RU2576768C2 - Helium refrigerator with excess back flow for cold generation at two temperature levels - Google Patents
Helium refrigerator with excess back flow for cold generation at two temperature levels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2576768C2 RU2576768C2 RU2014101098/06A RU2014101098A RU2576768C2 RU 2576768 C2 RU2576768 C2 RU 2576768C2 RU 2014101098/06 A RU2014101098/06 A RU 2014101098/06A RU 2014101098 A RU2014101098 A RU 2014101098A RU 2576768 C2 RU2576768 C2 RU 2576768C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- heat exchange
- flow
- exchange unit
- helium
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к криогенной технике, а более конкретно к гелиевым рефрижераторам с избыточным обратным потоком.The invention relates to cryogenic technology, and more particularly to helium refrigerators with excessive backflow.
Известны гелиевые рефрижераторы с избыточным обратным потоком для производства холода на температурном уровне ~4,4 К, принцип действия которых и область применения наиболее полно отражены в монографии: В.П. Беляков. Криогенная техника и технологии. М., Энергоиздат, 1982. Н.Н. Агапов и др. Развитие и реконструкция криогенной системы ЛФВЭ ускорительного комплекса NIKA (2012-2015) Препринт Р8 2012-14, ОИЯИ, Дубна, 2012. Функциональная схема этого устройства показана на фиг. 1. Обратный поток гелия n сжимается в компрессоре 1 до давления прямого потока m. Прямой поток m охлаждается в теплообменном блоке 2, затем дросселируется в вентиле 3 и поступает в криостат 4 в виде парожидкостной смеси. Пары поступают в канал обратного потока n теплообменного блока, где нагреваются прямым потоком m. Жидкий гелий испаряется в криостате 4 за счет теплопритоков из окружающей среды и тепловой нагрузки от охлаждаемого устройства Q и в виде паров также поступает в канал обратного потока n теплообменного блока. В криостат дополнительно подается жидкий гелий LHe, пары которого создают избыточный по сравнению с прямым потоком m обратный поток n, необходимый для достижения положительного эффекта Джоуля-Томсона на дроссельном вентиле 3.Known helium refrigerators with excess return flow for the production of cold at a temperature level of ~ 4.4 K, the principle of operation of which and the scope are most fully reflected in the monograph: V.P. Belyakov. Cryogenic engineering and technology. M., Energy Publishing House, 1982. N.N. Agapov et al. Development and reconstruction of the cryogenic system of VBLHEP of the NIKA accelerator complex (2012-2015) Preprint P8 2012-14, JINR, Dubna, 2012. A functional diagram of this device is shown in FIG. 1. The helium backflow n is compressed in the
Как видно из фиг. 1, гелиевые рефрижераторы с избыточным обратным потоком в отличие от классических гелиевых рефрижераторов не содержат детандеров в ступени предварительного охлаждения и поэтому просты как в устройстве, так и в управлении и имеют высокую степень надежности. Благодаря этим качествам гелиевые рефрижераторы с избыточным обратным потоком нашли широкое применение как в различных экспериментальных установках, использующих холод при гелиевых температурах, так и в крупных криогенных системах, например в криогенном комплексе сверхпроводящего ускорителя «Теватрон» (США, национальная лаборатория им. Ферми). Рассматривается применение гелиевых рефрижераторов с избыточным обратным потоком и в новом мегапроекте сверхпроводящего ускорительного комплекса НИКА (ОИЯИ, г. Дубна) .As can be seen from FIG. 1, helium refrigerators with excess backflow, unlike classical helium refrigerators, do not contain expanders in the pre-cooling stage and therefore are simple both in the device and in control and have a high degree of reliability. Due to these qualities, helium refrigerators with excess return flow are widely used both in various experimental facilities that use cold at helium temperatures, and in large cryogenic systems, for example, in the cryogenic complex of the Tevatron superconducting accelerator (USA, Fermi National Laboratory). The use of helium refrigerators with excess return flow is also considered in the new megaproject of the NIKA superconducting accelerator complex (JINR, Dubna).
Недостатком гелиевого рефрижератора с избыточным обратным потоком является то, что он производит холод только на одном температурном уровне ~4,4 К. Однако практически все объекты, работающие при этой температуре, для снижения теплопритоков из окружающей среды имеют низкотемпературные экраны, функционирующие при более высокой температуре. Как правило, эти экраны охлаждаются потоком жидкого азота (Т≈80 К). Но когда по условиям техники безопасности применение жидкого азота запрещено, то приходится отказываться от гелиевого рефрижератора с избыточным обратным потоком и применять более дорогие и менее надежные классические рефрижераторы с детандерами в ступени предварительного охлаждения и дополнительным детандером для гелиевого потока, охлаждающего низкотемпературные экраны.The disadvantage of a helium refrigerator with excess backflow is that it produces cold only at one temperature level of ~ 4.4 K. However, almost all objects operating at this temperature have low-temperature screens operating at higher temperatures to reduce heat influx from the environment. . As a rule, these screens are cooled by a stream of liquid nitrogen (T≈80 K). But when, according to safety conditions, the use of liquid nitrogen is prohibited, then you have to abandon the helium refrigerator with excessive backflow and use more expensive and less reliable classic refrigerators with expanders in the pre-cooling stage and an additional expander for the helium stream cooling the low-temperature screens.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание такого гелиевого рефрижератора с избыточным обратным потоком, который бы производил холод на двух температурных уровнях: первый при Т=4,4 К для охлаждения устройства и второй при 4,4 К<Т<80 К для охлаждения экранов этого устройства.The problem to which the claimed invention is directed is to create such a helium refrigerator with excess return flow that would produce cold at two temperature levels: the first at T = 4.4 K to cool the device and the second at 4.4 K <T <80 K to cool the screens of this device.
Техническим результатом настоящего изобретения является наличие в гелиевом рефрижераторе с избыточным обратным потоком двух источников холода на различных температурных уровнях, что позволит использовать его и в тех случаях, когда по условиям техники безопасности запрещено применение жидкого азота для охлаждения экранов устройства, работающего при 4,4 К<Т<80 К.The technical result of the present invention is the presence in a helium refrigerator with an excess return flow of two sources of cold at different temperature levels, which will allow it to be used in cases where, according to safety conditions, the use of liquid nitrogen to cool the screens of a device operating at 4.4 K is prohibited <T <80 K.
Технический результат изобретения обеспечивается тем, что часть прямого потока гелиевого рефрижератора с избыточным обратным потоком отводится на охлаждение низкотемпературных экранов при 4,4 К<Т<80 К. Затем тепло, отведенное от экранов, передается с помощью дополнительного прямого потока обратному потоку в теплообменном блоке и далее эта часть прямого потока используется для получения холода уже при Т≈4,4 К.The technical result of the invention is ensured by the fact that part of the direct flow of the helium refrigerator with excess backflow is allocated to cool low-temperature screens at 4.4 K <T <80 K. Then, the heat removed from the screens is transferred using an additional direct flow to the return flow in the heat exchange unit and then this part of the direct flow is used to obtain cold even at T≈4.4 K.
Сущность изобретения поясняется чертежом, представленным на фиг. 2. Гелиевый рефрижератор с избыточным обратным потоком для производства холода на двух температурных уровнях содержит компрессор 1, теплообменный блок 2 с каналами обратного потока m, прямого потока n и дополнительного прямого потока s, дроссельных вентилей 3 и 5 и криостата 4.The invention is illustrated by the drawing shown in FIG. 2. The helium refrigerator with excess return flow for the production of cold at two temperature levels contains a
Обратный поток гелия n сжимается в компрессоре 1 до давления прямого потока m. Прямой поток m охлаждается в теплообменном блоке 2 до температуры Тн. При этой температуре от прямого потока отбирается часть (дополнительный прямой поток s), которая используется для охлаждения низкотемпературных экранов. Оставшаяся часть потока m проходит через теплообменный блок 2 и дроссельный вентиль 3, производя холод при температуре Т≈4,4 К.The helium backflow n is compressed in the
Поток s, проходя через каналы низкотемпературных экранов, охлаждает их, нагреваясь при этом от температуры Тн>4,4 К до температуры Тв<80 К, и при этой температуре направляется в отдельный канал теплообменного блока 2, проходя который охлаждается обратным потоком с температуры Тв до температуры Тн, отдавая таким образом тепло, отнятое от низкотемпературных экранов, обратному потоку n. Затем поток s поступает на дополнительный дроссельный вентиль 5, производя холод при температуре Т≈4,4 К.The flow s, passing through the channels of the low-temperature screens, cools them, while heating from a temperature Tn> 4.4 K to a temperature Tv <80 K, and at this temperature it is directed to a separate channel of the
Таким образом, предлагаемый гелиевый рефрижератор с избыточным обратным потоком обеспечивает охлаждение второго объекта (низкотемпературных экранов) при температурах выше 4,4 К без введения в его схему дополнительного детандера, что сохраняет простоту и надежность гелиевого рефрижератора с избыточным обратным потоком при расширении его возможностей.Thus, the proposed helium refrigerator with excess return flow provides cooling of the second object (low-temperature screens) at temperatures above 4.4 K without introducing an additional expander into its circuit, which preserves the simplicity and reliability of the helium refrigerator with excess return flow while expanding its capabilities.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014101098/06A RU2576768C2 (en) | 2014-01-14 | 2014-01-14 | Helium refrigerator with excess back flow for cold generation at two temperature levels |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014101098/06A RU2576768C2 (en) | 2014-01-14 | 2014-01-14 | Helium refrigerator with excess back flow for cold generation at two temperature levels |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014101098A RU2014101098A (en) | 2015-07-20 |
RU2576768C2 true RU2576768C2 (en) | 2016-03-10 |
Family
ID=53611476
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014101098/06A RU2576768C2 (en) | 2014-01-14 | 2014-01-14 | Helium refrigerator with excess back flow for cold generation at two temperature levels |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2576768C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710969C1 (en) * | 2018-11-09 | 2020-01-14 | Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") | EXTRACTION PLANT OF 3He FROM COMMERCIAL LIQUID HELIUM BY RECTIFICATION METHOD |
RU2792290C1 (en) * | 2022-07-13 | 2023-03-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ИФВЭ) | Method for producing cold at t>4.4 k by a helium refrigerator with an excess reverse flow |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3360955A (en) * | 1965-08-23 | 1968-01-02 | Carroll E. Witter | Helium fluid refrigerator |
SU387192A1 (en) * | 1971-04-20 | 1973-06-21 | В. М. Брод нский, А. В. Мартынов , Г. Я. Синицын Московский ордена Ленина энергетический институт | CRYOGENIC INSTALLATION |
SU515002A1 (en) * | 1975-01-27 | 1976-05-25 | Физико-Технический Институт Низких Температур Ан Украинской Сср | Throttle cooling installation |
SU1537980A1 (en) * | 1988-02-04 | 1990-01-23 | Всесоюзный заочный машиностроительный институт | Method and cryogenic unit for producing cold |
-
2014
- 2014-01-14 RU RU2014101098/06A patent/RU2576768C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3360955A (en) * | 1965-08-23 | 1968-01-02 | Carroll E. Witter | Helium fluid refrigerator |
SU387192A1 (en) * | 1971-04-20 | 1973-06-21 | В. М. Брод нский, А. В. Мартынов , Г. Я. Синицын Московский ордена Ленина энергетический институт | CRYOGENIC INSTALLATION |
SU515002A1 (en) * | 1975-01-27 | 1976-05-25 | Физико-Технический Институт Низких Температур Ан Украинской Сср | Throttle cooling installation |
SU1537980A1 (en) * | 1988-02-04 | 1990-01-23 | Всесоюзный заочный машиностроительный институт | Method and cryogenic unit for producing cold |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710969C1 (en) * | 2018-11-09 | 2020-01-14 | Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") | EXTRACTION PLANT OF 3He FROM COMMERCIAL LIQUID HELIUM BY RECTIFICATION METHOD |
RU2792290C1 (en) * | 2022-07-13 | 2023-03-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ИФВЭ) | Method for producing cold at t>4.4 k by a helium refrigerator with an excess reverse flow |
RU2796457C1 (en) * | 2022-11-02 | 2023-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ИФВЭ) | Method for lowering temperature of a cooled object using helium refrigerator with an excess reverse flow |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014101098A (en) | 2015-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108955084B (en) | Mixed refrigerant system and method | |
US6820421B2 (en) | Low temperature geothermal system | |
US6494054B1 (en) | Multicomponent refrigeration fluid refrigeration system with auxiliary ammonia cascade circuit | |
JP2012163329A5 (en) | ||
Lin et al. | Mixed refrigerants for a glass capillary micro cryogenic cooler | |
He et al. | Thermodynamic study on a new transcritical CO2 ejector expansion refrigeration system with two-stage evaporation and vapor feedback | |
RU2576768C2 (en) | Helium refrigerator with excess back flow for cold generation at two temperature levels | |
Domínguez-Inzunza et al. | Experimental assessment of an absorption cooling system utilizing a falling film absorber and generator | |
RU2018108055A (en) | Improved method and system for cooling a hydrocarbon stream. | |
Dubey et al. | Performance evaluation and optimal configuration analysis of a transcritical carbon dioxide/propylene cascade system with vortex tube expander in high-temperature cycle | |
GB1435773A (en) | Refrigeration process and plant having an incorporated cascade circuit and a precooling circuit | |
Dubey et al. | Numerical optimization of a transcritical CO 2/propylene cascaded refrigeration-heat pump system with economizer in HT cycle | |
RU2556731C2 (en) | Method to liquefy natural gas by cooling mixtures, containing at least one non-saturated hydrocarbon | |
Khaliq | Performance analysis of a waste‐heat‐powered thermodynamic cycle for multieffect refrigeration | |
US1574119A (en) | Method for the liquefaction and separation of gases with the aid of external work | |
RU2563049C2 (en) | Cascade refrigerating machine | |
RU2684232C1 (en) | Installation and method of liquefying natural gas | |
Ujile et al. | Performance evaluation of refrigeration units in natural gas liquid extraction plant | |
Yoon et al. | Assessment of the performance of a natural gas liquefaction cycle using natural refrigerants | |
RU2796457C1 (en) | Method for lowering temperature of a cooled object using helium refrigerator with an excess reverse flow | |
BR112017012198A2 (en) | closed-cycle cryogen recirculation system and method | |
Patra et al. | Heat pump without particle transport or external work on the medium achieved by differential thermostatting of the phase space | |
US20230204258A1 (en) | Apparatus and method for generating cryogenic temperatures and use thereof | |
RU2792290C1 (en) | Method for producing cold at t>4.4 k by a helium refrigerator with an excess reverse flow | |
RU2258186C1 (en) | Natural gas liquefaction method |