СПОСОБ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ПОДАЧИ КРИОГЕННОГО ПРОДУКТА Российский патент 2019 года по МПК F02C9/00 F02K9/44 F17C9/02 

Описание патента на изобретение RU2705347C1

Способ работы системы подачи криогенного продукта предназначен для энергетических установок наземного базирования и транспортных средств.

Известен ракетный двигатель (патент РФ №2125176, F02K 9/44, опубликован: 20.01.1999) содержит трубопровод, клапан, газодинамический дроссель, теплообменник, блок регулирования мощности, сопло. При открытии клапана газ поступает к дросселю, в котором его давление снижается и стабилизируется на требуемом уровне, в теплообменнике газ нагревается и выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. При этом обеспечивается увеличение точности регулирования тяги, что необходимо для решения задач высокоточного управления положением космического аппарата.

Недостаток ракетного двигателя в том, что при использовании в качестве криогенного топлива углеводородного газа или водорода, при их сгорании образуется водяной пар, который конденсируется и замерзает на наружной поверхности теплообменника, что снижает эффективность работы, как самого теплообменника, так и двигателя в целом.

Известна система подачи криогенного топлива в камеру сгорания энергетической установки (авт. св. СССР №1795139, F02K 9/44, опубликовано 1991), содержащую криогенную емкость, соединенную через насос, теплообменник газификатор и отсечной клапан с форсунками камеры сгорания газотурбинного двигателя.

Недостаток этой системы подачи криогенного топлива заключается в том, что наружное обмерзание льдом каналов теплообменника газификатора со стороны входа криогенного топлива достигает 40% от теплопередающей площади наружной поверхности каналов на низких режимах работы энергетической установки и до 10% на максимальных режимах работы энергетической установки.

Известен способ работы двухтопливного газотурбинного двигателя, работающего на углеводородном и криогенном топливе (заявка РФ №93006021, F02C 9/00, опубликована: 30.04.1995), заключающийся в том, что при работе на углеводородном топливе в камеру сгорания через теплообменник подают и криогенное топливо в количестве, обеспечивающем охлаждение стенок теплообменника до температуры ниже допустимой температуры для конструкции теплообменников. Криогенное топливо также подают через теплообменник на режимах выше малого газа, а расход криогенного топлива через теплообменник увеличивают пропорционально увеличению температуры газов за турбиной.

Недостаток способа заключается в том, что при работе газотурбинного двигателя обмерзание льдом наружной поверхности каналов теплообменного аппарата достигает 40% поверхности в зависимости от режима работы, что снижает эффективность теплопередачи, а значит и эффективность энергетической установки.

Известна система подачи криогенного топлива (патент RU №2667845, заявл. 30.08.2017, опубл. 24.09.2018. Бюл. №27. - 11 с.), содержащая криогенную емкость, соединенную последовательно через расходный клапан, топливный насос и первый регулятор расхода с входом первого теплообменника парогенератора, состоящего из входного коллектора, соединенного через параллельные каналы с выходным коллектором, выход которого соединен через отсечной клапан с форсунками камеры сгорания, при этом подвод внешней теплоты к каналам первого теплообменника парогенератора осуществлен от горячих выхлопных газов энергетической установки, а также выход топливного насоса через второй регулятор расхода соединен с холодным входом второго теплообменника парогенератора, холодный выход которого соединен с первым входом смесителя, при этом выход криогенного топлива из первого теплообменника парогенератора соединен с горячим входом второго теплообменника парогенератора, горячий выход которого соединен со вторым входом смесителя, а его выход соединен с входом в отсечной клапан и тем, что первый и второй регуляторы расхода криогенного топлива соединены с блоком управления энергетической установки, при этом на минимальном режиме работы энергетической установки первый регулятор расхода криогенного топлива открыт не более чем на 70%, а второй регулятор расхода криогенного топлива открыт более чем на 30%, а также на максимальном режиме работы энергетической установки первый регулятор расхода криогенного топлива открыт более чем на 90%, а второй регулятор расхода криогенного топлива открыт не более чем на 10%, при этом на промежуточных между минимальным и максимальным режимами работы энергетической установки первый регулятор расхода криогенного топлива открыт в соответствии с режимом в диапазоне от 60 до 100%, а второй регулятор расхода криогенного топлива открыт соответственно в диапазоне от 40 до 0%, со стороны входа криогенного топлива на наружной поверхности канала первого теплообменника установлен датчик температуры, соединенный с блоком управления энергетической установки, при этом первым и вторым регуляторами расхода криогенного топлива управляют в зависимости от температуры стенки со стороны входа криогенного топлива на наружной поверхности канала первого теплообменника парогенератора, при этом если температура ниже 273,15 К, то первый регулятор расхода прикрывают, а второй регулятор расхода открывают до тех пор, пока температура не превысит вышеназванное значение.

Недостаток системы заключается в применении дополнительного теплообменника, а это повышает внешние тепловые потери в нем и увеличивает габаритно-массовые характеристики, как первого теплообменника парогенератора, так и системы в целом.

Задачи изобретения: повышение эффективности работы энергетической установки за счет улучшения теплопередачи в теплообменном аппарате для криогенного продукта путем уменьшения зоны внешнего обледенения каналов теплообменного аппарата, повышение надежности работы газовой турбины энергетической установки за счет снижения температуры газов в камере сгорания путем отбора теплоты к поступающей холодной газовой фазе криогенного продукта, а также снижение гидравлического сопротивления теплообменного аппарата, как с внутренней полости, так и со стороны горячих выхлопных газов путем уменьшения объема льда, намерзающего на внешней поверхности каналов теплообменного аппарата.

Поставленные задачи в способе работы системы подачи криогенного продукта заключающегося в насосной подаче его жидкой фазы, с последующим разделением ее на две части и регулированием расхода каждой части, подогреве первой части криогенного продукта до газообразного состояния в теплообменном аппарате, ее смешением со второй частью и подачей полученной смеси криогенного продукта в энергетическое устройство решают тем, что через теплообменный аппарат пропускают первую часть расхода криогенного продукта Gтa=Gсм⋅[Ср_см⋅(Тфп+ΔT)-iж]/[iг-iж], где Gсм - расход криогенного продукта на выходе из смесителя, Ср_см - изобарная теплоемкость криогенного продукта на выходе из смесителя, Тфп - температура фазового перехода криогенного продукта от жидкости к газу при давлении в смесителе, ΔT - превышение температуры газовой смеси криогенного продукта на выходе смесителя над температурой фазового перехода, iж - энтальпия первой части жидкой фазы криогенного продукта на входе в теплообменный аппарат и второй части жидкой фазы криогенного продукта, которую подают на второй вход в смеситель, iг - энтальпия газообразной фазы криогенного продукта на выходе теплообменного аппарата, при которой ее подают на первый вход в смеситель, при этом iгр_см⋅(Tфп+ΔT)>iж и Gсм=Gтa+Gж, где Gж - расход второй части жидкой фазы криогенного продукта, которую подают на второй вход в смеситель, а также тем, что при давлении криогенного продукта в смесителе ниже критического значения Ркр, температура Тфп фазового перехода от жидкости к газу криогенного продукта принимают равной температуре Тнас на линии насыщения криогенного продукта при соответствующем давлении в смесителе и тем, что превышение температуры смеси криогенного продукта над температурой фазового перехода после смешения газовой и жидкой фаз на выходе из смесителя задают ΔT=60°…170° для криогенного метана и ΔT=150°…260° для криогенного водорода.

В известных технических решениях признаков сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не обнаружено, следовательно, это решение обладает существенными отличиями. Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «новизна». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в промышленности, в частности в энергетическом машиностроении и криогенных системах и может быть использовано в системах подачи криогенного топлива в наземную или транспортную энергетическую установку, поэтому оно соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение поясняется следующими схемами.

На фиг. 1 представлена схема системы подачи криогенного продукта в энергетическую установку для осуществления предлагаемого способа.

На фиг. 2 представлена схема газификации криогенного продукта в теплообменном аппарате и смесителе в координатах T-S (температура - энтропия).

Система для осуществления способа (фиг. 1) содержит криогенную емкость 1 соединенную с входом криогенного насоса 2, выход которого соединен последовательно через первый регулятор расхода 3, теплообменный аппарат 4, с первым входом смесителя 5, выход которого соединен с форсункой 7 в энергетическом устройстве 8, а также через второй регулятор расхода 6, вход которого соединен с выходом насоса 2, а выход со вторым входом смесителя 5. Расход Gта первой части криогенного продукта через регулятор 3 и теплообменный аппарат 4, расход Gж второй части через регулятор расхода 6 и расход Gсм на выходе смесителя 5 с учетом количества тепловой энергии связаны выражением:

Gта⋅iг=Gсм⋅Ср_см⋅(Тфп+ΔТ)-Gж⋅iж,

где Gта - расход первой части криогенного продукта через теплообменный аппарат 4, iг - энтальпия газообразной фазы криогенного продукта на выходе из теплообменного аппарата 4, которую подают на первый вход в смеситель 5, Gсм - расход смеси криогенного продукта на выходе смесителя 5, Ср_см - изобарная теплоемкость смеси криогенного продукта на выходе из смесителя 5, Тфп - температура фазового перехода криогенного продукта от жидкости к газу при соответствующем давлении в смесителе 5, ΔT - превышение температуры криогенного продукта выше температуры фазового перехода, после смешения газовой и жидкой фаз, на выходе из смесителя 5, Gж - расход второй части жидкой фазы криогенного продукта через регулятор 6, которую подают на второй вход в смеситель 5, iж -энтальпия первой части жидкой фазы криогенного продукта на входе в теплообменный аппарат 4 и второй части жидкой фазы криогенного продукта, которую подают на второй вход в смеситель 5. При этом суммарный расход Gсм криогенного продукта в энергетическую установку 8 равен сумме расходов первой части криогенного продукта Gта через регулятор 3 соединенного с входом теплообменного аппарата 4 и второй части жидкой фазы Gж криогенного продукта через регулятор 6: Gсм=Gтa+Gж. Расход Gтa первой части криогенного продукта через теплообменный аппарат 4 зависит от режима работы энергетической установки, т.е. суммарного расхода Gсм криогенного продукта и степени его подогрева в теплообменном аппарате 4: Gтa=Gсм⋅[Ср_см⋅(Тфп+ΔT)-iж]/[iг-iж]. При этом (iгр_см⋅(Тфп+ΔT)>iж) энтальпия iг газа на выходе теплообменного аппарата 4 и на первом входе в смеситель 5 больше энтальпии Ср_см⋅(Tфп+ΔT) смеси криогенного продукта на выходе из смесителя 5, которая, в свою очередь, выше энтальпии iж второй части жидкой фазы криогенного продукта на втором входе в смеситель 5 и первой части жидкой фазы криогенного продукта на входе в теплообменный аппарат 4.

На фиг. 2 изображена в координатах температура - энтропия схема газификации криогенного продукта по предлагаемому способу. На схеме фиг. 2 кривая 22 показывает линию фазового перехода криогенного продукта из жидкости в газ при рабочих давлениях выше критической точки Ркр, а при давлениях ниже критической точки Ркр линия полного фазового перехода из жидкости в газ совпадает с линией насыщения 9. Линия 10 показывает изменение температуры криогенного продукта при давлениях выше критической точки Ркр, а линия 11 при давлениях ниже критической точки. Линии 10 и 11 близки к изобарам, но учитывают потери давления из-за гидравлических сопротивлений элементов системы подачи криогенного продукта. Точка 12 на линии 10 показывает температуру и энтальпию первой части жидкой фазы криогенного продукта на входе в теплообменный аппарат 4 и второй части жидкой фазы криогенного продукта на втором входе в смеситель 5 при давлении выше критической точки Ркр. Точка 13 показывает температуру газовой фазы криогенного продукта на выходе из теплообменного аппарата 4 и на первом входе в смеситель 5. Точка 14 показывает температуру смеси криогенного продукта на выходе смесителя 5 при ΔТ=170° для криогенного метана и ΔT=260° для криогенного водорода. Точка 15 показывает температуру смеси криогенного продукта на выходе смесителя 5 при 60°>ΔТ>170° для криогенного метана и 150°>ΔT>260° для криогенного водорода. Точка 16 показывает температуру смеси криогенного продукта на выходе смесителя 5 при ΔТ=60° для криогенного метана и ΔТ=150° для криогенного водорода. Точка 17 на линии 11 показывает температуру и энтальпию первой части жидкой фазы криогенного продукта на входе в теплообменный аппарат 4 и второй части жидкой фазы криогенного продукта на втором входе в смеситель 5 при давлении ниже критической точки Ркр. Точка 18 показывает температуру газовой фазы криогенного продукта на выходе из теплообменного аппарата 4 и на первом входе в смеситель 5 при давлении ниже критической точки Ркр. Точка 19 показывает температуру смеси криогенного продукта на выходе смесителя 5 при ΔT=170° для криогенного метана и ΔТ=260° для криогенного водорода при давлении ниже критической точки Ркр. Точка 20 показывает температуру смеси криогенного продукта на выходе смесителя 5 при 60°>ΔT>170° для криогенного метана и 150°>ΔТ>260° для криогенного водорода при давлении ниже критической точки Ркр. Точка 21 показывает температуру смеси криогенного продукта на выходе смесителя 5 при ΔТ=60° для криогенного метана и ΔТ=150° для криогенного водорода при давлении ниже критической точки Ркр.

Способ по п. 1 формулы (фиг. 1 и фиг. 2) осуществляют следующим образом. Из криогенной емкости 1 с помощью насоса 2 (фиг. 1) осуществляют подачу первой части жидкой фазы криогенного продукта с температурой в точке 12 (фиг. 2) через первый регулятор расхода 3 (фиг. 1) и подогреве этой первой части криогенного продукта до газообразного состояния до точки 13 (фиг. 2) в теплообменном аппарате 4 (фиг. 1), с выхода которого газовую фазу криогенного продукта подают на первый вход смесителя 5 для последующего смешения со второй частью жидкой фазы криогенного продукта с температурой в точке 12 (фиг. 2), которую подают от выхода насоса 2 через второй регулятор расхода 6 на второй вход смесителя 5 (фиг. 1), с выхода которого газовая смесь криогенного продукта с температурой в точке 15 (фиг. 2) поступает в форсунку 7 в энергетическом устройстве 8 (фиг. 1), при этом через теплообменный аппарат 4 (фиг. 1) пропускают первую часть расхода криогенного продукта: Gтa=Gсм⋅[Ср_см⋅(Тфп+ΔТ)-iж]/[iг-iж], где Gсм - расход смеси криогенного продукта на выходе смесителя 5 (фиг. 1), Ср_см - изобарная теплоемкость смеси криогенного продукта на выходе из смесителя 5, Тфп - температура (фиг. 2) фазового перехода криогенного продукта от жидкости к газу при давлении в смесителе 5 (фиг. 1), ΔТ - превышение температуры в точке 15 (фиг. 2) смеси криогенного продукта над температурой Тфп фазового перехода после смешения газовой и жидкой фаз на выходе из смесителя 5 (фиг. 1), iж - энтальпия в точке 12 (фиг. 2) первой части жидкой фазы криогенного продукта на входе в теплообменный аппарат 4 и второй части жидкой фазы криогенного продукта, которую подают на второй вход в смеситель 5, iг - энтальпия в точке 13 (фиг. 2) газообразной фазы криогенного продукта на выходе теплообменного аппарата 4, и при которой ее подают на первый вход в смеситель 5 (фиг. 1), при этом iгр_см⋅(Tфп+ΔT)>iж и Gсм=Gта+Gж, где Gж - расход второй части жидкой фазы криогенного продукта, которую подают на второй вход в смеситель 5.

Способ по п. 2 формулы (фиг. 1 и фиг. 2) при давлении криогенного продукта в смесителе 5 ниже критического значения Ркр (фиг. 2) осуществляют следующим образом. Из криогенной емкости 1 с помощью насоса 2 (фиг. 1) осуществляют подачу первой части жидкой фазы криогенного продукта с температурой в точке 17 (фиг. 2) через первый регулятор расхода 3 (фиг. 1) и подогреве до точки 18 (фиг. 2) этой первой части криогенного продукта до газообразного состояния в теплообменном аппарате 4, с выхода которого газовую фазу криогенного продукта подают на первый вход смесителя 5 (фиг. 1) с температурой в точке 18 (фиг. 2) для последующего смешения со второй частью жидкой фазы криогенного продукта при температуре в точке 17 (фиг. 2), которую подают от выхода насоса 2 через второй регулятор расхода 6 на второй вход смесителя 5 (фиг. 1), с выхода которого газовая смесь криогенного продукта с температурой в точке 20 (фиг. 2) поступает в форсунку 7 (фиг. 1) в энергетическом устройстве 8, при этом через теплообменный аппарат 4 (фиг. 1) пропускают первую часть расхода криогенного продукта:

Gта=Gсм⋅[Ср_см⋅(Тфп+ΔT)-iж]/[iг-iж], где Gсм - расход смеси криогенного продукта на выходе смесителя 5 (фиг. 1), Ср_см - изобарная теплоемкость смеси криогенного продукта на выходе из смесителя 5, Тфп - температура (фиг. 2) фазового перехода криогенного продукта от жидкости к газу при давлении в смесителе 5 (фиг. 1) принимают равной температуре Тнас (фиг. 2) на линии насыщения криогенного продукта при соответствующем давлении в смесителе 5 (фиг. 1), ΔТ - превышение температуры в точке 20 (фиг. 2) смеси криогенного продукта над температурой Тфп (фиг. 2) фазового перехода после смешения газовой и жидкой фаз на выходе из смесителя 5 (фиг. 1), iж - энтальпия в точке 17 (фиг. 2) первой части жидкой фазы криогенного продукта на входе в теплообменный аппарат 4 и второй части жидкой фазы криогенного продукта, который подают на второй вход в смеситель 5 (фиг. 1), iг -энтальпия в точке 18 (фиг. 2) газообразной фазы криогенного продукта на выходе теплообменного аппарата 4, при которой ее подают на первый вход в смеситель 5 (фиг. 1), при этом iгр_см⋅(Тфп+ΔT)>iж и Gсм=Gта+Gж, где Gж - расход второй части жидкой фазы криогенного продукта, которую подают на второй вход в смеситель 5.

Способ по п. 3 формулы (фиг. 1, фиг. 2) осуществляют следующим образом. При изменении режима работы энергетического устройства 8 (фиг. 1) ограничивают диапазон ΔT превышения температуры криогенного продукта над температурой Tфп (фиг. 2) фазового перехода после смешения газовой и жидкой фаз на выходе из смесителя 5 (фиг. 1), на фиг. 2 точка 16 соответствует превышению ΔT=60° для криогенного метана и ΔТ=150° для криогенного водорода, а точка 14 превышению ΔТ=170° криогенного метана и ΔТ=260° для криогенного водорода. Для давлений в смесителе 5 (фиг. 1) ниже критического значения Ркр (фиг. 2) температура фазового перехода Тфпнас (фиг. 2) равна температуре на линии насыщения 9 (фиг. 2) при соответствующем давлении в смесителе 5 (фиг. 1), при этом точка 21 (фиг. 2) соответствует превышению ΔТ=60° для криогенного метана и ΔТ=150° для криогенного водорода, а точка 19 (фиг. 2) превышению ΔТ=170° для криогенного метана и ΔТ=260° для криогенного водорода. Малые величины ΔТ<60° для криогенного метана и ΔТ<150° для криогенного водорода приводят к появлению двухфазной среды на выходе из смесителя 5 (фиг. 1) и наружному обледенению форсунок 7 энергетического устройства 8, что ухудшает точность дозирования криогенного продукта через форсунки 7 (фиг. 1) при подаче в энергетическую устройство 8 (фиг. 1), а также приводит к его неустойчивой работе. Для ΔТ>60° для криогенного метана и ΔТ>150° для криогенного водорода форсунки 7 (фиг. 1) не получают наружного обледенения из-за высокой температуры (250…400°С) обтекающего их воздуха из-за компрессора и его расхода, который больше расхода Gсм криогенного продукта в соответствии со стехиометрическим числом. Большие величины ΔТ>170° для криогенного метана и ΔТ>260° для криогенного водорода приводят к увеличению габаритов теплообменного аппарата 4 (фиг. 1), а значит и к гидравлическим потерям в нем, как при подаче криогенного продукта Gта, так и внешнего горячего теплоносителя (горячие газы на выходе из турбины энергетической установки) из-за увеличения площади теплопередающей поверхности теплообменного аппарата 4 (фиг. 1) и увеличения наружного обледенения.

За счет газификации части расхода криогенного продукта в теплообменном аппарате и последующем смешении этой части со второй жидкой частью криогенного продукта в смесителе, уменьшено обмерзание наружной поверхности теплообменного аппарата на всех режимах работы энергетической установки. За счет снижения наружного обмерзания каналов теплообменного аппарата, в нем повышена эффективность теплопередачи. За счет снижения габаритов теплообменного аппарата уменьшены гидравлические потери в газодинамическом тракте энергетической установки, что, в свою очередь, повышает ее коэффициент полезного действия. За счет снижения температуры газовой фазы криогенного продукта на входе в камеру сгорания снижена температура выхлопных газов на ее выходе, что, в свою очередь, повысило надежность работы газовой турбины энергетической установки.

Таким образом, изобретением усовершенствована схема системы подачи криогенного продукта в энергетическую установку, в которой изменены и оптимизированы характеристики теплообменного аппарата, а также выполнено распределение потоков криогенного продукта, часть из которого газифицируется в теплообменном аппарате и смешивается со второй жидкой частью криогенного продукта для снижения обмерзания наружной поверхности теплообменного аппарата, который подогревается выхлопными газами от энергетической установки.

Похожие патенты RU2705347C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПУСКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ НА КРИОГЕННОМ ТОПЛИВЕ 2021
  • Шишков Владимир Александрович
RU2772515C1
ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2019
  • Шишков Владимир Александрович
RU2702454C1
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ КРИОГЕННОГО ПРОДУКТА К ИСПЫТАНИЯМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА 2019
  • Шишков Владимир Александрович
RU2704577C1
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПАРОГЕНЕРАТОРА 2022
  • Шишков Владимир Александрович
RU2791365C1
СПОСОБ ПРОДУВКИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОЛОСТИ ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА 2019
  • Шишков Владимир Александрович
RU2727121C1
СИСТЕМА ПОДАЧИ КРИОГЕННОГО ТОПЛИВА 2017
  • Шишков Владимир Александрович
RU2667845C1
ТЕПЛООБМЕННИК 2020
  • Шишков Владимир Александрович
RU2739661C1
СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2020
  • Шишков Владимир Александрович
RU2746082C1
ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ КРИОГЕННЫХ ПРОДУКТОВ 2020
  • Шишков Владимир Александрович
RU2751689C1
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПАРОГЕНЕРАТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2017
  • Шишков Владимир Александрович
RU2663967C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 705 347 C1

Реферат патента 2019 года СПОСОБ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ПОДАЧИ КРИОГЕННОГО ПРОДУКТА

Изобретение предназначено для энергетических установок наземного базирования и транспортных средств. Способ работы системы подачи криогенного продукта заключается в насосной подаче его жидкой фазы с последующим разделением ее на две части и регулированием расхода каждой части, подогреве первой части криогенного продукта до газообразного состояния в теплообменном аппарате, ее смешением со второй частью и подачей полученной смеси криогенного продукта в энергетическое устройство. Первая часть расхода криогенного продукта Gтa=Gсм⋅[Ср_см⋅(Тфп+ΔТ)-iж]/[iг-iж], где Gсм - расход криогенного продукта на выходе из смесителя, Ср_см - изобарная теплоемкость криогенного продукта на выходе из смесителя, Тфп - температура фазового перехода от жидкости к газу криогенного продукта при давлении в смесителе, ΔT - превышение температуры газовой смеси криогенного продукта на выходе смесителя над температурой фазового перехода, iж - энтальпия первой части жидкой фазы криогенного продукта на входе в теплообменный аппарат и второй части жидкой фазы криогенного продукта, которую подают на второй вход в смеситель, iг - энтальпия газообразной фазы криогенного продукта на выходе теплообменного аппарата, при которой ее подают на первый вход в смеситель. Технический результат изобретения - уменьшение обмерзания теплообменного аппарата. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 705 347 C1

1. Способ работы системы подачи криогенного продукта, заключающийся в насосной подаче его жидкой фазы с последующим разделением ее на две части и регулированием расхода каждой части, подогреве первой части криогенного продукта до газообразного состояния в теплообменном аппарате, ее смешением со второй частью и подачей полученной смеси криогенного продукта в энергетическое устройство, отличающийся тем, что через теплообменный аппарат пропускают первую часть расхода криогенного продукта:

Gта=Gсм⋅[Ср_см⋅(Тфп+ ΔТ)-iж]/[iг-iж], где Gсм - расход криогенного продукта на выходе смесителя, Ср_см - изобарная теплоемкость криогенного продукта на выходе из смесителя, Тфп - температура фазового перехода криогенного продукта от жидкости к газу при давлении в смесителе, ΔТ - превышение температуры газовой смеси криогенного продукта на выходе смесителя над температурой фазового перехода, iж - энтальпия первой части жидкой фазы криогенного продукта на входе в теплообменный аппарат и второй части жидкой фазы криогенного продукта, которую подают на второй вход в смеситель, iг - энтальпия газообразной фазы криогенного продукта на выходе теплообменного аппарата, при которой ее подают на первый вход в смеситель, при этом iгр_см⋅(Тфп+ΔТ)>iж и Gсм=Gтa+Gж, где Gж - расход второй части жидкой фазы криогенного продукта, которую подают на второй вход в смеситель.

2. Способ по п. 1 при давлении криогенного продукта в смесителе ниже критического значения Ркр, отличающийся тем, что температуру Тфп фазового перехода от жидкости к газу криогенного продукта принимают равной температуре Тнас на линии насыщения криогенного продукта при соответствующем давлении в смесителе.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что превышение температуры смеси криогенного продукта над температурой фазового перехода после смешения газовой и жидкой фаз на выходе из смесителя задают ΔT=60-170° для криогенного метана и ΔT=150-260° для криогенного водорода.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2705347C1

СИСТЕМА ПОДАЧИ КРИОГЕННОГО ТОПЛИВА 2017
  • Шишков Владимир Александрович
RU2667845C1
ГАЗИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА 1973
  • Изабретани В. Азов, И. Б. Малеев, А. Я. Мирошников Л. А. Кирюшатова
SU453530A1
ГАЗИФИКАЦИОННАЯ УСТАНОВКА 2004
  • Агафонов Виктор Викторович
  • Гевлич Сергей Олегович
  • Заленский Владимир Сергеевич
  • Ермаков Геннадий Васильевич
  • Черчагин Юрий Иванович
RU2289752C2
US 6536208 B1, 25.03.2003
Комбинированный гидроциклон 1985
  • Бессмертный Константин Сергеевич
  • Белова Нина Терентьевна
  • Новиков Владимир Александрович
SU1306604A1

RU 2 705 347 C1

Авторы

Шишков Владимир Александрович

Даты

2019-11-06Публикация

2018-11-22Подача