Криогенная установка

 

Изобретение позволяет уменьшить массогабаритные характеристики установки и удельные энергозатраты на получение холода. Установка работает на смеси рабочего газа и вспомогательного компонента и предназначена для предварительного охлаждения газа, поступающего в нижнюю ступень охлаждения. Сжатая в турбокомпрессоре 1 гелий-фреоновая смесь после поступления в концевой холодильник 2 охлаждается в предварительном тепло

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

М И

РЕСПУБЛИК (191 (И) А1 цц 4 F 25 В 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4152275/25-06 (22) 26,11.86 (46) 15.01,89. Бнл. М 2 (71) Одесский технологический институт холодильной промышленности (72) Г.К.Лавренченко, Н,М,Григоренко ° С.В,Котенко, 10.М.Симоненко и Х.М.Тумасян (53) 621.57(088,8) (56) Холодильная техника и технология: Республиканский межведомственный научи,-техн. сб.,вып. 38. — Киев: Техника, 1984, с. 35. (54) КРИОГВННАЯ УСТАНОВКА (57) Изобретение позволяет уменьшить массогабаритные характеристики установки и удельные энергозатраты на получение холода. Установка работает на смеси рабочего газа и вспомогательного компонента и предназначена для предварительного охлаждения газа, поступавшего в нижнвв ступень охлаждения. Сжатая в турбокомпрессоре l гелий-фреоновая смесь после поступления в концевой холодильник 2 охлаждается в предварительном тепло1451484

Обменнике (ТО) 3 обратным потоком газовой смеси и подается в сопло вихевой труби 4, в которой в процессе ихревого энергоразделения смеси проИсходят охлаждение осевого потока гелия как более легкого газа и нагрев периферийных слоев газа, которьй конденсируется при тепловом контакте с охлаждающей рубашкой 10 тру бы 4. Горячий поток смеси, выходящий з трубы 4, после охлаждения в ТО

27 промежуточного охлаждения поступает в другую вихревую трубу 11, из которой охлажденный поток гелия подается в нижнюю спираль охлаждения, а (Изобретение относится к криогенНой технике, конкретнее к холодиль ным установкам, работающим на много;компонентных смесях. !

На чертеже схематично изображе на криогенная установка.

Установка содержит турбокомпрессор

1, концевой 2 и предварительный 3 тенлообменники и вихревую трубу 4, 10 имеющую конденсатосборник 5, сопло

6, патрубки 7 и 8 холодного и горячего потоков, начальный участок 9 с охлаждающей рубашкой 10. Вихревая труба 11 установлена за трубой 4 и имеет конденсатосборник 12, сопло

13, патрубок 14 холодного потока, начальный участок 15 с охлаждающей рубашкой 16 и камеру 17 энергоразделения с охлаждающей рубашкой 18.

Рубашки 16 и 18 подключены к соплам

19 и 20 соответственно первои и второй ступени вихревого эжектора-смесителя 21, осевые всасывающие патрубки 22 и 23 которого связаны соответственно с нижней ступенью 24 охлаждения и конденсатосборником 5. Перед всасывающим патрубком 23, размещенным на стенке щелевого диффузора 25, установлен регулирующий вентиль 26, 30

Патрубок 8 горячего потока вихревой трубы 4 сообщен с соплом 13 вихревой трубы 11 посредством теплообменника

27, подключенного между патрубками

7 и 14 холодных потоков труб 4 и 11. жидкий фреон — в вихревой эжекторсмеситель 21, где жидкий фреон, выходящий из труб 4 и 11, см шивается с обратным потом гелия из нижней ступени охлаждения. После подогрева в

ТО 3 смесь поступает в турбокомпрессор 1. Использование вихревых труб

4 и 11 в качестве фазоразделителя смеси, вихревого эжектора 21 — в качестве смесителя и применение промежуточного охлаждения смеси между трубами 4 и 11 позволяет уменьшить габаритные размеры фазоразделителя и смесителя и снизить энергозатрати на получение холода. 1 ил.

Установка содержит также группу запорных вентилей 28-30 °

Криогенная установка работает следующим образом.

Сжатая в центробежном турбокомпрессоре 1 гелий-фреоновая смесь поступает B концевой теплообменник 2 и охлаждается до температуры окружающей среди. Дальнейшее снижение температуры смеси происходит в предварительном теплообменнике 3 с помощью обратного потока, подаваемого из щелевого диффузора 25 двухступенчатого вихревого эжектора-смесителя 21.Охлажденная смесь поступает в сопла 6 вихревой трубы 4, где в процессе вихревого энергоразделения расширявшейся смеси и происходит частичное охлаждение осевых слоев потока, практически состоящего из чистого гелия, и нагрев периферийных слоев, контактирующих со стенками начального участка 9, заключенного в охлаждающую рубашку 10. Холодный газ выводится через патрубок 7 холодного потока в теплообменник 27. Конденсат, сосредоточенный под действием центробежных сил на стенках начального участка 9, попадает в конденсатосборник

5 и, подогреваясь в охлаждающей рубашке 10, частично переходит в газообразное состояние, охлаждая стенки наиболее нагретой зоны вихревой трубы 4. Дальнейшее повьш ение температу1451484 ры высококипящего компонента (фрео" на) происходит в охлаждающей рубашке

18 вихревой трубы 11, Такая возможность несмотря на более низкий перепад давлений в дополнительной вихревой трубе 11 достигается за счет режима ее работы без выброса горячего потока. Испарившийся агент подается в сопло 20 второй ступени вихревого 10 эжектора-смесителя 21, способствуя понижению давления на выходе из нижней ступени 24 охлаждения, подключенной к всасывающему патрубку 22.

Горячий поток, обогащенный низкоки- 15 пящим компонентом, через патрубок 8 направляется на охлаждение в теплообменник 27 и поступает в сопло 13 вихревой трубы ll в которой достигается достаточно полное отделение 2р высококипящего компонента, накопление его в конденсатосборнике 12 и испарение в охлаждающей рубашке 16 начального участка 15. Очищенный и охлажденный гелий отводится через 25 патрубок 14 холодного потока и, смешиваясь с холодным потоком вихревой трубы 4, поступает на вход в нижнюю ступень 24 охлаждения. Пары высококипящего компонента их охлаждающей 3р рубашки 16 направляются в сопла 19 первой ступени вихревого эжекторасмесителя 21 и, обладая относительно более низким давлением, чем начальное давление перед соплом 20, используются для предварительного эжектирования обратного потока из всасывающего патрубка 2?, Подогрев и испарение конденсата в охлаждающих рубашках 10, 16 и 18 позволяет суще- 4р ственно повысить удельную работу расширения при движении пара в соплах

19 и 20, увеличив перепад давлений на ступени ?4, а следовательно, и эффективность установки в целом. Для изменения состава циркулирующей смеси путем изменения массовой доли конденсата, накопленного в охлаждающих рубашках, служит перепускной регулирующий вентиль 26. При открытии этого вентиля происходит резкое обогащение смеси на входе в компрессор l высококипящим компонентом, впрыскиваемым непосредственно во всасывающий патрубок 23 эжектора-смесителя 21. Запорные вентили 28«30 служат для отключения ступени 24 в пусковой период установки.

Формула изобретения

Крио генная установка, содержащая компрессор, подключенный к магистралям прямого и обратного потоков смеси рабочего газа и вспомогательного компонента, теплообменник предвари" тельного охлаждения, фазоразделитель, соединенный с линией обратного потока, и нижнюю ступень охлаждения, отличающаяся тем, что, с целью снижения массогабаритных характеристик и удельных энергозатрат, установка дополнительно содержит теплообменник промежуточного охлаждения и двухступенчатый вихревой эжекторсмеситель с всасывающими патрубками, соплами и щелевым диффузором, а фазоразделитель выполнен в виде двух последовательно соединенных вихревых труб с охлаждающими рубашками, патрубкамн холодных потоков и конденсатосборниками, причем теплообменник промежуточного охлаждения подключен к патрубкам холодных потоков вихревых труб и к щелевому диффузору эжекторасмесителя, а охлаждающие рубашки вихревых труб соединены с соплами эжектора-смесителя, всасываюшие патрубки которого соединены соответственно с линией обратного потока на выходе из нижней ступени охлаждения и с конденсатосборником первой вихревой трубы.

Составитель И.Тайдаков

Редактор Л.Пчолинская Техред Л.Сердюкова Корректор В.Гирняк

Подписное

Тираж 462

Заказ 7064/36

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

BHHHITH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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