Криогенное конверсионное устройство

(я)5 Р 25 8 900 САНИЕ ИЗОБРЕТЕ о ма,Утки ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Московский институт химичесшиностроения(56) Авторское свидетельство СССРйг 1534256, кл. Р 25 В 9/00, 1988.(57) Использование: получение жидкого параводорода. Сущность изобретения; впускной клапан 5, перепускной клапан 6 и нагнетательный клапан 7 обеспечивают последовательную отсечку порций конвертируемого водорода, что позволяет использовать тепло конверсии для повышения давления ожижаемого водорода 1. 2 ил,1776940 40 45 50 55 Изобретение относится к криогенной технике, а именно к установкам получения жидкого параводорода.Известны устройства для превращения водорода из ортомодификации в пара-модификацию - конверторы, и, в частности, адиабатные конверторы, состоящие из сосуда с присоединительными патрубками, заполненного катализатором, включаемым в линию прямого потока установок получения жидкого параводорода между теплообменными аппаратами.Недостатком известных конверторов любой конструкции является то, что теплота, выделяющаяся при конвертировании, идет на нагрев водорода, и требуется последующее охлаждение, то есть дополнительные затраты энергии, Таким образом, в существующих конструкциях тепловой эффект конверсии не используется и приводит к тому же к дополнительным затратам энергии.Цель изобретения - использование теплоты конверсии водорода для его компримирования, что обеспечит повышение экономической эффективности установок для получения жидкого параводорода.Указанная цель достигается тем, что в криогенном конверсионном устройстве, состоящем из конвертора и линий охлажден.ного и сконвертированного водорода, входная сторона конвертора соединена через клапан с впускной полостью цилиндра с поршнем, связанным штоком с механизмом движения, а выходная сторона - непосредственно с выпускной полостью цилиндра во входную линию перед конвертором включена впускная полость цилиндра с поршнем, соединенным штоком с механизмом движения с впускным и перепускным клапанами.На фиг. 1 схематично изображено заявляемое устройство; на фиг. 2 - характер изменения объемов полостей и параметров газа в функции перемещения поршня,5 10 15 20 25 30 Устройство состоит из цилиндра двойного действия 1 с впускной полостью 2 и нагнетательной полостью 3, поршня 4 с поршневым уплотнением, впускного клапана 5, перепускного клапана 6, нагнетательного клапана 7, впускной линии охлажденного водорода 8, перепускного патрубка 9, адиабатного конвертора 10 и лийии сконвертированого водорода 11, цилиндр 1 через проставку 12 из материала с низкой теплопроводностью соединен с корпусом механизма движения 13. Поршень 4 соединен штоком 14 с крейцкопфом 15, Шток 14 проходит через уплотнение в крышке 16 цилиндра 1 и в торцовой стенке проставки 17, крейцкопф 15 соединен с механизмом движения 18.Криогенное конверсионное устройство является двухтактным и работает следующим образом.Начальное положение - поршень находится в верхней точке и все клапаны закрыты,Первый такт. При начале движения поршня 4 вниз во впускной полости цилиндра 1 сначала происходит обратное расширение газа, находившегося в мертвом обьеме, а затем начинается понижение давления и открывается впускной клапан 5. Через впускной патрубок 8 во впускную полость 2 цилиндра 1 поступает водород, предварительно охлажденный до температуры, при которой равновесная концентрация. пара- модификации существенно сдвинута от ее входного значения. Одновременно из нагнетательной полости 3 цилиндра 1 происходит выталкивание через нагнетательный клапан 7 в нагнетательный патрубок 11 находящегося там газа при практически постоянном давлении.При достижении поршнем 4 нижнего положения впускная полость 2 будет заполнена водородом при давлении, меньшем входного на величину, определяемую гидравлическим сопротивлением линии впуска,включая и впускной клапан 5. В нагнетательной полости 3 цилиндра 1 остается газ в мертвом объеме и, кроме того, к цилиндру 1 постоянно присоединен объем перепускного патрубка 9 за вычетом объема, занимаемого частицами катализатора в конверторе 10. Давление в этой полости определяется количеством тепла, выделившегося при конверсии в предыдущем цикле работы. В нижней точке все клапаны закрываются,Второй такт, При движении поршня 4 вверх начинается расширение газа, находящегося в нагнетательной полости 3 цилиндра 1. Получаемая при этом работа через поршень 4 передается непосредственно гаэу, находящемуся во впускной полости 2 цилиндра 1, За счет отбора работы температура газа в нагнетательной полости 3 понижается,В то же время во впускной полости 2 за счет подводимой через поршень работы расширения происходит сжатие газа и повышение температуры. При достижении примерно равных значений давлений во впускной 2 и нагнетательной 3 полостях происходит открытие перепускного клапана 6. Дальнейшее движение поршня 4 приводит к вытеснению газа из впускной полости 2 цилиндра 1 в перепускной патрубок 9 и находящийся в нем конвертор 10 с катали 1776940затором и далее в нагнетательную полость 3 цилиндра 1 в условиях постоянного объема. При этом орто-модификация водорода, входя в контакт с катализатором,превращается в пара-модификацию с выделением тепла, 8 результате газ нагревается, а давление его повышается, Давление достигает максимального значения при достижении поршнем 4 верхнего положения. После этого цикл повторяется.В процессе работы устройства в первом такте реализуются на большей части хода поршня 4 изотермно-изобарные процессы, причем внешняя работа необходима лишь для транспортировки газа и преодоления сопротивлений, Во втором такте до выравнивания давлений в полостях цилиндра 1 - адиабатные процессы расширения и сжатия, приближающиеся к изоэнтропным: после выравнивания давлений - изохорный процесс с повышением температуры за счет выделения тепла конверсии. Внешняя работа необходима для преодоления сопротивлений, в том числе и гидравлических. Следует подчеркнуть, что затрат внешней работы на сжатие газа не требуется, т. е. энергия к газу не подводится.В устройстве. кроме потерь, обусловленных сопротивлениями, возникают потери, сопряженные с утечками и перетечками,В предлагаемой конструкции перетечки через поршневые уплотнения будут несколько снижать степень повышения давления, а утечки по штоку 14 могут быть собраны и отведены в тракт установки.Проведенные расчеты показывают, чтопри подаче в машину нормального водорода5 с концентрацией пара- модификации 25при входной температуре Т = 22 К и давления Р = 0,13 МПа возможная степень повышения давления составляет 2,6-3,3 взависимости от величины принимаемых по 10 терь,Следует отметить, что температура водорода повышается настолько же, как и вобычном адиабатном конверторе, и требуется последующее охлаждение, но в предлага 15 емой машине достигается сжатие газа бездополнительных затрат энергии,Формула изобретения Криогенное конверсионное устройство, 20 включающее конвертор, цилиндр с поршнем со штоком и механизмом движения, а также линии охлажденного и сконвертированного водорода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности пу тем компенсации гидравлических потерь,входная сторона конвертора соединена через перепускной клапан с впускной полостью цилиндра, выходная сторона - .непосредственно с выпускной полостью, 30 причем впускная и выпускная полости подключены к линиям охлажденного и сконвертированного водорода соответственно через впускной и выпускной клапаны.1776940 Составитель Ю.ВидинеевРедактор Т.Шагова Техред М,Моргентал Корректор П.Гереши роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. од, ул, Гагарина, 101 Заказ 4113 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5