Установка для получения чистого газообразного воздуха

 

Изобретение относится к криогенной технике и криогенным холодильным машинам, работающим по обратному циклу Стирлинга. Из окружающей среды газообразный воздух засасывается в конденсатор криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, где он конденсируется, переходя в жидкую фазу. При этом на стенках конденсатора в виде "шубы" из льда и углекислоты вымораживаются пары воды и углекислого газа. Очищенный жидкий воздух сливается самотеком в сосуд Дьюара. Из сосуда Дьюара с помощью насоса высокого давления жидкий воздух поступает к потребителям или просто в окружающую среду, последовательно проходя через обратный клапан, теплообменник, открытый запорный клапан и ресивер. С целью снятия тепловой нагрузки с криогенной машины предусмотрен контур охлаждения с теплообменниками, который позволяет охлаждать охлаждающую жидкость криогенной машины до температуры значительно ниже температуры окружающей среды. Использование изобретения дает возможность очистить окружающий воздух от вредных примесей и повысить холодильный коэффициент криогенной машины. 1 ил.

Изобретение относится к области криогенной техники и криогенных холодильных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, может быть использовано в качестве установки получения чистого воздуха для различных систем, например систем кондиционирования и вентиляции воздуха специальных объектов.

Известны технические решения для обработки воздуха на объектах с длительной герметизацией помещений, включающие в себя устройства для удаления углекислого газа, паров воды и других вредных компонентов окружающего воздуха (Захаров Ю.В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. - Л.: Судостроение, 1979, стр. 126-129). Однако данные технические решения основаны на использовании химических реагентов, имеют значительные массогабаритные характеристики и энергетические затраты.

Известны технические решения для газификации сжиженных газов перед их раздачей потребителям с применением насосов высокого давления (Вопросы глубокого охлаждения./Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова. - М.: Иностр. литература, 1961, стр. 287-188).

Известно устройство сосуда Дьюара с вакуумно-порошковой изоляцией (Соколов Е. Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд. - М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202).

Известно, что в области криогенных температур (60-160 K) наиболее высокоэффективным циклом является обратный цикл Стирлинга. Эффективность криогенных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, практически в 2 раза выше по сравнению с другими установками, применяемыми для сжижения газов (Усюкин И.П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186). Однако для повышения холодильного коэффициента криогенной машины необходимо, чтобы охлаждающая среда имела минимально возможную температуру.

Известно, что при ожижении воздуха в криогенной машине, работающей по обратному циклу Стирлинга, содержащей холодильник, регенератор и конденсатор, происходит очистка воздуха от углекислого газа и паров воды, вымораживаемых на поверхности детандерной головки (конденсатора) в виде "шубы" из льда и углекислоты, периодически удаляемых после нескольких дней непрерывной работы (Справочник по физико-техническим основам криогеники. Под ред. М.П. Малкова. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1973, стр. 294). Однако ранее криогенные машины Стирлинга в системах очистки воздуха от вредных примесей, например, для систем кондиционирования и вентиляции не применялись.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в очистке окружающего воздуха от вредных примесей, например, углекислого газа, паров воды, и повышении холодильного коэффициента криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга.

Для достижения этого технического результата установка для получения чистого газообразного воздуха по схеме Кириллова, включающая в себя линию подачи окружающего воздуха, криогенную машину, работающую по обратному циклу Стирлинга, сливную линию жидкого воздуха, снабжена сосудом Дьюара, линией подачи потребителю чистого воздуха с насосом высокого давления, расположенным в сосуде Дьюара, обратным клапаном, запорным клапаном, ресивером и регулирующим клапаном, а также контуром охлаждения криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, включающим в себя насос, первый теплообменник, через который проходит магистраль подачи внешней охлаждающей среды, и второй теплообменник, через который проходит линия подачи потребителю чистого воздуха.

Введение в состав установки для получения чистого газообразного воздуха по схеме Кириллова сосуда Дьюара, контура охлаждения криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, с двумя теплообменниками и насосом, линии подачи потребителю чистого воздуха, проходящей через один из теплообменников контура охлаждения, позволяет получить новое свойство, заключающееся в замораживании вредных примесей окружающего воздуха, например углекислого газа и паров воды, при его сжижении в криогенной машине, работающей по обратному циклу Стирлинга, а также снижение минимальной температуры охлаждающей жидкости контура охлаждения криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, ниже температуры окружающей среды.

На чертеже изображена установка для получения чистого газообразного воздуха по схеме Кириллова.

Установка для получения чистого воздуха состоит из линии подачи окружающего воздуха 1, криогенной машины 2, работающей по обратному циклу Стирлинга и включающей в себя конденсатор 3 и холодильник 4, линии слива жидкого воздуха 5, сосуда Дьюара 6, линии подачи потребителю чистого воздуха 7, содержащей насос высокого давления 8, расположенный в сосуде Дьюара 6, обратный клапан 9, запорный клапан 10, ресивер 11 и регулирующий клапан 12, а также контура охлаждения криогенной машины 2, состоящего из насоса 13, первого теплообменника 14, через который проходит магистраль подачи внешней охлаждающей среды 15 (например, окружающего воздуха), и второго теплообменника 16, через который проходит линия подачи потребителю чистого воздуха 7.

Установка для получения чистого газообразного воздуха по схеме Кириллова работает следующим образом.

Из окружающей среды с помощью линии подачи окружающего воздуха 1, газообразный "грязный" воздух засасывается в конденсатор 3 криогенной машины 2, работающей по обратному циклу Стирлинга, где он конденсируется, переходя в жидкую фазу. При этом на стенках конденсатора 3, в виде "шубы" из льда и углекислоты, вымораживаются пары воды и углекислого газа. Очищенный жидкий воздух сливается самотеком, по линии слива жидкого воздуха 5, в сосуд Дьюара 6. Из сосуда Дьюара 6, с помощью насоса высокого давления 8, по линии подачи потребителю чистого воздуха 7 жидкий воздух поступает через обратный клапан 9 сначала в теплообменник 16, где, принимая теплоту от охлаждающей жидкости криогенной машины 2, испаряется, а затем в газообразном состоянии через открытый запорный клапан 10, поступает в ресивер 11. Из ресивера 11 через регулирующий клапан 12 чистый газообразный воздух поступает к потребителю или просто в окружающую среду герметизированного помещения.

Для привода криогенной машины 2 может использоваться двигатель транспортного средства, электродвигатель или специальный тепловой двигатель (на чертеже не показаны). С целью снятия тепловой нагрузки с криогенной машины 2 предусмотрен контур охлаждения. По этому контуру, нагретая от рабочего тела криогенной машины 2, охлаждающая жидкость из холодильник 4, с помощью насоса 13 подается сначала в первый теплообменник 14, где жидкость охлаждается до температуры окружающей среды за счет теплообмена с окружающей средой, поступающей по магистрали 15, а затем во второй теплообменник 16, где она охлаждается до температуры значительно ниже температуры окружающей среды за счет теплообмена с жидким чистым воздухом, что приводит к увеличению холодильного коэффициента криогенной машины 2 и снижению потребляемой мощности на ее привод.

Источники информации 1. Захаров Ю. В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. - Л.: Судостроение, 1979, стр. 126-129.

2. Вопросы глубокого охлаждения./Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова. - М.: Иностр. литература, 1961, стр. 287-288.

3. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд. - М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202.

4. Усюкин И. П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186.

5. Справочник по физико-техническим основам криогеники. Под ред. М.П.Малкова. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1973, стр. 294. - прототип.

Формула изобретения

Установка для получения чистого газообразного воздуха, включающая в себя линию подачи окружающего воздуха, криогенную машину, работающую по обратному циклу Стирлинга, сливную линию жидкого воздуха, отличающаяся тем, что снабжена сосудом Дьюара, линией подачи потребителю чистого воздуха с насосом высокого давления, расположенным в сосуде Дьюра, обратным клапаном, запорным клапаном, ресивером и регулирующим клапаном, а также контуром охлаждения криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, включающим в себя насос, первый теплообменник, через который проходит магистраль подачи внешней охлаждающей среды, и второй теплообменник, через который проходит линия подачи потребителю чистого воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1