RU2154785C1 - Cryogenic system for liquefaction of air - Google Patents

Cryogenic system for liquefaction of air Download PDF

Info

Publication number
RU2154785C1
RU2154785C1 RU99110180A RU99110180A RU2154785C1 RU 2154785 C1 RU2154785 C1 RU 2154785C1 RU 99110180 A RU99110180 A RU 99110180A RU 99110180 A RU99110180 A RU 99110180A RU 2154785 C1 RU2154785 C1 RU 2154785C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
cryogenic
throttle valve
heat exchanger
line
Prior art date
Application number
RU99110180A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Н.Г. Кириллов
Original Assignee
Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского filed Critical Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского
Priority to RU99110180A priority Critical patent/RU2154785C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2154785C1 publication Critical patent/RU2154785C1/en

Links

Landscapes

  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

FIELD: cryogenic systems. SUBSTANCE: air is compressed in compressor and after cleaning it from admixtures air is cooled in counter-current heat exchanger and is expanded in throttle valve. Liquid air thus obtained is drained into reservoir. Non-condensed air is discharged to counter-current heat exchanger through gaseous air line via intake device; then air is discharged to expansion reservoir through throttle valve and condenser of Stirling refrigerating machine through throttle valve. Liquefied air is drained to Dewar flask and is fed to reservoir by means of high- pressure pump through check valve. EFFECT: enhanced efficiency; increase of liquefaction coefficient to 100%. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области криогенной техники по ожижению воздуха и криогенных холодильных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга. The invention relates to the field of cryogenic air liquefaction techniques and cryogenic refrigeration machines operating on the reverse Stirling cycle.

Известны технические решения для газификации сжиженных газов перед их раздачей потребителям с применением насосов высокого давления (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 287-288). Known technical solutions for the gasification of liquefied gases before distributing them to consumers using high pressure pumps (Questions of deep cooling. / Sat articles edited by prof. MPMalkov /. Ed .: "Foreign Literature", M., 1961 , p. 287-288).

Известно устройство сосуда Дьюара для жидкого азота с вакуумно-порошковой изоляцией (Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., - М.: Энергоиздат, 1981, стр.202). A device of the Dewar vessel for liquid nitrogen with vacuum-powder insulation is known (Sokolov E.Ya., Brodyansky V.M. Energy fundamentals of heat transformation and cooling processes: Textbook for universities. - 2nd ed., - M.: Energoizdat 1981, p. 202).

Известно, что в области криогенных температур (60 - 160 К) наиболее высокоэффективным циклом является обратный цикл Стирлинга. Эффективность криогенных машин Стирлинга практически в 2 раза выше по сравнению с другими установками, применяемыми для сжижения газов (Усюкин И.П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.:Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр.185-186.)
Известно устройство газовой холодильной машины "Филипса", работающей по обратному циклу Стирлинга, предназначенной для ожижения воздуха (Вопросы глубокого охлаждения./Сб. статей под ред. проф. М.П.Малкова./ Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 35).
It is known that in the range of cryogenic temperatures (60–160 K), the reverse Stirling cycle is the most highly efficient cycle. The efficiency of cryogenic Stirling machines is almost 2 times higher compared to other plants used for gas liquefaction (IP Usyukin Installations, machines and apparatuses of cryogenic technology. M.: Light and food industry, 1982, pp. 185-186.)
A device of the gas refrigerating machine "Philips", operating on the reverse Stirling cycle, designed to liquefy the air (Questions of deep cooling. / Collection of articles edited by prof. MPMalkov. / Publishing house: "Foreign literature", M ., 1961, p. 35).

Однако существующие в настоящее время криогенные машины Стирлинга имеют невысокую производительность. However, the currently existing cryogenic Stirling machines have low productivity.

Известно устройство воздушного ожижителя по циклу Гэмпсона с большой производительностью, включающего в себя линию подачи воздуха, компрессор, очиститель, противоточный теплообменник, дроссельный вентиль, емкость с жидким воздухом, линию подачи несконденсировавшегося воздуха, соединяющую емкость с жидким воздухом, и компрессор. (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова, М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 19). Однако цикл Гэмпсона имеет невысокий КПД и коэффициент ожижения, в результате чего ожижается только часть воздуха, сжатого компрессором, а оставшаяся часть газообразного воздуха вновь подается в компрессор, что также приводит в снижению эффективности установки в целом. A device with a high performance Hampson cycle fluidizer is known that includes an air supply line, a compressor, a cleaner, a counter-flow heat exchanger, a throttle valve, a container with liquid air, a non-condensed air supply line connecting the container with liquid air, and a compressor. (RB Scott. The technique of low temperatures. Translation under the editorship of prof. MP Malkov, M .: Publishing House of Foreign Literature, 1962, p. 19). However, the Hampson cycle has a low efficiency and liquefaction coefficient, as a result of which only part of the air compressed by the compressor liquefies, and the remaining part of the gaseous air is again supplied to the compressor, which also reduces the efficiency of the installation as a whole.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД системы по ожижению воздуха и увеличение коэффициента ожижения до 100%. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the efficiency of the liquefaction system and increase the liquefaction coefficient to 100%.

Для достижения этого технического результата криогенная система для ожижения воздуха по циклу Кириллова, включающая в себя линию подачи воздуха, компрессор, очиститель, противоточный теплообменник, дроссельный вентиль, емкость с жидким воздухом, снабжена замкнутым контуром конденсации воздуха, включающим криогенную машину Стирлинга с рабочим телом гелием, линию газообразного воздуха с заборным устройством в газосодержащей части емкости с жидким воздухом, дроссельным вентилем, расширительной емкостью и линию ожиженного воздуха с сосудом Дьюара, насосом высокого давления и обратным клапаном, соединяющих емкость с жидким воздухом с криогенной машиной Стирлинга, при этом линия газообразного воздуха проходит через противоточный теплообменник, а в состав системы может быть параллельно включено несколько криогенных машин Стирлинга. To achieve this technical result, the cryogenic system for liquefying air according to the Kirillov cycle, which includes an air supply line, a compressor, a purifier, a counterflow heat exchanger, a throttle valve, a tank with liquid air, is equipped with a closed air condensation circuit including a cryogenic Stirling machine with a working fluid helium , a line of gaseous air with a suction device in the gas-containing part of the tank with liquid air, a throttle valve, an expansion tank and a line of liquefied air with Dewar house, a high pressure pump and a check valve connecting the vessel with liquid air cryogenic Stirling machine, with the gaseous air line passes through a counterflow heat exchanger, as in the system may include several parallel cryogenic Stirling machines.

Введение в состав криогенной системы для ожижения воздуха по циклу Кириллова замкнутого контура конденсации воздуха, криогенной машины Стирлинга с рабочим телом - гелием, линии газообразного и ожиженного воздуха, соединяющих емкость жидкого воздуха с криогенной машиной Стирлинга, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности доожижения оставшейся части газообразного воздуха после его расширения в дроссельном вентиле и повышении общего КПД системы за счет применения высокоэффективной криогенной машины Стирлинга с предварительным дросселированием газообразного воздуха перед ней. The introduction into the composition of the cryogenic system for air liquefaction according to the Cyril cycle of a closed air condensation circuit, a cryogenic Stirling machine with a working fluid - helium, a line of gaseous and liquefied air connecting the liquid air tank with a cryogenic Stirling machine, allows to obtain a new property, which consists in the possibility of re-fluidizing the remaining parts of gaseous air after its expansion in the throttle valve and increasing the overall efficiency of the system due to the use of a highly efficient cryogenic Stirling machine with edvaritelnym throttling gaseous air before it.

На чертеже изображена криогенная система для ожижения воздуха по циклу Кириллова. The drawing shows a cryogenic system for liquefying air according to the Kirillov cycle.

Цикл Кириллова по ожижению воздуха включает в себя следующие процессы: сжатие воздуха в компрессоре, очистку воздуха, предварительное охлаждение в противоточном теплообменнике, дроссельное расширение с последующей конденсацией части воздуха (эффект Джоуля-Томсона), дросселирование оставшейся части газообразного воздуха, ожижение в конденсаторе криогенной машины Стирлинга и подачу жидкого воздуха в емкость для жидкого воздуха. Kirillov’s liquefaction cycle includes the following processes: air compression in a compressor, air purification, pre-cooling in a counterflow heat exchanger, throttle expansion followed by condensation of a part of the air (Joule-Thomson effect), throttling of the remaining part of gaseous air, liquefaction in the condenser of a cryogenic machine Stirling and supplying liquid air to a container for liquid air.

В состав криогенной системы для ожижения воздуха по циклу Кириллова входят линия подачи воздуха 1, компрессор 2, очиститель воздуха 3, противоточный теплообменник 4, дроссельный вентиль 5, емкость с жидким воздухом 6, замкнутый контур конденсации воздуха, состоящий из криогенной машины Стирлинга 7 с конденсатором (не показан), линия газообразного воздуха 8 с заборным устройством 9 в газосодержащей части емкости 6, дроссельным вентилем 10, расширительной емкостью 11 и линия ожиженного воздуха 12 с сосудом Дьюара 13, насосом высокого давления 14 и обратным клапаном 15. The cryogenic system for air liquefaction in the Kirillov cycle includes an air supply line 1, a compressor 2, an air purifier 3, a counterflow heat exchanger 4, a throttle valve 5, a container with liquid air 6, a closed air condensation circuit, consisting of a cryogenic Stirling machine 7 with a condenser (not shown), the gaseous air line 8 with the intake device 9 in the gas-containing part of the tank 6, a throttle valve 10, an expansion tank 11 and a liquefied air line 12 with a dewar vessel 13, a high pressure pump 14 and a sample tnym valve 15.

Криогенная система для ожижения воздуха по циклу Кириллова работает следующим образом. The cryogenic system for liquefying air according to the Kirillov cycle works as follows.

Воздух по линии подачи 1 поступает в компрессор 2, где сжимается до высокого давления и поступает в очиститель 3 для очистки от примесей. Затем предварительно охлаждается в противоточном теплообменнике 4 за счет теплообмена с холодным воздухом и, проходя через дроссельный вентиль 5, частично конденсируется. Жидкий воздух сливается в емкость 6. Оставшаяся часть несконденсировавшегося холодного воздуха по линии газообразного воздуха 8 через заборное устройство 9 поступает сначала в противоточный теплообменник 4, где охлаждает первичный воздух, а затем в дроссельный вентиль 10, проходя через который в расширительную емкость 11, охлаждается и поступает в конденсатор (не показан) криогенной машины Стирлинга 7, где происходит его конденсация. Переход газообразного воздуха в жидкую фазу в конденсаторе холодильной машины 7 создает необходимый перепад давлений в линии 8. Затем сжиженный воздух по линии 12 сливается в сосуд Дьюара 13 и насосом высокого давления 14 через обратный клапан 15 подается в емкость 6 в виде жидкости. Air through the supply line 1 enters the compressor 2, where it is compressed to high pressure and enters the purifier 3 for cleaning impurities. Then it is pre-cooled in the counterflow heat exchanger 4 due to heat exchange with cold air and, passing through the throttle valve 5, partially condenses. The liquid air is discharged into the tank 6. The remaining part of the non-condensed cold air through the gaseous air line 8 through the intake device 9 first enters the counterflow heat exchanger 4, where it cools the primary air, and then into the throttle valve 10, passing through which to the expansion tank 11, is cooled and enters the capacitor (not shown) of the cryogenic Stirling machine 7, where it is condensed. The transition of gaseous air into the liquid phase in the condenser of the refrigeration machine 7 creates the necessary pressure difference in line 8. Then the liquefied air through line 12 is discharged into the Dewar vessel 13 and through the check valve 15 is supplied to the container 6 in the form of a liquid.

Claims (2)

1. Криогенная система для ожижения воздуха, включающая в себя линию подачи воздуха, компрессор, очиститель, противоточный теплообменник, дроссельный вентиль, емкость с жидким воздухом, отличающаяся тем, что снабжена замкнутым контуром конденсации воздуха, включающим криогенную машину Стирлинга с рабочим телом гелием, линию газообразного воздуха с заборным устройством в газосодержащей части емкости с жидким воздухом, дроссельным вентилем, расширительной емкостью, и линию ожиженного воздуха с сосудом Дьюара, насосом высокого давления и обратным клапаном, соединяющую емкость с жидким воздухом с криогенной машиной Стирлинга, при этом линия газообразного воздуха проходит через противоточный теплообменник. 1. Cryogenic system for liquefying air, which includes an air supply line, a compressor, a purifier, a counterflow heat exchanger, a throttle valve, a container with liquid air, characterized in that it is equipped with a closed air condensation circuit, including a cryogenic Stirling machine with a working fluid helium, a line gaseous air with a suction device in the gas-containing part of the tank with liquid air, a throttle valve, an expansion tank, and a liquefied air line with a dewar vessel, a high pressure pump and a twin valve connecting the container with liquid air to the cryogenic Stirling machine, while the line of gaseous air passes through a counterflow heat exchanger. 2. Криогенная система для ожижения воздуха по п.1, отличающаяся тем, что в состав системы параллельно включено несколько криогенных машин Стирлинга. 2. The cryogenic system for liquefying air according to claim 1, characterized in that the system includes several cryogenic Stirling machines in parallel.
RU99110180A 1999-05-19 1999-05-19 Cryogenic system for liquefaction of air RU2154785C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99110180A RU2154785C1 (en) 1999-05-19 1999-05-19 Cryogenic system for liquefaction of air

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99110180A RU2154785C1 (en) 1999-05-19 1999-05-19 Cryogenic system for liquefaction of air

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2154785C1 true RU2154785C1 (en) 2000-08-20

Family

ID=20219848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99110180A RU2154785C1 (en) 1999-05-19 1999-05-19 Cryogenic system for liquefaction of air

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2154785C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СКОТТ Р.Б. Техника низких температур. - М.: Иностранная литература, 1962, с.19. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100381108B1 (en) Single mixed refrigerant gas liquefaction process
CN103591767B (en) Liquifying method and system
US6694774B1 (en) Gas liquefaction method using natural gas and mixed gas refrigeration
EP1088192B1 (en) Liquefying a stream enriched in methane
RU2467268C2 (en) Hydrocarbon flow cooling method and device
US4169361A (en) Method of and apparatus for the generation of cold
US20010035026A1 (en) Method for generating a cold gas
BRPI0921562B1 (en) production process and installation of a sub-cooled liquefied natural gas stream from a natural gas load stream
AU723530B2 (en) Improved cooling process and installation, in particular for the liquefaction of natural gas
RU2568697C2 (en) Liquefaction of fraction enriched with hydrocarbons
US3233418A (en) Apparatus for liquefying helium
US20220128272A1 (en) Heating and refrigeration system
US6250096B1 (en) Method for generating a cold gas
Alexeev et al. Further development of a mixed gas Joule Thomson refrigerator
CN106595220B (en) Liquefaction system for liquefying natural gas and liquefaction method thereof
US3914949A (en) Method and apparatus for liquefying gases
RU2154785C1 (en) Cryogenic system for liquefaction of air
RU2137067C1 (en) Natural gas liquefaction plant
CN111819264A (en) Cooling system
RU2154786C1 (en) Technological complex air liquefaction
RU2151980C1 (en) Cryogenic system for air liquefaction
RU2151981C1 (en) Cryogenic system for air liquefaction
CA2443184A1 (en) Dual section refrigeration system
US20230392859A1 (en) Cryogenic Gas Cooling System and Method
CN220854715U (en) Small-volume vertical heat flow instrument