RU2044973C1

RU2044973C1 - Method and device for burning gas

Info

Publication number: RU2044973C1
Application number: RU93038715A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Финько
Original assignee: Акционерное общество "Сигма-Газ"
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 1995-09-27

Abstract

FIELD: burning gases and their mixtures; cryogenic engineering. SUBSTANCE: after preliminary cooling compressed gas enters heat exchanger 13 mounted coaxially relative to vortex pipe 3 located in liquid chamber of cryostat. In heat exchanger 13 gas is cooled to saturated state at partial liquefaction in the course of regenerative heat exchange with cold flow of vortex pipe which is close to axial. Vapor-and-liquid mixture from heat exchanger 13 enters nozzle tangential inlet 7 where it expands forming subcooled near-axial flow escaping through orifice 9 and peripheral two-phase flow in power separation chamber 8; peripheral two-phase flow escapes through throttle 12. Subcooled near-axial flow, peripheral vapor flow and liquid phase flow for mixing with liquefied gas contained in cryostat. EFFECT: enhanced efficiency. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к снижению газов (криоагентов) при низких температурах. The invention relates to refrigeration, in particular to the reduction of gases (cryoagents) at low temperatures.

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. A known method of liquefying compressed gas, which consists in the energy separation of the gas stream in a vortex tube having partial cooling into an axial (cold) stream and a peripheral (thermal) stream with the formation of a peripheral liquid layer.

Известны также устройства для ожижения сжатого газа с использованием вихревой трубы и предварительного охлаждения исходного газа. Also known are devices for liquefying compressed gas using a vortex tube and pre-cooling the source gas.

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. However, due to the low efficiency of the vortex tubes and the loss of cold to the environment, these methods and devices for gas liquefaction do not allow to obtain a high liquefaction coefficient and, therefore, low energy consumption.

Цель изобретения разработка способа сжижения газа и устройства для его осуществления, имеющих высокую экономичность. The purpose of the invention is the development of a method of liquefying gas and devices for its implementation, having high efficiency.

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. The goal is achieved by the fact that in the method of burning gas by compressing, pre-cooling, energy separation in a vortex tube into an axial stream and a peripheral stream with the formation of a liquid phase, after preliminary cooling, the gas is cooled to a saturated state with partial liquefaction during regenerative heat exchange with an axial stream and fed to the vortex energy separation, the energy separation in the vortex tube is carried out in thermal contact with the liquefied gas in the cryostat, formed during thermal the contact of the pair is removed from the cryostat, the obtained supercooled axial flow, the peripheral flow and the liquid phase are directed to mixing with the liquefied gas in the cryostat.

Целесообразно для уменьшения энергопотребления предварительное охлаждение сжатого газа вести в регенеративном теплообмене с парами сжиженного газа, отводимыми из криостата. To reduce energy consumption, it is advisable to pre-cool the compressed gas in regenerative heat exchange with the vapor of the liquefied gas removed from the cryostat.

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. To increase the amount of compressible gas after pre-cooling, the gas stream is divided into at least two streams, each of which is cooled to a saturated state with partial liquefaction during regenerative heat exchange with the axial stream and fed to the vortex energy separation.

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. The invention is also a gas liquefaction device comprising a compressed gas supply line, a pre-cooler installed in the line, and a vortex tube with a nozzle tangential inlet, an energy separation chamber, a diaphragm, an axial flow outlet pipe and a peripheral flow output pipe that is equipped with a liquid cryostat and steam cavities, at least one vortex tube is placed in the liquid cavity of the cryostat and is equipped with a heat exchanger made in the form of a pipeline, size The heat exchanger inlet along the axis of the vortex tube in the section of the energy separation chamber and the diaphragm is connected to the line behind the pre-cooler, the heat exchanger output is connected to the nozzle tangential inlet, and the axial flow outlet pipe and the peripheral stream output pipe are in communication with the liquid cavity of the cryostat.

Кроме того, для повышения коэффициента сжижения теплообменник снабжен турбулизатором, закрепленным на его внешней поверхности. In addition, to increase the liquefaction coefficient, the heat exchanger is equipped with a turbulator mounted on its outer surface.

Целесообразно предварительный охладитель выполнить в виде регенеративного двухполостного теплообменника, одна полость которого включена в магистраль, а другая подключена к паровой полости криостата. It is advisable to perform a preliminary cooler in the form of a regenerative two-cavity heat exchanger, one cavity of which is included in the line, and the other is connected to the steam cavity of the cryostat.

На фиг. 1 представлена схема устройства для сжижения газа; на фиг. 2 конструктивная схема вихревой трубы. In FIG. 1 shows a diagram of a device for liquefying gas; in FIG. 2 is a structural diagram of a vortex tube.

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. The device for liquefying gas contains a line 1 for supplying compressed gas (Fig. 1), a pre-cooler 2 installed in line 1, a vortex tube 3 and a cryostat 4 with a liquid 5 and steam 6 cavities. The vortex tube 3 has a nozzle tangential inlet 7, an energy separation chamber 8, a diaphragm 9, an outlet pipe for an axial (cold) stream 10, an outlet pipe for a peripheral stream 11 with a throttle 12 and a heat exchanger 13 made in the form of a pipe mounted along the axis of the vortex pipe 3 in the area of the energy separation chamber 8 and the diaphragm 9 (Fig. 2). The output of the heat exchanger 13 is connected to the line 1 behind the pre-cooler 2, and the output to the nozzle tangential inlet 7. The outlet pipe of the axial stream 10 and the outlet pipe of the peripheral stream 11 are in communication with the fluid cavity 5 of the cryostat 4. In addition, the heat exchanger 13 is equipped with a turbulator 14 mounted on its outer surface. A pre-cooler 2 is provided in the form of a regenerative two-cavity heat exchanger, one cavity of which is included in the compressed gas supply line 1 and the other cavity is connected to the vapor cavity 6 of the cryostat 4. Several vortex tubes can be installed in the liquid cavity 5 of the cryostat, while the entrance to the heat exchanger 1 of each of the vortex tubes is connected to the line 1 behind the pre-cooler 2.

Предлагаемый способ сжижения газа осуществляется при работе описанного устройства следующим образом. The proposed method of gas liquefaction is carried out during operation of the described device as follows.

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. Compressed gas is supplied through line 1 through a pre-cooler 2, where it is cooled during regenerative heat exchange with vapor of liquefied gas discharged from the vapor cavity 6 of the cryostat 4. After preliminary cooling, the gas enters the heat exchanger 13 installed along the axis of the vortex tube 3 located in the liquid cavity 5 of the cryostat 4. In the heat exchanger 13, the gas is cooled to a saturated state with partial liquefaction during regenerative heat exchange with the axial (cold) vortex tube flow 3. The resulting vapor the rest of the mixture from the heat exchanger 13 enters the nozzle tangential inlet 7 of the vortex tube, where it expands with the formation of a supercooled axial stream exiting through the diaphragm 9 and the formation of a peripheral two-phase stream in the energy separation chamber 8 consisting of a peripheral vapor stream (vapor core) and a wall layer the liquid leaving the throttle 12. The supercooled axial stream, the peripheral vapor stream and the liquid phase enter through the corresponding nozzles 10 and 11 for mixing with the liquefied gas. located in the cryostat 4. In this case, the vapor fraction condenses, and the supercooled stream and the liquid fraction cool the liquefied gas in the cryostat, which increases the coefficient (degree) of liquefaction.

Предлагаемое изобретение может найти применение для сжижения газов и их смесей, а также в экспериментальной физике низких и сверхнизких температур. The present invention may find application for the liquefaction of gases and mixtures thereof, as well as in experimental physics of low and ultra-low temperatures.

Claims

1. A method of liquefying a gas by compressing, pre-cooling, vortex energy separation into an axial stream and a peripheral stream with the formation of a liquid phase, characterized in that after preliminary cooling the gas to a saturated state with partial liquefaction during regenerative heat exchange with the axial stream and fed to vortex energy separation, energy separation is carried out in thermal contact with the liquid phase, the vapors formed during thermal contact are diverted to pre-cooling compressed gas, resulting subcooled axial flow, a peripheral flow is directed for mixing with the liquid phase.

2. The method according to p. 1, characterized in that after pre-cooling the gas stream is divided into at least two streams, each of which is cooled to a saturated state with partial liquefaction during regenerative heat exchange with the axial stream and fed to the vortex energy separation.

3. A device for liquefying gas, containing a line for supplying compressed gas, a pre-cooler connected to it, at least one vortex tube with a nozzle tangential inlet, an energy separation chamber, a diaphragm, outlet nozzles of the axial and peripheral flows and a cryostat with liquid and vapor cavities, characterized the fact that each vortex tube is placed in the liquid cavity of the cryostat and is equipped with a heat exchanger made in the form of a pipeline placed along the axis of the vortex tube in the chamber nergeticheskogo separation and aperture, the heat exchanger is connected to the input line after pre-cooler and an outlet to the nozzle tangential input, wherein the output connections and a peripheral paraxial flow communication with the liquid cavity cryostat.

4. The device according to claim 3, characterized in that a turbulator is placed on the outer surface of the heat exchanger.