Способ получения холода

СОЮЗ СО 8 ЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 801097867 зе) Г 25 В 9/00 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 1дд . равдОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУН 5 Л 11;, Ц,.:.(54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДАв системе с постоянным объемом путем сжатия газа в рабочей камере при перепуске в нее газа из ресивера, рекуперативного отвода тепла при обратном перепуске газа в процессе заполнения рабочей камеры сжатым газом, расширения газа и выталкивания его из рабочей камеры, отличающийся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности при использовании второго ресивера, подключенного к рабочей камере параллельно первому, расширение газа осуществляют при перепуске остаточного газа во второй ресивер и при отключенном первом ресивере, а выталкивание газа из рабочей камеры производят остаточным газом из второго ресивера.Изобретение относится к холодильной икриогенной технике и может быть использовано при разработке холода в системах кондиционирования, установках умеренного иглубокого охлаждения.Широко распространенный способ получения холода посредством расширения рабочего тела в детандерах с отдачей внешнейработы термодинамически эффективен, ноего реализация связана с созданием сложных машин, что в ряде случаев не обеспечи Овает выполнения высоких требований в отношении надежности, характерных для современных холодильных и криогенных устройств.В последнее время разработан ряд способов получения холода путем циклического15расширения газа от начального давления Рндо конечного Р в системах с рабочим объемом постоянной величины, например, в пульсационных трубах. Такще системы надежны,но их термодинамическая эффективность недостаточно высока.Известен способ получения холода в системе с объемом постоянной величины, имеюшем примыкающую к источнику рабочего тела холодную зону, которая плавно переходит в горячую зону, расположенную напротивоположной стороне объема 1,Способ осуществляют циклически путемзаполнения холодной зоны рабочим телом со сжатием остаточного газа и одновременным отводом теплоты сжатия от последнего в горячей зоне, расширения и выхлопа рабочего тела и выталкивания его остаточным газом. Способ малоэффективенвследствие неполного отвода теплоты сжатия, что приводит к повышению температуры рабочего тела и к снижению адиабатического КПД.Известен также способ получения холодав системе с постоянным объемом путем сжатия газа в рабочей камере при перепуске внее газа из ресивера, рекуперативного отвода тепла при обратном перепуске газа впроцессе заполнения рабочей камеры сжатым газом, расширения газа и выталкиванияего из рабочей камеры 2.По эффективности этот способ полученияхолода превосходит описанный ранее, однако значение адиабатического КПД составляет около 40/О и заметно снижается с ростомотношения Рн/Рк.Такой относительно низкий КПД объясняется значительной величиной потерь отнеполноты расширения рабочего тела в процессе выхлопа, причем величина этих потерьвозрастает с ростом отношения начальногодавления к конечному. Температура рабочего тела при конечном давлении в этом случае выше, чем при адиабатическом процессе расширения. Кроме того, имеют местонеобратимые потери в процессе выпуска принатекании рабочего тела с начальным давлением в объем постоянной величины, давле ние остаточного газа в котором близко к конечному. Вследствие этого температура порции рабочего тела в начале расширения выше температуры рабочего тела в линии подвода.Поэтому осуществить расширение рабочего тела с высоким адиабатическим КПД при реализации известных способов невозможно. Область значений Рн/Рк, в которой способ может быть реализован, ограничена. Максимальное значение отношения Рн/Рк - около 3 - 4.Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности способа получения холода при использовании второго ресивера, подключенного к рабочей камере параллельно первому.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения холода в системе с постоянным объемом путем сжатия газа в рабочей камере при перепуске в нее газа из ресивера, рекуперативного отвода тепла при обратном перепуске газа в процессе заполнения рабочей камеры сжатым газом, расширения газа и выталкивания его из рабочей камеры, расширение газа осушествляют при перепуске остаточного газа во второй ресивер и при отключенном первом ресивере, а выталкивание газа из рабочей камеры производят остаточным газом из второго ресивера.На фиг, 1 изображена схема устройства для реализации данного способа; на фиг. 2 - условная индикаторная диаграмма рабоче- го процесса в координатах давления Р - объем Ч.Устройство содержит рабочую камеру 1 с холодной 2 и горячей 3 зонами, к которой подключены ресиверы 4 и 5, а также переключающие устройства 6, 7 и 8, рекуперативные теплообменники 9 и 10, линию подвода сжатого газа 11 и отвода газа 12.Способ получения холода осуществляют в следующей последовательности.В качестве исходного принято состояние системы, показанное на фиг. 1. Ему соответствует точка 1 индикаторной диаграммы на фиг. 2. Следует подчеркнуть условность отображения рабочего процесса диаграммой Р - Ч, показанной на фиг. 2. По оси абсцисс отложен объем порции рабочего тела, условно отделенной от остаточного газа.Все объемы устройства заполнены остаточным газом. Переключаюшие устройства 6, и 7 закрыты,горячая зона 3 сообщается с ресивером 5. Давление остаточного газа при этом в объемах холодной 2 и горячей 3 зон, теплообменнике 10 и дополнительном ресивере низкого давления 5 близко к давлению Рк в линии низкого давления 12. Основной ресивер высокого давления .4 отсечен. Давление в основном ресивере 4 равно давлению в линии высокого давления 11 т,е, давлению впуска Рн,"раЮ.тею ВНИИПИ Заказ 4190/33 Тираж 5 4 Подписное Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Перед заполнением камеры 1 постоянной величины новой порцией сжатого рабочего тела в нем повышают давление остаточного газа с величины Р, до Ра (см. фиг. 3, линия 1 - 11), соединяя камеру 1 с основным ресивером высокого давления 4 и отсекая от дополнительного ресивера низкого давления 5.Величина Рнесколько меньше, чем начальное давление Рн. Разность давлений Рн - Ра тем меньше, чем больше отношение 10 объема основного ресивера высокого давления 4 к объему камеры 1,Затем; открыв переключающее устройство 6, наполняют камеру 1 рабочим телом. Процесс наполнения условно изображен на фиг. 2 линией 11 - 111. Одновременно направляют остаточный газ в ресквер 4, повышая давление в камере 1 и ресивере 4 от значения Р до величины Рз, практически достигающей Рн.Далее адиабатически расширяют рабочее 2 О тело (линия 111 - 1 Ч, фиг. 2), для чего отсекают камеру 1 от линии подвода газа высокого давления 11 и от ресивера 4 и направляют остаточный газ в ресивер 5. Следующий участок рабочего процесса, 25 условно показанный линией 1 Ч - 1 (см. фиг. 2), осуществляют посредством выталкивания расширившегося и охлажденного рабочего тела остаточным газом через переключающее устройство 7 в линию отвода газа низкого давления 12. При этом давление газа в рабочей камере 1 и в ресивере 5 снижается от значения Р 4 до величины Р, близкой к Рк. Перепад давлений Р - Р невелик и уменьшается с ростом от 4ношения объема реснвера 5 к объему камеры . После этого, закрыв переключающееустройство 7, отсекают камеру 1 от линииотвода газа н из кого да влени я 12. Далее операции циклически повторяются.Преимущества предложенного способа получения холода по сравнению с прототипом обусловлены следующими особенностями способа.Рабоче" тело расширяют в камере 1 до давления Р 4, лишь незначительно превышающего конечное давление Рк, поэтому необратимая потеря холода, обусловленная выхлопом, мала; процесс заполнения рабочим телом объема камеры 1 начинают при давлении в этом объеме Р, лишь немного меньше, чем Рн; поэтому необратимая потеря холода при заполнении мала.Использование данного способа получения холода обеспечивает по сравнению с сушествующими следующие преимущества: на основе данного способа могут быть реализованы расширительные устройства с высокими показателями эффективности и надежности; способ прост, удобен в эксплуатации. обеспечивает легкое регулирование расхода газа и возможность автоматизации; устройства, реализующие этот способ характеризуются малой трудоемкостью в изготовлении, малой металлоемкостью и низкой себестоимостью.Ожидаемый годовой экономический эффект от использования изобретения только за счет снижения себестоимости систем составит около 2,5 млн. руб.