Установка для ожижения технических газов по схеме кириллова - RU2168682C1

Описание

Изобретение относится к области криогенной техники и криогенных холодильных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, может быть использовано в качестве установки для ожижения технических газов, например аргона.

Известны технические решения газовых турбин, в которых энергия сжатого газа при расширении преобразуется в работу одновременно с понижением температуры газа (Чечеткин А. В., Занемонец Н.А. Теплотехника: Учеб. для хим.-технол. спец.вузов. - М.: Высш.шк., 1986. - стр. 307).

Известны технические решения для газификации сжиженных газов перед их раздачей потребителям с применением насосов высокого давления (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М.: 1961, стр. 287-288).

Известно устройство теплоизолированных емкостей для хранения сжиженных газов с вакуумно-порошковой изоляцией (Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., - М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202).

Известно конструктивное решение стационарного резервуара (теплоизолированной емкости) для хранения сжиженного газа с вакуумно-перлитовой изоляцией и устройством для сброса выпара сжиженного газа (Р.Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред. проф. М.П. Малкова., М.: Изд. иностр.литер., 1962, стр. 254).

Известно, что для сжижения газов используются различные методы и циклы, однако в области криогенных температур наиболее высокоэффективным циклом является цикл Стирлинга. Эффективность криогенных машин, работающих по обратному циклу Стирлинга, практически в 2 раза выше, по сравнению с другими установками, применяемыми для ожижения газов (Усюкин И.П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186).

Известно устройство криогенной машины, работающей по циклу Стирлинга, производимой фирмой "Филипс" и предназначенной для ожижения воздуха, состоящей из конденсатора, регенератора и холодильника (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр.литература", М. , 1961, стр. 35). Однако данная криогенная машина применялась только для ожижения атмосферного воздуха.

Известно установка для ожижения технического газа, аргона, включающая в себя емкость с сжатым газообразным техническим газом, линию подачи газообразного технического газа с противоточным теплообменником, линию слива ожиженного технического газа с регулирующим клапаном и емкость для сбора и хранения ожиженного технического газа (Акулов Л.А., Борзенко Е.И. Установка ожижения аргона. //"Химическое и нефтяное машиностроение"//, N 4, 1996. - стр. 35-37). Однако процесс ожижения происходит за счет газификации другого сжиженного газа, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик установки в целом, низкой эффективности установки, необходимости наличия сжиженных газов с более низкой температурой кипения.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности и автономности установки, снижении массогабаритных характеристик установки.

Для достижения этого технического результата установка для ожижения технических газов по схеме Кириллова, включающая в себя емкость с сжатым газообразным техническим газом, линию подачи газообразного технического газа с противоточным теплообменником, линию слива ожиженного технического газа с регулирующим клапаном и емкость для сбора ожиженного технического газа, снабжена криогенной машиной, работающей по обратному циклу Стирлинга, при этом в линии подачи газообразного технического газа установлены регулирующий клапан, расширительная газовая турбина на одном валу с электрогенератором и расширительная емкость, а газосодержащая часть емкости для сбора ожиженного технического газа связана с криогенной машиной линией переконденсации выпара ожиженного газа с регулирующим клапаном, проходящей через противоточный теплообменник.

Введение в состав установки для сжижения технических газов по схеме Кириллова криогенной машины Стирлинга, линии подачи газообразного технического с расширительной газовой турбиной на одном валу с электрогенератором, расширительной емкостью, а также линии переконденсации выпара ожиженного газа, позволяет получить новое свойство, заключающееся в высокоэффективном ожижении технического газа в конденсаторе криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, а также снижение затрат мощности криогенной машины за счет предварительного охлаждения газа при расширении в газовой турбине с одновременным получением дополнительной электрической энергии, что в совокупности приводит к повышению эффективности установки для ожижения технических газов в целом.

На чертеже изображена установка для ожижения технических газов по схеме Кириллова.

В состав установки входит емкость с сжатым техническим газом 1, линия подачи газообразного технического газа 2, включающая в себя регулирующий клапан 3, расширительную газовую турбину 4 с электрогенератором 5, расположенным на одном валу с турбиной 4, расширительную емкость 6, противоточный теплообменник 7, криогенная машина 8, работающая по обратному циклу Стирлинга и содержащая конденсатор 9, а также линия слива ожиженного технического газа 10 с регулирующим клапаном 11, емкость для сбора ожиженного технического газа 12, линия переконденсации выпара ожиженного 13 с регулирующим клапаном 14.

Установка для ожижения технических газов по схеме Кириллова работает следующим образом.

Технический газ, например аргон, повышенного давления из емкости со сжатым техническим газом 1, по линии подачи 2, поступает в конденсатор 9 криогенной машины 8, работающей по обратному циклу Стирлинга, для ожижения. Ожижение газа обуславливает постоянный перепад давления между емкостью 1 и криогенной машиной 8. Для регулирования подачи технического газа предусмотрен регулирующий клапан 3. Предварительно ожижению, газ проходит через расширительную турбину 4, при этом расширяется, охлаждается и приводит во вращение вал турбины 4, на котором расположен электрогенератор 5, обеспечивающий получение электроэнергии. Затем технический газ поступает в расширительную емкость 6, откуда засасывается в конденсатор 9 криогенной машины 8, предварительно охлаждаясь в противоточном теплообменнике 7. Ожиженный газ по линии слива 10 через регулирующий клапан 11 самотеком сливается в теплоизолированную емкость 12 для сбора и хранения ожиженного газа. Из газосодержащей части емкости 12 газообразный выпар ожиженного технического газа по линии 13 через регулирующий клапан 14 и противоточный теплообменник 7, где частично охлаждает газ, идущий по линии 2, поступает в конденсатор 9 для переконденсации, а затем сливается в емкость 12.

Источники информации
1. Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника: Учеб. для хим. - технол. спец.вузов. - М.: Высш.шк., 1986. - стр. 307.

2. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр.литература", М., 1961, стр. 287-288.

3. Соколов Е. Я. , Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., - М.: Энергоиздат, 1981, стр. 202.

4. Р. Б. Скотт. Техника низких температур. Перевод под ред.проф. М.П. Малкова., М.: Изд. иностр. литер., 1962, стр. 254.

5. Усюкин И. П. Установки, машины и аппараты криогенной техники. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, стр. 185-186.

6. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред.проф. М.П. Малкова/. Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 35.

7. Акулов Л.А., Борзенко Е.И. Установка ожижения аргона. //Химическое и нефтяное машиностроение"//, N 4, 1996. - стр. 35-37 - прототип.

Реферат

Установка для ожижения технических газов включает емкость с сжатым газом, линию слива ожиженного газа с регулирующим клапаном, емкость для сбора ожиженного газа и криогенную машину Стирлинга. В линии подачи технического газа установлены противоточный теплообменник, регулирующий клапан, расширительная газовая турбина на одном валу с электрогенератором и расширительная емкость. Газосодержащая часть емкости для сбора ожиженного газа связана с криогенной машиной линией переконденсацией выпара сжиженного газа с регулирующим клапаном, проходящей через противоточный теплообменник. Достигаемый технический результат - повышение эффективности и автономности установки, снижение массогабаритных характеристик. 1 ил.

Формула