Криогенное конверсионное устройство
Использование: получение жидкого параводорода. Сущность изобретения: впускной клапан 5, перепускной клапан 6 и нагнетательный клапан 7 обеспечивают последовательную отсечку порций конвертируемого водорода, что позволяет использовать тепло конверсии для повышения давления сжижаемого водорода 1. 2 ил. 18 со с VJ С ю 4 О
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ". ОПИСА Фсм 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4763297/06 (22) 30.11.89 (46) 23.11,92. Бал. N 43 (71) Московский институт химического машиностроения (72) Ю,Д.Видинеев,И.М,Дьячков и В.Н,Уткин (56) Авторское свидетельство СССР йг 1534256, кл. F 25 В 9/00, 1988.,, SU „„1776940A I (54) КРИОГЕННОЕ КОНВЕРСИОННОЕ УСТ-. РОЙСТВО (57) Использование: получение жидкого параводорода. Сущность изобретения; впускной клапан 5, перепускной клапан 6 и нагнетательный клапан 7 обеспечивают паследовательнуа отсечку порций конвертируемого водорода, что позволяет использовать тепло конверсии для повышения давления ожижаемого водорода 1. 2 ил. 1776940 50 Изобретение относится к криогенной технике, а именно к установкам получения жидкого параводорода. Известны устройства для превращения водорода из ортомодификации в пара-модификацию — конверторы, и, в частности, адиабатные конверторы, состоящие из сосуда с присоединительными патрубками, заполненного катализатором, включаемым в линию прямого потока установок получения жидкого параводорода между теплообменными аппаратами. Недостатком известных конверторов любой конструкции является то, что теплота, выделяющаяся при конвертировании, идет на нагрев водорода, и требуется последующее охлаждение, то есть дополнительные затраты энергии. Таким образом, в существующих конструкциях тепловой эффект конверсии не используется и приводит к тому же к дополнительным затратам энергии. Цель изобретения — использование теплоты конверсии водорода для его компримирования, что обеспечит повышение экономической эффективности установок для получения жидкого параводорода. Указанная цель достигается тем, что в криогенном конверсионном устройстве, состоящем из конвертора и линий охлажден.ного и сконвертированного водорода, входная сторона конвертора соединена через клапан с впускной полостью цилиндра с поршнем, связанным штоком с механизмом движения, а выходная сторона — непосредственно с выпускной полостью цилиндра во входную линию перед конвертором включена впускная полость цилиндра с поршнем, соединенным штоком с механизмом движения с впускным и перепускным клапанами. На фиг. 1 схематично изображено заявляемое устройство; на фиг. 2 -- характер изменения объемов полостей и параметров газа в функции перемещения поршня. Устройство состоит из цилиндра двойного действия 1 с впускной полостью 2 и нагнетательной полостью 3, поршня 4 с поршневым уплотнением, впускного клапана 5, перепускного клапана 6, нагнетательного клапана 7, впускной линии охлажденного водорода 8, перепускного патрубка 9, адиабатного конвертора 10 и лийии сконвертированого водорода 11, цилиндр 1 через проставку 12 из материала с низкой теплопроводностью соединен с корпусом механизма движения 13. Поршень 4 соединен штоком 14 с крейцкопфом 15, Шток 14 проходит через уплотнение в кры шке 16 цилиндра 1 и в торцовой стенке про5 30 ставки 17, крейцкопф 15 соединен с механизмом движения 18. Криогенное конверсионное устройство является двухтактным и работает следующим образом. Начальное положение — поршень находится в верхней точке и все клапаны закрыты. Первый такт. При начале движения поршня 4 вниз во впускной полости цилиндра 1 сначала происходит обратное расширение газа, находившегося в мертвом объеме, а затем начинается понижение давления и открывается впускной клапан 5. Через впускной патрубок 8 во впускную полость 2 цилиндра 1 поступает водород, предварительно охлажденный до температуры, при которой равновесная концентрация. парамодификации существенно сдвинута от ее входного значения. Одновременно из нагнетательной полости 3 цилиндра 1 происходит выталкивание через нагнетательный клапан 7 в нагнетательный патрубок 11 находящегося там газа при практически постоянном давлении. При достижении поршнем 4 нижнего положения впускная полость 2 будет заполнена водородом при давлении, меньшем входного на величину, определяемую гидравлическим сопротивлением линии впуска, включая и впускной клапан 5. В нагнетательной полости 3 цилиндра 1 остается газ в мертвом объеме и, кроме того, к цилиндру 1 постоянно присоединен объем перепускного патрубка 9 за вычетом объема, занимаемого частицами катализатора в конверторе I0. Давление в этой полости определяется количеством тепла, выделившегося при конверсии в предыдущем цикле работы. В нижней точке все клапаны закрываются, Второй такт. При движении поршня 4 вверх начинается расширение газа, находящегося в нагнетательной полости 3 цилиндра 1. Получаемая при этом работа через поршень 4 передается непосредственно гаэу, находящемуся во впускной полости 2 цилиндра 1, За счет отбора работы температура газа в нагнетательной полости 3 понижается, В то же время во впускной полости 2 за счет подводимой через поршень работы расширения происходит сжатие газа и повышение температуры. При достижении примерно равных значений давлений Во впускной 2 и нагнетательной 3 полостях происходит открытие перепускного клапана 6. Дальнейшее движение поршня 4 приводит к вытеснению газа из впускной полости 2 цилиндра 1 в перепускной патрубок 9 и находящийся в нем конвертор 10 с катали1776940 затором и далее в нагнетательную полость 3 цилиндра 1 в условиях постоянного объема. При этом орто-модификация водорода, входя в контакт с катализатором,превращается в пара-модификацию с выделением тепла. 8 результате газ нагревается, а давление его повышается. Давление достигает максимального значения при достижении поршнем 4 верхнего положения. После этого цикл повторяется. В процессе работы устройства в первом такте реализуются на большей части хода поршня 4 изотермно-изобарные процессы, причем внешняя работа необходима лишь для транспортировки газа и преодоления сопротивлений. Во втором такте до выравнивания давлений в полостях цилиндра 1— адиабатные процессы расширения и сжатия, приближающиеся к иэоэнтропным: после выравнивания давлений — изохорный процесс с повышением температуры за счет выделения тепла конверсии. Внешняя работа необходима для преодоления сопротивлений, в том числе и гидравлических. Следует подчеркнуть, что затрат внешней работы на сжатие газа не требуется, т. е. энергия к газу не подводится. В устройстве. кроме потерь, обусловленных сопротивлениями, возникают потери, сопряженные с утечками и перетечками. В предлагаемой конструкции перетечки через поршневые уплотнения будут несколько снижать степень повышения давления, а утечки по штоку 14 могут быть собраны и отведены в тракт установки. Проведенные расчеты показывают, что при подаче в машину нормального водорода 5 с концентрацией пара- модификации 25 при входной температуре Т = 22 К и давления P = 0,13 МПа возможная степень повышения давления составляет 2,6-3,3 в зависимости от величины принимаемых по10 терь, Следует отметить, что температура водорода повышается настолько же, как и в обычном адиабатном конверторе, и требуется последующее охлаждение, но в предлага15 емой машине достигается сжатие газа без дополнительных затрат энергии. Формула изобретения Криогенное конверсионное устройство, 20 включающее конвертор, цилиндр с поршнем со штоком и механизмом движения, а также линии охлажденного и сконвертированного водорода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности пу25 тем компенсации гидравлических потерь, входная сторона конвертора соединена через перепускной клапан с впускной полостью цилиндра, выходная сторона —. непосредственно с выпускной полостью, 30 причем впускная и выпускная полости подключены к линиям охлажденного и сконвертированного водорода соответственно через впускной и выпускной клапаны. 1776940 Составитель Ю.Видинеев Техред М.Моргентал Корректор П.Гереши Редактор Т.Шагова Заказ 4113 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
