СПОСОБ СЖИЖЕНИЯ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F25J1/00 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к снижению газов (криоагентов) при низких температурах.

Известен способ сжижения сжатого газа, заключающийся в энергетическом разделении газового потока в вихревой трубе, имеющей частичное охлаждение, на приосевой (холодный) поток и на периферийный (тепловой) поток с образованием периферийного жидкостного слоя.

Известны также устройства для ожижения сжатого газа с использованием вихревой трубы и предварительного охлаждения исходного газа.

Однако, вследствие низкой эффективности вихревых трубок и потерь холода в окружающую среду, указанные способы и устройства для сжижения газа не позволяют получить высокий коэффициент сжижения и, следовательно, низкие энергозатраты.

Цель изобретения разработка способа сжижения газа и устройства для его осуществления, имеющих высокую экономичность.

Цель достигается тем, что в способе сжигания газа путем его сжатия, предварительного охлаждения, энергетического разделения в вихревой трубе на приосевой поток и периферийный поток с образованием жидкой фазы, после предварительного охлаждения газ охлаждают до насыщенного состояния с частичным сжижением в процессе регенеративного теплообмена с приосеым потоком и подают на вихревое энергетическое разделение, энергетическое разделение в вихревой трубе ведут в тепловом контакте с сжиженным газом в криостате, образовавшиеся при тепловом контакте пары отводят из криостата, полученный переохлажденный приосевой поток, периферийный поток и жидкую фазу направляют на смешение с сжиженным газом, находящимся в криостате.

Целесообразно для уменьшения энергопотребления предварительное охлаждение сжатого газа вести в регенеративном теплообмене с парами сжиженного газа, отводимыми из криостата.

Для увеличения количества сжимаемого газа после предварительного охлаждения поток газа разделяют по меньшей мере на два потока, каждый из которых охлаждают до насыщенного состояния с частичным сжижением в процессе регенеративного теплообмена с приосевым потоком и подают на вихревое энергетическое разделение.

Изобретением является также устройство для сжижения газа, содержащее магистраль подвода сжатого газа, предварительный охладитель, установленный в магистрали, и вихревую трубу с сопловым тангенциальным вводом, камерой энергетического разделения, диафрагмой, патрубком выхода приосевого потока и патрубком выхода периферийного потока, которое снабжено криостатом с жидкостной и паровой полостями, по меньшей мере одна вихревая труба размещена в жидкостной полости криостата и снабжена теплообменником, выполненным в виде трубопровода, размещенного по оси вихревой трубы на участке камеры энергетического разделения и диафрагмы, вход теплообменника подключен к магистрали за предварительным охладителем, выход теплообменника присоединен к сопловому тангенциальному вводу, а патрубок выхода приосевого потока и патрубок выхода периферийного потока сообщены с жидкостной полостью криостата.

Кроме того, для повышения коэффициента сжижения теплообменник снабжен турбулизатором, закрепленным на его внешней поверхности.

Целесообразно предварительный охладитель выполнить в виде регенеративного двухполостного теплообменника, одна полость которого включена в магистраль, а другая подключена к паровой полости криостата.

На фиг. 1 представлена схема устройства для сжижения газа; на фиг. 2 конструктивная схема вихревой трубы.

Устройство для сжижения газа содержит магистраль 1 подвода сжатого газа (фиг. 1), предварительный охладитель 2, установленный в магистрали 1, вихревую трубу 3 и криостат 4 с жидкостной 5 и паровой 6 полостями. Вихревая труба 3 имеет сопловой тангенциальный ввод 7, камеру энергетического разделения 8, диафрагму 9, патрубок выхода приосевого (холодного) потока 10, патрубок выхода периферийного потока 11 с дросселем 12 и теплообменник 13, выполненный в виде трубопровода, установленного по оси вихревой трубы 3 в зоне камеры энергетического разделения 8 и диафрагмы 9 (фиг. 2). Выход теплообменника 13 подключен к магистрали 1 за предварительным охладителем 2, а выход к сопловому тангенциальному вводу 7. Патрубок выхода приосевого потока 10 и патрубок выхода периферийного потока 11 сообщены с жидкостной полостью 5 криостата 4. Кроме того, теплообменник 13 снабжен турбулизатором 14, закрепленным на его внешней поверхности. Предусмотрено выполнение предварительного охладителя 2 в виде регенеративного двухполостного теплообменника, одна полость которого включена в магистраль 1 подвода сжатого газа, а другая полость подключена к паровой полости 6 криостата 4. В жидкостной полости 5 криостата может быть установлено несколько вихревых труб, при этом вход в теплообменник 1 каждой из вихревых труб подключен к магистрали 1 за предварительным охладителем 2.

Предлагаемый способ сжижения газа осуществляется при работе описанного устройства следующим образом.

Сжатый газ подается по магистрали 1 через предварительный охладитель 2, где охлаждается в процессе регенеративного теплообмена с парами сжиженного газа, отводимыми из паровой полости 6 криостата 4. После предварительного охлаждения газ поступает в теплообменник 13, установленный по оси вихревой трубы 3, размещенной в жидкостной полости 5 криостата 4. В теплообменнике 13 газ охлаждается до насыщенного состояния с частичным сжижением в процеcсе регенеративного теплообмена с приосевым (холодным) потоком вихревой трубы 3. Образовавшаяся парожидкостная смесь из теплообменника 13 поступает в сопловой тангенциальный ввод 7 вихревой трубы, где расширяется с образованием переохлажденного приосевого потока, выходящего через диафрагму 9, и образованием в камере энергетического разделения 8 периферийного двухфазного потока, состоящего из периферийного парового потока (парового ядра) и пристеночного слоя жидкости, выходящих через дроссель 12. Переохлажденный приосевой поток, периферийный паровой поток и жидкая фаза поступают через соответствующие патрубки 10 и 11 на смешение с сжиженным газом. находящимся в криостате 4. При этом паровая фракция конденсируется, а переохлажденный поток и жидкая фракция охлаждают сжиженный газ в криостате, что повышает коэффициент (степень) сжижения.

Предлагаемое изобретение может найти применение для сжижения газов и их смесей, а также в экспериментальной физике низких и сверхнизких температур.

Использование: сжижение газов и их смесей, криогенная техника. Сущность изобретения: сжатый газ после предварительного охлаждения поступает в теплообменник 13, установленный по оси вихревой трубы 3, размещенной в жидкостной полости криостата. В теплообменнике 13 газ охлаждается до насыщенного состояния с частичным сжижением в процессе регенеративного теплообменна с приосевым (холодным) потоком вихревой трубы. Парожидкостная смесь из теплообменника 13 поступает в сопловой тангенциальный ввод 7, где расширяется с образованием переохлажденного приосевого потока, выходящего через диафрагму 9, и образованием в камере энергетического разделения 8 периферийного двухфазного потока, выходящего через дроссель 12. Переохлажденный приосевой поток, периферийный паровой поток и жидкая фаза поступает на смещение с сжиженным газом, находящимся в криостате. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ сжижения газа путем его сжатия, предварительного охлаждения, вихревого энергетического разделения на приосевой поток и периферийный поток с образованием жидкой фазы, отличающийся тем, что после предварительного охлаждения газ до насыщенного состояния с частичным сжижением в процессе регенеративного теплообмена с приосевым потоком и подают на вихревое энергетическое разделение, энергетическое разделение ведут в тепловом контакте с жидкой фазой, образовавшиеся при тепловом контакте пары отводят на предварительное охлаждение сжатого газа, полученный переохлажденный приосевой поток, периферийный поток направляют на смешение с жидкой фазой. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после предварительного охлаждения поток газа разделяют по меньшей мере на два потока, каждый из которых охлаждают до насыщенного состояния с частичным сжижением в процессе регенеративного теплообмена с приосевым потоком и подают на вихревое энергетическое разделение. 3. Устройство для сжижения газа, содержащее магистраль подвода сжатого газа, подключенный к ней предварительный охладитель по меньшей мере одну вихревую трубу с сопловым тангенциальным вводом, камерой энергетического разделения, диафрагмой, патрубками выходов приосевого и периферийного потоков и криостат с жидкостной и паровой полостями, отличающееся тем, что каждая вихревая труба размещена в жидкостной полости криостата и снабжена теплообменником, выполненным в виде трубопровода, размещенного по оси вихревой трубы на участке камеры энергетического разделения и диафрагмы, вход теплообменника подключен к магистрали после предварительного охладителя, а выход к сопловому тангенциальному вводу, причем патрубки выходов приосевого и периферийного потоков сообщены с жидкостной полостью криостата. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что на внешней поверхности теплообменника размещен турбулизатор.