SU832268A1

SU832268A1 - Refrigeration production method

Info

Publication number: SU832268A1
Application number: SU792788777A
Authority: SU
Inventors: Геннадий Николаевич Аникеев; Александр Кузьмич Грезин; Николай Дмитриевич Захаров
Original assignee: Предприятие П/Я М-5727
Priority date: 1979-07-02
Filing date: 1979-07-02
Publication date: 1981-05-23

Description

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА(54) METHOD OF RECEIVING COLD

1one

Изобретение относитс к холодильной технике, а более конкретно к про .изводству холода в криогенных рефрижераторных установках и может найти применение в установках разделени и сжижени газов.The invention relates to refrigeration technology, and more specifically to the production of cold in cryogenic refrigeration plants and can be used in gas separation and liquefaction plants.

Известны способы получени холода, заключающиес в сжатии многокомпонентного криоагента в компрессоре с последующим его охлаждением в теплообменнике и расширением в дросселе 1. Methods are known for producing cold, which consists in compressing a multi-component cryoagent in a compressor, followed by cooling it in a heat exchanger and expanding it in a choke 1.

Недостатком этих способов вл етс относительно низка термодинамическа эффективность при производстве холода на уровне 80°К и ниже, что обусловлено небольшой допустимой концентрацией высококип щих компонентов в криоагенте. Количественно эти ограничени определ ютс возможностью теплообмена между пр мым и обратным потоками. Причем обща тенденци такова, что понижение температурного уровн влечет за собой- уменьшение концентрации высококип иих компонентов .The disadvantage of these methods is the relatively low thermodynamic efficiency in the production of cold at 80 ° K and below, due to the low allowable concentration of high-boiling components in the cryogenic agent. Quantitatively, these limitations are determined by the possibility of heat exchange between the forward and reverse flows. Moreover, the general trend is such that lowering the temperature level entails a decrease in the concentration of high-boiling components.

Известен способ получени холода путем расширени в детандере предварительно сжатого и охлажденного криоагента 2.A known method for producing cold by expanding in the expander a pre-compressed and cooled cryoagent 2.

Недостатком этого способа производства холода вл етс низка эффективность при реёшизации его в установках холодопроизводительностью пор дка нескольких ватт.The disadvantage of this method of producing cold is low efficiency when it is solved in installations with a cooling capacity of a few watts.

Этот недостаток обусловлен в основном большими потер ми в миниатюрных детандерах, что вызвано как вли нием масштабного фактора, так и несовершенством технологических процессов изготовлени этих машин. Следует отметить значительные конструкторские и технологические трудности , возникающие при разработке и изготовлении миниатюрных детандеров кинетического и объемного действи , имеющих сложные профили рабочих органов . Использование же миниатюрных поршневых детандеров, обладающих более высокой термодинамической эффективностью и миниатюризаци которых не сопр жена с решением сложных конструкторских к технологических задач, невозможно из-за опасности гидравлического удара при его работе в двухфазной области.This disadvantage is mainly due to large losses in miniature expanders, which is caused both by the influence of the scale factor and by the imperfection of the technological processes of manufacturing these machines. It should be noted significant design and technological difficulties encountered in the development and manufacture of miniature expander of kinetic and volumetric action, with complex profiles of the working bodies. The use of miniature piston expanders with higher thermodynamic efficiency and miniaturization of which is not associated with the solution of complex design problems to technological problems is impossible because of the danger of water hammer during its operation in the two-phase region.

Применение самых простых в конструктивном и технологическом отношении , легко .поддающихс миниатюризации жидкостно-кольцевых детандеров не устран ет отмеченных недостатков. В этом случае термодинамическую эффективность снижёшт значительные теплопритоки в холодную зону по .вспомогательным элементам, обеспечивающим подвод и поддержание необходимого уровн рабочей жидкости в детан дере. Кроме того, из-за увеличени «плоемкости обратного потока существенно воздастают потери/от недорекуперации .Теплоемкость обратного потока увеличивает рабоча жидкость,частино поступающа из детандера в процессе выталкивани расширившегос криоагента . К перечисленным недостаткам можно добавить и трудности, возникающие при подборе рабочей жидкости, некристаллизирующейс при рабочих тепературах .The use of the simplest in a constructive and technological aspect, easily miniaturizing liquid ring expanders does not eliminate these drawbacks. In this case, the thermodynamic efficiency will reduce the significant heat influx into the cold zone along the auxiliary elements, ensuring the supply and maintenance of the required level of working fluid in the section. In addition, due to the increase in the return flow capacity, there is a substantial loss / under-recovery loss. The return flow capacity increases the working fluid partially coming from the expander during the process of pushing out the expanded cryoagent. To the above disadvantages, one can add difficulties arising in the selection of a working fluid that does not crystallize during working hours.

Цель изобретени - повышение термодинамической эффективности при использовании в качестве детандера жидкостно-кольцевой машины.The purpose of the invention is to increase thermodynamic efficiency when a liquid ring machine is used as an expander.

Поставленна цель достигаетс -тем что охлаждение криоагента ведут до частичной его конденсации и используют образующийс конденсат в качестве рабочей жидкости детандера.The goal is achieved — the cooling of the cryoagent is carried out until it partially condenses and the resulting condensate is used as the working fluid of the expander.

На чертеже изображена схема установки, реализующей данный способThe drawing shows the installation diagram that implements this method

Установка состоит иэ компрессора 1, подключенного линией нагнетани через адсорбер 2 и теплообменник 3 к жидкостно-кольцевому детандеру 4, На линии всас1лвани компрессора 1 установлена емкость 5. Между выходны патрубком детандера 4 и входом обратного истока в теплообменник 3 установлен теплообменник 6 нагрузки.The installation consists of a compressor 1 connected by a discharge line through an adsorber 2 and a heat exchanger 3 to a liquid ring expander 4. A capacity 5 is installed on the suction line of compressor 1 Between the outlet nozzle of the expander 4 and the heat exchanger 6 is loaded.

Установка работает следующим образом .The installation works as follows.

Компрессор 1 подает криоагент высокого давлени через гшсорбер 2 на вход в теплообменник 3, где криоагент охлгикдаетс , при этом высококип щие компонентыконденсируютс д, В результате этого на вход в жид .костно-кольцевой детандер 4 криоагент . подаетс в виде смеси пара и жидкости. В детандере 4 жидка фаза центробежными силами отводитс к периферии и используетс в качестве рабочей жидкости, а парова фаза расшир етс , с .понижением температуры , В зависимости от режима работы установки возможно в процессе расширени паровой фазы ее частичное или полное сжижение. После расширени в детандере 4 криоагент подаетс в теплообменник 6 нагрузки, где осуществл етс сн тие тепловой нагрузки , и затем через мёжтрубное пространство теплообменника 3 и емкость 5 возвращаетс в компрессор 1i Криоагент используют многокомпонент ный, В качестве основных компонентой берут инертные тазы и азот, а в качестве вспомогательных - галогенозамещенные углеводороды с высоким изотермическим дроссель-эффектом. Из галогенозамещенных углеводородов примен ют хладон 14 (С1 ) i хладон 13 (СРзС) , хладон 218 (), хладон 13В1 (), хладон 2 (CHF), хладон 22 (CHF-СС) и хладон 12 (CFaCe) , Compressor 1 delivers a high pressure cryoagent through gas sorber 2 to the inlet to heat exchanger 3, where the cryoagent cools, and the high boiling components condense. As a result, the cryoagent 4 is injected into the fluid ring expander. served as a mixture of vapor and liquid. In expander 4, the liquid phase is diverted to the periphery by centrifugal forces and used as a working fluid, and the vapor phase expands, with a decrease in temperature. Depending on the mode of operation of the installation, it is possible during the expansion of the vapor phase to partially or completely liquefy it. After expansion in the expander 4, the cryoagent is supplied to the heat exchanger 6 of the load where the heat load is removed, and then through the tubular space of the heat exchanger 3 and the tank 5 is returned to the compressor 1i. The cryoagent uses a multi-component as auxiliary - halogen-substituted hydrocarbons with a high isothermal choke effect. Of the halogen-substituted hydrocarbons, freon 14 (C1) i freon 13 (CP3C), freon 218 (), freon 13B1 (), freon 2 (CHF), freon 22 (CHF-CC) and freon 12 (CFaCe) are used,

Дл производства холода на уровне 70-80 К используют криоагент следующего состава, об. %For the production of cold at a level of 70-80 K, a cryoagent of the following composition is used, vol. %

Азот10-86Nitrogen 10-86

Хладон 14 2-20Freon 14 2-20

Хладон 13 2-16Freon 13 2-16

Неон10-86Neon10-86

Оптимальный состав криоагента в предлагаемом способе производства холода определ етс не термодинамическими соображени ми, а объемами жидкого кольца детандера и газовых полостей установки, то есть конструктивными параметрами установки.The optimal composition of the cryoagent in the proposed cold production method is not determined by thermodynamic considerations, but by the volumes of the liquid expander ring and the gas cavities of the installation, i.e. the design parameters of the installation.

При таком способе производства холода в криогенных установках повышаетс термодинамическа эффективность при одновременном упрощении холодной части установки. Присутствие в криоагенте i высококип щих компонентов с высоким изотермическим дроссель-эффектом улучшает пусковые характеристики установок, поскольку жидка фаза образуетс при относительно высоких температурах пр мого потока и уменьшает потери от дросселировани жидкости в зазорах детандера. Упрощение конструкции холодной части достигаетс за счет использовани криоагента одновременно в качестве рабочей жидкости детандера и рабочего вещества установки . Этим исключаетс необходимость во вспомогательных элементах, осуществл кицих снабжение детандера рабочей жидкостью. Уменьшение за счет этого массы холодной части дополнительно улучшает пусковые характеристики установок.With this method of cold production in cryogenic plants, thermodynamic efficiency is increased while simplifying the cold part of the plant. The presence of high-boiling components with a high isothermal throttle effect in cryoagent i improves the starting characteristics of the plants, since the liquid phase is formed at relatively high forward flow temperatures and reduces the losses from liquid throttling in the gaps of the expander. The simplified design of the cold part is achieved by using a cryoagent at the same time as the working fluid of the expander and the working substance of the installation. This eliminates the need for auxiliary elements to provide the expander with the working fluid. The reduction due to this mass of the cold part additionally improves the starting characteristics of the installations.

Наиболее предпочтительным режимом работы установок, реализующих предлагаемый способ производства холода, вл етс диапазон температур выше 50 К и давлений менее 1 МПа. При многоступенчатом исполнении жидкостdo-кольцевых детандеров диапазон давлений может быть расширен до 1,54 МПа,The most preferred mode of operation of installations that implement the proposed method for producing cold is a temperature range above 50 K and pressures less than 1 MPa. With a multi-stage version of liquid-ring expander, the pressure range can be expanded to 1.54 MPa,

Расчеты показывают, что реализаци предлагаемого способа производства холода в криогенных рефрижератоных установках небольшой холодопроизводительности позвол ет повысить термодинамическую эффективность на 35-50%, снизить примерно в 6-8 раз производственные затраты на изготовление миниатюрных детандеров, уменьшить примерно в 1,5 раза массу холодной части установки.Calculations show that the implementation of the proposed method for the production of cold in cryogenic refrigerated plants of small cooling capacity improves thermodynamic efficiency by 35-50%, reduces production costs for producing miniature expander by about 6-8 times, and reduces the cold part by about 1.5 times installation.

Claims

1. We dream A.K. and Zinoviev V.S. Mikrokrioga on the technique. M., Mechanical Engineering, 1977, p. 187-199.

2. A handbook on the physicotechnical {fundamentals of cryogenics. Ed. M.P.Malkova, Ed. 2nd, M., Ener1973, p. 57gb1

gi