RU2437037C1 - Thermocompression device - Google Patents
Thermocompression device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2437037C1 RU2437037C1 RU2010121013/06A RU2010121013A RU2437037C1 RU 2437037 C1 RU2437037 C1 RU 2437037C1 RU 2010121013/06 A RU2010121013/06 A RU 2010121013/06A RU 2010121013 A RU2010121013 A RU 2010121013A RU 2437037 C1 RU2437037 C1 RU 2437037C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- compressor
- pumping line
- double
- balloon
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации компрессионных термических устройств (термокомпрессоров), используемых, например, при заполнении газом баллонов высокого давления с соблюдением высоких требований по чистоте как закачиваемого газа, так и внутренних объемов и поверхностей заправляемой системы.The invention relates to refrigeration, and more specifically to the field of design and operation of compression thermal devices (thermocompressors) used, for example, when filling high-pressure cylinders with gas in compliance with high requirements for the purity of both the injected gas and the internal volumes and surfaces of the refueling system.
Принцип работы термокомпрессионного устройства широко известен. Основу его составляет емкость (баллон-компрессор), которую вначале охлаждают, желательно до температуры конденсации газа, и заполняют ее газом из стендовых баллонов. Затем стендовые баллоны отсекают, емкость нагревают, давление газа в ней растет, и он перекачивается в заправляемую емкость. Таких циклов всасывания - нагнетания совершается столько, сколько необходимо для достижения заданного давления в заправляемой емкости.The principle of operation of a thermocompression device is widely known. It is based on a container (cylinder compressor), which is first cooled, preferably to a gas condensation temperature, and filled with gas from bench cylinders. Then the bench cylinders are cut off, the container is heated, the gas pressure in it increases, and it is pumped into the refueling tank. There are as many such suction-discharge cycles as necessary to achieve a given pressure in the refueling tank.
Известны компрессионные холодильные установки (см., например, патент России №20442332 от 05.06.1991, МПК F25B 1/00), содержащие компрессор, емкости высокого давления, магистраль заправки и магистраль подачи газа потребителю, теплообменники. Наличие в них механического компрессора, использующего смазку для вращающихся и перемещающихся узлов и деталей, не исключает загрязнения газа парами масла (смазки), что недопустимо при перекачке (заправке) газа в баллоны потребителя, применяющего данный газ в качестве рабочего компонента.Compression refrigeration units are known (see, for example, Russian patent No. 20442332 dated 06/05/1991, IPC F25B 1/00) containing a compressor, high pressure tanks, a gas line and a gas supply line to the consumer, heat exchangers. The presence in them of a mechanical compressor that uses lubricant for rotating and moving units and parts does not exclude gas pollution with oil (grease) vapors, which is unacceptable when pumping (filling) gas into consumer cylinders that use this gas as a working component.
Недостатками аналога являются загрязнение газа при заправке баллонов потребителя, низкая эффективность и сложность конструкции устройства.The disadvantages of the analogue are gas pollution when filling consumer cylinders, low efficiency and design complexity of the device.
Известно также компрессионное устройство для регенерации хладагентов (см., например, патент США №5379607, МПК F25B 49/00, от 12.10.1993), выбранное в качестве прототипа и содержащее источник газа высокого давления, подключенный к баллонам-компрессорам, и устройство для термоциклирования баллонов-компрессоров из набора разнотемпературных емкостей, включающего низкотемпературную емкость с теплообменником, подключенным к источнику холода, а также магистраль прокачки теплоносителя. В состав устройства также входят компрессор, ресивер, теплообменник-конденсатор и магистрали подачи газа потребителю. Устройство обеспечивает регенерацию хладагентов (теплоносителей) типа CFC (фреон-11, фреон-12, фреон-113) для откачки в транспортный баллон (потребителю), при этом процесс откачки длителен и малоэффективен, а обслуживание устройства и его оборудования усложнено как во время эксплуатации, так и при проведении регламентных работ.A compression device for recovering refrigerants is also known (see, for example, US Pat. No. 5,379,607, IPC F25B 49/00, October 12, 1993), selected as a prototype and containing a high pressure gas source connected to compressor cylinders and a device for thermal cycling of compressor cylinders from a set of multi-temperature tanks, including a low-temperature tank with a heat exchanger connected to a cold source, as well as a heat transfer pump. The device also includes a compressor, receiver, heat exchanger-condenser and gas supply lines to the consumer. The device provides regeneration of CFC-type refrigerants (coolants) (Freon-11, Freon-12, Freon-113) for pumping into a transport cylinder (consumer), while the pumping process is long and ineffective, and the maintenance of the device and its equipment is complicated as during operation , and during routine maintenance.
Недостатками прототипа являются невозможность исключения загрязнения газа при заправке баллонов потребителя и низкая эффективность устройства.The disadvantages of the prototype are the impossibility of eliminating gas pollution when refueling consumer cylinders and the low efficiency of the device.
Техническим результатом является повышение эффективности за счет уменьшения теплопритоков в процессе термоциклирования баллона- компрессора при обеспечении исключения загрязнения газа при заправке баллонов потребителя.The technical result is to increase efficiency by reducing heat inflows during thermal cycling of the compressor cylinder while ensuring that gas pollution is avoided when filling consumer cylinders.
Технический результат достигается тем, что в термокомпрессионном устройстве, содержащем источник газа высокого давления с подключенным к нему баллоном-компрессором, устройство для термоциклирования баллона-компрессора и магистраль прокачки теплоносителя, в отличие от прототипа в нем баллон-компрессор выполнен в виде теплоизолированной двухстенной емкости с оребрением внутреннего сосуда, снабженной тепловым экраном цилиндрической формы, на поверхности которого с тепловым контактом закреплен трубчатый змеевик, включенный в контур магистрали прокачки теплоносителя на выходе из межстенной полости двухстенной емкости, причем на входе межстенная полость подсоединена к устройству для термоциклирования баллона-компрессора, выполненному в виде разнотемпературных теплообменников, параллельно включенных в контур магистрали прокачки теплоносителя, при этом тепловой экран размещен в слоях теплоизоляции с зазором от наружной стенки двухстенной емкости.The technical result is achieved in that in a thermocompression device containing a high-pressure gas source with a compressor cylinder connected to it, a device for thermocycling a compressor cylinder and a coolant pumping line, in contrast to the prototype, the compressor cylinder is made in the form of a heat-insulated double-walled container with finning of an internal vessel equipped with a cylindrical heat shield, on the surface of which a tubular coil is connected with a thermal contact, included in the circuit m heating medium pumping lines at the exit from the inter-wall cavity of a double-walled tank, and at the entrance, the wall space is connected to a device for thermal cycling of a compressor cylinder made in the form of different-temperature heat exchangers connected in parallel to the circuit of the heat-transfer pump, and the heat shield is placed in the insulation layers with a gap from outer wall of a double-walled tank.
Использование предлагаемого термокомпрессионного устройства, например, при заправке баллонов потребителя, устанавливаемых на космических летательных аппаратах, таких как спутники связи, позволят получить значительный экономический эффект за счет обеспечения заправки баллонов потребителя газом, исключающей его загрязнение, при повышении эффективности работы устройства путем уменьшения теплопритоков в процессе термоциклирования баллона-компрессора.The use of the proposed thermocompression device, for example, when refueling consumer cylinders mounted on spacecraft, such as communication satellites, will provide a significant economic effect by providing refueling of consumer cylinders with gas, eliminating its pollution, while increasing the efficiency of the device by reducing heat inflows in the process thermal cycling of the compressor cylinder.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведено термокомпрессионное устройство.The invention is illustrated in the drawing, which shows a thermocompression device.
Термокомпрессионное устройство состоит из следующих основных узлов и деталей: источника газа высокого давления 1, например стендовых баллонов высокого давления, заправленных чистым газом, например ксеноном, и подключенного к нему баллона-компрессора 2, а также устройства для термоциклирования баллона-компрессора и магистрали прокачки теплоносителя 3. Баллон-компрессор 2 выполнен в виде теплоизолированной емкости с двумя стенками - двухстенной емкости с оребрением 4 внутреннего сосуда 5 и снабженной тепловым экраном 6 цилиндрической формы, на поверхности которого с тепловым контактом закреплен трубчатый змеевик 7. Тепловой контакт обеспечивают, например, пайкой. Трубчатый змеевик 7 включен в контур магистрали прокачки теплоносителя 3 на выходе 8 из межстенной полости 9 двухстенной емкости. На входе 10 межстенная полость 9 двухстенной емкости подключена к устройству для термоциклирования баллона-компрессора, выполненному в виде двух разнотемпературных теплообменников 11 и 12, параллельно включенных в магистраль прокачки теплоносителя 3. Теплообменники 11 и 12 кожухозмеевикового типа с внешней теплоизоляцией (в теплообменнике 11 воздух охлаждается, а в теплообменнике 12 - нагревается). Тепловой экран 6 размещен в слоях теплоизоляции 13 с зазором от наружной стенки 14 двухстенной емкости и является барьером на пути теплопритоков, поступающих к наружной стенке 14 извне. Зазор между тепловым экраном 6 и наружной стенкой 14 необходим для исключения теплопередачи от более теплого экрана 6 (за счет отбора теплопритоков извне) к более холодной наружной стенке 14. Размер зазора определяют расчетным путем или экспериментально. В качестве теплоизоляции 13 используют, например, пенополиуретан, экранно-вакуумную изоляцию.The thermocompression device consists of the following main components and parts: a high pressure gas source 1, for example, high pressure bench cylinders filled with clean gas, for example xenon, and a compressor cylinder 2 connected to it, as well as a device for thermal cycling of the compressor cylinder and the
Межстенная полость 9 баллона-компрессора 2 сообщена с трубопроводами магистрали прокачки теплоносителя, на которых установлены вентиль 15, газовый редуктор 16, вентили 17 и 18, теплообменники 11 и 12, а также вентили 19, 20, 21, предназначенные соответственно для сообщения с атмосферой, с потребителем охлажденного и подогретого теплоносителя (воздуха), образуя контур магистрали прокачки теплоносителя, в состав которой входит также трубчатый змеевик 7 теплового экрана 6.The
В качестве теплоносителя используют газ, например воздух, который подают на вход 22 в магистраль прокачки теплоносителя 3, например, от стендовых баллонов с газом (воздухом) высокого давления. Заправку, например, ксеноном баллона-компрессора 2 от стендовых баллонов 1 производят по трубопроводу 23 с вентилем 24. Баллон-компрессор 2 подключен к баллонам потребителя 25 посредством заправочной магистрали 26 с вентилями 27, 28 и теплообменником-охладителем 29. Газовый редуктор 16 используют при настройке и регулировке расхода и давления в магистрали прокачки теплоносителя 3.As the heat carrier, gas is used, for example air, which is supplied to the
Работает термокомпрессионное устройство следующим образом.Works thermocompression device as follows.
Перед началом функционирования производят очистку внутренних полостей магистралей заправки, включая баллон-компрессор и баллоны потребителей от влаги и воздуха. Очистка производится способом вакуумирования с последующей продувкой чистым азотом и ксеноном.Before the start of operation, the internal cavities of the filling lines, including the compressor cylinder and consumer cylinders, are cleaned of moisture and air. Cleaning is carried out by the vacuum method, followed by purging with pure nitrogen and xenon.
Источником закачиваемого газа, например ксенона, в баллоны потребителя являются стендовые баллоны 1, заполненные чистым ксеноном высокого давления 40 кг/см2. В закачиваемом ксеноне должно быть кислорода не более 3·10-5 объемных долей, а водяных паров не более 4·10-5 объемных долей.The source of injected gas, such as xenon, into the consumer’s cylinders is bench cylinders 1 filled with pure high-pressure xenon 40 kg / cm 2 . In the injected xenon there should be no more than 3 · 10 -5 volume fractions of oxygen, and water vapor should not exceed 4 · 10 -5 volume fractions.
Работа устройства основана на использовании принципа термокомпрессора, в котором необходимое для заправки (закачки) давление ксенона достигается в баллоне-компрессоре 2 по изохорическому процессу. После проведения очистки внутренних полостей магистралей подачи ксенона баллонов осуществляют процесс термокомпрессии и подачу ксенона в баллоны потребителя 25, который производится следующим образом.The operation of the device is based on the principle of a thermocompressor, in which the xenon pressure necessary for refueling (injection) is achieved in the cylinder-compressor 2 according to an isochoric process. After cleaning the internal cavities of the supply lines of xenon cylinders, the process of thermal compression and the supply of xenon into the cylinders of the
В исходном положении все вентили закрыты.In the initial position, all valves are closed.
Первоначально производят захолаживание баллона-компрессора 2, для этого открывают вентиля 15 и 17 на магистрали прокачки теплоносителя 3 (например, воздуха, закачанного в замкнутый контур) и, например, от стендовых баллонов высокого давления подают на вход 22 в магистраль прокачки теплоносителя 3 воздух, пропускают его через теплообменник 11, охлаждаемый хладагентом, например жидким азотом, подаваемым, например, из сосуда Дьюара и пропускают через межтрубное пространство (полость) 31. В теплообменнике 11 охлаждают прокачиваемый теплоноситель (воздух) до температуры порядка минус 90°C. Охлажденный воздух из теплообменника 11 через вход 10 поступает в межстенную полость 9 двухстенной емкости баллона-компрессора 2, захолаживает внутренний сосуд 5 до температуры порядка минус 80°C и через выход 8 поступает в трубчатый змеевик 7 теплового экрана 6, охлаждает экран 6, отбирая теплопритоки, поступающие на экран 6, и сбрасывается при открытии вентиля 19 в атмосферу или при открытии вентиля 20 потребителю охлажденного воздуха. В захоложенный внутренний сосуд 5 баллона-компрессора 2 из стендового баллона 1 подают ксенон, для чего открывают вентили 24, 27 и заполняют внутренний сосуд 5 до заданного давления, при этом происходит конденсация ксенона во внутреннем сосуде 5 (цикл всасывания). После заполнения внутреннего сосуда 5 баллона-компрессора 2 ксеноном и охлаждения его до температуры порядка минус 80°C стендовый баллон 1 отсекают (закрывают вентили 24, 27) и одновременно закрывают вентиль 17 на магистрали прокачки теплоносителя 3. Далее открывают вентиль 18, после чего включают подогреватель 30 (электронагреватель), при этом теплоноситель (воздух) при прохождении через теплообменник 12 нагревается до температуры порядка плюс 95°C и поступает в межстенную полость 9 баллона компрессора 2, нагревает внутренний сосуд 5 до температуры порядка плюс 90°C и через выход 8 поступает в трубчатый змеевик 7 теплового экрана 6, нагревает экран 6 и прилегающие слои теплоизоляции 13, образуя тепловую защиту вокруг наружной стенки 14 от более холодной окружающей среды, что обеспечивает сокращение времени для нагрева баллона-компрессора за счет уменьшения утечек тепла в окружающую среду. После прохождения через змеевик 7 воздух сбрасывается при открытии вентиля 19 в атмосферу или при открытии вентиля 21 потребителю подогретого воздуха. При нагревании давление ксенона во внутреннем сосуде 5 растет, а при сообщении его с баллонами потребителя 25 посредством открытия вентилей 27 и 28 на заправочной магистрали 26 ксенон, проходя через теплообменник-охладитель 29, охлаждается до заданной температуры (температуры охлаждающей среды) и поступает в баллоны потребителя 25 (цикл нагнетания). После выравнивания давления между внутренним сосудом 5 баллона-компрессора 2 баллонами потребителя 25 вентили 27 и 28 закрывают, а также закрывают вентиль 18 на магистрали прокачки теплоносителя 3 и выключают нагреватель (электронагреватель) 30. Таких последовательных процессов (температурных циклов) охлаждения-нагрева вновь пополняемых порций ксенона из стендового баллона 1 в баллон-компрессор 2 совершают столько, сколько необходимо для достижения заданного давления ксенона в баллонах потребителя 25, например до 100 кг/см2.Initially, the compressor-cylinder 2 is cooled down, for this purpose,
Выполнение баллона-компрессора 2 в виде теплоизолированной двухстенной емкости, снабженной тепловым экраном 6 цилиндрической формы, на поверхности которого с тепловым контактом закреплен трубчатый змеевик 7, включенный в контур магистрали прокачки теплоносителя 3 на выходе из межстенной полости 9 двухстенной емкости, может повысить эффективность устройства за счет уменьшения теплопритоков в процессе термоциклирования баллона-компрессора 2, при этом сокращается количество теплоносителя, прокачиваемого через межстеную полость, необходимое для охлаждения (нагрева) внутреннего сосуда 5; уменьшение теплопритоков также сокращает время, затрачиваемое на захолаживание (нагрев) внутреннего сосуда 5 и находящегося в нем ксенона. Кроме того, термокомпрессионное устройство исключает загрязнение газа при заправке баллонов потребителя 25, что позволяет достичь технического результата.The implementation of the compressor cylinder 2 in the form of a thermally insulated double-walled tank equipped with a
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010121013/06A RU2437037C1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Thermocompression device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010121013/06A RU2437037C1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Thermocompression device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2437037C1 true RU2437037C1 (en) | 2011-12-20 |
Family
ID=45404409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010121013/06A RU2437037C1 (en) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | Thermocompression device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2437037C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2508497C2 (en) * | 2011-12-28 | 2014-02-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Thermo compression device |
RU2509256C2 (en) * | 2012-03-12 | 2014-03-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Thermocompression device |
RU2509257C2 (en) * | 2012-05-23 | 2014-03-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Thermocompression device |
RU2514335C2 (en) * | 2012-07-23 | 2014-04-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Thermocompression device |
RU2527264C2 (en) * | 2012-10-18 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Thermal compression device |
RU2527227C2 (en) * | 2012-03-29 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Thermal compression device |
-
2010
- 2010-05-24 RU RU2010121013/06A patent/RU2437037C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2508497C2 (en) * | 2011-12-28 | 2014-02-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Thermo compression device |
RU2509256C2 (en) * | 2012-03-12 | 2014-03-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Thermocompression device |
RU2527227C2 (en) * | 2012-03-29 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Thermal compression device |
RU2509257C2 (en) * | 2012-05-23 | 2014-03-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Thermocompression device |
RU2514335C2 (en) * | 2012-07-23 | 2014-04-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Thermocompression device |
RU2527264C2 (en) * | 2012-10-18 | 2014-08-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Thermal compression device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2437037C1 (en) | Thermocompression device | |
RU2432523C1 (en) | Thermo-compression device | |
KR102133684B1 (en) | System for heating and cooling superconducting magnets | |
RU2432522C1 (en) | Thermo-compression device (versions) | |
RU2351840C1 (en) | Compressive thermal device | |
RU2425277C1 (en) | Thermo-compression device | |
WO2004018951A1 (en) | Apparatus and method for refrigeration system | |
RU2460932C1 (en) | Thermocompression device | |
RU2499180C2 (en) | Thermocompression device | |
RU2509256C2 (en) | Thermocompression device | |
RU2447354C2 (en) | Thermal compression device | |
RU2509257C2 (en) | Thermocompression device | |
RU2487291C2 (en) | Thermal compressor | |
RU2371607C1 (en) | Thermocompression device (versions) | |
RU2528785C2 (en) | Thermocompression device | |
RU2533599C2 (en) | Termocompression device | |
WO2002016836A1 (en) | Stirling cooling device, cooling chamber, and refrigerator | |
RU2514335C2 (en) | Thermocompression device | |
RU2347133C1 (en) | Thermal compressor (versions) | |
RU2446345C1 (en) | Thermocompression device | |
RU2488738C2 (en) | Thermal compression device | |
RU2527227C2 (en) | Thermal compression device | |
RU2525514C2 (en) | Thermocompression device | |
RU2508497C2 (en) | Thermo compression device | |
RU2424466C1 (en) | Thermo-compression device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130525 |