Способ охлаждения газа и установкадля ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК F28D5/00 F25B39/02 

Изобретение относится к холодильной технике,а именно к способам охлаждения газа путем испарения жидкого хладагента. Известен способ охлаждения газа, преимущественно воздуха, путем испарения жидкого хладагента на теплообме ной поверхности в режиме пузырькового кипения при прохождении образуилцихся паров через слой жидкого хладагента с последугацей их сепарацией, причем испарение и сепарацию ведут в две стадии, характеризующиеся различными тепловыми нагрузками и давлениями l Однако известный способ имеет недостаточную эффективность, вследстви значительного капельного уноса хладагента при работе в вакууме в услови ях высоких тепловых нагрузок, когда во второй стадии испарения образуется количество пены, нарушающее проведение сепарации образующего ся пара. Известны установки для охлаяодения газа указанным способом, содержащие корпус, частично заполненный жидким хладагентом, и размещенную в нем теп лообменную поверхность, заключенную в кожух, который установлен с зазором по отношению к днищу корпуса и меет вертикальный патрубок, снабженный на выходном участке дроссельным устройством 2 J. Однако в данном устройстве наблюдается большой унос капельной влаги при работе в вакууме в условиях высоких тепловых нагрузок. Цель изобретен11я - уменьшение капельного уноса при работе в вакууме в условиях высоких тепловых нагрузок. Поставленная цель достигается тем, что в процессе испарения дополнительно осуществляют подпитку из емкости, заполненной хладагентом, температуру в которой поддерживают более низкой по сравнению со слоем жидкого хладагента на обеих стадиях испарения, и для испарения на второй стадии хладагент подают из емкости в два этапа с различной скоростью, меньшей на первом из них, путем создания положительного перепада давлений пара между испаряек«м хладагентом и паровым пространством емкости, а на втором этапе - путем создания там же отрицательного перепада давлений пара, причем положительный перепад давлений создают путем конденсации части пара в емкости, а отрицательный - путем перепуска части пара, образованного на первой стадии испарения, в емкость Кроме того, реализующая способ установка дополнительно содержит емкость, подключенную к корпусу в нижней части при помощи трубопровода, а в верхней - посредством паропровода, конец которого введен в корпус под уровень хладагента и снабжен переточ(ным отверстием, на кожухе над теплообменной поверхностью соосно с паропроводом и с зазором по отнсядению к нему установлено сопло, причем диаметр сопла и величина зазора меньше диаметра паропровода, а диаметр.переточного отверстия меньше диаметра сопла. На чертеже схематично представлена установка для осуществления способа. Установка содерхсит корпус 1, частично заполненный жидким хладагентом 2, теплообменную поверхность 3, заключенную в кожух 4, который установлен с зазором 5 по отнсаиению к дншчу корпуса 1 и имеет вертикальный патрубок б, снабженный на выходном участке дроссельным устройством 7. Установка дополнительно содержит емкость 8, подключенную к корпусу 1 в нижней части при помощи трубопровода 9, а в верхней - посредством паропровода 10, конец которого введен по уровень хладагента 2 и снабжен переточным отверстием 11. На кожухе 4 над теплообменной поверхность 3 соо но с паропроводом 10 и с зазором 12 по отношению к нему установлено сопло 13, причем диаметр сопла 13 и вел чина зазора 12 меньше диаметра паропровода 10, а диаметр переточного отверстия 11 меньше диаметра сопла 1 Корпус сообщается с окружающей ередои выхлопным патрубком 14. Для подв да и отвода газа в теплообменную поверхность 3 внутрь корпуса 1 введены подводящий и отводящий патрубки 15 и 16, соответственно. Работа установки осуществляется следующим образом. Горячий газ вводится в подводящий патрубок 15 и теплообменную поверхность 3 и выходит охла жденным из отводящего патрубка 16. Под кожухом 4 пар образуется и сепарируется от жид кости под более высоким давлением, чем в корпусе 1, вследствие наличия дроссельного устройства 7 на вертикальном патруб ке 6. Таким образом, испарение хладагента и сепарация пар от капель жидкости осуществляется на двух стадиях. На первой - под кожухо 4 при более высоких давлениях и тепловых нагрузках, на второй - в остал ной части корпуса 1, откуда пар шлбр сывается в окружаиощую среду через вы хлопной патрубок 14. Емкость 8 не обогревается газом, поэтому хладагент в ней имеет более низкую температуру, чем в корпусе 1, то создает условия для конденсации в емкости части пара, поступающего в нее с одной из стадий испарения. На первом этапе (в начальный период работы установки), когда уровень хладагена 2 в корпусе 1 достаточно высок, чтобы жидкость заполнила зазор 12 и конец паропровода 10 и сделала невозможным попадание пара из-под кожуха 4 в емкость 8, паровое пространство пос1едней соединяют только с паровым пространством корпуса 1 при помощи переточного отверстия 11. Вследствие конденсации части пара в емкости 8, давление над поверхностью жидкого хладагента в ней уменьшается. Это приводит к возникновению положительного перепада давлений пара в корпусе 1 и в егЛкости 8. Величина перепада давлений регламентируется размером переточного отверстия 11 и определяет замедление скорости подпитки слоя хладагента 2 из дополнительной емкости 8. Чем меньше размеры переточного отверстия 11, тем больше возникакяций положительный перепад давлений пара, тем медленнее происходит подпитка жидкого хладагента из емкости 8 и тем быстрее уменьшается уровень жидкого хладагента 2 в корпусе 1, способствуя резкому уменьшению уноса капель хладагента из установки. Полностью исключить переточное отверстие 11 нельзя из-за возможности уменьшения давления окружающей среды в процессе работы установки. В этом случае давление пара в корпусе 1 также уменьшится и жидкость из дополнительной емкости 8 вытолкнется в корпус 1, уровень жидкого хладагента 2 станет вьшде допустимого, большая часть его выбросится из установки, Наличие переточного отверстия 11 позволяет предотвратить такую ситуацию. На втором этапе, когда уровень жидкого хладагента 2 понизится до такой степени, что зазор 12 и конец паропровода 10 свободен от жидкости, пар из-под кожуха 4 через сопло 13 устремляется в паропровод 10 и емкость 8. Так как давление пара на первой стадии испарения под кожухом 4 больше, чем в остальной части корпуса 1 и диаметр -сопла 13 больше диаметра переточного отверстия 11, давление па-, р.а в емкости становится почти равным давлению пара под кожухом 4 и большим, чем в корпусе 1. Возникает отрицательный перепад давлений пара в корпусе 1 и емкости 8. В результате этого хладагент начинает выдавливаться из емкости 8 в корпус 1 со скоростью большей скорости испарения жидкого хладагента 2, и уровень последнего вновь начинает расти до тех пор, пока он не закроет зазор 12 и -конец паропровода 10, после чего подпитка слоя жидкого хладагента 2 вновь