Способ охлаждения газа
Изобретение относится к холодильной технике. Способ охлаждения газа включает периодическое возбуждение волны сжатия в заполненной остаточным газом камере трубчатой формы путем ввода в камеру со стороны ее "холодной зоны" порции газа под высоким давлением. По окончании фазы сжатия находившегося в камере остаточного газа подачу газа под высоким давлением прекращают и осуществляют выпуск нагретого остаточного газа из камеры со стороны "горячей зоны" камеры. После этого объем камеры изолируют со стороны ее "горячей зоны" и осуществляют адиабатическое расширение оставшегося в камере газа с последующим выталкиванием охлажденной порции газа из камеры в линию отвода низкого давления путем соединения камеры со стороны ее "горячей зоны" с ресивером. Ресивер периодически заполняют газом до давления, в 1,5÷2,0 раза превышающего давление остаточного газа в камере, объем Vк которой выбирают согласно соотношению Vк=(0,5÷1,0)Vp, Vp - объем ресивера. Изобретение позволяет снизить энергозатраты за счет выброса нагретого остаточного газа в окружающее пространство. 1 ил.
Изобретение относится к холодильной технике,
Из уровня техники известен способ охлаждения газа, согласно которому в заполненной остаточным газом камере трубчатой формы и постоянного объема периодически возбуждают волну сжатия путем ввода в камеру со стороны одного из ее торцов порции газа под высоким давлением и одновременно осуществляют отвод тепла от зоны камеры, прилегающей к ее противоположному торцу, а после окончания сжатия, находившегося в камере остаточного газа осуществляют адиабатическое расширение газа с одновременным выталкиванием охлажденной порции газа из камеры в линию отвода низкого давления (см. патент US - А - №3237231, 1961).
Недостаток описанного выше способа охлаждения газа заключается в том, что он не обеспечивает высокой эффективности охлаждения газа вследствие неполного отвода тепла, выделившегося в результате взаимодействия остаточного газа с волной сжатия.
Известен также способ охлаждения газа, взятый в качестве прототипа и включающий периодическое возбуждение волны сжатия в заполненной остаточным газом камере трубчатой формы и постоянного объема путем ввода в камеру со стороны первого ее торца порции газа под высоким давлением, при этом по окончании фазы сжатия находившегося в камере остаточного газа осуществляют со стороны второго торца камеры выпуск нагретого остаточного газа в ресивер с одновременным отводом от него тепла сжатия. Затем камеру изолируют от ресивера и осуществляют адиабатическое расширение оставшегося в камере газа с последующим выталкиванием охлажденной порции газа из камеры в линию отвода низкого давления путем соединения ее со стороны второго торца с ресивером (см. авторское свидетельства SU - А - №553414, 1977).
По эффективности охлаждения способ охлаждения газа, взятый к качестве прототипа, превосходит описанный ранее. Однако из-за необходимости обеспечения интенсивного отвода тепла сжатия от газа, поступающего в ресивер, требуются значительные затраты энергии. В этом и заключается недостаток способа охлаждения газа, взятый в качестве прототипа.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по снижению энергозатрат при осуществлении способа охлаждения газа.
Поставленная задача решена тем, что в способе охлаждения газа, включающем периодическое возбуждение волны сжатия в заполненной остаточным газом камере трубчатой формы путем ввода в камеру со стороны ее "холодной зоны" порции газа под высоким давлением, по окончании фазы сжатия находившегося в камере остаточного газа подачу газа под высоким давлением прекращают и осуществляют выпуск нагретого остаточного газа из камеры, при этом выпуск нагретого остаточного газа осуществляют со стороны "горячей зоны" камеры, после чего объем камеры изолируют со стороны ее "горячей зоны", осуществляют адиабатическое расширение оставшегося в камере газа с последующим выталкиванием охлажденной порции газа из камеры в линию отвода низкого давления путем соединения камеры со стороны ее "горячей зоны" с ресивером, согласно изобретению выпуск нагретого остаточного газа осуществляют в окружающую среду, а ресивер периодически заполняют газом до давления в 1,5÷2,0 раза, превышающего давление остаточного газа в камере, объем - Vк которой выбирают согласно соотношению Vк=(0,5÷1,0)·Vp, где Vp - объем ресивера.
Преимущество предложенного способа охлаждения газа перед известным, взятым в качестве прототипа, заключается в том, что за счет выпуска нагретого остаточного газа в окружающую среду (атмосферу) отпадает необходимость в отводе тепла сжатия с помощью мощного теплообменника, а следовательно, снижаются энергозатраты. Кроме того, при этом обеспечивается более полное расширение газа, оставшегося в камере после выпуска нагретой его порции. Периодическое заполнение ресивера газом до давления в 1,5÷2,0 раза, превышающего давление остаточного газа в камере, объем которой выбирают согласно соотношению Vк=(0,5÷1,0)·Vp, где Vр - объем ресивера, обеспечивает не только выталкивание охлажденной порции газа из камеры с помощью газа, температура которого не превышает температуры окружающей среды, но и возврат системы в исходное состояние - с заданным давлением остаточного газа в камере.
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения ожидаемого технического результата с помощью указанной выше совокупности существенных признаков.
На чертеже схематично изображено устройство для осуществления предложенного способа охлаждения газа.
Устройство содержит камеру 1 (рабочую) трубчатой формы и постоянного объема, линию 2 подачи газа под высоким давлением с первым управляемым клапаном 3, линию 4 отвода низкого давления со вторым управляемым клапаном 5, ресивер 6, газораспределитель 7 с третьим и четвертым (соответственно 8 и 9) управляемыми клапанами. Камера 1 со стороны "холодной зоны" соединена с линией 2 подачи газа под высоким давлением и с линией 4 отвода низкого давления. "Горячая зона" камеры 1 через газораспределитель 7 соединена с ресивером 6, который снабжен линией 10 подачи газа и измерителем давления (не показан).
Способ охлаждения газа (в предпочтительном варианте азота, углекислого, газа или воздуха) осуществляется следующим образом. В исходном состоянии все управляемые клапаны 3, 5, 8 и 9 закрыты и полость камеры 1 заполнена остаточным газом под давлением - Рос, а ресивер 6 (с объемом Vр=(1÷2)·Vк, где Vк - объем камеры 1) заполнен газом под давлением, равным (1,5÷2,0)Рос. Затем в камере 1 возбуждают распространяющуюся в продольном направлении волну сжатия путем ввода в камеру 1 со стороны ее "холодной зоны" порции газа под высоким давлением. Для этого открывают управляемый клапан 3 и газ под высоким давлением (не менее чем в четыре раза превышающем Рос) по линии 2 начинает поступать в камеру 1 со стороны ее "холодной зоны". Процесс заполнения камеры 1 газом под высоким давлением сопровождается одновременным сжатием и нагревом остаточного газа в камере 1. По окончанию фазы сжатия находившегося в исходном состоянии в камере 1 остаточного газа управляемый клапан 3 закрывают, а управляемый клапан 8 открывают. В результате происходит выпуск нагретого остаточного газа из камеры 1 (со стороны ее "горячей зоны") в окружающее пространство (атмосферу). Далее клапан 8 закрывают, а клапан 5 открывают, что приводит к адиабатическому расширению оставшегося в камере 1 газа, сопровождающемуся охлаждением газа. В конце этого процесса температура газа, находящегося в камере, достигает наименьшего значения за цикл. Далее осуществляют выталкивание охлажденной порции газа из камеры 1 в линию 4 отвода низкого давления. Для этого открывают клапан 9 и газ из ресивера 6 начинает поступать в камеру 1, что приводит к выталкиванию находящегося в ней охлажденного газа в линию 4 отвода низкого давления. После этого, управляемый клапан 5 закрывают, а клапан 9 остается в открытом положении. В результате в системе (камера 1, ресивер 6) устанавливается исходное давление остаточного газа, после чего клапан 9 закрывают и производят заполнение ресивера 6 газом (например, из линии 2) до давления, в (1,5÷2,0) раза превышающего Рос.
Далее описанный выше цикл повторяется"
Изобретение может быть использовано: в различных отраслях, например в сельском хозяйстве, медицине, торговле, а также в системах кондиционирования.
Способ охлаждения газа, включающий периодическое возбуждение волны сжатия в заполненной остаточным газом камере трубчатой формы путем ввода в камеру со стороны ее "холодной зоны" порции газа под высоким давлением, по окончании фазы сжатия находившегося в камере остаточного газа подачу газа под высоким давлением прекращают и осуществляют выпуск нагретого остаточного газа из камеры, при этом выпуск нагретого остаточного газа осуществляют со стороны "горячей зоны" камеры, после чего объем камеры изолируют со стороны ее "горячей зоны", осуществляют адиабатическое расширение оставшегося в камере газа с последующим выталкиванием охлажденной порции газа из камеры в линию отвода низкого давления путем соединения камеры со стороны ее "горячей зоны" с ресивером, отличающийся тем, что выпуск нагретого остаточного газа осуществляют в окружающую среду, а ресивер периодически заполняют газом до давления, в 1,5-2,0 раза превышающего давление остаточного газа в камере, объем Vк которой выбирают согласно соотношению Vk=(0,5-1,0)Vp, Vp - объем ресивера.
