УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЖИДКОГО ГЕЛИЯ К ХРАНЕНИЮ ИЛИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ

Полезная модель относится к области холодильной, криогенной техники, в частности к ожижителям гелия и емкостям для жидкого гелия (типа сосуда Дьюара).
Известно устройство для подготовки жидкого гелия к хранению или транспортировке (http://www.pandia.ru/text/77/29/79398.php), включающее ожижитель, содержащий компрессор, блок очистки гелия, блок теплообменников и детандер, а также криостат, соединенный с ожижителем посредством криогенного трубопровода слива жидкого переохлажденного гелия в криостат.
2
2
3
Конструктивное выполнение известного устройства позволяет заполнять криостат жидким гелием с температурой 4,2 К - 4,5 К при давлении 1,5 кгс/см - 1 кгс/см соответственно и плотностью примерно 125 кг/м, что не является оптимальным с точки зрения отношения произведенной и заполненной в криостате массы гелия.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение возможности увеличения массы гелия размещаемого в единице объема криостата или заправляемой транспортной емкости с целью перемещения гелия на большие расстояния.
Поставленная задача решается путем использования устройства для подготовки жидкого гелия к хранению или транспортировке, включающего ожижитель, содержащий компрессор, блок очистки гелия, блок теплообменников, детандер, а также криостат, соединенный с ожижителем посредством криогенного трубопровода слива жидкого переохлажденного гелия в криостат, причем, ожижитель дополнительно снабжен холодным компрессором, соединенным с криостатом посредством криогенного трубопровода возврата паров гелия в холодный компрессор.
3
Снабжение ожижителя холодным компрессором, соединенным с криостатом посредством криогенного трубопровода возврата паров гелия в холодный компрессор, - позволяет производить в ожижителе гелий с температурой 2,18-2,2 К, давлением около 5082 Па, плотностью около 146,2 кг/м, что по массе больше производимого ранее гелия на величину отношения плотностей 146,2/125=1,17, и заполнять этим гелием транспортные емкости, способные работать под вакуумом и при этом оставаться герметичными по отношению к атмосфере.
По предлагаемой схеме возможно производить жидкий гелий с температурой в интервале от 2,18 до 4,2 К, но при этом эффект по заполняемой массе будет тем ниже, чем выше температура жидкого гелия.
Сам ожижитель может быть выполнен с большим числом ступеней детандеров и холодных компрессоров для повышения термодинамической эффективности процесса сжижения гелия.
Криостат может быть выполнен в виде сосуда Дьюара или любого другого резервуара для транспортирования или хранения жидкого гелия.
Настоящая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема устройства для подготовки жидкого гелия к хранению или транспортировке.
1 - компрессор;
2 - блок очистки гелия;
3 - блок теплообменников;
4 - детандер;
5 - холодный компрессор;
6 - криогенный трубопровод слива жидкого гелия;
7 - криостат (транспортная емкость);
8 - криогенный трубопровод возврата паров гелия;
Работа устройства для подготовки жидкого гелия к транспортировке или хранению осуществляется следующим образом.
Газообразный гелий из газгольдера (на фиг.1 не показан) поступает в компрессор 1 ожижителя, где сжимается до необходимого рабочего давления гелиевого холодильного цикла. После компрессора сжатый гелий проходит очистку от масла, влаги, примесей воздуха в блоке очистки 2 и поступает в блок теплообменников 3. В процессе охлаждения одна часть гелия направляется в детандер 4, где расширяется до давления около 3 атм. и охлаждается до требуемой температуры порядка 12 К. Другая часть прямого потока гелия после охлаждения в теплообменниках, расширяется в дроссельном вентиле и частично сжижается. Оставшаяся часть прямого потока поступает через дроссельный вентиль, змеевик сборника ожижителя, съемный криогенный трубопровод 6 в криостат 7, являющийся емкостью для хранения и перевозки жидкого гелия, пары гелия обратным потоком через съемный криогенный трубопровод 8 поступают на вход в холодный компрессор 5. Холодный компрессор откачивает пары гелия и нагнетает их в обратный поток ожижителя, создавая разряжение 5082-5090 Па в собственной емкости ожижителя и транспортной емкости с целью достижения температуры 2,18-2,2 К.
При использовании указанной полезной модели количество перевозимого и хранимого гелия будет на 17% больше, чем у прототипа, что важно при транспортировке гелия на большие расстояния, очень дорогих емкостях для перевозки гелия (одна емкость объемом 40000 л стоит примерно 1000000 долларов) и нарастающем в современных условиях дефиците гелия.