Микрокриогенная система

2) Авт ский и А, Н М, Ху зоб етения 1) Заявител(5 Й) МИКРОКРИОГЕННАЯ СИСТЕМА технике и может ия бориогенная системакта до гелиевого.ле Изобретение относится к получения низких температур быть использовано для охлаж объектов с тепловыделениями лее 5 Вт. Известна микрокриогенная система, содержащая мембранный компрессор, ступень промежуточного охлажде" ния в виде двухступенчатой газовой криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, и ступень основного охлаждения, включающую дроссель, вход и выход которого связаны с полостями высокого и низкого давления компрессора соответственно, машинные теплообменники, установленные на линии высокого давления дросселя и имеющие тепловую связь с хо лодными зонами ступеней газовой криогенной машины, и регенеративные .теплообменники, установленные с ох" ватом линий высокого и низкого давния,дросселя. При работе этой системы сжимаютсверхчистый газ гелий ) в компрессоре, охлаждают сжатый газ до температуры начала дросселирования в машинных теплообменниках, дросселируютгаз с отводом тепла от охлаждаемогообъекта и возвращают его в компрессор через линию обратного потока,регенеративных теплообменников 1.1,1.1 в Недостатком известной системы является низкая экономическая эффективность вследствие малого среднего срока службы между капитальными ремонтами из-за ограниченного ресурса. Ре сурс.микрокриогенной системы, выполненной нз основе мембранного компрессора, лимитируется работоспособностьюмембраны и составляет в среднем 5001200 ч. Микрокриогенные системы с26 мембраннными компрессорами имеютсравнительно большие массу. и габаритные размеры.Известна также кдля охлаждения объеуровня температур, содержащая компрессор, вращающийся золотник, соединенный линиями связи с полостями всасывания и нагнетания компрессора ступень основного охлаждения, включающую два регенератора, теплые зоны которых связаны с вращающимся золотником, дроссель, вход и выход которого соединены линиями связи с холодными зонами регенераторов, и регенеративные теплообменники, установленные с охватом линий низкого и высокого давления дросселя, и ступень промежуточного охлаждения в виде турбодетандеров, количество которых определяется необходимым количеством уровней промежуточного охлаждения, входы которых связаны с линией высокого давления дросселя, а выходы - с линией низкого давления дросселя,При работе этой системы газ сжимаю в компрессоре, охлаждают сжатый газ попеременно в каждом из регенераторов в течение половины цикла работы регенераторов и затем в линии прямого потока теплообменников непрерывно до температуры начала дросселирования г зом обратного потока теплообменников . и газом, расширенным в турбодетандерах ), дросселируют газ с отводом тепла от охлаждаемого объекта и возвращают в компрессор непрерывно через линию обратного потока теплообмен" ников и через каждый регенератор по. переменно в течение половины цикла работы регенераторов. Переключение регенераторов осуществляется через 1-,3 мин вращающимся золотником2 . 5 Зот25 Недостатком данной системы охлаждения является низкая термодинамическая эффективность вследствие большого сопротивления регенераторов обратному потокув крупных криогенных системах с большим расходом рабочего газа). Уменьшение сопротивления регенераторов приводит к значительному увеличению их .размеров, что в свою очередь ведет к повышению теплопритоков из окружающей среды, а следовательно, и к уменьшению термодинамической эффективности охлаждения. Указанное свойство систем охлаждения с использованием турбомашин приводит к невозможности их применения в .микрокриогенных системах, поскольку работа турбомашин эффективнапри большом расходе рабочего таза, арезкое возрастание удельных потерь а 30 35 40 45 50 55 при малом расходе газа в микрокриоген. ных системах, вызываемое несоответствием параметров конструкции заданным параметрам происходящих в ней процессов, делает использование такой конструкции неэффективным для охлаждения объектов с тепловыделениями менее 5 Вт,Наиболее близкой по техническойсущности к предлагаемой является микрокриогенная система, содержащая компрессор, г.эдключенный посредством клапанов к газовой криогенной машине, и дроссельный контур,на линиях прямого и обратного потоков которого установлены теплообменники, а на линии прямого потокаохладители, имеющие тепловой контакт с машиной. Цсли компрессор этой систены выполнен смазываемым поршневымто на линии прямого потока долженбыть установлен фильтр-адсорбер дляочистки рабочего газа, в основномот газов смазки. Микрокриогенные системы на базе смазцваемых поршневых компрессоров имеют улучшенные массогабаритные характеристики по сравнению с микрокриогеннцми системами на базе мембранных компрессоров, Основные преимущества - возможность погучения боль-. шого ресурса и высокая термодинамическая эффективность. Ресур микрокриогенной системы превышает 5 000 ч, причем имеются реальные технические возможности его дальнейшего повышения. При работе этой системы снижают газ в компрессоре, непрерывно очищают,сжатый газ в фильтре-адсорбере непрерывно охлаждают сжатый газ до температуры начала дросселирования в машинных теплообменниках и линии прямого потока регенеративнцх теплообменников, дросселируют газ с отводом тепла от охлаждаемого объекта и возвращают также непрерывно в компрессор через линию обратного потока регенеративных теплообменников.Непрерывная очистка сжатого газа от примесей в фильтре-адсорбере заключается в том, что примеси из сжатого газа адсорбируются на поверхности адсорбента. По мере насыщения адсорбента примесями некоторое количество примесей начинает поступать вместе .со сжатым газом в дроссельный контур. При перемещении сжатого газа с примесями по линии прямого по950 6ющие тепловой контакт с машиной 4.Дроссельный контур 5 дополнительно вкаждой линии имеет по ресиверу 10 собратным клапаном 11 и подключен квходу машины 4, а первый на линии 6прямого потока теплообменник выполнен в виде регенератора 12. Дроссельный контур включаетрасширитель 13.Теплообменник 8; расположенный послерасширителя 13, подстыкован .к охлаждаемому объекту 14,Иикрокриогенная система работаетследующим образом,В течение первой половины циклаработы регенератора 2 ( клапан 2 впуска открыт, клапан 3 выпуска закрытсжатый газ через клапан 2 впуска изполости высокого давления компрессора 1 подают в газовую криогенную машину 4 для производства холода, необходимого для промежуточного охлаждения прямого потока дроссельного контура 5 в охладителях 9, и регенератор 2. В регенераторе 12 сжатый газ с примесями перемещается оттеплого конца к холодному, охлаждаясь за счет отдачи тепла насадке. Вопределенной зоне температура сжатого газа достигает значения, соответствующего температуре насыщения одчной из примесей при данных давленияхи концентраций, Начиная с этой зоныпримеси кристаллизуются на поверхности насадки регенератора, Из реге-нератора полностью очищенный сжатыйгаз поступает в ресивер 10 через самодействующий обратный клапан 11.Затем осуществляется непрерывныйпроцесс охлаждения объекта 14. Из ресивера 10 полностью очищенный сжатыйгаз поступает влинию 6 прямого потока, где непрырвно охлаждается засчет отвода тепла к газовой криогенной машине 4в охладителях 9ирасширенному газу (в регенеративныхтеплообменниках 8 ) до температурыначала расширения. В расширителе( дросселе ) 13 газ дросселируется иотводит тепло от охлаждаемого объекта 14 в теплообменнике 8, После расширения газ поступает непрерывно вресивер 1 О через линию обратного потока теплообменников 8. тока теплообменников от теплового Конца к холодному концу температура сжатого газа в определенной зоне достигает значения, соответствующего температуре насыщения одной из примесей при данных давлении и концентрации; начиная с этой зоны, при" меси кристаллизуются. При непрерыв" ном охлаждении сжатого газа в линии прямого потока теплоэбменников при меси накапливаются в виде инея ( снега) на стенках трубок теплообменников. Это может привести либо к полной за" купорке линии прямого потока теплообменников, либо к срыву кристаллов 15 потоком газа и переносу их в зону дросселя и далее в линию обратного потока теплообменников, В обоих случаях нормальная работа установки нарушается3. 26Недостатком этой системы является относительно низкая экономическая эффективность вследствие малого межрегламентного периода, вызванного непрерывностью очистки сжатого газа от 25 примесей в Фильтре-адсорбере. Через 300-500 ч работы микрокриогенной си" стемы необходимо проводить профилакти- . ческие работы с заменой Фильтра-адсорбера, поскольку дальнейшая его ро эксплуатация приводит к нарушению нормального функционирования микро- криогенной системы. Осаждаясь в линии обратного потока теплообменников, примеси могут вызывать коле 35 бания температуры за счет изменения гидравлического сопротивления тепло" обменников обратному потоку или в случае полной закупорки теплообменников стать причиной разрушения уст" ройства.Цель изобретения - увеличение периода между регламентными работами,Поставленная цель достигается тем, что дроссельный контур дополнительно в каждой линии имеет по ресиверу с обратным клапаном и подключен к входу машины, а первый на линии прямого потока теплообменник выполнен в виде регенератора.На чертеже изображена схема данной микрокриогенной системы.Система содержит компрессор 1, подключенный посредством клапанов 2 и 3 к газовой криогенной машине 4, и дрос 55 сельный контур 5, на линиях прямого 6 и обратного 7 потоков которого установлены теплообменники 8, а на линии 6 прямого потока - охладители 9 имеВ течение второй половины цикла работы регенератора (клапаы выпуска 3 открыт, клапан впуска 2 закрыт изресивера 10 газ поступает в регенератор через самодействующий обратный9929 клапан 11, В регенераторе гаэ нагревается за счет подвода тепла от насадки регенератора и испаряет примеси, кристаллиэовавшиеся иэ сжатого газа, Из регенератора газ с примесями через клапан 3 выпуска поступает в полость низкого давления компрессора 1. В компрессоре 1 гаэ сжимается, Далее цикл повторяется.Осуществление очистки сжатого о газа в регенераторе дроссельного контура устраняет накапливание примесей в виде инея(снега ) на стенках трубок теплообменников, так кан в линию прямого потока из регенератора посту" 15 пает сжатый газ, полностью очищенный от примесей. Осуществление очистки сжатого газа в регенераторе вызывает накапливание в течение первой половины цикла работы регенератора при месей из сжатого газа, к"торые кристаллизуются на поверхности насадки регенератора. Возврат газа после расширения через этот регенератор в течение второй половины цикла работы 25 регенератора испаряет примеси с поверхности насадки и выносит эти примеси из регенератора в компрессор, чем исключает накапливание примесей на поверхности регенератора и его за- зо бивку.Так как в теплообменниках и расширителедросселев ступени основного охлаждения движется полностью очищенный гаэ, исключается возможность нарушения нормального функционирования криогенной системы, в результате чего нет необходимости проводить профилактические работы с заменой элементов устройства очистки газа, Межрегламентный период работы микро- криогенной системы становится равным 50 8ресурсу смазываемого поршневого компрессора.Внедрение предлагаемого изобретения позволяет увеличить межрегламентный период микрокриогенной системы от 300-500 до 3000-5000 ч.По сравнению с известной системой, расчетный экономический эффект на одну микрокриогенную систему в год составит 1875 руб. Формула изобретения Микрокриогенная система, содержащая компрессор, подключенный посредством клапанов к газовой криогенной машине, и дроссельный контур, на линиях прямого и обратного потоков которого установлены теплообменники, а на линии прямого потока - охладители, имеющие тепловой контакт с машиной, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения периода между регламентными работами, дроссельный контур дополнительно в каждой линии имеет по ресиверу с обратным клапаном и подключен к входу машины, а первый на линии прямого потока теплообменник выполнен в виде регенератора. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1, Грезин А, К. и Зиновьев В, С.Микрокриогенная техника. М., нМашиностроениефф, 1977 с. 201, рис. 96.2. Патент Англии И 1455293,кл, Р 11 Р, опублик. 1976.3. Фастовский В, Г, и др. Криогенная техника. М пЭнергияф, 1967,с. 205, рис, 3-56,992950 илимн оррек Составительхред И. Надь Редак Боква Кинив Заказ 431/50 Тираж 528 Подл ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, 3-35, Рауаская наб д