SU1268900A1 - Multistage pulsation machine - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к криогенной технике, в частности к многоступенчатым пульсационным машинам, реализующим замкнутый рабочий цикл. Цель изобретени  - повышение термодинамической эффективности и снижение уровн  получаемых температур термостатировани . Дл  этого детандер-компрессор выполнен трехступенчатым. Ступени (С) охлаждени  образуют между собой и поршнем 2 герметичные камеры 3, 4 и 5. Перва  С содержит последовательно установленные холодильник 6, регенератор (Р) 9 и рефрижератор 10. Втора  и треть  С дополнительно содержат холодильники 7, 8, .Р 15, 16 и рефрижераторы 17, 18 соответственно. При работе кажда  С генерирует холод автономно, а Р 15 и 16 предварительно понижают температуру газа до уровн  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|7The invention relates to a cryogenic technique, in particular to multistage pulsation machines implementing a closed-loop operating cycle. The purpose of the invention is to increase the thermodynamic efficiency and reduce the temperature of the resulting temperature. For this, the expander compressor is made up of three stages. The cooling steps (C) form between themselves and the piston 2 sealed chambers 3, 4 and 5. The first C contains successively installed cooler 6, regenerator (P) 9 and refrigerator 10. The second and third C additionally contain refrigerators 7, 8, .Р 15 , 16 and refrigerators 17, 18, respectively. During operation, each C generates cold autonomously, and P 15 and 16 preliminarily lower the gas temperature to the level of the previous C. 2 s. f-ly. 4 il. & J 2 3 6 3 7 27 fO ,, I / rI SL Y o o about 29 8 ff f7 28 ff 25 2 2ff If / f // / I I IIIrl 27 W 29 JS / 7 J6 G8 ZO Z} 23 25 uz. 1 | 7

Description

Изобретение относитс  к устройствам, предназначенным дл  получени  холода на криогенных уровн х температур, а более конкретно к многоступенчатым пульсационным машинам, реализующим замкнутый рабочий цикл.The invention relates to devices for producing cold at cryogenic temperature levels, and more specifically to multi-stage pulsation machines implementing a closed-loop operating cycle.

Цель изобретени  - повышение термодинамической эффективности и снижение уровн  получаемых температур термостатировани .The purpose of the invention is to increase the thermodynamic efficiency and reduce the temperature of the resulting temperature.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой пульсационной машины, имеющей три ступени охлаждени ; на фиг. 2 - схема машины с двум  ступен ми охлаждени ; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - сече.1ие Б-Б на фиг. 2.FIG. Figure 1 shows the scheme of the proposed pulsating machine with three stages of cooling; in fig. 2 is a schematic of a machine with two cooling stages; in fig. 3 is a section A-A in FIG. one; in fig. 4 - cross section. 1B in FIG. 2

Пульсационна  машина содержит цилиндр 1 с размещен.ным в нем поршнем 2 детандера-компрессора. Поршень 2 и цилиндр 1 образуют герметичные друг относительно друга полости 3-5, сообщенные с соответствующими холодильниками 6-8, которые могут быть объединены в моноблок либо выполнены отдельно дл  каждой ступени. Перва  ступень охлаждени  подключена к холодильнику 6 и включает последовательно расположенные регенератор 9, рефрижератор 10, пульсационную трубу 11, неподвижный газораспределитель 12, концевой холодильник 13 и ресивер 14. Втора  и треть  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 ступен х между холодильником 7(8) и основным регенератором 15(16) установлены соответственно дополнительный регенератор 27(28) и промежуточный теплообменник 29(30). Рефрижератор 10 первой и 17 второй ступеней охлаждени  имеют тепловую св зь соответственно с промежуточными теплообменниками 29 и 30 второй и третьей ступеней. Теплова  св зь может осуществл тьс  за счет теплопроводности по металлу в аппарате матричного типа (показано дл  двухступенчатой машины), набранного из чередующихс  пластин 31 и проставок 32. Пластины 31 имеют каналы 33 дл  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 13, 23 и 24 размещают на одном температурном уровне. Пульсационные трубы 11, 19 и 20 ступеней могут быть расположены симметрично и вписаны в пр моугольник (фиг. 3).The pulsating machine contains a cylinder 1 with the piston 2 of the expander-compressor placed in it. The piston 2 and cylinder 1 form airtight cavities 3-5 with respect to each other, communicated with the respective refrigerators 6-8, which can be combined into a monoblock or made separately for each stage. The first cooling stage is connected to the refrigerator 6 and includes successively located regenerator 9, refrigerator 10, pulsation pipe 11, stationary gas distributor 12, end refrigerator 13 and receiver 14. The second and third stages also contain refrigerators 7 and 8, regenerators 15 and 16, and refrigerators 17 and 18, pulsation tubes 19 and 20, gas distributors 21 and 22, terminal refrigerators 23 and 24, receivers 25 and 26. In addition, in these steps, between the cooler 7 (8) and the main regenerator 15 (16) are installed, respectively tional regenerator 27 (28) 29 and an intermediate heat exchanger (30). The refrigerator 10 of the first and 17 second cooling stages have a thermal connection, respectively, with intermediate heat exchangers 29 and 30 of the second and third stages. Heat coupling can be achieved by thermal conductivity of the metal in a matrix-type apparatus (shown for a two-stage machine) assembled from alternating plates 31 and spacers 32. Plates 31 have channels 33 for passing gas in the refrigerator 10 first and channels 34 in the intermediate heat exchanger 29 second stage (Fig. 2 and 4). This device can be made in the form of a monolithic plate with the appropriate channels. All end refrigerators 13, 23 and 24 are placed at the same temperature level. The pulsation tubes of 11, 19, and 20 steps can be symmetrically arranged and inscribed in a rectangle (Fig. 3).

При работе кажда  ступень генерирует холод автономно.During operation, each stage generates cold autonomously.

Пульсационна  машина работает следующим образом.Pulsation machine works as follows.

При движении поршн  2 детандер а-компрессора слева направо (фиг. 1 и 2) газ сжимаетс  в полости 3 и проходит через холодильник 6 и регенератор 9. В холодильнике 6 его температура понижаетс  до уровн  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, сжима  порцию остаточного газа,When the piston 2 moves, the expander a of the compressor from left to right (Fig. 1 and 2) compresses the gas in cavity 3 and passes through refrigerator 6 and regenerator 9. In refrigerator 6, its temperature decreases to the level of the environment, and at exit from the regenerator 9 it is close to the minimum per cycle. Next, the cooled gas through the refrigerator 10 enters the pulsation tube 11 and, compressing a portion of the residual gas,

предварительно находивщегос  в ней, проталкивает последнюю через газораспределитель 12 и концевой холодильник 13 (с отводом теплоты сжати  в нем от порции остаточного газа) в ресивер 14. По окончании процесса давление газа в полост х ступени максимально, от системы отведена теплота сжати , Пульсационна  труба 11 заполнена охлажденным газом. Далее порщень 2 перемещают в противоположном направлении. Происходит адиабативное расширение с об0 ратным направлением потоков газа (обратное дутье). В пульсационной трубе 11 генерируетс  холоде понижением температуры газа до минимального за цикл значени . Часть полученного холода используетс  полезно в рефрижераторе 10, друга  расхо5 дуетс  дл  собственных нужд ступени - на понижение температуры насадки регенератора 9, т. е. на подготовку его к последующему пр мому дутью.being previously in it, pushes the latter through the gas distributor 12 and the end cooler 13 (with heat removal of compression in it from a portion of residual gas) to the receiver 14. At the end of the process, the gas pressure in the cavity steps is maximum, the compression pipe 11 is removed from the system filled with cooled gas. Next, the pistol 2 is moved in the opposite direction. An adiabative expansion occurs with the opposite direction of the gas flow (reverse blow). In the pulsation tube 11, the cold is generated by lowering the gas temperature to its minimum per cycle. A part of the obtained cold is used advantageously in refrigerator 10, the other is spent for its own needs on the stage — to lower the temperature of the nozzle of the regenerator 9, i.e., to prepare it for the next direct blast.

Втора  и треть  ступени охлаждени  генерируют холод на более низких температурных уровн х. Последовательность процессов в них подобна описанным дл  первой ступени. Дополнительные регенераторы 27 и 28 служат дл  предварительного понижени  температуры газа до уровней первой и второй ступеней охлаждени  соответстввенно . Тепловые потери последующей ступени охлаждени  компенсируютс  в машине за счет полезного холода предыдущей ступени на уровне ее рабочих температур . За счет этого в нижних ступен хThe second and third cooling stages generate cold at lower temperature levels. The sequence of processes in them is similar to that described for the first stage. Additional regenerators 27 and 28 serve to pre-lower the gas temperature to the levels of the first and second cooling stages, respectively. The heat losses of the subsequent cooling stage are compensated in the machine due to the useful cold of the previous stage at the level of its working temperatures. Due to this, in the lower steps x

0 возможно существенное понижение те.мператур газа: в двухступенчатой мащине до 30-40 К, а в трехступенчатой 20 К и ниже.0 it is possible a significant decrease in the gas temperature: in a two-stage machine up to 30–40 K, and in a three-stage machine 20 K and below.

Claims (1)

1. Многоступенчата  Пульсационна  машина , содержаща  детандер-компрессор, холодильник , ступени охлаждени  с регенератором , рефрижератором, пульсационной трубой и концевым холодильником в каждой из них и тепловые мосты между смежными ступен ми, отличающа с  тем, что, с целью повышени  термодинамической эффективности и снижени  уровн  получаемых температур1ермостатировани , детандер-компрессор выполнен многополостным с одной герметичной полостью в каждой ступени , причем все ступени, кроме первой, содержат дополнительный регенератор и про1. Multistep Pulsation machine containing an expander-compressor, a refrigerator, cooling stages with a regenerator, a refrigerator, a pulsation tube and an end cooler in each of them, and thermal bridges between adjacent stages, characterized in that, in order to increase thermodynamic efficiency and reduce the level of temperature and temperature stabilized, the expander-compressor is made multi-cavity with one sealed cavity in each stage, all stages, except the first, containing an additional regenerator op and about