CH527398A - Procédé de liquéfaction de néon, installation pour sa mise en oeuvre et application du procédé - Google Patents

Procédé de liquéfaction de néon, installation pour sa mise en oeuvre et application du procédé

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CH527398A
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Spassov Nanev Zvetan
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Nautchno Izsledovatelski Sekto
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Description


  
 



  Procédé de liquéfaction de néon, installation pour sa mise en oeuvre
 et application du procédé
 Le présent brevet a pour objets un procédé de liquéfaction de néon, une installation pour sa mise en oeuvre et une application du procédé au refroidissement d'un solénoïde. Le procédé permet la préparation du néon liquide en grande quantité, dans un cycle hautement efficace, avec une dépense d'énergie relativement petite et avec un haut coefficient de liquéfaction.



   On connaît deux méthodes de liquéfaction du néon.



   L'une de ces méthodes consiste en un cycle à simple étranglement, après réfrigération préalable dans de l'azote liquide. A cause du coefficient d'efficacité très bas du cycle, pour obtenir un coefficient de liquéfaction admissible (0,15 à 0,18), il est nécessaire de soumettre le néon à une très haute pression (180 à 220 atm.), ce qui exige une grosse dépense d'énergie et un appareillage lourd et coûteux.



   La deuxième méthode consiste à effectuer la condensation du néon en le faisant passer par une cuve contenant de l'hydrogène liquide. Cette méthode est évidemment très simple et efficace, mais elle exige tout un système de liquéfaction de l'hydrogène, avec tous les risques et dépenses qui l'accompagnent. Etant donné que pour la liquéfaction d'un litre de néon il est nécessaire d'évaporer environ 4 litres d'hydrogène, le procédé est réalisable (quand il s'agit de grandes quantités de néon) seulement en des endroits où existent de grandes sources d'hydrogène liquide (p. ex. dans les environs des centres de lancement de fusées).



   La présente invention a pour but d'éliminer les défauts des deux méthodes précitées.



   Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on comprime et refroidit du néon gazeux, on détend une première partie du néon refroidi et comprimé, en l'étranglant et en le faisant effectuer un travail, on refroidit une seconde partie du néon refroidi et comprimé avec la première partie de néon détendu et refroidi, et on refroidit et détend la seconde partie du néon refroidi et comprimé pour en liquéfier une partie au moins.



   En utilisant un cycle à détente isoentropique du néon, après réfrigération préalable à l'aide d'azote liquide, on a la possibilité d'abaisser la pression du néon à environ 30 atm. La dépense d'énergie, proportionnelle au rapport des pressions, est abaissée d'environ 6 fois, en comparaison avec le cycle à simple étranglement, ce qui est d'une importance capitale, quand il s'agit de préparer des grosses quantités de néon. L'utilisation d'hydrogène liquide, très dangereux à la manipulation et très coûteux, n'est pas nécessaire.



   Le dessin annexé illustre et représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.



   La fig. 1 représente un schéma du cycle de liquéfaction de néon.



   La fig. 2 représente une coupe verticale de l'installation de liquéfaction de néon, et
 la fig. 3 représente une coupe verticale de cette installation.



   A la fig. 1 du néon purifié et emmagasiné dans un gazomètre 1 est aspiré par un compresseur 2 et est envoyé, sous une haute pression, dans un échangeur de chaleur 11, d'où, refroidi par du néon à basse pression (b.p.) venant à contre-courant, il passe par un échangeur de chaleur d'une cuve à azote 12 où il est refroidi jusqu'à 780 K. Après passage par un échangeur de chaleur 13, une partie du néon haute pression (h.p.) passe successivement par des échangeurs de chaleur 14 et 15, tandis que l'autre partie, après avoir été étranglée dans un étrangleur 4 à une pression intermédiaire, est détendue dans un turbodétendeur 3 à environ 1 atm. et  est ajouté au flux à contre-courant de néon b.p. dans la partie inférieure de l'échangeur de chaleur 14.

  Le néon h.p., définitivement refroidi dans les échangeurs de chaleur 14 et 15 à la température optimale d'étranglement, est étranglé dans un étrangleur principal 5, où une partie du néon est liquéfiée. Le liquide obtenu (un mélange avec des vapeurs saturées) est employé comme agent réfrigérant, par exemple pour refroidir la bobine d'un puissant solénoïde 6 dans une cuve à néon 10, et les vapeurs obtenues, après passage par l'échangeur de chaleur 15, sont ajoutées au flux à contre-courant de néon b.p.



  venant du turbodétendeur, et refroidissent successivement le néon h.p. dans les échangeurs de chaleur 15, 14, 13 et 11, après quoi, en passant par le gazomètre 1 et le compresseur 2, parcourent à nouveau le cycle. On prévoit aussi la possibilité de soutirer du liquéfacteur du néon liquide dans des récipients a Dewar  . Dans ce cas, la cuve à azote fonctionne seulement pendant la période de mise en marche. La puissance développée par le turbodétendeur 3 est utilisée par un turbocompresseur 7, travaillant sur le même arbre à des   températures   d'azote     comprises entre 630 K et 900 K que l'air liquide et ses composants peuvent atteindre. L'énergie résultante est transformée en chaleur dans une cuve à azote 8 à l'aide d'un échangeur de chaleur 16, après quoi, le gaz est recueilli dans un collecteur 9 et de là il est aspiré de nouveau par le compresseur 7.



   L'installation de liquéfaction   (fig.    2) comprend un groupe échangeur de chaleur et un tube central porteur 46 qui sont placés dans un récipient   a      Dewar     19 muni d'une isolation à vide poussée. La partie sous vide du récipient   Dewar  est raccordée à une chemise à vide 33, dans laquelle se trouve une cuve 35 avec de l'azote liquide. Cette chemise est raccordée par un tube 24 à la chemise à vide du turbodétendeur 27 de façon que l'isolation des trois parties séparées du liquéfacteur soit commune. Des écrans à azote 41 et 36 servent d'isolants contre le rayonnement thermique.



  L'écran 41 est relié à une cuve principale d'azote 21 du liquéfacteur et l'écran 36 à une cuve à azote séparée 37. L'énergie obtenue sur l'arbre du turbodétendeur est absorbée par un dispositif à serpentin 29 et un collecteur 28 dans une cuve à azote 51, monté avec le groupe turbodétendeur mais isolé de celui-ci, de façon que les vapeurs d'azote soient librement évacuées dans l'atmosphère. La construction tout entière est supportée par le tube central 46 fixé par soudure à un couvercle supérieur 17. Le récipient   Dewar   19 est raccordé à celui-ci par une bride, tandis que la chemise à vide 33 est rattachée de la même manière (par bride) à un couvercle inférieur 30.



   Le turbodétendeur 3 est constitué par une turbine centripète à haut rendement, ce qui assure une forte détente en un seul étage. Etant donné que cette turbine demande un très haut régime de rotation (au-dessus de 100 000 tours/minute), la turbine est munie de paliers aérostatiques, l'agent sustentateur étant toujours du néon qui est soutiré du flux principal et refroidi à une température appropriée. Le turbodétendeur   (fig.    3) comprend une buse 56 avec couvercle 57, une roue mobile 70 avec diffuseur 61 incorporé dans un raccord 60 à joint labyrinthe 59. La roue mobile 70 est montée sur un arbre 62 à joint à labyrinthe 63. Sur le même arbre est montée aussi la roue mobile d'un compresseur 69.

  Le montage vertical de la turbine écarte le danger d'affaissement, surtout dans la partie en porte-àfaux entre des paliers 65 et la roue 70, ce qui serait fatal à ce haut régime de rotation. Le poids propre du rotor, ainsi que la force réactionnelle du jet libre, sont absorbés par un palier de butée 68. Le néon est introduit sous pression par un raccord 54 dans le boîtier du palier où il est étranglé dans un espace de travail du palier et sort par un raccord 67. Les paliers radiaux 65 fonctionnent de la même manière, le néon entrant sous pression par des raccords d'entrée 55 dans des chambres annulaires se trouvant entre eux et un corps 64 et sortant par un raccord de sortie 66.



   L'installation de liquéfaction du néon fonctionne de la manière suivante:
 Venant du compresseur, le néon h.p. accède à un collecteur 18 (fig. 2, tube en cuivre en forme d'anneau), d'où il est réparti dans les tubes d'un échangeur de chaleur   aHempson           à deux sections, l'une à néon 47, l'autre à azote 45.

  Refroidi par des vapeurs d'azote et du néon b.p., qui se déplacent en montant dans l'espace entre les tubes de deux sections de l'échangeur de chaleur, le néon h.p. accède, par des collecteurs 20 et 44, à un serpentin 43 de la cuve à azote 21 (récipient conique, dans lequel bout de l'azote sous une pression voisine de la pression atmosphérique) où il est refroidi jusqu'à environ   77-780 K.    Sortant d'un collecteur 22, le néon h.p. est réparti dans les tubes d'un échangeur de chaleur 42 (également du type        Hempson    ,    le contrecourant b.p. s'écoulant transversalement par rapport aux tubes) et après avoir passé dans un collecteur 23 se divise en deux flux:

   une partie de celui-ci, après détente dans une vanne d'étranglement 25 jusqu'à une pression intermédiaire, est envoyé sur la roue mobile d'un turbodétendeur 27, d'où, détendu à environ 2 atm. et refroidi, il est ajouté par un tube en cuivre 49, placé dans le tube central 46 en acier   inoxydable,    au contre-courant de néon b.p. dans l'espace entre les tubes d'un échangeur de chaleur 39; le reste du néon h.p. passant par un collecteur 40, accède aux tubes du même échangeur de chaleur 39, et passe par un collecteur 31, dans l'échangeur de chaleur de la zone froide d'un liquéfacteur 32.



  La dernière source de froid du liquéfacteur est un étrangleur principal 38, dans lequel le néon   hp.    est détendu jusqu'à 2 atm. et où une partie de celui-ci est liquéfiée. Le liquide est réparti entre le bobinage d'un aimant 34 dans la cuve à néon 35, tandis que les vapeurs formées pendant l'évaporation retournent dans l'espace entre les tubes du système d'échangeurs de chaleur, sous forme de contre-courant de néon b.p. Le cas échéant, on peut soutirer de la cuve du néon liquide par un tube central 48 et l'envoyer dans des récipients     Dewar  .   

 

   Le turbodétendeur fonctionne de la manière suivante: Le néon à haute pression, par exemple à 1015 atm., qui accède dans une chambre de distribution 58 est accéléré par la buse 56; le gaz accéléré (par une partie de la chute thermique dans la buse) est détendu jusqu'à environ 1 atm. sur les ailettes de la roue mobile 70 et quitte le turbodétendeur par le diffuseur 61 et le raccord de sortie 60. Les joints à labyrinthe 59 et 63 permettent d'utiliser entièrement la chute de pression après la buse, uniquement par la roue mobile.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de liquéfaction de néon, caractérisé en ce qu'on comprime et refroidit du néon gazeux, on détend une première partie du néon refroidi et comprimé, en l'étranglant et en le faisant exécuter un travail, on refroidit une seconde partie du néon refroidi et com primé avec la première partie de néon détendu et refroidi, et on refroidit et détend la seconde partie du néon refroidi et comprimé pour en liquéfier une partie au moins.
    11. Installation pour la liquéfaction de néon selon la revendication I, caractérisé en ce qu'elle comprend un turbodétendeur dont une turbine radiale centripète à haut rendement utilise des paliers aérostatiques.
    III. Application du procédé selon la revendication I au refroidissement d'un solénoïde.
    SOUS-REVENDICATIONS 1. Installation selon la revendication II, caractérisée en ce que la turbine comprend une roue mobile (70), montée à une extrémité d'un arbre (62) sur l'extrémité opposée duquel est montée la roue mobile d'un compresseur (69), une buse (56) disposée latéralement à la roue mobile et un diffuseur (60) disposé axialement par rapport à la roue mobile.
    2. Installation selon la revendication II et la sousrevendication 1, caractérisée en ce que les ouvertures d'aspiration et de refoulement du compresseur sont raccordées à un collecteur (9) par les deux bouts d'un tube en forme de serpentin (29) qui est plongé dans une cuve à azote (8).
CH242467A 1966-04-01 1967-02-20 Procédé de liquéfaction de néon, installation pour sa mise en oeuvre et application du procédé CH527398A (fr)

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