Многоступенчатая пульсационная машина

 

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к многоступенчатым пульсационным машинам, реализующим замкнутый рабочий цикл. Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности и снижение уровня получаемых температур термостатирования. Для этого детандер-компрессор выполнен трехступенчатым. Ступени (С) охлаждения образуют между собой и поршнем 2 герметичные камеры 3, 4 и 5. Первая С содержит последовательно установленные холодильник 6, регенератор (Р) 9 и рефрижератор 10. Вторая и третья С дополнительно содержат холодильники 7, 8, .Р 15, 16 и рефрижераторы 17, 18 соответственно. При работе каждая С генерирует холод автономно, а Р 15 и 16 предварительно понижают температуру газа до уровня предыдущей С. 2 з.п. ф-лы. 4 ил. & J 2 3 6 3 7 27 fO ,, I/rI СЛ Ю o 00 о 29 8 ff f7 28 ff 25 2 2ff If/ f// / I I IIIrl 27 W 29 JS /7 J6 Г8 ZO Z} 23 25 uz. 1|7

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН. Я0,» 1268900 А1 (д1) 4 Г 25 В 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 27 1Ð 2У 8 15 17 28111712 jp212g Л5 24

Ю

Cb

CO

CO

СР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3892494/23-06 (22) 11.05.85 (46) 07.11.86. Бюл. № 41 (72) А. А. Тарасов, E. И. Микулин, М. П. Шкребенок и В. В. Никулин (53) 621.574 (088.8) (56) Патент США № 3237421, кл. 62 — 88, опублик. 1966. (54) МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ПУЛЬСАЦИОННАЯ МАШИНА (57) Изобретение относится к криогенной технике, в частности к многоступенчатым пульсационным машинам, реализующим замкнутый рабочий цикл. Цель изобретения— повышение термодинамической эффективности и снижение уровня получаемых температур термостатирования. Для этого детандер-компрессор выполнен трехступенчатым.

Ступени (С) охлаждения образуют между собой и поршнем 2 герметичные камеры 3, 4 и 5. Первая С содержит последовательно установленные холодильник 6, регенератор (P) 9 и рефрижератор 10. Вторая и третья С дополнительно содержат холодильники 7, 8, P 15, 16 и рефрижераторы 17, 18 ссютветственно. При работе каждая С генерирует холод автономно, а P 15 и 16 предварительно понижают температуру газа до уровня предыдущей С. 2 з.п. ф-лы. 4 ил.!

4ЬЬУО0

Формула изобретения

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для получения холода на криогенных уровнях температур, а более конкретно к многоступенчатым пульсационным машинам, реализующим замкнутый рабочий цикл.

Цель изобретения — повышение термодинамической эффективности и снижение уровня получаемых температур термостатирования.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой пульсационной машины, имеющей три ступени охлаждения; на фиг. 2 — схема машины с двумя ступенями охлаждения; на фиг. 3 — сечение А — А на фиг. 1; на фиг. 4 — сече". ие Б — Б на фиг. 2.

Пульсационная машина содержит цилиндр 1 с размещенным в нем поршнем 2 детандера-компрессора. Поршень 2 и цилиндр 1 образуют герметичные друг относительно друга полости 3 — 5, сообгценные с соответствующими холодильниками 6 — 8, которые могут быть объединены в моноблок либо выполнены отдельно для каждой ступени. Первая ступень охлаждения подключена к холодильнику 6 и включает последовательно расположенные регенератор 9, рефрижератор 10, пульсационную трубу 11, неподвижный газораспределитель 12, концевой холодильник 13 и ресивер 14. Вторая и третья ступени также содержат соответственно холодильники 7 и 8, регенераторы 15 и 16, рефрижераторы 17 и 18, пульсационные трубы 19 и 20, газораспределители 21 и 22, концевые холодильники

23 и 24, ресиверы 25 и 26. Кроме того, в этих ступенях между холодильником 7(8) и основным регенератором 15(16) установлены соответственно дополнительны.й регенератор 27 (28) и промежуточный теплообменник 29(30). Рефрижератор 10 первой и 17 второй ступеней охлаждения имеют тепловую связь соответственно с промежуточными течлообменниками 29 и 30 второй и третьей ступеней. Тепловая связь может осуществляться за счет теплопроводности по металлу в аппарате матричного типа (показано для двухступенчатой машины), набранного из чередующихся пластин 31 и проставок 32. Пластины 31 имеют каналы 33 для прохода газа в рефрижераторе 10 первой и каналы 34 в промежуточном теплообменнике 29 второй ступени (фиг. 2 и 4).

Этот аппарат может быть выполнен в виде монолитной плиты с соответствующими каналами. Все концевые холодильники !3, 23 и 24 размещают на одном температурном уровне. Пульсационные трубы 11, 19 и 20 ступеней могут быть расположены симметрично и вписаны в прямоугольник (фиг. 3).

При работе каждая ступень генерирует холод автономно.

Пульсационная машина работает следующим образом.

25 зо

При движении поршня 2 детандера-компрессора слева направо (фиг. 1 и 2) газ сжимается в полости 3 и проходит через холодильник 6 и регенератор 9. В холодильнике 6 его температура понижается до уровня окружающей среды, а на выходе из регенератора 9 она близка к минимальной за цикл. Далее охлажденный газ через рефрижератор 10 поступает в пульсационную трубу 11 и, сжимая порцию остаточного газа, предварительно находившегося в ней, проталкивает последнюю через газораспределитель

12 и концевой холодильник 13 (с отводом теплоты сжатия в нем от порции остаточного газа) в ресивер 14. По окончании процесса давление газа в полостях ступени максимально, от системы отведена теплота сжатия, пульсационная труба 11 заполнена охлажденным газом. Далее поршень 2 перемещают в противоположном направлении.

Происходит адиабативное расширение с обратным направлением потоков газа (обратное дутье). В пульсационной трубе 11 генерируется холод с понижением температуры газа до минимального за цикл значения.

Часть полученного холода используется полезно в рефрижераторе 10, другая расходуется для собственных нужд ступени — на понижение температуры насадки регенератора 9, т. е. на подготовку его к последующему прямому дутью.

Вторая и третья ступени охлаждения генерируют холод на более низких температурных уровнях. Последовательность процессов в них подобна описанным для первой ступени. Дополнительные регенераторы

27 и 28 служат для предварительного понижения температуры газа до уровней первой и второй ступеней охлаждения соответстввенно. Тепловые потери последующей ступени охлаждения компенсируются в машине за счет полезного холода предыдущей ступени на уровне ее рабочих температур. 3а счет этого в нижних ступенях возможно существенное понижение температур газа: в двухступенчатой машине до

30 — 40 К, а в трехступенчатой 20 К и ниже.

1. Многоступенчатая пульсационная машина, содержащая детандер-компрессор, холодильник, ступени охлаждения с регенератором, рефрижератором, пульсационной трубой и концевым холодильником в каждой из них и тепловые мосты между смежными ступенями, отличающаяся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности и снижения уровня получаемых температур Iермостатирования, детандер-компрессор выполнен многополостным с одной герметичной полостью в каждой ступени, причем все ступени, кроме первой, содержат дополнительный регенератор и про1268900

Составитель Н. Зайцева

Редактор О. Юрковецкая Текред И. Верес Корректор М. Самборская

Заказ 6019/40 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4 межуточный теплообменник, расположенные за холодильником, тепловые мосты выполнены между промежуточным теплообменником последукицей ступени и рефрижератором предыдущей ступени, а все концевые холодильники разме1цены на одном температурном уровне, при этом каждая ступень охлаждения между пульсационной трубой и концевым холодильником снабжена газораспределителем, а за концевым холодильником расположен ресивер.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что промежуточный теплообменник и рефрижератор смежных ступеней выполнены в виде одного аппарата матричного типа с каналами для прохода газа.

3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что промежуточный теплообменник и рефрижератор смежных ступеней выполнены в виде монолитной плиты с каналами для

10 прохода газа.