объекта 10, но через регулирующий вентиль 13. Ступень дополнительно содержит рекуперативный двухпоточный теплообменник 14, по первому

40 потоку включенный между камерой 6 смешения первого эжектора 1 и охлаждаемым объектом 10, а по второму — подсоединенный на входе к регулирующему вентилю

13 и жидкостному пространству сборника

11 жидкости посредством автономного регулирующего вентиля 15, а на выходе — к приемной камере 9 второго эжектора 2.

Камера 6 смешения первого эжектора 1, охлаждаемый объект 10 и приемная камера

8 этого же эжектора образуют замкнутый

50 циркуляционный контур.

Эжекторная ступень работает следующим образом.

Часть прямого потока установки поступает в активное сопло 3 эжектора 1, расширяется в нем, приобретает значительную скорость и увлекает поток криоагента, поступающий в приемную камеру 8. В камере б смешения эти потоки смешиваются, и результирующий поток проходит через охлаж1087752

Составитель Ю. Килимник

Редактор Г. Кугрышева Техред И. Верес Корректор А. Дзятко

Заказ 2634/33 Тираж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4 даемый объект 10, снимая тепловую нагрузку. Предполагается, что гидравлическое сопротивление объекта невелико, что позволяет эжектору 1 создавать значительную кратность циркуляции.

Через регулировочный вентиль 13 в установившемся режиме из контура отводится столько криоагента, сколько поступает в активное сопло 3 эжектора 1. Отводимый из контура поток поступает в приемную камеру

4 эжектора 2, сжимается до давления обратного потока и затем поступает в сборник

1! жидкости. Здесь поток сепа рируется: жидкость остается в сборнике, а пар по линии 12 обратного потока возвращается в установку. Для того чтобы использовать жидкость из сборника 11 для охлаждения объекта, в эжекторной ступени установлен теплообменник 14. Жидкость дросселируется в вентиле 15, смешивается с потоком, отводимым из циркуляционного контура через вентиль 13, и поступает в теплообменник 14. Здесь она испаряетея, охлаждая циркуляционньчй поток криоагента, пар сжимается в эжекторе 2 и в виде парожидкостной смеси возвращается в сборник 11.

Эжекторная ступень позволяет понизить температуру охлаждаемого объекта с 4,5 до 4,0 К при сохранении холодопроизводительности установки. Одновременно достигается трехкратное увеличение расхода гелия через объект по отношению к расходу прямого потока установки, что приводит к улучшению теплоотдачи от объекта, а значит, к снижению его температуры. В аналогичных ступенях с одним эжектором при таком же снижении. температуры расход гелия через объект не превышает расхода прямого потока установки.

Работоспособность ступени подтверждена экспериментально при использовании ее в качестве приставки к серийно выпускаемой установке ХГУ-400/4,5. При температуре прямого потока на выходе из установки 5 К и расходе прямого потока 30 г/с эжекторная приставка позволила криостати ровать объект с тепловой нагрузкой 180 Вт при

4 К. Расход гелия через объект составлял при этом 90 г/с.

Если объектом охлаждения является

20 сверхпроводящее устройство, то снижение температуры объекта приводит к повышению критической плотности тока в сверхпроводящей обмотке. Этот эффект может быть использован либо для повышения надежности работы устройства, либо для уменьшения количества дорогостоящего сверхпроводящего материала при сохранении исходного показателя надежности.