Способ получения холода

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА в системе с постоянным объемом путем сжа7 I I М л IxTI I I I I I I I I I I ъ- X 10 тия газа в рабочей камере при перепуске в нее газа из ресивера, рекуперативного отвода тепла при обратном перепуске газа в процессе заполнения рабочей камеры сжатым газом, расширения газа и выталкивания его из рабочей камеры, отличак)щийся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности при использовании второго ресивера, подключенного к рабочей камере параллельно первому, расширение газа осуществляют при перепуске остаточного таза во второй ресивер и при отключенном первом ресивере, а выталкивание газа из рабочей камеры производят остаточным газом из второго ресивера. .4/ Фиг.1 I i i 11 1111111111111111111

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1097867

3(5ц F 25 В 9/00

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

»

» ь »»»» - ("» ";»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

НБЛ11 : г/,.:, CO

CO

СЬ 3 (21) 3506602/23-06 (22) 29.10.82 (46) 15.06.84. Бюл. № 22 (72) А. М. Архаров, Н. М. Григоренко, Б. Г. Кузнецов, А. И. Райгородский и И. И. Гильман (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт «Гелиевая техника» (53) 621.57.012.4 (088.8) . (56) 1. Патент США № 3237421, кл. 62-88, опублик. 1966.

2. Авторское свидетельсто СССР № 553314, кл. F 25 В 9/02, 1975. (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА в системе с постоянным объемом путем сжатия газа в рабочей камере при перепуске в нее газа из ресивера, рекуперативного отвода тепла при обратном перепуске газа в процессе заполнения рабочей камеры сжатым газом, расширения газа и выталкивания его из рабочей камеры, отличающийся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности при использовании второго ресивера, подключенного к рабочей камере параллельно первому, расширение газа осуществляют при перепуске остаточного газа во второй ресивер и при отключенном первом ресивере, а выталкивание газа из рабочей камеры производят остаточным газом из второго ресивера.

1097867

Изобретение относится к холодильной и криогенной технике и может быть использовано при разработке холода в системах кондиционирования, установках умеренного и глубокого охлаждения.

Широко распространенный способ получения холода посредством расширения рабочего тела в детандерах с отдачей внешней работы термодинамически эффективен, но

его реализация связана с созданием сложных машин, что в ряде случаев не обеспечи- 10 вает выполнения высоких требований в отношении надежности, характерных для современных холодильных и криогенных устройств.

В последнее время разработан ряд способов получения холода путем циклического

15 расширения газа от начального давления Рн до конечного Р в системах с рабочим объемом постоянной величины, например, в пульсационных трубах. Такще системы надежны, но их термодинамическая эффективность недостаточно высока.

Известен способ получения холода в системе с объемом постоянной величины, имеющем примыкающую к источнику рабочего тела «холодную» зону, которая плавно переходит в «горячую» зону, расположенную на противоположной стороне объема (1).

Способ осуществляют циклически путем заполнения «холодной» зоны рабочим телом со сжатием остаточного газа и одновременным отводом теплоты сжатия от пос- ЗО леднего в «горячей» зоне, расширения и выхлопа рабочего тела и выталкивания его остаточным газом. Способ малоэффективен вследствие неполного отвода теплоты сжатия, что приводит к повышению температуры рабочего тела и к снижению адиабатического КПД.

Известен также способ получения холода в системе с постоянным объемом путем сжатия газа в рабочей камере при перепуске в нее газа из ресивера, рекуперативного от- 4g вода тепла при обратном перепуске газа в процессе заполнения рабочей камеры сжатым газом, расширения газа и выталкивания его из рабочей камеры (2) .

По эффективности этот способ получения холода превосходит описанный ранее, одна- 4> ко значение адиабатического КПД составляет около 40 /ц и заметно снижается с ростом отношения Рн/Рк.

Такой относительно низкий КПД объясняется значительной величиной потерь от неполноты расширения рабочего тела в процессе выхлопа, причем величина этих потерь возрастает с ростом отношения начального давления к конечному. Температура рабочего тела при конечном давлении в этом случае выше, чем при адиабатическом процес- у се расширения. Кроме того, имеют место необратимые потери в процессе выпуска при натекании рабочего тела с начальным давлением в объем постоянной величины, давле ние остаточного газа в котором близко к конечному. Вследствие этого температура порции рабочего тела в начале расширения выше температуры рабочего тела в линии подвода.

Поэтому осуществить расширение рабочего тела с высоким адиабатическим КПД при реализации известных способов невозможно. Область значений Рн/Рк, в которой способ может быть реализован, ограничена.

Максимальное значение отношения Рн/Рк— около 3 — 4.

Цель изобретения — повышение термодинамической эффективности способа получения холода при использовании второго ресивера, подключенного к рабочей камере параллельно первому.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения холода в системе с постоянным объемом путем сжатия газа в рабочей камере при перепуске в нее газа из ресивера, рекуперативного отвода тепла при обратном перепуске газа в процессе заполнения рабочей камеры сжатым газом, расширения газа и выталкивания его из рабочей камеры, расширение газа осуществляют при перепуске остаточного газа во второй ресивер и при отключенном первом ресивере, а выталкивание газа из рабочей камеры производят остаточным газом из второго ресивера.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации данного способа; на фиг. 2— условная индикаторная диаграмма рабоче го процесса в координатах давления P— объем V.

Устройство содержит рабочую камеру 1 с «холодной» 2 и «горячей» 3 зонами, к которой подключены ресиверы 4 и 5, а также переключающие устройства 6, 7 и 8, рекуперативные теплообменники 9 и 10, линию подвода сжатого газа 11 и отвода газа 12.

Способ получения холода осуществляют в следующей последовательности.

В качестве исходного принято состояние системы, показанное на фиг. 1. Ему соответствует точка 1 индикаторной диаграммы на фиг. 2. Следует подчеркнуть условность отображения рабочего процесса диаграммой

P — V, показанной на фиг. 2. По оси абсцисс отложен объем порции рабочего тела, условно отделенной от остаточного газа.

Все объемы устройства заполнены остаточным газом. Переключающие устройства 6. и 7 закрыты,«горячая» зона 3 сообщается с ресивером 5. Давление остаточного газа при этом в объемах »холодной» 2 и «горячей» 3 зон, теплообменнике 10 и дополнительном ресивере низкого давления 5 близко к давлению Рк в линии низкого давления 12. Основной ресивер высокого давления 4 отсечен. Давление в основном ресивере 4 равно давлению в линии высокого давления 11 т.е. давлению впуска Рн, 1097867

«7

ВНИИПИ Заказ 4190 33 Тираж 5i4 Подписное

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Перед заполнением камеры 1 постоянной величины новой порцией сжатого рабочего тела в нем повышают давление остаточного газа с величины Р, до Ра (см. фиг. 3, линия 1 — 11), соединяя камеру 1 с основным ресивером высокого давления 4 и отсекая от дополнительного ресивера низкого давления 5.

Величина Ра несколько меньше, чем начальное давление Рн. Разность давлений

Рн — Ра тем меньше, чем больше отношение 1О объема основного ресивера высокого давления 4 к объему камеры 1.

Затем; открыв переключающее устройство 6, наполняют камеру 1 рабочим толом.

Процесс наполнения условно изображен на фиг. 2 линией II — II I. Одновременно направляют остаточный газ в ресквер 4, повышая давление в камере 1 и ресивере 4 от значения Р до величины Рз практически достигающей Рн.

Далее адиабатически расширяют рабочее тело (линия 111 — IV, фиг. 2), для чего отсекают камеру 1 от линии подвода газа высокого давления 11 и от ресивера 4 и направляют остаточный газ в ресивер 5.

Следующий участок рабочего процесса, 25 условно показанный линией IV — I (см. фиг. 2), осуществляют посредством выталкивания расширившегося и охлажденного рабочего тела остаточным газом через переключающее устройство 7 в линию отвода газа низкого давления 12. При этом давление газа в рабочей камере 1 и в ресивере 5 снижается от значения Р4 до величины Р, близкой к Рк. Перепад давлений

P — Р невелик и уменьшается с ростом от4 ношения объема реснвера 5 к объему камеры l. После этого, закрыв переключающее устройство 7, отсекают камеру 1 от линии отвода газа н из кого да влени я 12.

Далее операции циклически повторяются.

Преимущества предложенного способа получения холода по сравнению с прототипом обусловлены следующими особенностями способа.

Рабоче" тело расширяют в камере 1 до давления Р4, лишь незначительно превышающего конечное давление Рк, поэтому необратимая потеря холода, обусловленная выхлопом, мала; процесс заполнения рабочим телом объема камеры 1 начинают при давлении в этом объеме Р>, лишь немного меньше, чем Рн; поэтому необратимая потеря холода при заполнении мала.

Использование данного способа получения холода обеспечивает по сравнению с сушествующими следующие преимущества: на основе данного способа могут быть реализованы расширительные устройства с высокими показателями эффективности и надежности; способ прост, удобен в эксплуатации. обеспечивает легкое регулирование расхода газа и возможность автоматизации; устройства, реализующие этот способ характеризуются малой трудоемкостью в изготовлении, малой металлоемкостью и низкой себестоимостью. Ожидаемый годовой экономический эффект от использования изобретения только за счет снижения себестоимости систем составит около 2,5 млн. руб.