Патент на изобретение №2151980

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2151980 (13) C1
(51) МПК 7
F25J1/02, F25B9/14
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 07.06.2011 – прекратил действие

(21), (22) Заявка: 99110163/06, 19.05.1999

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

19.05.1999

(45) Опубликовано: 27.06.2000

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
Скотт P.Б. Техника низких температур. -М.: изд-во иностранной литературы, 1962, с.19. SU 116255 А, 23.01.1958. SU 184274 А, 17.09.1966. US 3660985 A, 09.05.1972. GB 1304348 A, 24.01.1973. US 4017283 A, 12.04.1977. FR 2570478 A, 21.03.1986.

Адрес для переписки:

197082, Санкт-Петербург, П-82, ул. Красного Курсанта, д.16, Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского, НИО, НИЛ-6, Кириллову Н.Г.

(71) Заявитель(и):

Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского

(72) Автор(ы):

Кириллов Н.Г.

(73) Патентообладатель(и):

Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского

(54) КРИОГЕННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОЖИЖЕНИЯ ВОЗДУХА ПО МОДИФИЦИРОВАННОМУ ЦИКЛУ КИРИЛЛОВА


(57) Реферат:

Изобретение относится к области криогенной техники по ожижению воздуха. Использование изобретения позволит повысить КПД системы по ожижению воздуха. Цикл по ожижению воздуха включает в себя следующие процессы: сжатие первичного воздуха в компрессоре, очистка воздуха, предварительное охлаждение в теплообменнике, дроссельное расширение с последующей конденсацией части воздуха, термостатирование емкости с частичной доконденсацией дросселированного воздуха за счет теплообмена со сжиженным воздухом в змеевике, подогрев оставшейся части газообразного воздуха с повышением давления в теплообменнике, расширение в турбине с получением полезной энергии, ожижение в конденсаторе криогенной машины Стирлинга и подача сжиженного воздуха через сосуд Дьюара в емкость для жидкого воздуха с помощью насоса высокого давления. Переход газообразного воздуха в жидкую фазу в испарителе холодильной машины создает необходимый перепад давлений в линии газообразного воздуха. 1 ил.


Изобретение относится к области криогенной техники по ожижению воздуха и криогенных холодильных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга.

Известны технические решения газовых турбин, в которых энергия сжатого газа при расширении преобразуется в работу одновременно с понижением температуры газа (Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника. Учеб. для хим. – технол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1986, – стр. 307).

Известны технические решения для газификации сжиженных газов перед их задачей потребителям с применением насосов высокого давления (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: “Иностр. литература”, М., 1961, стр. 287-288).

Известно устройство сосуда Дьюра для жидкого азота с вакуумно-порошковой изоляцией (Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., – М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202).

Известно, что в области криогенных температур (60-160 K) наиболее высокоэффективным циклом является обратный цикл Стирлинга. Эффективность криогенных машин Стирлинга практически в 2 раза выше по сравнению с другими установками, применяемыми для окжижения газов. (Усюкин И.П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186).

Известно устройство газовой холодильной машины “Филипса”, работающей по обратному циклу Стирлинга, предназначенной для ожижения воздуха (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: “Иностр. литература”. М., 1961, стр. 35).

Однако существующие в настоящее время криогенные машины Стирлинга имеют невысокую производительность.

Известно устройство воздушного ожижителя по циклу Гэмпсона с большой производительностью, включающего в себя линию подачи воздуха, компрессор, очиститель, противоточный теплообменник, дроссельный вентиль, емкость с жидким воздухом, линию подачи несконденсировавшегося воздуха, соединяющую емкость с жидким воздухом и компрессор. (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова. М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 19). Однако, цикл Гэмпсона имеет невысокий КПД и коэффициент ожижения, в результате чего ожижается только часть воздуха, сжатого компрессором, а оставшаяся часть газообразного воздуха вновь подается в компрессор, что также приводит в снижению эффективности установки в целом.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД системы по ожижению воздуха и увеличение коэффициента ожижения до 100%.

Для достижения этого технического результата криогенная система для ожижения воздуха, включающая в себя линию подачи воздуха, компрессор, очиститель, противоточный теплообменник, дроссельный вентиль, емкость с жидким воздухом, снабжена криогенной машиной Стирлинга с рабочим телом – гелием и замкнутым контуром конденсации воздуха, соединяющим емкость жидкого воздуха с конденсатором холодильной машины и состоящим из линии газообразного воздуха с заборным устройством в газосодержащей части емкости, расширительной турбиной с электрогенератором на одном валу и линии сжиженного воздуха с сосудом Дьюара, насосом высокого давления, обратным клапаном и конденсирующим змеевиком, расположенным в газосодержащей части емкости, при этом линия газообразного воздуха проходит через противоточный теплообменник, а в случае необходимости в состав системы может быть параллельно включено несколько криогенных машин Стирлинга.

Введение в состав криогенной системы для ожижения воздуха криогенной машины Стирлинга с рабочим телом – гелием и замкнутого контура конденсации воздуха с расширительной турбиной, соединяющим емкость жидкого воздуха с конденсатором холодильной машины, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности доожижения оставшейся части газообразного воздуха, после его расширения в дроссельном вентиле, в конденсаторе высокоэффективной криогенной машины Стирлинга, а также снижение энергопотребления системы в целом за счет использования расширительной турбины с получением в ней полезной энергии.

На чертеже изображена криогенная система для сжижения воздуха.

Криогенная система по ожижению воздуха в себя следующие процессы: сжатие воздуха в компрессоре, очистка воздуха, предварительное охлаждение в противоточном теплообменнике, дроссельное расширение с последующей конденсацией части воздуха (эффект Джоуля-Томсона), термостатирование емкости с частичной доконденсацией дросселированного воздуха за счет теплообмена со сжиженным оставшимся воздухом, подогрев оставшейся части газообразного воздуха с повышением давления, расширение в расширительной турбине с получением полезной энергии, ожижение в конденсаторе криогенной машины Стирлинга и подача ожиженного оставшегося воздуха в емкость для жидкого воздуха.

В состав криогенной системы для ожижения воздуха входит линия подачи воздуха 1, компрессор 2, очиститель воздуха 3, противоточный теплообменник 4, дроссельный вентиль 5, емкость с жидким воздухом 6, криогенная холодильная машина Стирлинга 7, замкнутый контур конденсации воздуха, соединяющий емкость с жидким воздухом 6 с конденсатором (на рис. не показан) холодильной машины Стирлинга 7. Замкнутый контур конденсации воздуха состоит из линии газообразного воздуха 8 с заборным устройством 9 в газосодержащей части емкости 6, расширительной турбины 10, расположенной на одном валу с электрогенератором 11 и линии ожиженного воздуха 12 с сосудом Дьюара 13, насосом высокого давления 14, обратным клапаном 15 и конденсирующим змеевиком 16.

Криогенная система для ожижения воздуха работает следующим образом.

Первичный воздух по линии подачи 1 поступает в компрессор 2, где сжимается до высокого давления и поступает в очиститель 3 для очистки от примесей. Затем предварительно охлаждается в противоточном теплообменнике 4 за счет теплообменна с холодным воздухом и, проходя через дроссельный вентиль 5, частично конденсируется. Жидкий воздух сливается в емкость 6. Оставшаяся часть несконденсировавшегося холодного воздуха по линии газообразного воздуха 8 через заборное устройство 9 поступает сначала в противоточный теплообменник 4, где охлаждает первичный воздух, при этом сам нагревается с увеличением давления, а затем поступает в расширительную турбину 10, проходя через которую, расширяется, охлаждается и поступает в конденсатор (не показан) холодильной машины Стирлинга 7, где происходит его конденсация. Расширение воздуха в турбине 10 позволяет получить электроэнергию в электрогенераторе 11, расположенном на одном валу с турбиной 10. Переход газообразного воздуха в жидкую фазу в конденсаторе холодильной машины 7 создает необходимый перепад давлений в линии 8 перед турбиной 10. Затем ожиженный оставшийся воздух по линии 12 сливается в сосуд Дьюара 13 и насосом высокого давления 14 через обратный клапан 15 подается в емкость 6 в виде жидкости. Проходя по конденсирующему змеевику 16, жидкий остаточный воздух термостатирует емкость 6 и увеличивает процент сконденсировавшегося первичного воздуха.

Источники информации
1. Чечеткин А, В. , Занемонец Н.А. Теплотехниа: Учеб. для хим- технол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1986, – стр. 307.

2. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова /Изд.: “Иностр. литература”. М., 1961, стр. 287-288.

3. Соколов Е. Я. , Бродинский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. Учеб. пособие для вузов, -2-е изд. – М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202.

4. Усюкин И.П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186.

5. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова /Изд.: “Иностр. литература”. М., 1961, стр. 35.

6. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова. М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 19 – прототип.

Формула изобретения


Криогенная система для ожижения воздуха, включающая в себя линию подачи воздуха, компрессор, очиститель, противоточный теплообменник, дроссельный вентиль, емкость с жидким воздухом, отличающаяся тем, что снабжена криогенной машиной Стирлинга с рабочим телом-гелием и замкнутым контуром конденсации воздуха, соединяющим емкость жидкого воздуха с конденсатором холодильной машины и состоящим из линии газообразного воздуха с заборным устройством в газосодержащей части емкости, расширительной турбиной с электрогенератором на одном валу и линии ожиженного воздуха с сосудом Дьюара, насосом высокого давления, обратным клапаном и конденсирующим змеевиком, расположенным в газосодержащей части емкости, при этом линия газообразного воздуха проходит через противоточный теплообменник, причем система снабжена по меньшей мере одной криогенной машиной Стирлинга.

РИСУНКИ

Рисунок 1


MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.05.2001

Номер и год публикации бюллетеня: 33-2002

Извещение опубликовано: 27.11.2002


Categories: BD_2151000-2151999