×
21.04.2023
223.018.4f16

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЖИЖЕНИЯ ГЕЛИЯ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002794011
Дата охранного документа
11.04.2023
Аннотация: Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в криогенных гелиевых установках, особенно средней и большой производительности. Способ ожижения гелия включает охлаждение потока гелия в первой, второй и третьей ступенях. Ожижение осуществляют в автономном контуре, в который гелий редуцируют из хранилища газообразного гелия до давления 1,2-2,0 МПа, после чего охлаждают в первой ступени. На уровне 273-278 К осуществляют адсорбцию паров воды, а на уровне 80 К - адсорбцию примесей азота и частично водорода. Далее поток охлаждают до 6-7 К во второй ступени с адсорбцией от неона и водорода на уровне 25-30 К за счет рекуперации холода, получаемого в гелиевом рефрижераторном цикле. Далее поток ожижают в третьей ступени за счет расширения в детандере до давления 0,125-0,135 МПа и отводят в хранилище. В гелиевом рефрижераторном цикле обратный поток гелия компримируют от давления 0,105 МПа до давления прямого потока 2,5 МПа, затем охлаждают от 300 К до 80 К путем рекуперативного теплообмена между обратным и прямым потоками и жидким азотом, а далее последовательно расширяют прямой поток в двух детандерах до давления обратного потока с понижением температуры до 5,8-6,8 К и передачей холода потоку гелия во второй ступени. Технический результат - упрощение технологического процесса при повышении эффективности. 1 ил.

Изобретение относится к криогенной технике и широко может быть использовано в криогенных гелиевых установках и особенно в установках средней и большой производительности жидкого гелия.

Известен способ ожижения гелия, включающий компримирование гелия до давления 2,5 МПа, ступень предварительного охлаждения сжатого прямого потока с помощью жидкого азота, ступень предварительного охлаждения за счет жидкого водорода и дроссельную ступень, после которой 12%-16% от компримированного потока ожижается, а неожижившаяся часть в виде обратного потока возвращается в рабочий цикл, передав свой холод за счет рекуперативного теплообмена прямому потоку. (см. А.М. Архаров, К.С. Буткевич «Техника низких температур», Из - во «Энергия«, 1964 г, стр. 153 рис. 4-22, а)

Несмотря на простоту технологического процесса ожижения гелия, он из-за вопроса обеспечения взрывобезопасности практически реализован в лабораторных установках.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленному изобретению является способ ожижения гелия, включающий, охлаждение потока гелия в первой ступени предварительного охлаждения прямого потока гелия от 300 К до 80 К путем рекуперативного теплообмена с газообразным и жидким азотом, охлаждение во второй ступени предварительного охлаждения прямого потока путем рекуперативного теплообмена и охлаждение в третьей ступени, в которой прямой поток после второй ступени адиабатически расширяют в детандере.(см. А.М, Архаров, В.П. Беляков «Криогенные системы«, Москва, «Машиностроение«, 1987 г, рис. 3.10, стр. 181, рис. 4.73 стр. 323)

Несмотря на то, что в способе ожижения гелия расчетные удельные затраты энергии на получение одного литра жидкого гелия составляют от 1,35 до 1,5 кВт ч, основными недостатками данного способа являются: сложность технологического процесса ожижения гелия;

- многоступенчатая очистка гелия от влаги и низкотемпературных примесей азота, водорода, неона, требующая применения крупногабаритных блоков адсорбционной очитки и не менее сложных систем их регенерации;

- необходимость дополнительных затрат энергии на компримирование ожижаемого потока гелия;

- адиабатическое расширение только части компримированного потока (55%-60%) в двух последовательно установленных турбодетандерах, что снижает их КПД и особенно КПД турбодетандера в концевой ступени ожижения. Решаемая задача - упрощение технологического процесса ожижения гелия при повышении эффективности технологического процесса ожижения гелия. Указанный технический результат достигается тем, что в способе ожижения гелия, включающим охлаждение потока гелия в первой ступени предварительного охлаждения прямого потока гелия от 300 К до 80 К путем рекуперативного теплообмена с газообразным и жидким азотом, охлаждение во второй ступени предварительного охлаждения прямого потока путем рекуперативного теплообмена и охлаждение в третьей ступени, в которой прямой поток после второй ступени адиабатически расширяют в детандере, ожижение гелия осуществляют в автономном контуре, в который гелий редуцируют из хранилища газообразного гелия до давления 1.2 МПа - 2,0 МПа, после чего поток охлаждают в первой ступени, при этом на уровне 273 К - 278 К осуществляют адсорбцию паров воды, а на уровне 80 К - адсорбцию примесей азота и частично водорода, далее поток охлаждают от 80 К до 6 К - 7 К во второй ступени с адсорбцией от неона и водорода на уровне 25 К - 30 К за счет рекуперации холода, получаемого в гелиевом рефрижераторном цикле, а далее его ожижают в третьей ступени за счет адиабатического расширения в детандере с давления 1,2 МПа - 2,0 МПа до давления 0,125 МПа - 0,135 МПа и полученный жидкий гелий отводят в хранилище, при чем в гелиевом рефрижераторном цикле обратный поток гелия компримируют от давления 0,105 МПа до давления прямого потока 2, 5 МПа, затем поток охлаждают от 300 К до 80 К путем рекуперативного теплообмена между обратным и прямым потоками и жидким азотом, а далее производят адиабатическое расширение всего прямого потока в двух последовательно установленных детандерах с давления 2,5 МПа до давления обратного потока 0,105 МПа с понижением температуры до 5,8 К - 6,8 К и передачей холода путем рекуперативного теплообмена потоку гелия во второй ступени автономного контура. На чертеже показана принципиальная схема криогенной гелиевой установки, реализующей предложенный способ ожижения.

Криогенная гелиевая установка состоит из контура ожижения гелия, включающего первую ступень охлаждения, выполненную в виде рекуперативного теплообменника 1, змеевика 2, размещенного в азотной ванне 3, вторую ступень охлаждения, выполненную в виде рекуперативных теплообменников 4. 5 и 6, и третью ступень, выполненную в виде детандера 7, при этом первая ступень охлаждения подключена с помощью редуктора 8 к хранилищу 9 газообразного гелия, а третья ступень - к хранилищу 10 жидкого гелия. В состав криогенной гелиевой установки входит гелиевый рефрижератор в виде компрессора 11. рекуперативного теплообменника 12, змеевика 13, размещенного в азотной ванне 3, турбодетандеров 14 и 15, а также рекуперативных теплообменников 4. 5 и 6. Очистка ожижаемого потока гелия в автономном контуре от паров воды происходит в адсорбере 16, а от низкотемпературных примесей азота, водорода, неона - в адсорберах 17 и 18. Способ ожижения осуществляется следующим образом.

Из хранилища 9 газообразного гелия, где он находится под давлением от 20,0 МПа до 32,0 МПа, поток гелия с помощью редуктора 8 подается в первую ступень охлаждения автономного контура ожижения гелия под давлением 1.2 МПа - 2,0 МПа. В первой ступени поток охлаждается от 300 К до 80 К за счет рекуперативного теплообмена в теплообменнике 1 с парами азота, образующимися при прохождении потока по змеевику 2 в азотной ванне 3, после которой его температура понижается до 80 К. В первой ступени охлаждения автономного контура производят удаление из потока на уровне 273 К - 278 К в адсорбере 16 паров воды, а на уровне 80 К в адсорбере 17 удаляют примеси азота и частично водорода. Далее поток гелия охлаждают от 80 К до 6К - 7 К во втором контуре после прохождения рекуперативных теплообменников 4. 5 и 6, при этом на уровне 25 К - 30К из гелия удаляют примеси неона и водорода в адсорбере 18, после чего поток гелия ожижают в третьей ступени путем адиабатического расширения гелия в детандере 7 с давления 1,2 МПа - 2,0 МПа до давления 0,125 МПа - 0,135 МПа и ожиженный поток отводят в хранилище 10 жидкого гелия. Необходимая холодопроизводительность и температурный уровень 6 К - 7 К для предварительного охлаждения ожижаемого потока гелия во втором контуре создается в циркуляционном контуре гелиевого рефрижератора, в котором обратный поток с давлением 0,105 МПа сжимается в компрессоре 11 до давления 2,5 МПа прямого потока, после чего он охлаждается от 300 К до 80 К за счет рекуперативного теплообмена в теплообменнике 12 между прямым и обратным потоками и последующего прохождении потока по змеевику 13 в азотной ванне 3, после которой его температура понижается до 80 К. После азотной ванны 3 весь прямой поток адиабатически расширяется в последовательно установленных турбодетандерах 14 и 15 с давления 2,5 МПа до давления 0,105 МПа с понижением температуры до 5,8 К - 6,8 К и возвращается на всас компрессора 11, передав свой холод в рекуперативных теплообменниках 4. 5, 6 и 12 встречным потокам гелия. Как видно из описания способа предложенное техническое решение позволяет за счет организации разделения гелиевых потоков на ожижаемый поток и замкнутый циркуляционный поток в рефрижераторном цикле упростить технологический процесс ожижения гелия, существенно уменьшить габариты адсорберов, установленных в автономном контуре, и следовательно сократить энергозатраты при проведении процессов регенерации, повысить КПД турбодетандеров в гелиевом рефрижераторе, так как расход гелия через турбодетандеры увеличивается более чем в 1,5 раза, а в третьей ступени автономного контура в качестве расширительной машины - использовать поршневой детандер, КПД которого как показал опыт эксплуатации не менее 85%. Все это в итоге как показали расчеты от 3% до 5% позволяет уменьшить удельные затраты энергии на получение литра жидкого гелия. Сравнение существенных признаков предлагаемого и уже известных решении дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНЯЕМОСТЬ».

Способ ожижения гелия, включающий охлаждение потока гелия в первой ступени предварительного охлаждения прямого потока гелия от 300 К до 80 К путем рекуперативного теплообмена с газообразным и жидким азотом, охлаждение во второй ступени предварительного охлаждения прямого потока путем рекуперативного теплообмена и охлаждение в третьей ступени, в которой прямой поток после второй ступени адиабатически расширяют в детандере, отличающийся тем, что ожижение гелия осуществляют в автономном контуре, в который гелий редуцируют из хранилища газообразного гелия до давления 1,2-2,0 МПа, после чего поток охлаждают в первой ступени, при этом на уровне 273-278 К осуществляют адсорбцию паров воды, а на уровне 80 К - адсорбцию примесей азота и частично водорода, далее поток охлаждают от 80 К до 6-7 К во второй ступени с адсорбцией от неона и водорода на уровне 25-30 К за счет рекуперации холода, получаемого в гелиевом рефрижераторном цикле, а далее его ожижают в третьей ступени за счет адиабатического расширения в детандере с давления 1,2-2,0 МПа до давления 0,125-0,135 МПа и полученный жидкий гелий отводят в хранилище, причем в гелиевом рефрижераторном цикле обратный поток гелия компримируют от давления 0,105 МПа до давления прямого потока 2,5 МПа, затем поток охлаждают от 300 К до 80 К путем рекуперативного теплообмена между обратным и прямым потоками и жидким азотом, а далее производят адиабатическое расширение всего прямого потока в двух последовательно установленных детандерах с давления 2,5 МПа до давления обратного потока 0,105 МПа с понижением температуры до 5,8-6,8 К и передачей холода путем рекуперативного теплообмена потоку гелия во второй ступени автономного контура.
СПОСОБ ОЖИЖЕНИЯ ГЕЛИЯ
СПОСОБ ОЖИЖЕНИЯ ГЕЛИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 22 items.
06.04.2019
№219.016.fd9d

Способ работы двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют внешнее многоступенчатое сжатие смеси, состоящей из воздуха, отработавших...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684046
Дата охранного документа: 03.04.2019
27.04.2019
№219.017.3c89

Система электрогидравлического привода клапанов двигателя внутреннего сгорания

Изобретение может быть использовано в механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания. Система электрогидравлического привода клапанов двигателя внутреннего сгорания включает гидроцилиндр (1), плунжер (2), гидронасос (15), редукционный клапан (16) и магистраль (11) слива масла в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686140
Дата охранного документа: 24.04.2019
21.08.2019
№219.017.c20b

Способ работы поршневого двигателя

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям, работающим с обогащением воздуха кислородом или использующим кислород в качестве окислителя вместе атмосферного воздуха. Техническим результатом является повышение экономичности и экологической эффективности в широком...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697778
Дата охранного документа: 19.08.2019
12.09.2019
№219.017.ca60

Способ получения искусственной газовой смеси для энергетической установки, работающей в режиме рециркуляции отработанных газов

Изобретение относится к области анаэробной энергетики и может быть использовано в воздухонезависимых энергоустановках с тепловыми двигателями и особенно в судовых энергетических установках подводных аппаратов, работающих без доступа атмосферного воздуха. Техническим результатом является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699850
Дата охранного документа: 11.09.2019
18.03.2020
№220.018.0ca5

Турбодетандер

Изобретение относится к расширительным машинам, а именно к турбодетандерам, которые могут широко применяться в криогенных системах и, особенно, в составе гелиевых и водородных установок. В корпусе турбодетандера выполнены два газодинамических подшипника скольжения, а турбинные колеса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716780
Дата охранного документа: 16.03.2020
25.06.2020
№220.018.2aff

Поршневой двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания и в первую очередь к двигателям с изменяемой комбинацией тактов. Поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит поршень (2) с уплотнительными кольцами, расположенный в цилиндре (1) и соединенный с кривошипно-шатунным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724377
Дата охранного документа: 23.06.2020
12.04.2023
№223.018.4765

Система защиты для криогенных резервуаров, размещённых внутри корпуса подводного аппарата

Изобретение относится к криогенной технике. Система защиты предохранительного клапана выполнена из двух корпусов при этом первый корпус через прокладку закреплен на внешней стороне корпуса подводного аппарата и в нем установлены силовой привод в виде пружины и двух параллельных сильфонов, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002745183
Дата охранного документа: 22.03.2021
16.05.2023
№223.018.5e90

Способ заправки бака криогенной жидкостью, её хранения и слива из бака

Изобретение относится к криогенной технике и может быть широко использовано при эксплуатации крупнотоннажных криогенных баков, резервуаров и цистерн типа ЖВЦ-100М, 8Г513М, используемых для хранения и транспортировки криогенных жидкостей высокой чистоты. Предварительное охлаждение бака...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002750221
Дата охранного документа: 24.06.2021
16.05.2023
№223.018.5fc8

Люк лаза криогенного резервуара

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано как в транспортных, так и стационарных криогенных цистернах, сосудах и резервуарах. Люк лаза криогенного резервуара содержит разделенные вакуумной полостью фланец, заглушку и уплотнительную прокладку оболочки, а также фланец,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002742252
Дата охранного документа: 04.02.2021
06.06.2023
№223.018.792b

Предохранительное устройство для криогенных резервуаров

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано для защиты криогенных емкостей и резервуаров. Предохранительный клапан выполнен в виде нормально открытого пневмоклапана, а импульсный - в виде корпуса, в котором установлены запорный клапан, надклапанная полость которого одним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002749082
Дата охранного документа: 03.06.2021
Showing 11-20 of 24 items.
10.04.2019
№219.017.04f5

Способ ожижения водорода с гелиевым холодильным циклом и устройство для его осуществления

Изобретение может быть использовано при создании водородных ожижителей средней и крупной производительности. Способ включает сжатие продукционного потока водорода, предварительные ступени охлаждения с помощью холодильной установки и жидкого азота, охлаждение гелием с проведением адиабатной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002309342
Дата охранного документа: 27.10.2007
27.04.2019
№219.017.3c89

Система электрогидравлического привода клапанов двигателя внутреннего сгорания

Изобретение может быть использовано в механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания. Система электрогидравлического привода клапанов двигателя внутреннего сгорания включает гидроцилиндр (1), плунжер (2), гидронасос (15), редукционный клапан (16) и магистраль (11) слива масла в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686140
Дата охранного документа: 24.04.2019
18.05.2019
№219.017.5788

Способ выдачи жидкого криопродукта и устройство для его осуществления

Изобретение относится к криогенной технике. Способ выдачи жидкого продукта потребителю включает захолаживание и пуск центробежного насоса, выход на номинальный автономный режим работы, байпасирование расхода после насоса в криогенную емкость. Переход на режим выдачи потребителю осуществляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002358188
Дата охранного документа: 10.06.2009
18.05.2019
№219.017.5839

Адсорбер

Изобретение может быть применено в блоках комплексной очистки воздухоразделительных установок и блоках осушки гелиевых криогенных систем. Адсорбер состоит из корпуса (1), патрубка (2) подачи газа для очистки, патрубка (3) выхода чистого газа, емкости (4) с сорбентом (5), нажимного устройства в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002305003
Дата охранного документа: 27.08.2007
21.08.2019
№219.017.c20b

Способ работы поршневого двигателя

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям, работающим с обогащением воздуха кислородом или использующим кислород в качестве окислителя вместе атмосферного воздуха. Техническим результатом является повышение экономичности и экологической эффективности в широком...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697778
Дата охранного документа: 19.08.2019
12.09.2019
№219.017.ca60

Способ получения искусственной газовой смеси для энергетической установки, работающей в режиме рециркуляции отработанных газов

Изобретение относится к области анаэробной энергетики и может быть использовано в воздухонезависимых энергоустановках с тепловыми двигателями и особенно в судовых энергетических установках подводных аппаратов, работающих без доступа атмосферного воздуха. Техническим результатом является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699850
Дата охранного документа: 11.09.2019
18.03.2020
№220.018.0ca5

Турбодетандер

Изобретение относится к расширительным машинам, а именно к турбодетандерам, которые могут широко применяться в криогенных системах и, особенно, в составе гелиевых и водородных установок. В корпусе турбодетандера выполнены два газодинамических подшипника скольжения, а турбинные колеса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716780
Дата охранного документа: 16.03.2020
25.06.2020
№220.018.2aff

Поршневой двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания и в первую очередь к двигателям с изменяемой комбинацией тактов. Поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит поршень (2) с уплотнительными кольцами, расположенный в цилиндре (1) и соединенный с кривошипно-шатунным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724377
Дата охранного документа: 23.06.2020
12.04.2023
№223.018.4765

Система защиты для криогенных резервуаров, размещённых внутри корпуса подводного аппарата

Изобретение относится к криогенной технике. Система защиты предохранительного клапана выполнена из двух корпусов при этом первый корпус через прокладку закреплен на внешней стороне корпуса подводного аппарата и в нем установлены силовой привод в виде пружины и двух параллельных сильфонов, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002745183
Дата охранного документа: 22.03.2021
16.05.2023
№223.018.5e90

Способ заправки бака криогенной жидкостью, её хранения и слива из бака

Изобретение относится к криогенной технике и может быть широко использовано при эксплуатации крупнотоннажных криогенных баков, резервуаров и цистерн типа ЖВЦ-100М, 8Г513М, используемых для хранения и транспортировки криогенных жидкостей высокой чистоты. Предварительное охлаждение бака...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002750221
Дата охранного документа: 24.06.2021
+ добавить свой РИД