RU2495321C1 - Cryogenic liquid evaporator - Google Patents
Cryogenic liquid evaporator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495321C1 RU2495321C1 RU2012119659/06A RU2012119659A RU2495321C1 RU 2495321 C1 RU2495321 C1 RU 2495321C1 RU 2012119659/06 A RU2012119659/06 A RU 2012119659/06A RU 2012119659 A RU2012119659 A RU 2012119659A RU 2495321 C1 RU2495321 C1 RU 2495321C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- evaporator
- refrigerant
- cooling agent
- liquid
- heat exchange
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к криогенной технике, а именно к испарителям криогенной жидкости, и может быть использовано в газификационных установках.The invention relates to cryogenic techniques, namely to evaporators of cryogenic liquid, and can be used in gasification plants.
Известен испаритель криогенной жидкости [а.с. СССР №1275182, F17C 9/02. Опубл. 07.12.86, бюл. №45], содержащий корпус с входным и выходным распределительными устройствами, размещенный внутри корпуса основной теплообменный элемент в виде регулярной насадки с каналами для протока криогенной жидкости и дополнительный теплообменный элемент с насыпной насадкой, установленный за основным теплообменным элементом по ходу потока криогенной жидкости.Known vaporizer cryogenic liquid [and.with. USSR No. 1275182, F17C 9/02. Publ. 12/07/86, bull. No. 45], comprising a housing with inlet and outlet distribution devices, a main heat exchange element located inside the housing in the form of a regular nozzle with channels for the cryogenic liquid flow, and an additional heat exchange element with a bulk nozzle installed behind the main heat exchange element along the cryogenic liquid flow.
Криогенная жидкость поступает через входное распределительное устройство в корпус испарителя, где в основном теплообменном элементе происходит полное испарение криогенной жидкости в режиме пленочного кипения. Дополнительный теплообменный элемент предназначен для испарения капель, сохранившихся в потоке, их возвращения в зону испарения и поддержания заданного перепада давления между зоной испарения и выходом испарителя.The cryogenic liquid enters through the inlet switchgear into the evaporator body, where in the main heat exchange element the cryogenic liquid is completely evaporated in the film boiling mode. An additional heat-exchange element is designed to evaporate droplets that have remained in the stream, return them to the evaporation zone and maintain a given pressure drop between the evaporation zone and the outlet of the evaporator.
Недостатком данного испарителя является то, что испарение криогенной жидкости происходит за счет тепла, запасенного от предварительного нагрева горячим газом, что приводит к дополнительным энергозатратам. Кроме того данное устройство не позволяет возвращать нагретые пары криогенной жидкости на повторное охлаждение, что приводит к перерасходу криогенной жидкости.The disadvantage of this evaporator is that the evaporation of cryogenic liquid occurs due to the heat stored from the pre-heating with hot gas, which leads to additional energy consumption. In addition, this device does not allow you to return the heated vapor of the cryogenic liquid for re-cooling, which leads to an excessive consumption of cryogenic liquid.
Известен испаритель криогенной жидкости [RU №2239121, F17C 9/02, F25B 39/02. Опуб. 27.10.2004, бюл. №30], принятый за прототип. Испаритель криогенной жидкости содержит корпус с узлами подвода и выдачи хладагента и теплообменный узел. Узел подвода хладагента содержит патрубок, образующий с внешней стенкой центральной трубы кольцевую полость, сообщенную с камерой жидкого хладагента. Теплообменный узел выполнен в виде трубного пучка, межтрубное пространство которого содержит насыпную насадку. Узел выдачи хладагента выполнен в виде центральной трубы, снабженной эжектором, приемная камера которого сообщена с межтрубным пространством, а сопло - с камерой газообразного хладагента.Known evaporator of cryogenic liquid [RU No. 2239121, F17C 9/02, F25B 39/02. Otub. 10/27/2004, bull. No. 30], adopted for the prototype. The cryogenic liquid evaporator comprises a housing with units for supplying and dispensing refrigerant and a heat exchange unit. The refrigerant supply unit includes a nozzle forming an annular cavity in communication with the liquid refrigerant chamber with the outer wall of the central pipe. The heat exchange unit is made in the form of a tube bundle, the annular space of which contains a bulk nozzle. The refrigerant dispensing unit is made in the form of a central pipe equipped with an ejector, the receiving chamber of which is in communication with the annulus, and the nozzle is connected to the gaseous refrigerant chamber.
Криогенная жидкость (например, жидкий азот) поступает через входной патрубок, кольцевую полость и нижнюю камеру жидкого хладагента в трубки теплообменного элемента, где происходит полное испарение криогенной жидкости. Образующиеся пары через верхнюю камеру газообразного хладагента и патрубок поступают в сопло эжектора. Пары криогенной жидкости из сопла подхватывают газ (в начальный момент времени воздух) из приемной камеры эжектора, перемешиваясь с ним и охлаждая его, транспортируют его по центральной трубе и далее в охлаждаемый аппарат. Из охлаждаемого аппарата нагретые (отработанные) пары криогенной жидкости вновь поступают в испаритель. В испарителе благодаря разряжению в приемной камере, создаваемому эжектором пары проходят через отверстия в цилиндрической оболочке, насыпную насадку и поступают в приемную камеру эжектора. При этом пары охлаждаются, отдавая тепло насыпной насадке и теплообменному элементу. Из камеры охлажденные пары направляются эжектором в центральную трубу, откуда, одновременно смешиваясь и дополнительно охлаждаясь с парами криогенной жидкости из сопла эжектора, выходят из испарителя на охлаждение аппарата.Cryogenic liquid (for example, liquid nitrogen) enters through the inlet pipe, the annular cavity and the lower chamber of the liquid refrigerant into the tubes of the heat exchange element, where the complete evaporation of the cryogenic liquid. The resulting vapor through the upper chamber of the gaseous refrigerant and the pipe enters the nozzle of the ejector. Vapors of cryogenic liquid from the nozzle pick up gas (at the initial moment of time) air from the receiving chamber of the ejector, mixing with it and cooling it, transport it through the central pipe and then to the cooled apparatus. From the cooled apparatus, the heated (spent) vapors of the cryogenic liquid again enter the evaporator. In the evaporator, due to the discharge in the receiving chamber created by the ejector, the vapor passes through the holes in the cylindrical shell, the bulk nozzle and enters the receiving chamber of the ejector. In this case, the vapors are cooled, giving off heat to the bulk nozzle and to the heat exchange element. From the chamber, the cooled vapors are directed by the ejector to the central tube, from where, simultaneously mixing and additionally cooling with the cryogenic vapor from the ejector nozzle, they exit the evaporator to cool the apparatus.
Конструкция испарителя не позволяет эффективно использовать хладагент (особенно в момент запуска испарителя) из-за большой массы, и соответственно большой теплоемкости, насыпной насадки, на захолаживание которой затрачивается большое количество хладагента. Наличие насыпной насадки также отрицательно влияет на эффективность использования хладагента в ходе работы испарителя, делая инерционным процесс регулировки температуры газообразного хладагента, необходимо ждать пока весь объем насадки не примет требуемой температуры. Кроме того насадка создает значительное гидравлическое сопротивление для прохождения газообразного хладагента.The design of the evaporator does not allow efficient use of the refrigerant (especially at the time of starting the evaporator) due to the large mass and, accordingly, the high heat capacity, the bulk nozzle, which takes a large amount of refrigerant to cool. The presence of a bulk nozzle also negatively affects the efficiency of using the refrigerant during the operation of the evaporator, making the process of adjusting the temperature of the gaseous refrigerant inertial, it is necessary to wait until the entire volume of the nozzle has reached the required temperature. In addition, the nozzle creates significant hydraulic resistance for the passage of gaseous refrigerant.
Задачей изобретения является более эффективное использование хладагента за счет уменьшения непроизводительных затрат хладагента, уменьшения инерционности процесса регулирования температуры газообразного хладагента на выходе из испарителя и уменьшения гидравлического сопротивления испарителя.The objective of the invention is a more efficient use of refrigerant by reducing overhead costs of the refrigerant, reducing the inertia of the process of regulating the temperature of the gaseous refrigerant at the outlet of the evaporator and reducing the hydraulic resistance of the evaporator.
Поставленная задача решается тем, что испаритель криогенной жидкости содержит корпус с камерами подвода и выдачи хладагента, теплообменные элементы содержащими камеру жидкого хладагента и центральную трубу, снабженную эжектором, причем, камеры подвода и выдачи хладагента разделены перегородкой с отверстием, теплообменные элементы установлены в перегородке и сообщаются с центральной трубой перемычками, центральная труба установлена в отверстие в перегородке с зазором, а эжектор имеет вставку, регулирующую расход газообразного хладагента из камер жидкого хладагента. Кроме того испаритель криогенной жидкости снабжен рекуператором.The problem is solved in that the cryogenic liquid evaporator comprises a housing with refrigerant supply and discharge chambers, heat exchange elements containing a liquid refrigerant chamber and a central pipe equipped with an ejector, moreover, the refrigerant supply and discharge chambers are separated by a partition with an opening, the heat exchange elements are installed in the partition and communicate with a central pipe jumpers, the central pipe is installed in the hole in the partition with a gap, and the ejector has an insert that regulates the flow of gaseous refrigerant cient of liquid coolant chambers. In addition, the cryogenic liquid evaporator is equipped with a recuperator.
На фиг.1 показан продольный разрез предлагаемого испарителя криогенной жидкости; на фиг.2 - выносной элемент А, на фиг.3 - выносной элемент Б.Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed evaporator of cryogenic liquid; figure 2 - remote element A, figure 3 - external element B.
Испаритель содержит теплоизолированный корпус 1 (см. фиг.1), разделенный перегородкой 2 на камеру 3 подвода отработанного (теплого) хладагента и камеру 4 выдачи хладагента. В перегородке имеется отверстие, в которое вставлена центральная труба 5, наружная поверхность которой образует с перегородкой 2 кольцевой зазор 6 (см. фиг.2). На перегородке установлены теплообменные элементы 7 с камерой 8 для жидкого хладагента, патрубком 9 подачи жидкого хладагента и регулирующим вентилем 10. Количество теплообменных элементов определяется исходя из требуемой производительности испарителя. Камера 8 соединяется с центральной трубой 5 посредством перемычки 11. Камера 3 имеет патрубок 12 для входа отработанного (теплого) хладагента из охлаждаемого аппарата (не показан), камера 4 имеет патрубок 13 для выхода хладагента с заданной температурой в охлаждаемый аппарат. Температура хладагента контролируется датчиком 14. Количество криогенной жидкости в камере 8 контролируется уровнемерами 15. Центральная труба 5 снабжена эжектором 16 (см. фиг.2), в котором регулируется расход эжектирующего потока путем изменения ширины кольцевого зазора 17 посредством конусной вставки 18 и штанги 19 с резьбовым хвостовиком 20 (см. фиг.3). Камера 4 выдачи хладагента соединяется трубой 21 (см. фиг.1) с рекуператором 22. Рекуператор снабжен каким-либо теплообменным элементом 23 (например, змеевик) с патрубком 24 для входа и патрубком 25 для выхода охлаждаемой рабочей среды и патрубком 25 для выхода отработанного хладагента с вентилем 26.The evaporator comprises a thermally insulated body 1 (see FIG. 1), divided by a
Испаритель работает следующим образом.The evaporator operates as follows.
Криогенная жидкость (например, жидкий азот) поступает через патрубок 9 в камеру 8 жидкого хладагента. Азот начинает испаряться, его пары через перемычку 11 поступают в центральную трубу 5 и эжектируются через кольцевой зазор 17 в камеру 4. Образующаяся струя потока начинает эжектировать газ, из камеры 3 через зазор 6. В камеру 3 газ (отработанный, теплый хладагент) поступает через патрубок 12 из охлаждаемого аппарата (не показан). Благодаря эжектированию теплый хладагент перемешивается с холодным газообразным хладагентом. Регулируя расходы теплого и холодного газов устанавливают необходимую температуру хладагента, и затем направляют его из камеры 4 через патрубок 13 в охлаждаемый аппарат (не показан). Кроме того, эжектор создает перепад давлений между камерами 3 и 4, что является движущей силой для перемещения газообразного хладагента находящегося в охлаждаемом аппарате. Теплый газ, поступающий в испаритель из охлаждаемого аппарата, является источником тепла для испарения жидкого азота в теплообменном элементе 7. Эжектированный газообразный хладагент циркулирует по камере 4 вдоль наружных стенок теплообменных элементов 7 и количество передаваемого тепла от потока газообразного хладагента в камере 4 к жидкому хладагенту в камере 8 зависит от высоты столба жидкости Н (см. фиг.1). При уменьшении этой высоты уменьшается площадь кипения жидкого хладагента, соответственно уменьшается количество паров испаряемой жидкости и, следовательно, повышается температура газообразного хладагента на выходе из испарителя. При увеличении высоты столба жидкости Н происходит обратный процесс, в результате чего температура газообразного хладагента снижается. Уровень жидкого хладагента в камере 8 контролируется уровнемером 15 и регулируется вентилем 10. Интенсивность циркуляции газа в камере 4 регулируется шириной зазора 17, который изменяется с помощью конусной вставки 18 со штангой 19 путем перемещения вверх-вниз, вращая резьбовой хвостовик 20.Cryogenic liquid (for example, liquid nitrogen) enters through the pipe 9 into the chamber 8 of the liquid refrigerant. Nitrogen begins to evaporate, its vapors through the jumper 11 enter the
В процессе перемешивания теплого и холодного потоков образуется избыток хладагента. Этот избыток газа из камеры 4 газообразного хладагента поступает через трубу 21 в рекуператор 22. В рекуператоре хладагент контактирует с теплообменным элементом 23 и охлаждает в теплообменнике 23 рабочую среду. Эта рабочая среда получает в рекуператоре предварительное охлаждение, после чего она охлаждается окончательно в аппарате (не показан), где используется хладагент, поступающий из патрубка 13 испарителя.During the mixing of warm and cold flows, an excess of refrigerant is formed. This excess gas from the chamber 4 of the gaseous refrigerant enters through the pipe 21 to the recuperator 22. In the recuperator, the refrigerant contacts the heat exchange element 23 and cools the working medium in the heat exchanger 23. This working medium receives pre-cooling in the recuperator, after which it is finally cooled in the apparatus (not shown), where the refrigerant coming from the evaporator branch pipe 13 is used.
Таким образом, при использовании предлагаемого испарителя криогенной жидкости организуется двухступенчатое охлаждение рабочей среды с последовательным охлаждением на первой (предварительной) ступени в рекуператоре и окончательном охлаждении в аппарате (не показан). При этом одна часть отработанного хладагента после смешивания с холодным хладагентом возвращается через патрубок 13 в аппарат (не показан) на окончательное охлаждение рабочей среды, а другая часть перед сбросом из испарителя идет в рекуператор на первую ступень охлаждения рабочей среды. Кроме того, тепло для испарения жидкого хладагента в теплообменных элементах 7 берется от отработанного хладагента, а не от дополнительного источника тепла. Количество хладагента сбрасываемого из испарителя и, следовательно, интенсивность работы рекуператора регулируется вентилем 26.Thus, when using the proposed evaporator of cryogenic liquid, two-stage cooling of the working medium with sequential cooling at the first (preliminary) stage in the recuperator and final cooling in the apparatus (not shown) is organized. In this case, one part of the spent refrigerant after mixing with the cold refrigerant is returned through the pipe 13 to a device (not shown) for final cooling of the working medium, and the other part, before being discharged from the evaporator, goes to the recuperator to the first stage of cooling of the working medium. In addition, heat for evaporation of the liquid refrigerant in the heat exchange elements 7 is taken from the spent refrigerant, and not from an additional heat source. The amount of refrigerant discharged from the evaporator and, therefore, the intensity of the recuperator is controlled by valve 26.
Применение изобретения позволяет увеличить эффективность использования хладагента за счет повторного использования хладагента и организации двухступенчатого охлаждения рабочего вещества. Отсутствие какого-либо дополнительного источника тепла для испарения жидкого хладагента и отсутствие в конструкции массивных теплообменных насадок дополнительно увеличивает эффективность работы предлагаемого испарителя и уменьшает гидравлическое сопротивление испарителя.The use of the invention allows to increase the efficiency of use of the refrigerant due to the reuse of the refrigerant and the organization of two-stage cooling of the working substance. The absence of any additional heat source for evaporation of the liquid refrigerant and the absence of massive heat transfer nozzles in the design further increase the efficiency of the proposed evaporator and reduce the hydraulic resistance of the evaporator.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012119659/06A RU2495321C1 (en) | 2012-05-12 | 2012-05-12 | Cryogenic liquid evaporator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012119659/06A RU2495321C1 (en) | 2012-05-12 | 2012-05-12 | Cryogenic liquid evaporator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2495321C1 true RU2495321C1 (en) | 2013-10-10 |
Family
ID=49303060
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012119659/06A RU2495321C1 (en) | 2012-05-12 | 2012-05-12 | Cryogenic liquid evaporator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2495321C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB815012A (en) * | 1956-11-13 | 1959-06-17 | Constock Liquid Methane Corp | Improvements in revaporizing liquefied gases |
SU1746107A1 (en) * | 1990-04-27 | 1992-07-07 | Проектный И Научно-Исследовательский Институт "Мосгазниипроект" | Liquefied gas evaporator |
JPH06159596A (en) * | 1992-11-25 | 1994-06-07 | Osaka Gas Co Ltd | Vaporizer for low temperature liquid |
RU2239121C2 (en) * | 2002-01-28 | 2004-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" | Evaporator for cryogenic liquid |
RU2377462C1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-12-27 | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" | Cryogenic liquid evaporator |
-
2012
- 2012-05-12 RU RU2012119659/06A patent/RU2495321C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB815012A (en) * | 1956-11-13 | 1959-06-17 | Constock Liquid Methane Corp | Improvements in revaporizing liquefied gases |
SU1746107A1 (en) * | 1990-04-27 | 1992-07-07 | Проектный И Научно-Исследовательский Институт "Мосгазниипроект" | Liquefied gas evaporator |
JPH06159596A (en) * | 1992-11-25 | 1994-06-07 | Osaka Gas Co Ltd | Vaporizer for low temperature liquid |
RU2239121C2 (en) * | 2002-01-28 | 2004-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" | Evaporator for cryogenic liquid |
RU2377462C1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-12-27 | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" | Cryogenic liquid evaporator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103946658B (en) | Shell and tube heat exchanger | |
CN103727707A (en) | Full-falling-film evaporator with double refrigerant distribution devices | |
RU2377462C1 (en) | Cryogenic liquid evaporator | |
CN100476319C (en) | Refrigerant distribution device and method | |
EP2399089B1 (en) | Heat exchanger | |
CN100451496C (en) | Refrigerant distributor of compression refrigeration falling-film evaporator | |
CN107667265A (en) | Multistage distribution system for evaporator | |
CN105387653A (en) | Evaporator and water chilling unit having same | |
CN102384608A (en) | Falling-film evaporator for refrigeration system | |
CN102032825A (en) | Heat exchange tube for evaporator and evaporator formed by same | |
JP2008095976A (en) | Two-stage absorption refrigerating machine | |
AR000280A1 (en) | A method and apparatus for separating a substance from a liquid mixture by fractional crystallization | |
RU2495321C1 (en) | Cryogenic liquid evaporator | |
RU2362607C1 (en) | Desublimation device | |
RU2239121C2 (en) | Evaporator for cryogenic liquid | |
US3898867A (en) | Condenser for condensing a refrigerant | |
CN100451495C (en) | Refrigerant uniform distributor of compression refrigeration falling-film evaporator | |
KR101165304B1 (en) | Heat-Exchange Apparatus with Micro-channels | |
KR101887881B1 (en) | ice making device | |
CN104713382A (en) | Double-temperature-zone shell-and-tube condenser | |
CN103673412A (en) | Double-level falling film evaporator | |
CN203687461U (en) | Full falling film evaporator with double refrigerant distributing devices | |
JP4879125B2 (en) | Absorption refrigerator | |
JP3943672B2 (en) | Absorption refrigerator | |
CN105444467A (en) | Absorption type heat pump |