Холодильная установка

Союз Советских Социалистических Республик) Заявлено 19 1) 21733530 соединением заявкиритет с при ный комитет строе СССР зовретеннй 23) Прио осударствеовета Минстсц 1) Заявител 54) ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ры высокого и низкого давлении, и автоматическую клапанную группу. Адсорбер встроен в нижшою (холодную часть) цилиндра, в котором находится поршень-вытеснитель.В такой установке время адсорбцпи газаобратно пропорционально числу циклов в единицу времени, а холодопропзводительность прямо пропорциональна. Следовательно прп применении холодильной установки для разделения некоторых газовых смесей может оказаться, что время адсорбцпп газа столь мало, что отделяемый от газовой смеси компонент не будет успевать адсорбпроваться, т. е, разделение газовой смеси будет малоэффектив ным. Зависимость времени адсорбцип газа отцикличности холодильной установки может являться серьезным ограничением прп использовании этой холодильной установки для разделения некоторых газовых смесей.Цель изобретения - повышение чистоты отделяемого компонента.Это достигается тем, что в предлагаемой установке за ресивером высокого давления установлен двухполостной вытеснитель, например, мембранного типа, подключенный одной полостью через один из регенераторов к выходному участку, а другой через встроенный в этот регенератор змеевик к входному участку адсорбера, причем адсорбер выполнен вы О носным и соединен с холодной полостью циИзобретение относится к холодильной технике, в частности к холодильным установкам, работающим по типу одноступенчатой машины Гиффорда - Мак Магона, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства.Известны установки для получения низких температур, работающие по замкнутому циклу Гиффорда - Мак Магона, содержащие компрессор, соединенный через ресиверы высокого и низкого давлений, регенератор и автоматические клапаны с цилиндром, в котором находится поршень-вытеснитель.В таких установках газ циркулирует по замкнутому контуру, перенося тепло, воспринятое им от внешнего объекта охлаждения при низкой температуре, на более высокий температурный уровень. Однако в этих установках невозможно одновременно с получением холода производить разделение газовой смеси.Наиболее близким решением к изобретению является холодильная установка, работающая по огкрытому циклу Гиффорда - Мак Магона, содержащая компрессор, соединенный через фильтр-осушитель с цилиндром, в котором перемещается поршень-вытеснитель, адсорбер, регенераторы и дополнительный компрессор для отвода отделяемого от смеси компонента, включенный в схему установки через ресивей 1. Дубинин, Й. В. Ссрпинский,ниикова, Н. А, Федосеевкифоровлппдра и с рсгспсраторямп с помощь 0 яитозЗтпескпх клзпапои, дсйству 101 цих по заданной программе.1-1 а чертеже схематически показана описываемая холодильная установка.Установка включает компрессор 1, соединенный черсз фильтр-осушптель 2 с цилиндром 3, в котором перемещается поршень-иытеснитель 4, и с адсорбером 5 через регецератор б, Адсорбер 5 представляет собой тепло- обменный аппарат, заполненный послойно сорбентом и теплоемкой массой, например ЗлюминиеВОЙ стружкоЙ, Ъ станОВК 2 Вклю 1 яет та;дке дополцптельный компрессор 7 для отвода отделяемого от смеси компонента, кото- рыЙ через рссиВср 8 Выс 01,Ого д 2 В;1 сния соедпнсн с двухполосцым вьтесцптелсм 9, а через ресивер 10 низкого давления и рс:снератор 11 с адсорбером 5. Быгеспитель 9 подключен одной своей полостью чсрсз рсгенератор 11 к выходному участку адсорбера 5, а другой через встроенный в регенератор змеевик 12 к входному участку адсорбера 5, Установка содсржпт также и,"Япянну 10 Гуппу, сост 051 щу 10 ИЗ ЯВТОМЯТИЧЕСКИ ПЕРЕКЛЮЧ 210 ЩПХС 5 КЛЗПЗ- пов 13 - 26.Работа установки цикличнз, Цикл сосгопт пз трех режимов; адсорбционного, вытесцитсльцого и десорбцпонцого. Работа установки па этих режимах начинается после того, как адсорбер 5 и регенсраторы 6 и 11 охлакдепы до рабочей температуры 90 - 120 К, Поэтому началу работы предшествует период запуска устаноикп. Принцип работы установки поясняется на примере получения чистого кислорода из воздуха.При запуске установка работает по открытому циклу Гиффорда - Мак Магоцзи котором получаемып холод передается насадке регенераторов 6 и 11, происходит одновременно (совмещается) с циркуляцией кислорода по замкнутому контуру. Респвер 8 ьсегда заполнен чисть",м кислородом под некоторым давлением 4 - 6 атм). В период запуска клапан 16 Все время открыт, а клапаны 13 и 14 попеременно открываются, как в одцоступенчатой машине Гпффорда - Мак Магона, Разделения газогой смеси в этот период не происходит, а холодильная нагрузка снимается в регенеааторе б. В кислородном контуре открь 1 ты клапаны 21, 22, 18, 19 и 26, и компрессор 7 заставляет кислород циркулировать по замкнутому циклу, захолажпиая адсорбер 5.В адсорбциош 1 ом режиме, когда порп 1 спьВыССН 5 Тель 4 находится В ниж 11 ей мертвой точке, клапаны 13, 15 и 17 открыва:отея, и воздух, сжатый в компрессоре 1 до даглсцня 4 атм, проходит черсз фпльтр-осушитсль 2. Б цем воздух осушается и очищается от углекислоты и поступает в установку, При ходе к Верхней мертвой точке поршень-вытеснптель 4 переталкгциаст гоздух в регеператор б, где оп охлаждается до рабочей температуры, а затем поступает в адсорбер 5 через клапан 15. Когда воздух проходит через адсорбер 5, кцс 10 15 20 . д ) 30 35 10 45 50 дд 65 лород адсорбпруется в микропорах цеолита, а азот с аргопом, цс адсорбируясь, проходит через клапан 17 в нижнюю подпоршневую полость цилиндра 3.При подходе поршня-вытсснителя 4 верхней мертвой точке клапаны 17, 15 и 13 автоматически закрываются, а клапаны 14 и 16 открываются. Происходит почти мгновенное опорожснис цилиндра 3 (выхлоп), и далее при ходе поршня-вытесаителя 4 вниз газ продолжает вытесняться в атмосферу, Когда поршень-вытеснитель 4 проходит к нижней мертвой точке клапаны 14 и 16 закрываются, а клапаны 13, 15 и 17 вновь открываются и цикл повторяется. Работа установки по открытому циклу Гиффорда - Мак Магона с одновременной адсорбцией кислорода из воздуха продолжается в теченис заданного адсорбционного режима.По окончаши адсорбционного режима адсорбср 5 переключается на вытеснительный режи.,1, а линия, включающая компрессор 1, фильтр-осушптель 2, регенератор б и цилиндр 3 с поршнем-вытеснителем 4, продолжает работать как одноступенчатая машина Гиффорда - Мак Магона. Причем в течение вытеснитсльного и десорбционного режимов клапан 15 все время закрыт, а клапан 16 открыт, и холодпльпая нагрузка снимается в регенераторе 6. В начале вытесццтельного режима поршень в. первой полости вытеснителя 9 находится в нижней мертвой точке, а во второй - в верхней мертвой точке, Первая полость заполняется чистым кислородом под давлением 4 атм путем предварительного короткого открытия клапана 21.Режим начинается открытием клапанов 22, 18, 19, 25 и движением поршней вытеснителя 9. Кислород из первой полости вытесняется поршнем в регенератор 11, где он охлаждается до рабочей температуры и поступает через клапан 18 в адсорбер 5. Азот из мертвого объема адсорбера 5 выгалкивается поступающим кислородом в змеевик 12 регенератора 11 через клапан 19 и далее во вторую полость вытесштеля 9 через клапан 25. В адсорбере 5 происходит его дополнительная адсорбция вследствие повышения парциального давления кислорода. Режим заканчивается, когда поршни вытеснителя 9 подходят к соответствующим мертвым точкам, продолжительность режима 5 - 10 сек, в конце режима клапаны 22, 19, 25 закрываются,Десорбцпонный режим начинается открытие я клапана 23, в результате чего кислород пз рсгецератора 11 и адсорбера 5 поступает в рссивер 10. Давление газа при этом режиме падает до - 0,01 атм, и кислород начинает дссорбироваться с цеолита и поступать в ресивер 10. Проходя через регенератор 11, кислород охлаждает насадку, нагреваясь до комнатной температуры. Во время режима компрессор 7 поддерживает постоянным давление десорбции на уровне 0,01 атм, забирает кислород из ресивера 10, сжимает его и подаст в ресивер 8 и в линию потребителя черезклапан 20. Одновременно с этим проискодит наполнение первой полости вытсснителя 9 кислородом: когда поршень в этой полости идет к нижней мертвой точке клапан 21 открыт, и кислород заполняет полость. После этого движение поршней прекращается до начала следующего вытеснптельного режима. Одновременноо пропскодит выталкивание азота из второй полости вытеснителя 9 в атмосферу через клапан 24. Когда заканчивается десорбционный режим, клапаны 23 и 18 закрываются, и цикл повторяется. Предлагаемая холодильная установка может быть использована для выделения любого другого компонента пз газовой смеси при использовании в адсорбере сорбента, адсорбирующего выделяемый компонент в низкотемпературном режиме.Формула изобретенияХолодильная установка по открытому циклу Гиффорда - Мак Магона для разделения газовой с;:еси, например воздука, содержащая компрессор, соединенный через фпльтр-осушптель с цилиндром, в котором перемещается поршень-вытеснптель, адсорбер. регенераторы 5 и дополшггсльный компрессор для отвода отделяемого от смеси компонента, включенный в сксму установки чсрез респверы высокого и низоо давлений, и автоматическую клапанную группу, отличающаяся тем, что, с 1 З целью повышения чистоты отделяемого компонента, за респвером высокого давления установлен двукполостной вытеснитель, например, меморанного типа, подключенный одной полостью черсз один пз регенераторов к вы кодному участку, а другой через встроенный вэтот регепсратор змеевик к вкодному участку адсорбера, причем адсорбер выполнен выносным и соединен с колодной полостью цилиндра и с регснераторамп с помощью автомати"о чески клапанов, действующпк по заданнойпрограмме.Заказ 1382 Г 2ЦНИИП Тираж 725тета Совета Миниий и открытийаушская наб., д. 4 Изд.482Государственного коми по делам изобретен13035, Москва, Ж, Р ов СССР пография, пр, Сапунова, 2 Составитель И. Калинниковаедактор М. Рыбалова Тсхред О. Тюрина Коррект иски надписное