ИСПАРИТЕЛЬ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2009 года по МПК F17C9/02 

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, компактного, простого 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, кл. F17C 9/02, 1982 - прототип).

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;

- электронагреватели имеют ограниченный срок службы и их наличие приводит к необходимости иметь источник электропитания к ним с аппаратурой управления;

- стоимость 1 КВт тепловой энергии, полученной с помощью электронагревателей, выше стоимости такого же количества энергии, полученного от сжигания топлива.

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

Поставленная задача достигается за счет того, что в предложенном испарителе, содержащем корпус, в котором расположены теплообменные элементы, нагреватель, согласно полезной модели 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.

Для генерации греющего теплоносителя в диапазоне температур от 900К до 2200К в крышке установлены смесительные элементы, например форсунки для сжигания топлива и воспламеняющее горючую смесь устройство.

Для повышения величины коэффициента теплоотдачи от греющего теплоносителя к испаряемой среде один из цилиндров (со стороны греющего теплоносителя) каждой из оболочек выполнен из материала с повышенной теплопроводностью.

Для регулирования температуры выходящего из кольцевого пространства теплоносителя газовод содержит устройство, позволяющее вносить в поток газа среду, понижающую его температуру до требуемой величины.

Для уменьшения потерь тепла в окружающее пространство на корпус и газовод нанесена теплоизоляция.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез испарителя, а на фиг.2 - разрез А-А.

Основными составляющими элементами предложенного устройства являются

1 - корпус;

2 - внутренняя оболочка;

3 - наружная оболочка;

4 - кольцевая полость;

5 - каналы для прохода испаряемой среды;

6, 7 - коллекторы подводящие;

8, 9 - подводящие трубопроводы;

10, 11 - коллекторы отводящие;

12, 13 - отводящие трубопроводы;

14 - крышка;

15 - смесительные элементы;

16, 17 - патрубки подвода горючей смеси;

18 - воспламеняющее устройство;

19 - днище;

20 - опора;

21 - газовод;

22 - устройство регулирования температуры выходящей греющей среды;

23 - теплоизоляция.

Испаритель содержит теплоизолированный корпус 1, состоящий из внутренней оболочки 2 и наружной цилиндрической оболочки 3, которые образуют между собой кольцевую полость 4 с выполненными между ними каналами 5, на входе которых выполнены коллекторы 6, 7 с подводящими трубопроводами 8, 9, а на выходе коллекторы 10, 11 - с отводящими трубопроводами 12, 13.

Корпус 1 закрыт с одной стороны крышкой 14, в которой установлены смесительные элементы 15 с подводящими горючую смесь патрубками 16, 17 и воспламеняющее устройство 18.

С другой стороны корпус 1 снабжен днищем 19 с опорой 20 и газоводом 21 с установленным в нем устройством 22 регулирования температуры выходящей греющей среды.

Опора 20 имеет возможность скользить по внутренней цилиндрической части газовода 21 при нагреве или охлаждении различных составных частей конструкции.

На внешние поверхности днища 19 и газовода 21 нанесена теплоизоляция 23.

Испаритель работает следующим образом.

Испаряемая среда, например криогенная жидкость, подается двумя потоками по подводящим трубам 8,9 в коллекторы 6, 7 и по каналам 5 внутренней оболочки 2 и наружной оболочки 3 поступает, постепенно испаряясь, к коллекторам 10, 11, из которых отводится по отводящим трубопроводам 12, 13 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 900К до 2200К (регулируется соотношением расходов компонентов топлива) и лимитируется только свойствами применяемых материалов, движется от огневой стенки крышки 14 в сторону газовода 21 по пути отдавая тепло испаряемой среде, протекающей по каналам 5 оболочек 2 и 3.

Подготовка топлива к процессу горения (перемешивание, распыл) осуществляется смесительными элементами 15, а для воспламенения смеси служит устройство 18.

Температура продуктов сгорания на выходе из теплообменника может оказаться выше предельно допустимой для потребителя, например турбины электрогенератора. Для понижения температуры выходящей греющей среды используется устройство 22, которое позволяет путем введения в поток некоторого количества используемого топлива, снизить температуру продуктов сгорания до необходимой величины.

Использование предлагаемого изобретения позволит:

- отказаться от применения воды в испарителе;

- улучшить технические характеристики испарителя за счет повышения температуры (до 2200К) греющего теплоносителя и увеличения расхода испаряемой среды (≥10 кг/с) и ее давления (≥10 МПа);

- использовать испаряемую среду, например природный газ, в качестве компонентов топлива при генерации греющего теплоносителя;

- расширить функциональные возможности испарителя за счет дополнительного использования располагаемого тепла греющего теплоносителя, например для работы привода турбогенератора или нагрева какой-либо дополнительной среды.

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. Испаритель криогенной жидкости содержит корпус 1, выполненный в виде двухслойных цилиндрических оболочек 2, 3, образующих кольцевую полость 4 для прохода греющего теплоносителя, каждая из оболочек 2, 3 состоит из двух жестко соединенных между собой цилиндров, между которыми образованы каналы 5, объединенные в коллекторы 6, 7 для подвода и коллекторы 10, 11 отвода криогенного продукта, при этом на входе в кольцевую полость 4 закреплена крышка 14, в которой установлены смесительные элементы 15 и воспламенительное устройство 18, а на выходе закреплен газовод 21. Использование изобретения позволит расширить функциональные возможности испарителя и улучшить его технические характеристики. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Испаритель криогенной жидкости, содержащий корпус, в котором расположены теплообменные элементы, нагреватель, отличающийся тем, что 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.2. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что смесительные элементы выполнены в виде двухкаскадных форсунок.3. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что в газоводе расположено устройство для регулирования температуры выходящей греющей среды.4. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что внутренние цилиндры выполнены из материала с повышенной теплопроводностью.5. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что в патрубок газовода установлена подвижная опора.6. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что на корпус и газовод нанесена теплоизоляция.