Испаритель криогенной жидкости



Испаритель криогенной жидкости
Испаритель криогенной жидкости

 


Владельцы патента RU 2561513:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, находящихся в жидком состоянии. Испаритель криогенной жидкости содержит корпус, в котором расположены теплообменные элементы и нагреватель. Корпус выполнен в виде как минимум двух двухслойных оболочек, образующих кольцевую полость для прохода греющего теплоносителя, каждая из оболочек состоит из двух соединенных между собой обечаек, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и отвода криогенного компонента. Оболочки корпуса выполнены профилированными и содержат, цилиндрическую часть и сужающуюся часть в виде конфузора с образованием кольцевой полости с каналами для прохода криогенного компонента между указанными частями. Внутри конической части установлен патрубок, соединенный с полостью внутренней оболочки, а коллекторы подвода и отвода криогенного компонента внутрь наружной оболочки расположены на упомянутой сужающейся части наружной оболочки. Изобретение направлено на улучшение технических характеристик и расширение функциональных возможностей испарителя. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, находящихся в жидком состоянии, в ракетно-космической технике и в народном хозяйстве, например, для газификации сжиженных газов и их смесей.

Для решения перспективных технических задач возникает необходимость в испарителе-газификаторе с развитой поверхностью нагрева, компактном, простом по конструкции, малой массы, для относительно больших расходов (более 10 кг/с) испаряемого теплоносителя и работоспособного при высоких давлениях (более 10 МПа).

Известен испаритель криогенной жидкости (далее испаритель), содержащий корпус с расположенными в нем концентрично перегородками, змеевик с криогенным продуктом, выполненный из двух частей, одна из которых расположена между корпусом и перегородкой, а другая - между перегородками, электронагреватели, расположенные в центральной части корпуса. Пространство между корпусом и наружной перегородкой заполнено водой, образующей ледяной экран (а.с. №932094, МПК: F17C 9/02, 1982).

Основными недостатками данного испарителя являются:

- использование воды в устройстве усложняет конструкцию, ограничивает выбор максимальных величин температуры и давления теплоносителя, что в свою очередь приводит к ограничению максимальной тепловой мощности, увеличению общей массы конструкции и увеличению времени выхода устройства на режим и, кроме того, накладывает дополнительные требования по соблюдению герметичности корпуса, а также к чистоте применяемой воды, кроме этого, электронагреватели имеют ограниченный срок службы и их наличие приводит к необходимости иметь источник электропитания к ним с аппаратурой управления.

Известен испаритель криогенной жидкости, содержащий корпус, в котором расположены теплообменные элементы, нагреватель, при этом корпус выполнен в виде двухслойных цилиндрических оболочек, образующих кольцевую полость для прохода греющего теплоносителя, каждая из оболочек состоит из двух жестко соединенных между собой цилиндров, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и отвода криогенного продукта, при этом на входе в кольцевую полость закреплена крышка, в которой установлены смесительные элементы и воспламеняющее устройство, а на выходе закреплен газовод (патент РФ №2347972, МПК: F17C 9/02, 10.07.2007 - прототип).

Испаритель работает следующим образом.

Испаряемая среда, например криогенная жидкость, подается двумя потоками по подводящим трубам в коллекторы и по каналам внутренней оболочки и наружной оболочки поступает, постепенно испаряясь, к коллекторам, из которых отводится по отводящим трубопроводам в сторону потребителя.

Течение испаряемой среды может осуществляться как «по потоку», так и «противотоком» по отношению к движению греющей среды.

Греющая среда - теплоноситель - продукты сгорания какого-либо горючего, например керосина, спирта, природного газа и т.д., температура которых может достигать от 900 К до 2200 К (регулируется соотношением расходов компонентов топлива) и лимитируется только свойствами применяемых материалов, движется от огневой стенки крышки в сторону газовода, по пути отдавая тепло испаряемой среде, протекающей по каналам оболочек.

Подготовка компонентов топлива к процессу горения: перемешивание, распыл - осуществляется смесительными элементами, а для воспламенения смеси служит воспламеняющее устройство.

Недостатками данного испарителя является значительная сложность конструкции и сборки, а также значительные габариты и вес, обусловленные принятой компоновкой элементов конструкции испарителя.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, улучшение технических характеристик и расширение функциональных возможностей испарителя.

Поставленная задача достигается за счет того, что в предложенном испарителе криогенной жидкости, содержащем корпус, в котором расположены теплообменные элементы, нагреватель, при этом корпус выполнен в виде как минимум двух двухслойных оболочек, наружной и внутренней, образующих кольцевую полость для прохода греющего теплоносителя, причем каждая из оболочек состоит из двух жестко соединенных между собой обечаек, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и отвода криогенного компонента, при этом на входе в кольцевую полость закреплена крышка, в которой установлены смесительные элементы и воспламеняющее устройство, а на выходе установлен газовод, согласно изобретению оболочки корпуса выполнены профилированными и содержат как минимум цилиндрическую часть и сужающуюся часть в виде конфузора, предпочтительно коническую, с образованием кольцевой полости с каналами для прохода криогенного компонента между указанными частями, при этом внутри конической части, предпочтительно в ее центральной зоне, установлен патрубок, соединенный с полостью внутренней оболочки, а коллекторы подвода и отвода криогенного компонента внутрь наружной оболочки расположены на упомянутой сужающейся части наружной оболочки.

В варианте исполнения смесительные элементы выполнены в виде двухкаскадных форсунок, что позволяет проводить генерацию греющего теплоносителя в диапазоне температур от 900 К до 2200 К.

В варианте исполнения внутренние цилиндры, со стороны греющего теплоносителя, выполнены из материала с повышенной теплопроводностью, что позволяет повысить величины коэффициента теплоотдачи от греющего теплоносителя к испаряемой среде.

В варианте исполнения в патрубке газовода установлена подвижная опора.

В варианте исполнения на корпус и газовод нанесена теплоизоляция, что позволяет уменьшить потери тепла в окружающее пространство.

В варианте исполнения коллектор подвода одного из компонентов топлива к смесительным элементам размещен внутри корпуса испарителя, что позволяет уменьшить диаметральные размеры корпуса.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез испарителя, а на фиг.2 - разрез смесительной головки в варианте исполнения.

Испаритель криогенной жидкости содержит корпус 1, который выполнен в виде двух двухслойных оболочек 2 и 3, образующих кольцевую полость 4 для прохода греющего теплоносителя. Каждая из оболочек 2 и 3 состоит из двух жестко соединенных между собой обечаек 5, 6 и 7, 8 соответственно.

Обечайки 5, 6 и 7, 8 корпуса 1 выполнены профилированными и содержат цилиндрические части 9, 10 и 11, 12 и сужающиеся части 13, 14 и 15, 16 соответственно.

В каждой оболочке 2 и 3 выполнены каналы 17 и 18 соответственно. Каналы 17 внутренней оболочки 2 соединяются с коллекторами подвода 19 и отвода 20. Каналы 18 наружной оболочки 3 соединяются с коллекторами подвода 21 и отвода 22. На входе в кольцевую полость 4 закреплена крышка 23, в которой установлены смесительные элементы 24 и воспламеняющее устройство 25. На выходе из кольцевой полости 4 установлен газовод 26.

Внутри газовода 26 установлена опора 27 с возможностью скольжения по внутренней цилиндрической части газовода при нагреве или охлаждении различных составных частей конструкции.

На наружной поверхности корпуса 1 установлен коллектор 28 для подвода одного из компонентов топлива к смесительным элементам 24.

Испаритель работает следующим образом.

Испаряемая среда, например криогенная жидкость, подается двумя потоками по подводящим трубам в коллекторы 19, 21 и по каналам 17 внутренней оболочки 2 и каналам 18 наружной оболочки 3 поступает, постепенно испаряясь, к коллекторам 20, 21, из которых отводится по отводящим трубопроводам в сторону потребителя.

Течение испаряемой среды может осуществляться как «по потоку», так и «противотоком» по отношению к движению греющей среды.

Греющая среда - теплоноситель - продукты сгорания какого-либо топлива, например керосина, спирта, природного газа и т.д., температура которых может достигать от 900 К до 2200 К, движется от огневой стенки крышки 23 в сторону газовода 26, по пути отдавая тепло испаряемой среде, протекающей по каналам 17 и 18 оболочек 2 и 3 соответственно.

Перемешивание и распыл осуществляется смесительными элементами 24, а для воспламенения смеси служит устройство 25.

В варианте исполнения коллектор 28 для подвода одного из компонентов топлива к смесительным элементам 24 установлен на внутренней поверхности корпуса 1.

Использование предлагаемого изобретения позволит улучшить массово-габаритные характеристики испарителя, упростить его конструкцию и сборку.

1. Испаритель криогенной жидкости, содержащий корпус, в котором расположены теплообменные элементы, нагреватель, при этом корпус выполнен в виде как минимум двух двухслойных оболочек, наружной и внутренней, образующих кольцевую полость для прохода греющего теплоносителя, причем каждая из оболочек состоит из двух жестко соединенных между собой обечаек, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и отвода криогенного компонента, при этом на входе в кольцевую полость закреплена крышка, в которой установлены смесительные элементы и воспламеняющее устройство, а на выходе установлен газовод, отличающийся тем, что оболочки корпуса выполнены профилированными и содержат как минимум цилиндрическую часть и сужающуюся часть в виде конфузора, предпочтительно коническую, с образованием кольцевой полости с каналами для прохода криогенного компонента между указанными частями, при этом внутри конической части, предпочтительно в ее центральной зоне, установлен патрубок, соединенный с полостью внутренней оболочки, а коллекторы подвода и отвода криогенного компонента внутрь наружной оболочки расположены на упомянутой сужающейся части наружной оболочки.

2. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что смесительные элементы выполнены в виде двухкаскадных форсунок.

3. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что внутренние цилиндры выполнены из материала с повышенной теплопроводностью.

4. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что в патрубке газовода установлена подвижная опора.

5. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что на корпус и газовод нанесена теплоизоляция.

6. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что коллектор подвода одного из компонентов топлива к смесительным элементам размещен внутри корпуса испарителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, находящихся в жидком состоянии. Испаритель криогенной жидкости содержит корпус, в котором расположены теплообменные элементы и нагреватель.

Изобретение относится к способу, а также к устройству для повышения энтальпии среды, в которой энергия отбирается у первого теплоносителя, состоящего из первого дымового газа (5), и у второго теплоносителя (W), содержащего воду и дымовой газ, и путем опосредованного теплообмена передается, соответственно, в среду, причем второй дымовой газ (3) для образования второго теплоносителя (W) подается в систему, содержащую воду, через насадку.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, в ракетно-космической технике и т. д.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, находящихся в жидком состоянии, в ракетно-космической технике и в народном хозяйстве, например, для газификации сжиженных газов и их смесей.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для испарения сред, находящихся в жидком состоянии. Испаритель криогенной жидкости содержит корпус, в котором расположены теплообменные элементы и нагреватель.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для испарения сред, находящихся в жидком состоянии. Предложен способ подогрева криогенной жидкости, заключающийся в пропускании жидкости через теплообменные элементы с подведением к ним тепла.

Изобретение относится к области газоснабжения, в частности к испарению сжиженного углеводородного газа в самих расходных емкостях и грунтовых испарителях и последующему дросселированию парового потока без образования гидратов, и может быть использовано при снабжении сжиженным углеводородным газом жилищно-коммунальных потребителей и объектов сельского хозяйства от подземных резервуарных установок с естественной регазификацией продукта.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к испарителям криогенной жидкости, и может быть использовано в газификационных установках. Испаритель криогенной жидкости содержит корпус с камерами подвода и выдачи хладагента, теплообменные элементы, содержащие камеру жидкого хладагента и центральную трубу, снабженную эжектором.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к испарителям криогенной жидкости, и может быть использовано в газификационных установках. .

Изобретение относится к области криогенной техники, в частности к устройствам перекачки и заправки в емкости жидкого азота. .

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Испаритель содержит корпус с встроенным в него трубчатым змеевиком. Змеевик выполнен в виде трубного пучка с коллекторами для ввода и вывода испаряемой внутри труб жидкости. На корпусе размещены патрубки ввода и вывода промежуточной жидкости в межтрубное пространство. Внутри корпуса встроен электронагревательный элемент или устройство для ввода греющего пара для нагрева промежуточной жидкости. Коллектор для ввода испаряемой криогенной жидкости в аппарат выполнен с трубной решеткой и размещен за пределами корпуса аппарата. Каждая трубка змеевика имеет свое отверстие в корпусе для ввода в испаритель. При использовании изобретения достигается обеспечение взрывобезопасной эксплуатации испарителя криогенной жидкости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к системам автономного энергоснабжения удаленных населенных пунктов и других объектов с использованием газификации на основе сжиженного природного газа. Способ испарения и использования сжиженного природного газа для систем автономного энергоснабжения в арктической зоне состоит из следующих операций: размещения криогенного хранилища СПГ в вечномерзлом грунте; подачи сжиженного природного газа из заглубленного криогенного хранилища в испаритель; испарения сжиженного природного газа посредством теплообмена с отработанными газами с газового двигателя; направления испарившегося сжиженного природного газа в газовый коллектор; направления одной части газа из газового коллектора в газовый двигатель для производства электроэнергии; направления второй части испарившегося сжиженного природного газа из газового коллектора в котельную станцию для производства тепловой энергии. Достигаемый технический результат - снижение теплопритоков к криогенному хранилищу и увеличение срока бездренажного хранения сжиженного природного газа, обеспечение комплексного автономного энергоснабжения потребителей электрической и тепловой энергией с минимальными потерями. 1 ил.

Раскрыт способ для испарения криогенной жидкости. Способ включает: сжигание топлива в горелке для производства отработанного газа; смешивание атмосферного воздуха и отработанного газа для производства смешанного газа; осуществление контакта смешанного газа посредством непрямого теплообмена с криогенной жидкостью для испарения криогенной жидкости. Также способ включает в себя этапы, на которых удаляют часть смешанного газа из кожуха с помощью выпуска, расположенного между верхней по потоку теплообменной трубой и первой нижней по потоку теплообменной трубой. Эта часть смешанного газа образует обходной поток смешанного газа, который распределяют ниже по потоку от первой нижней по потоку теплообменной трубы. Использование изобретения позволяет минимизировать выбросы загрязняющих веществ, уменьшить обледенение теплообменных элементов испарителя. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх