Термокомпрессионное устройство


 


Владельцы патента RU 2525514:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации термокомпрессоров. Термокомпрессионное устройство содержит источник газа высокого давления с подключенным к нему баллоном-компрессором, источник холода и магистраль подачи газа потребителю, имеющую теплообменник-охладитель. Баллон-компрессор снабжен внешней теплозащитой и теплообменником, выполненным в виде трубчатого змеевика. Змеевик размещен во внутренней полости баллона-компрессора и подключен на входе к источнику холода, а на выходе - к прокачному каналу охлаждаемого экрана. Охлаждаемый экран установлен с зазором относительно стенки баллона-компрессора, в котором размещен электроподогреватель. Указанный электроподогреватель закреплен с тепловым контактом на внешней поверхности стенки баллона-компрессора и подключен к внешнему источнику электропитания. Трубчатый змеевик снабжен оребрением в виде кольцевых пластин из высокотеплопроводного материала. Указанные пластины равномерно расположены и прикреплены с тепловым контактом по длине трубки змеевика. Указанный змеевик снабжен дроссельным устройством, установленным на выходе змеевика перед входом в прокачной канал. Изобретение направлено на упрощение конструкции устройства, повышение компактности и эффективности работы теплозащиты, а также уменьшение теплопритоков. 1 ил.

 

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.

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.

Известно компрессионное устройство для регенерации хладагентов (см., например, патент США №5379607, МПК: F25B 49/00 от 12.10.1993), содержащее источник газа высокого давления, подключенный к баллонам-компрессорам, устройство для термоциклирования баллонов-компрессоров и 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. Наличие в таких устройствах механического компрессора, использующего смазку для вращающихся и перемещающихся узлов и деталей, не исключает загрязнение газа парами масла (смазки), что недопустимо при прокачке (заправке) газа в баллоны потребителя, применяющего данный газ в качестве рабочего компонента.

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.

Известно также термокомпрессионное устройство (см., например, патент России №2432523 от 15.03.2010, МПК: F17C 5/06; F04B 19/24; F25B 49/00), выбранное в качестве прототипа и содержащее источник газа высокого давления с подключенным к нему баллоном-компрессором, источник холода и магистраль подачи газа потребителю, снабженную теплообменником-охладителем. В нем баллон-компрессор выполнен в виде теплоизолированной емкости с двумя стенками - двустенной емкости с оребрением внутреннего сосуда, размещенным в образованной стенками емкости полости - межстенной полости, подсоединенной к устройству для термоциклирования баллона-компрессора, выполненному в виде двух разнотемпературных теплообменников, параллельно включенных в контур магистрали прокачки теплоносителя.

Данное устройство обеспечивает перекачку (заправку) газа в баллоны потребителя, исключающую его загрязнение, но использование разнотемпературных теплообменников и контура магистрали прокачки теплоносителя в качестве устройства для термоциклирования баллона-компрессора усложняет конструкцию термокомпрессионного устройства, делает устройство громоздким, при этом устройство имеет низкую эффективность теплозащиты.

Задачей настоящего изобретения является создание термокомпрессионного устройства улучшенной конструкции при его упрощении, повышении компактности и эффективности работы теплозащиты, а также уменьшение теплопритоков.

Технический результат достигается тем, что в термокомпрессионном устройстве, содержащем источник газа высокого давления с подключенным к нему баллоном-компрессором, источник холода и магистраль подачи газа потребителю, имеющую теплообменник-охладитель, в отличие от известного, в нем баллон-компрессор снабжен внешней теплозащитой и теплообменником, выполненным в виде трубчатого змеевика, размещенного во внутренней полости баллона-компрессора и подключенного на входе к источнику холода, а на выходе - к прокачному каналу охлаждаемого экрана, причем охлаждаемый экран установлен с зазором относительно стенки баллона-компрессора, в котором размещен электроподогреватель, закрепленный с тепловым контактом на внешней поверхности стенки баллона-компрессора и подключенный к внешнему источнику электропитания, при этом трубчатый змеевик снабжен оребрением в виде кольцевых пластин из высокотеплопроводного материала, равномерно расположенных и прикрепленных с тепловым контактом по длине трубки змеевика, и дроссельным устройством, установленным на выходе змеевика перед входом в прокачной канал.

Использование предлагаемого термокомпрессионного устройства, например, при заправке баллонов потребителя, устанавливаемых на космических летательных аппаратах, таких как спутники связи, позволит получить значительный экономический эффект за счет обеспечения заправки баллонов потребителя газом, исключающей его загрязнение, при этом упрощается и улучшается конструкция, повышается компактность и эффективность работы устройства и его теплообменных узлов за счет уменьшения теплопритоков.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

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 подключенных к нему баллона-компрессора 2, источника холода 3, например сосуда Дьюара с жидким азотом, и магистрали подачи газа 4 потребителю 5, снабженной теплообменником-охладителем 6. Баллон компрессор 2 снабжен внешней теплозащитой 7 и теплообменником 8, выполненным в виде трубчатого змеевика 9, размещенного во внутренней полости 10 баллона-компрессора 2 и подключенного на входе 11 к источнику холода 3, а на выходе 12 - к прокачному каналу 13 охлаждаемого экрана 14. Охлаждаемый экран 14 установлен с зазором 15 от стенки 16 баллона-компрессора 2, а в зазоре 15 расположен электроподогреватель 17, закрепленный с тепловым контактом на внешней поверхности стенки 16 баллона-компрессора 2. Электроподогреватель 17 выполнен, например, в виде чехла из угольной ткани, в качестве которой используют угольную ткань ТУ 1916-155-05763346-95, и закреплен на внешней поверхности стенки 16 баллона-компрессора 2 с тепловым контактом, обеспечиваемым, например, посредством стяжек (шнуровок) из стеклонити или клеями марки К-300; ВК-9 по ОСТ92-0949-74. Электроподогреватель 17 подключен к внешнему источнику электропитания через переключатель. Трубчатый змеевик 9 снабжен оребрением 18 (на чертеже оребрение 18 показано условно только на крайних и среднем витках змеевика 9) в виде кольцевых пластин из высокотеплопроводного материала, например меди, латуни, алюминия, равномерно расположенных и прикрепленных с тепловым контактом, например посредством пайки по длине трубки змеевика 9, а также дроссельным устройством 19, например, дроссельной шайбой, установленной на выходе 12 змеевика 9 перед входом в прокачной канал 13 охлаждаемого экрана 14.

Баллон-компрессор 2 подключен к баллонам потребителя 5 посредством магистрали подачи газа 4, снабженной теплообменником-охладителем 6 и вентилями 20 и 21. Заправку, например, ксеноном баллона-компрессора 2 от стендовых баллонов 1 производят по трубопроводу 22 с вентилем 23. Трубопровод 22 включен в магистраль подачи газа 4 между вентилями 20 и 21, что обеспечивает подачу газа из баллонов 1 отдельно как в баллоны потребителя 5, так и в баллон-компрессор 2. Подачу хладагента в теплообменник 8, например жидкого азота от источника холода 3, например из сосуда Дьюара, производят по теплоизолированному трубопроводу 24 с вентилем 25. Внешняя теплозащита 7 баллона-компрессора 2 состоит из теплоизоляции 26, в качестве которой используют пенополиуретан или экранно-вакуумную изоляцию, закрепленную на охлаждаемом экране 14, входящем в состав внешней теплозащиты 7 и предназначенной для снятия теплопритоков извне отходящих паров азота из трубчатого змеевика 9 теплообменника 8 при прохождении их через прокачной канал 13 охлаждаемого экрана 14.

Поясним эксплуатацию термокомпрессионного устройства.

Перед началом функционирования термокомпрессионного устройства производят очистку внутренних полостей магистралей заправки и подачи газа, например ксенона, включая баллон-компрессор и баллоны потребителей, от влаги и воздуха. Очистка производится способом вакуумирования с последующей продувкой чистым азотом и ксеноном. 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.

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 и баллонов осуществляют процесс термокомпрессии и подачу ксенона в баллоны потребителя 5, который производится следующим образом.

В исходном положении все вентили закрыты.

Первоначально производят захолаживание баллона-компрессора 2, для этого открывают вентиль 25 на трубопроводе подачи хладагента, например жидкого азота, от источника холода 3, например из сосуда Дьюара, и подают жидкий азот или парообразный азот в змеевик 9 теплообменника 8, захолаживают теплообменник 8 и внутреннюю полость 10 до температуры порядка минус 80°C, при этом пары азота, образующиеся в змеевике 9, под давлением поступают на вход в дроссельную шайбу 19, в процессе дросселирования доохлаждаются и прокачиваются через канал 13 охлаждаемого экрана 14, охлаждают экран 14, снимают (поглощают) теплопритоки, поступающие извне к баллону-компрессору 2, и сбрасываются в атмосферу.

В захоложенную внутреннюю полость 10 баллона-компрессора 2 из стендового баллона 1 подают ксенон, для чего открывают вентили 23, 20 и заполняют внутреннюю полость 10 до заданного давления, при этом в ней происходит конденсация ксенона (цикл всасывания). После заполнения внутренней полости 10 баллона-компрессора 2 ксеноном и охлаждения его до температуры порядка минус 80°C стендовый баллон 1 отсекают (закрывают вентили 23 и 20), закрывают вентиль 25 на трубопроводе 24, прекращая подачу хладагента в змеевик 9 теплообменника 8, одновременно включают электроподогреватель 17 и подогревают баллон-компрессор 2 до температуры порядка плюс 90°C, при этом давление ксенона во внутренней полости 10 растет, а при сообщении его с баллонами потребителя 5 посредством открытия вентилей 20 и 21 на магистрали подачи газа 4 ксенон, проходя через теплообменник-охладитель 6, охлаждается до заданной температуры (температуры охлаждающей среды) и поступает в баллоны потребителя 5 (цикл нагнетания). После выравнивания давления между внутренней полостью 10 баллона-компрессора 2 и баллонами потребителя 5 вентили 20, 21 закрывают, а также выключают электроподогреватель 17. 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 5, например до 100 кг/см2.

Использование теплообменника 8 выполненным в виде трубчатого змеевика 9, снабженного оребрением 18 в виде кольцевых пластин из высокотеплопроводного материала, равномерно расположенных и прикрепленных с тепловым контактом по длине трубки змеевика 9, а также установка дроссельного устройства 19 на выходе 12 змеевика 9 перед входом в прокачной канал 13 охлаждаемого экрана 14 обеспечивают улучшение и эффективность теплообмена за счет увеличения площади поверхности охлаждаемого хладагентом теплообменника 8, с которой непосредственно контактирует ксенон, кроме того, использование процесса дросселирования для доохлаждения прокачиваемого хладагента за счет установки на выходе 12 змеевика 9 дроссельного устройства 19 повышает эффективность работы охлаждаемого экрана 14, что значительно уменьшает теплопритоки, поступающие извне к баллону-компрессору 2.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает упрощение и улучшение конструкции термокомпрессионного устройства, повышает компактность, эффективность и уменьшает теплопритоки, при этом обеспечивается заправка баллонов потребителя 5 газом (ксеноном), исключающая загрязнение закачиваемого газа, что выполняет поставленную задачу.

Термокомпрессионное устройство, содержащее источник газа высокого давления с подключенным к нему баллоном-компрессором, источник холода и магистраль подачи газа потребителю, имеющую теплообменник-охладитель, отличающееся тем, что баллон-компрессор снабжен внешней теплозащитой и теплообменником, выполненным в виде трубчатого змеевика, размещенного во внутренней полости баллона-компрессора и подключенного на входе к источнику холода, а на выходе - к прокачному каналу охлаждаемого экрана, причем охлаждаемый экран установлен с зазором относительно стенки баллона-компрессора, в котором размещен электроподогреватель, закрепленный с тепловым контактом на внешней поверхности стенки баллона-компрессора и подключенный к внешнему источнику электропитания, при этом трубчатый змеевик снабжен оребрением в виде кольцевых пластин из высокотеплопроводного материала, равномерно расположенных и прикрепленных с тепловым контактом по длине трубки змеевика, и дроссельным устройством, установленным на выходе змеевика перед входом в прокачной канал.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации компрессионных термических устройств. Термокомпрессионное устройство содержит источник газа высокого давления с подключенным к нему баллоном-компрессором, источник холода и магистраль подачи газа потребителю, снабженную теплообменником-охладителем.

Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации компрессионных термических устройств. Термокомпрессионное устройство содержит источник газа высокого давления с подключенным к нему баллоном-компрессором, источник холода и магистраль прокачки теплоносителя.

Изобретение относится к холодильной технике. Термокомпрессионное устройство содержит источник газа высокого давления с подключенными к нему баллонами-компрессорами, параллельно включенными в объединенную магистраль заправки баллонов-компрессоров и подачи газа потребителю на входе в теплообменник-охладитель, а также источник холода.

Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации компрессионных термических устройств. Термокомпрессионное устройство содержит источник газа высокого давления с подключенным к нему баллоном-компрессором, выполненным в виде теплоизолированной двустенной емкости с оребрением внутреннего сосуда, размещенным в межстенной полости двустенной емкости, подсоединенной к устройству для термоциклирования баллона-компрессора, а также магистраль прокачки теплоносителя.

Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации компрессионных термических устройств (термокомпрессоров). Термокомпрессионное устройство содержит источник газа высокого давления с подключенным к нему баллоном-компрессором, устройство для термоциклирования баллона-компрессора и магистраль прокачки теплоносителя.

Гидравлическая система заправки СПГ содержит гидравлический силовой блок, блок управления и по меньшей мере один блок снабжения СПГ. Гидравлический силовой блок содержит резервуар для хранения гидравлической жидкости при нормальном давлении и насос замкнутого контура для нагнетания сжатой гидравлической жидкости в блок снабжения СПГ.

Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации компрессионных термических устройств (термокомпрессоров). .

Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации компрессионных термических устройств. .

Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации компрессионных термических устройств. .

Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации термокомпрессоров. Термокомпрессионное устройство содержит источник газа высокого давления с подключенным к нему баллоном-компрессором, выполненным в виде теплоизолированной двустенной емкости с оребрением внутреннего сосуда, размещенным в межстенной полости, заправочную магистраль. В магистраль прокачки теплоносителя включены последовательно установленные вентиль, газовый редуктор, подогреватель врезного типа, трубчатый теплобменник по типу «труба в трубе», межстенная полость двустенной емкости и вентили для сообщения с атмосферой, потребителями охлажденного и подогретого теплоносителя. Подогреватель и трубчатый теплообменник помещены в теплозащитный кожух. Баллон-компрессор подключен к баллонам потребителя посредством заправочной магистрали с вентилями и теплообменником-охладителем. Источник газа высокого давления подключен к заправочной магистрали посредством трубопровода, включенного между вентилями. Изобретение направлено на улучшение конструкции термокомпрессионного устройства, повышение компактности его эксплуатационных качеств и эффективности. 3 ил.

Изобретение относится к средствам для заправки потребителей, компримированным природным газом (КПГ). Установка для заправки компримированным природным газом, включающая блок для производства компримированного природного газа, аккумулятор компримированного природного газа, газораздаточные колонки, причем блок для производства компримированного природного газа содержит оборудованный буферной емкостью регазификатор сжиженного природного газа. Криогенный насос выполнен с возможностью соединения с изотермическим сосудом для перевозки и/или хранения сжиженного природного газа, произведенного из отобранного из магистрального газопровода сжатого природного газа путем его адиабатного расширения в соответствующем устройстве, например в детандере. Регазификатор выполнен в виде атмосферного испарителя, при этом указанная установка размещена внутри имеющей габариты стандартного двадцатифутового контейнера пространственной рамы, оборудованной узлами для закрепления на платформе транспортного средства и/или на площадке для заправки потребителя. Задачей изобретения является снижение себестоимости и повышение эффективности заправки потребителя. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, а точнее к термокомпрессорам. В термокомпрессионном устройстве, содержащем источник газа высокого давления с подключенными к нему баллонами-компрессорами, источник холода и объединенную магистраль заправки баллонов-компрессоров, снабженную первым теплообменником-охладителем, на входе в который параллельно включены баллоны-компрессоры, согласно изобретению каждый баллон-компрессор выполнен в виде теплоизолированной двустенной емкости с оребрением внутреннего сосуда, размещенным в межстенной полости, подключенной к источнику холода. Внутренний сосуд в каждой теплоизолированной двустенной емкости снабжен подогревателем, а межстенная полость на выходе сообщена с охлаждаемым экраном, установленным под слоями теплоизоляции. Объединенная магистраль заправки баллонов-компрессоров и подачи газа потребителю снабжена регулирующими дроссельными вентилями, установленными непосредственно на входе в каждый баллон-компрессор, и вторым теплообменником-охладителем, установленным на выходе из источника газа высокого давления. Межтрубная полость второго теплообменника-охладителя подключена к выходу из охлаждаемого экрана каждого баллона-компрессора. Изобретение направлено на повышение компактности и эффективности устройства, а также обеспечение непрерывной заправки баллонов потребителя газом, исключающей его загрязнение. 1 ил.

Изобретение относится к технологии заправки потребителя, например автомобиля, тепловоза и т.п., компримированным природным газом (КПГ). Природный газ (ПГ) из магистрального газопровода 1 (МГ), где давление составляет порядка 25-90 кгс/см2, подают в детандер 2, подвергая адиабатическому расширению с совершением внешней работы. При расширении часть ПГ превращается в сжиженный природный газ (СПГ), который сливают в криогенное хранилище 3. К месту заправки СПГ перевозят в изотермическом сосуде 7 на газовозе 5. На заправке СПГ регазифицируют в атмосферном регазификаторе 8 до получения компримированного природного газа, которым заправляют газовый баллон 11 потребителя 10. Изобретение направлено на снижение себестоимости заправки потребителя КПГ путем упрощения технологии, снижения энергозатрат на производство КПГ и повышения эффективности его перевозки. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение предлагает систему подачи газа, включающую устройство для хранения газа, силовое устройство и устройство для заправки газом. Устройство для хранения газа включает две группы цилиндров, имеющие одинаковое число цилиндров. Каждый цилиндр снабжен первым клапаном и вторым клапаном, соответственно, на его двух концах. Устройство для хранения газа включает первый трубопровод для среды, второй трубопровод для среды и трубопровод для выхода газа. Все цилиндры соединены с трубопроводом для выхода газа через их соответственные вторые клапаны. Каждый цилиндр в первой группе соединен с первым трубопроводом для среды через свой первый клапан, и каждый цилиндр второй группы соединен с вторым трубопроводом для среды через свой первый клапан. Силовое устройство включает резервуар для хранения среды, насос для подачи среды из резервуара в устройство для хранения газа и соединительный трубопровод для среды, включающий коллектор с реверсирующими клапанами. Устройство для заправки газом включает раздаточное устройство, соединенное с трубопроводом для выхода газа устройства для хранения газа. Настоящее изобретение также предлагает способ подачи газа. Технический результат - повышение безопасности. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх