Криогенная установка

 

(72) Авторы изобретения

N, l0. Боярский, Н. И. Носов и Ю. B. Шиганский (71) Заявитель (54 ) КРИОГЕННАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к криоген:ной технике и может быть использовано, например, для охлаждения объектов оптико- и радиоэлектронной аппаратуры.

Известны установки, использующие в качестве криоагентов многокомпонентные смеси, например азотоуглеводородные (11 .

Применение многокомпонентных сме- 10 сей вместо однокомпонентных криоагентов позволяет существенно сократить пусковой режим и в несколько раз повысить коэффициент полезного действия установок. !3

Однако смеси подают в холодный блок обычно в готовом виде.(компоненты редварительно смешаны). При этом не спользуется тепловой эффект смешен я. (теплота смешения), имеющий 20 значения, в некоторых случаях равные или превышакицие величины изотермического дроссель-эффекта смеси.

Известна также криогенная установка, содержащая источники сжатых компонентов криоагента и микрохолодиль- ник, включающий смеситель, теплообменйик с линиями прямого потока для каждого компонента, подключеннййи- к соответствующим источникам и смесите- 30 лю, и дроссельный орган, установленный после смесителя по ходу криоагента (2) .

Холодопроизводительность такой кри огенной установки на величину теплового эффекта смешения, соответствующую температуре компонентов на входе в холодный блок, больше, чем без йспольэования теплоты смешения.

Однако большоЕ числО компОнентов не может быть использовано для смешения при температурах прямого потока перед дроссельным органом, вследствие выпадения твердой фазы, в то время, как смесь всех компонентов при этих температурах находится в парожидкостном состоянии. Благодаря наличию эвтектик в системе "жидкость-твердое, тело" у азотоуглеводородных смесей твердая фаза в испарителе не образовывается вплоть до азотных температур.

° Это приводит к ограничению термодинамической эффективности установки, которая может быть повышена при использовании компонентов с более высокой критической температурой. Введение таких компонентов в состав криоагента известной установки невозможно, так как они имеют высокие температуры

779762 эатвердевания, твердая фаза компонентов может забить линии прямого потока и дроссельный орган.

Цель изббретения — повышение термодинамической эффективности за счет увеличения числа используемых компонентов криоагента с высокими критическими температурами.

Указанная цель достигается тем, что микрохолодильник дополнительно содержит второй смеситель, установленный перед первым по ходу криоагента 10 и подключенный к выходу из дроссельного органа посредством обводной линии, снабженной автономным дросселем.

На фиг. 1 показана схема данной криогенной установки; на фиг. 2 — )5 микрохолодильник, общий вид.

Установка содержит источники 1 и

2 сжатых компонентов криоагента и микрохолодильник 3. Микрохолодильник 3 включает смеситель 4, теплообменник с линиями 5 и 6 прямого потока для каж.дого компонента, подключенными к со ответствующим источникам 1 и 2 и смесителю 4, и дроссельный орган 7, уста-новленный после смесителя 4 по ходу криоагента. Микрохолодильник 3 содержит второй смеситель 8, установленный . перед первым 4 по ходу криоагента и подключенный K выходу из дроссельно- го органа 7 посредством обводной линии 9, снабженной автономным дроссе- 30 лем 10„ 6 прямого потока теплообменника подключены к источникам 1 и 2 посредством трубопроводов .

11 и 12 с установленными на них запорными органами 13 и 14. Дроссельный 35 орган 7 представляет собой отверстие. в стенке смесителя 4. Выход дроссельного органа 7 соединен с испарителем

15.

Установка работает, следующим образом.

Компоненты криоагента из источников 1 и 2 поступают после открытия запорных органов 13 и 14 по автономным трубопроводам 11 и 12 в линии

5 и 6 прямого потока. Прямые потоки, 4> предварительно охлажденные обратным потоком, смешивают в двух смесителях,4 и 8, а образовавшуюся смесь дросселируют в дроссельном органе 7 и дросселе 10..06а потока смеси сое- 50 диняются на выходе дроссельного органа 7. После дросселирования криоагент попадает в испаритель 15, охлаждает объект по линии обратного поток Проходит теплбобменник, отводя $$ тепло от прямых потоков. На выходе иэ теплоббменника криоагент выбрасывают в атмосферу. Па мере выхода на рабочий режим температуры прямых потоков в смесителе 4 понижаются, достигая температуру затвердеэания вы« . О сококипящих компонентов. ТвердЪя фаза забивает смеситель 4. Далее до конца пускового режима и в рабочем режиме прямые потоки смешивают только в смесителе 8.

Устройство позволяет использовать в качестве криоагента, например, аэотоуглеводородные смеси. Температуры затвердевания метана, этана, пропана, входящих в состав смесей, равны, соответственно 90,7; 89,9; 85,4 К, а температура кипения криоагентов при

1 бар равна -80 К. Проведение смешения в двух смесителях в пусковом режиме при использовании компонентов с температурой затвердевания, превышающей температуру кипения криоагента, позволяет реализовать часть теплоты смешения при температурах, близких к температуре криостатирования объекта, и использовать теплоту смешения в рабочем режиме . Кроме того, смешение прямых потоков в двух параллельных смесителях дает возможность уменьшить потери холода, связанные, с необратимостью процесса теплообмена между прямыми и обратным потоками, и увеличить расход криоагента в пусковом режиме.

Все это приводит к увеличению термодинамической эффективности ус тановки и,как следствие этого, к сокращению обремени захолаживания объекта за счет использования компонентов криоагента с более высокими критическими температурами.

Формула изобретения

Криогенная установка:., содержащая источники сжатых компонентов криоагента и микрохолодильник, включающий смеситель; теплообменник с линиями прямого потока для каждого компонента, подключенными к соответствующим источникам и смесителю, и дроссельный орган, установленный после смесителя по ходу криоагента, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышений термодинамической эффективности, микрохолодильник дополнитель-f но содержит второй смеситель, установленный перед первым по ходу криоагента и подключенный к выходу из дрос- . сельного органа посредством обводной линии, снабженной автономным дроссеJISM

Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе

1. Авторское свидетельство СССР

Р "270757, кл. F 25 В 9/02, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

Ю 561055,. кл. F 25 В. 9/02, 1974.