Микрокриогенная система и рабочее тело,предназначенное для нее

 

Изобретение относится к области криогенной техники, а именно к криогенным газовым машинам, и может найти фименение в электронной и других областях промышленности в устройствах, требующих охлаждения на уровне от 100 К до 12 К. Целью изобретения является повышение экономичности и упрощение конструкции. Микрокриогенная система состоит из компрессора 1, отделителя жидкой фазы 5 с влагоотделителями грубой 6 и тонкой 7 очистки, фильтр 8, дроссель 9, охладитель 10, включающий впускной 11 и выпускной 12 клапаны, теплообменник 13 и регенератор 14 с высокотеплоемкой пористой насадкой, выполненной двухсекционной. Рабочее тело, предназдля микрокриогенной системы, представляет собой гелий, дополнительно содержащий углеводородную добавку метанового ряда СлНт в жидкой И-паровой фазах , п 6-8. Конструкция позволяет за счет выполнения насадки регенератора двухсекционной выделять из рабочего тела углеводородную добавку в виде жидкости и задерживать ее в процессе впуска рабочего тела в охладитель благодаря большой поверхпости теплообмена первой секции со стороны впускного клапана 11.2 п. ф-лы, 1 ил. (О (Л W Ьода оо ел сд о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 Г 25 В 9/00

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3901964/23-06 (22) 28.05.85 (46) 23.12.86. Бюл. ¹ 47 (72) В. М. Зыков, В. М. Худзинский, А. Е. Суворов и Н. А. Фролова (53) 621.574 (088.8) (56) Г!атент США № 3.188.818, кл. 62 — 6, опублик. 1965. (54) МИКРОКРИОГЕННАЯ СИСТЕМА И

РАБОЧЕЕ ТЕЛО, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЕ

ДЛЯ НЕЕ (57) Изобретение относится к области криогенной техники, а именно к криогенным газовым машинам, и может найти применение в электронной и других областях промышленности в устройствах, требующих охлаждения на уровне от !00 К до 12 К. Целью изобретения является повышение экономичности и упрощение конструкции. Микрокриогенная система состоит из компрессора 1, отделитеÄÄSUÄÄ 1278550 ля жидкой фазы 5 с влагоотделителями грубой 6 и тонкой 7 очистки, фильтр 8, дроссс Ib 9, охладитель 10, включающий впускной 11 и выпускной 12 клапаны, теплообменник 13 и регенератор 14 с высокотеплоемкой пористой насадкой, выполненной двухсекцпонной. Рабочее тело, предназначенное для мпкрокриогенной системы, представляет собой гелий, дополнительно содержащий углеводородную добавку метанового ряда С Н в жидкой п.паровой фазах, n = 6 — 8. Конструкция позволяет за счет выполнения насадки регенератора двухсекционной выделять из рабочего тела углеводородную добавку в виде жидкости и задерживать ее в процессе впуска рабочего тела в охладитсль благодаря большой поверхности теплообмена первой секции со ® с«нонны анус«ного «аннана I I.2 и ф-.пы. ц)

1 ил.

1278550

50

Формула изобретения

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к криогенным газовым машинам, и может найти применение в электронной и других областях промышленности в устройствах, требующих охлаждения на уровне от 100 К до 12 К.

Цель изобретения — повышение экономичности и упрошение конструкции.

На чертеже представлена схема предлагаемой системы.

Микрокриогенная система содержит 10 компрессор 1 с всасывающей 2 и нагнетательной 3 полостями, холодильник 4, отделитель 5 жидкой фазы, включающий влагоотделители грубой 6 и тонкой 7 очистки, фильтр 8, дроссель 9, охладитель 10, включающий впускной 11 и выпускной 12 клапаны, теплообменник 13 и регенератор 14 с высокотеплоемкой пористой насадкой, выполненной двухсекционной.

Рабочее тело, предназначенное для микрокриогенной системы представляет собой гелий, дополнительно содержащий углеводородную добавку метанового ряда С„Н в жидкой и паровой фазах п = 6 — 8. Углеводородная добавка рабочего тела используется в качестве смазочно-охлаждающей жидкости, подаваемой в полость всасывания компрессора и имеет температуру кипения

40 в 100 С.

Использование углеводородной добавки в составе рабочего тела позволяет уменьшить удельную работу сжатия гелия в компрессоре и увеличивает диапазон отношений давления нагнетания к давлению всасывания до

8 при допустимой температуре нагнетания.

При значении п (в C H ) меньше 6, группы индивидуальных углеводородов имеют высокое давление насыщенных паров при температуре окружаюшей среды, что затрудняет очистку гелия от углеводородной добавки. При значении п(в С Н ) больше 8, группы индивидуальных углеводородов имеют высокую температуру кипения, что увеличивает среднюю температуру компрессора и потребляемую им мощность.

Если объемная доля гелия меньше 70%, уменьшается количество гелия, подаваемого в охладитель, что снижает его холодопроизводительность. Если объемная доля гелия больше 90%, возрастает удельная работа сжатия и температура нагнетания гелия, что влечет за собой уменьшение КПД микрокриогенной системы и снижает ее надежность.

Выполнение насадки регенераторра двухсекционной позволяет выделять из рабочего тела углеводородную добавку в виде жидкости и задерживать ее в процессе впуска рабочего тела в охладитель благодаря большой поверхности теплообмена первой секции со стороны впускного клапана.

При значениях отношения удельных поверхностей теплообмена двух секций насадки менее 2, часть углеводородной добавки

2 конденсируется во второй секции со стороны впускного клапана, что снижает эффективность работы охладителя. При значениях удельных поверхностей теплообмена секций насадки более 4, увеличивается «мертвый» объем охладителя, что также приводит к снижению эффективности его работы.

Микрокриогенная система работает следующим образом.

Компрессор 1 осуществляет сжатие смеси, охлаждение сжатой смеси происходит в холодильнике 4, затем происходит отделение жидкой фазы во влагоотделителях грубой 6 и тонкой 7 очистки. Жидкосной выход отделителя непосредственно соединен с полостью 2 всасывания компрессора 1, что позволяет исключить применение механического насоса для подачи смазочно-охлаждающей жидкости во всасывающую полость компрессора. Вся отделившаяся жидкость дросселируется во всасывающую полость 2 компрессора 1 через дроссель 9.

В охладителе 10 осушествляется газовый холодильный цикл Мак — Магона и Джиффорда следующим образом.

Газо-паровой выход отделителя 5 непосредственно сообщен с двухсекционной насадкой регенератора 14 через впускной клапан 11. Смесь поступает через впускной клапан 11 в двухсекционную насадку, первая секция которой выполняет функцию низкотемпературного фильтра конденсируюшихся примесей. Происходит конденсация

CgHrq (углеводородной добавки). В цилиндр охладителя 10 поступает очищенный гелий высокого давления. После осугцествления процессов впуска и переталкивания происходит адиабатическое расширение гелия, в результате чего рабочее тело, поступившее через впускной клапан 11 (высокого давления) выталкивается через выпускной клапан 12 (низкого давления). При этом увеличивается объемный расход гелия и сконденсировавшийся углеводород выносится в более теплую зону двухсекционной пористой насадки, испаряется и выносится из охладителя 10 на всасывание в компрессор 1.

Углеводород, отделенный во влагоотделителях гру бой 6 и тонкой 7 очистки через дроссель 9 подается во всасывающую полость 2 компрессора 1 и сжимается вместе с поступающим из охладителя 10 рабочим телом.

1. Микрокриогенная система, содержащая компрессор, соединенный нагнетательной и всасывающей линиями через впускной и выпускной клапаны с охладителем, имеюгцим регенератор с высокотеплоемкой пористой насадкой, и отделитель жидкой фазы с

1278550

Составитель Н. Зайцева

Редактор М. Бланар Техред И. Верес Корректор С. Черни

Заказ 6776 32 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 жидкостным и газо-паровым выходами, установленный на нагнетательной линии компрессора, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и упрошения конструкции, насадка регенератора выполнена двух,секционной, причем газо-паровой выход от- 5 делителя жидкой фазы непосредственно сообщен через впускной клапан с первой секцией насадки регенератора, а жидкостной выход соединен с всасываюшей линией компрессора, причем первая секция регенератора со стороны впускного клапана имеет удельную теплообменную поверхность в 2 — 4 раза большую, чем вторая секция.

2. Рабочее тело микрокриогенной системы, содержащее Н., отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности, в рабочее тело дополнительно введен углеводород метанового ряда типа СНп, где и = 6 — 8, в количестве 10 — 30о/о от общего объема рабочего тела.