Способ получения холода при низких температурах и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к холодильной технике низких температур и может найти применение в микроустановках, работающих на многокомпонентных рабочих телах. Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности и уменьшение массы, обеспечение работоспособности при любом пространственном расположении, уменьшение амплитуды колебания суточной температуры хладагентов и повышение долговечности регулятора давления. Газообразный низкокипящий и жидкий высококипящий хладагенты подаются из баллонов-источников 1 и 2 в теплообменник 10, в котором они охлаждаются до температуры точки росы высококипящего хладагента. В газовой полости 4 при помощи трубопровода 12 поддерживается давление не менее критического давления высококипящего хладагента. Регулятор 16 расхода обеспечивает стабильную подачу части высококипящего хладагента через дроссель 17 в канал 18 обратного потока теплообменника 10. При входе в камеру 14 смешения высококипящий хладагент не испаряется благодаря небольшой его добавке в баллон-источник 1. Окончательное охлаждение рабочего тела осуществляется в теплообменнике 20. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (51) 5 F 25 В 9/00

:и " ° с,, .ки!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4635293/23-06 (22) 12.01. 89 (46) 15.12.90. Бюл. № 46 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро по криогенной технике с опытным производством Физико-технического института АН УССР (72) В. Н. Замошников и И. Е. Левчук (53) 621.56 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 985640, кл. F 25 В 9/02, 1981.

„„Я(„1 „„161 3824

2 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА

ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ И УСТРОАСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к холодильной технике низких температур и может найти применение в микроустановках, работающих на многокомпонентных рабочих телах. Цель изобретения — повышение термодинамической эффективности и уменьшение массы, обеспечение работоспособности при любом простра нственном расположении, уменьшение

1613824

55 амплитуды колебания суточной температуры хладагентов и повышение долговечности регулятора давления. Газообразный низкокипя щий и жидкий высококипящий хладагенты подаются из баллонов-источников 1 и 2 в теплообменник 10, в котором они охлаждаются до температуры точки росы высококипящего хладагента. В газовой полости 4 при помощи трубопровода 12 поддерживается давление не менее критического давления

Изобретение относится к холодильной технике низких температур и может быть использовано в микроустановках, работающих на многокомпонентных рабочих телах.

Цель изобретения — повышение термодинамической эффективности и уменьшение массы, а также обеспечение работоспособности при любом пространственном расположении, уменьшение амплитуды колебания суточной температуры хладагентов и повышение долговечности регулятора давления.

На фиг. 1 приведена схема устройства для получения холода при низких температурах с регулятором давления, работающим на промежуточном температурном уровне; на фиг. 2 — то же, с регулятором давления, работающим при температуре окружающей среды.

Устройство содержит баллоны-источники

1 и 2 для низкокипящего и высококипящего хладагентов соответственно (например, газовой смеси азота и метана и бинарного раствора пропана и этана). Баллон-источник 2 высококипящего хладагента выполнен с эластичной перегородко" 3 в виде сферы, которая разделяет его газовую полость 4 от жидкостной полости 5. Каждый баллон-источник имеет вентиль 6 и 7, установленный на линиях прямых потоков хладагентов, подсоединенных к каналам 8 и 9 прямых потоков хладагентов рекуперативного теплообменника 10.

На выходе из этого теплообменника на линии прямого потока низкокипящего хладагента установлен регулятор 11 давления, у которого к рабочей полости подсоединены трубопровод 12 гидравлической связи, подключенный к газовой полости 4 баллона-источника 2, и трубопровод 13, снабженный калиброванным гидравлическим сопротивлением, рассчитанным на заданный расход низкокипящего хладагента, и подсоединенныи к камере 14 смешения. К трубопроводу 15 прямого потока высококипящего хладагента с калиброванным гидравлическим сопротивлением, рассчитанным на заданныи расход жидкого высококипящего хладагента, подсоединенному к камере 14 смешения, подклю25

50 высококипящего хладагента. Регулятор 16 расхода обеспечивает стабильную подачу части высококипящего хладагента через дроссель 17 в канал 18 обратного потока теплообменника 10. При входе в камеру 14 смешения высококипящий хладагент не испаряется благодаря небольшой его добавке в баллон-источник 1. Окончательное охлаждение рабочего тела осуществляется в теплообменнике 20. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил. чена линия отбора жидкого высококипящего хладагента, на которой последовательно установлены регулятор 16 расхода и дополнительный дроссель 17, сообщающийся с каналом 18 обратного потока теплообменника 10.

Камера 14 смешения последовательно соединена с каналом 19 прямого потока рабочего тела концевого теплообменника 20, дросселем 21, испарителем 22 с объектом 23 охлаждения, каналом 24 обратного потока рабочего тела теплообменника 20 и каналом 18 обратного потока теплообменника 10. Холодная часть устройства теплоизолирована от внешней среды вакуумируемым корпусом 25 с окном 26, теплая часть — тепловой изоляцией 27, например пенопластом. Устройство снабжено также блоком 28 управления.

При установке регулятора 11 давления в теплой области устройства (фиг. 2) к рабочей полости подсоединены трубопровод 12 гидравлической связи, подключенный к газовой полости 4 баллона-источника 2, и канал 8 прямого потока теплообменника 10, подключенного к камере 14 смешения при помощи трубопровода 13, снабженного гидравлическим сопротивлением, рассчитанным на заданный расход низкокипящего хладагента.

Устройство работает следующим образом.

Открытием вентилей 6 и 7 осуществляют подачу газообразного низкокипящего и жидкого высококипящего хладагентов соответственно из баллонов-источников 1 и 2 в каналы 8 и 9 прямых потоков теплообменника 10, в котором они предварительно охлаждаются обратным потоком рабочего тела и жидкого высококипящего хладагента, проходящего по каналу 18 обратного потока, до температуры точки росы высококипящего хладагента в обратном потоке, и через трубопроводы 13 и

15 с калиброванными гидравлическими сопротивлениями в камеру 14 смешения. Калиброванные гидравлические сопротивления настроены на подачу в камеру 14 смешения газообразного низкокипящего и жидкого высококипящего хладагентов — компонентов рабочего тела в заданных долях, обеспечивающих получение рабочего тела с темпера1613824

1С

1Ь

Х0

55 турой затвердевания ниже температуры, при которой отводится тепло от объекта охлаждения, например ниже азотной. Устойчивый расход компонентов через калиброванные гидравлические сопротивления поддерживается за счет выравнивания давления после регулятора 11 давления и в газовой полости 4 при помощи трубопровода 12 гидравлической связи в течение всего процесса функционирования устройства. Величина уравновешивающего давления должна быть не менее критического давления высококипящего хладагента и является предельным давлением низкокипящего хладагента, при котором прекращается функционирование устройства в связи с истощением запасов хладагентов. Стабилизация температурного уровня предварительного охлаждения прямых потоков хладагентов в рекуперативном теплообменнике 10 при постепенно понижающемся давлении низкокипящего хладагента в баллоне-источнике 1 и колебаниях температуры окружающей среды обеспечивается изменением расхода жидкого высококипящего хладагента регулятором 16 расхода, дросселированием его в дросселе 17 до давления окружающей среды и подачей образовавшейся парожидкостной смеси в канал 18 обратного потока теплообменника 10. Величина расхода жидкого высококипящего хладагента определяется температурой обратного потока рабочего тела на выходе из канала 24 обратного потока теплообменника 20. )Кидкий высококипящий хладагент-компонент при входе в камеру 14 смешения не подвергается испарению, так как небольшая добавка высококипящего хладагента в баллоне-источнике 1 находится в состоянии насыщения низкокипящего хладагента-ком понента при температуре точки росы высококипящего хладагента в обратном потоке рабочего тела на выходе из теплообменника 20, и к изотермическому дроссель-эффекту низкокипящего хладагента-компонента при смешении и образовании многокомпонентного рабочего тела прибавляется скрытая теплота парообра зования жидкого высококипящего хладагента-компонента, в результате чего изотермический дроссель-эффект рабочего тела будет максимальным; из камеры 14 смешения рабочего тела поступает в канал 19 прямого потока теплообменника 20, где подвергается дополнительному и окончательному охлаждению обратным потоком рабочего тела, проходящему по каналу 24, при котором конденсируются все высококипящие компоненты, проходит через дроссель 21, в котором давление рабочего тела понижается до давления окружающей среды, конденсируется значительная часть самого низкокипящего компонента, и сконденсированная часть рабочего тела превращается в многокомпонентный раствор, испаритель 22, в котором рабочее тело отбирает тепло от объекта 23 охлаждения за счет испарения низкокипящих компонентов жидкого раствора (в основном азота и частично метана). Далее рабочее тело направляют в каналы 24 и 18 обратных потоков теплообменников 20 и 10, в которых оно отбирает тепло от прямых потоков рабочего тела и хладагентов, и выводят в окружающую среду.

При установке регулятора 11 давления на промежуточном температурном уровне устройства изотермический дроссель-эффект предварительного дросселироваиия низкокипящего хладагента реализуется в основном в камере 14 смешения, понижая температурный уровень предварительного охлаждения. При установке регуля1ора 11 давления в теплой области устройства изотермический дроссель-эффект предварительного дросселирования низкокипящего хладагента реализуется в рекуперативном теплообменнике 10.

Формула изобретения

1. Способ получения холода при низких температурах путем заполнения баллонов-источников соответственно низкокипящим и высококипящим хладагентами, охлаждения их прямых потоков в рекуперативном теплообменнике обратным потоком рабочего тела, предварительного дросселирования низкокипящего хладагента в регуляторе давления, дозирования высококигящего хладагента, образования рабочего тела смешиванием хладагентов в камере смешения в заданном отношении, дросселирования рабочего тела, отбора тепла от объекта -хлаждения в испарителе и вывода рабочего тела в окружающую среду по каналу обратного потока рекуперативного теплообменника, отличающийся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности, в баллон-источник низкокипящего хладагента добавляют высококипящий хладагек1, а баллон-источник высококипящего хладагента за полняют под давлением выше критического, охлаждение прямых потоков хладагентов перед их смешением производят до темпе ратуры точки росы высококипящего хладагента, при этом дополнительно осуществляют регулируемый отбор жидкого высококипящего хладагента, его дросселирование и смешение с of ратным потоком перед рекуперативным теплообменником, а также предварительно дросселируют низкокипящий хладагент до давления выше критического и под этим давлением поддерживают высококипящий хладагент в баллонеисточнике, дозируют расход низкокипящего хладагента, а после смешения хладагентов охлаждают прямой поток рабочего тела в концевом теплообменнике его обратным потоком перед его подачей в рекуперативный теплообменник.

1613824

glitz.2

Составитель В. Добротворцев

Редактор Е. Конча Техред А. Кравчук Корректор Н. Ревская

Заказ 3883 Тираж 454 П одппсное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьпиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при отборе тепла от объекта охлаждения на азотном уровне температуры в качестве высококипящего хладагента используют бинарный раствор пропана с этаном и поддерживают в баллоне-источнике высококипящего хладагента давление выше суммы критических давлений компонентов раствора, а в качестве низкокипящего хладагента — смесь газообразных азоТа и метана.

3. Устройство для получения холода при низких температурах, содержащее баллоны-источники высококипящего и низкокипящего хладагентов с запорными вентилями на линиях прямых потоков и последовательно соединенные рекуперативный теплообменник с каналами прямых потоков хладагентов и с каналом обратного потока рабочего тела, регулятор расхода, установленный на линии прямого потока высококипящего хладагента, регулятор давления, установленный на линии прямого потока низкокипящего хладагента, камеру смешения, дроссель, испаритель и канал обратного потока рекуперативного теплообменника, отличающееся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности и уменьшения массы, оно снабжено после рекуперативного теплообменника линией отбора части высококипящего хладагента со своими регулятором расхода и дросселем, сообщающимся с каналом обратного потока рекуперативного теплообменника, линией связи, сообщающей рабочую полость регулятора давления низкокипящего хладагента с газовой полостью баллона-источника высококипящего хладагента, гидравлическими сопротивлениями, установленными на входе линий прямых потоков хладагентов в камеру смешения, и снабжено концевым теплообменни1О ком с каналами прямого и обратного потоков рабочего тела, установленным между камерой смешения и дросселем.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что, с целью обеспечения работоспо15 собности при любом пространственном расположении, баллон-источник высококипящего хладагента снабжен эластичной перегородкой.

5. Устройство по пп. 3 и 4, отличающееся тем, что, с целью уменьшения ам2О плитуды колебания суточной температуры хладагентов, баллоны-источники хладагентов, запорные вентили и линии прямых потоков хладагентов снабжены тепловой изоляцией.

6. Устройство по пп. 3 — 5, отличающееся тем, что, с целью повышения долговечности регулятора давления, регулятор давления низкокипящего хладагента размещен перед рекуперативным теплообменником