RU2777680C1 - Ожижитель водорода малой производительности - Google Patents
Ожижитель водорода малой производительности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777680C1 RU2777680C1 RU2021121349A RU2021121349A RU2777680C1 RU 2777680 C1 RU2777680 C1 RU 2777680C1 RU 2021121349 A RU2021121349 A RU 2021121349A RU 2021121349 A RU2021121349 A RU 2021121349A RU 2777680 C1 RU2777680 C1 RU 2777680C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- hydrogen
- liquid nitrogen
- collector
- liquid
- Prior art date
Links
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 47
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 46
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium(0) Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 3
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon(0) Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atoms Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к криогенной технике, а именно к водородным ожижителям малой производительности. Ожижитель водорода малой производительности содержит верхнюю крышку, соединенную с корпусом фланцем, предварительный теплообменник «теплой» зоны, выполненный из девяти медных трубок, спаянных между собой и свернутых в спираль, сборник жидкого водорода, вокруг которого концентрично расположен основной теплообменник «холодной» зоны, выполненный из четырех спаянных между собой медных трубок, свернутых в спираль, и ванну жидкого азота. Согласно изобретению предварительный теплообменник «теплой» зоны, сборник жидкого водорода, основной теплообменник «холодной» зоны, ванна жидкого азота, располагающиеся внутри корпуса, смонтированы на внутренней поверхности его крышки, а также сборник и медные трубки основного теплообменника расположены соосно кольцевой ванне с жидким азотом в пространстве, ограниченном ее внутренними стенками. Изобретение обеспечивает повышение надежности и эффективности за счет интенсифицированного теплообмена между змеевиком ванны жидкого азота и жидким азотом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к криогенной технике, а именно к водородным ожижителям малой производительности.
Известна конструкция ожижителя, работающая в режиме сжижения и ретроградной конденсации паров водорода и предназначенная для ожижения небольших количеств водорода и неона (Butkevich I.K., Dobrov V.М. Hydrogen/neon liquefier with helium expander refrigeration cycle //Chemical and Petroleum Engineering. - 1969. - T. 5. - №. 3. - стр. 251-252). Гелий из компрессора поступает в ожижитель, где последовательно охлаждается в теплом теплообменнике, азотной ванне и холодном теплообменнике, после расширяется в детандере, снижая температуру до -253°С-263°С, и направляется в теплообменник-конденсатор, охлаждая сжимаемый газ, далее через теплообменник покидает установку и возвращается в компрессор. В свою очередь, сжиженный водород или неон поступает в ресивер Недостатком такого устройства является необходимость своевременного и регулярного технического обслуживания детандера, необходимость его энергообеспечения, чувствительность к процессам обледенения от возможного остаточного конденсата. Применение гелия в качестве промежуточного рабочего тела под относительно высоким давлением подразумевает необходимость применения более металлоемкой и дорогой запорно-регулирующей арматуры, и более прочных магистралей, что помимо увеличения их стоимости также сказывается на эффективности рабочих теплообменных процессов.
Известен способ получения жидкого параводорода (Патент 166373 Союз Советских Социалистических Республик, МПК F25J 1/02. Способ получения жидкого параводорода / А.Г. Зельдович, Ю.К. Пилипенко. - № 145251; заявл. 10.09.1962; опубл. 19.11.1964, Бюл. № 22), в котором сжатый водород охлаждается последовательно в теплообменнике теплой зоны, ванне жидкого азота, промежуточном теплообменнике, ванне жидкого азота, кипящего под вакуумом, теплообменнике холодной зоны, расширяется в детандере и дросселируется дросселем в ванную жидкого водорода. Предварительно водород проходит систему сжатия и очистки. Из теплообменника холодной зоны сжижаемый водород поступает в детандер, проходит змеевики и конвертор.
Недостаток данного изобретения заключается в наличии детандера и вращающихся деталей, снижающих надежность, ремонтопригодность и срок службы.
Наиболее близким из известных технических решений является водородно-ожижительная станция ВОС-3 (Рожков И.В. Получение жидкого водорода / И.В. Рожков, О.А. Алмазов, А.А. Ильинский - Москва: Издательство «Химия», 1967. - стр. 199), содержащая газгольдер, из которого чистый водород засасывается компрессором и сжимается до высокого давления, блок маслоотделения и ожижитель, в котором водород охлаждается в первом теплообменнике, ванне с жидким азотом, втором теплообменнике, после чего расширяется в дроссельном вентиле, ожижается и накапливается в сборнике. Жидкий азот попадает в азотную ванну из сосуда Дьюара, где кипит под низким давлением, создаваемым вакуум-насосом. Изоляционное пространство ожижителя заполнено мипорой и откачивается форвакуумным насосом.
Недостатком изобретения является необходимость производить ряд трудоемких операций по распайке трубок из-за того, что вывод сжиженного водорода и ввод обратного потока пара из конденсатора в теплообменник «холодной» зоны осуществляется через боковую стенку кожуха ожижителя.
Технический эффект, достигаемый предложенным ожижителем водорода, заключается в высокой надежности, долгосрочном ресурсе, облегченном техническом обслуживании и ремонте, обеспечиваемых эффективной компоновкой конструкции ожижителя водорода малой производительности и свободой термических деформаций внутренних узлов ожижителя от его корпуса. Непосредственный контакт змеевика с жидким азотом обуславливают повышение эффективности ожижителя водорода малой производительности и интенсификацию теплообмена и предварительного азотного охлаждения.
Данный технический эффект достигается в ожижителе водорода малой производительности, содержащем верхнюю крышку, соединенную с корпусом фланцем, предварительный теплообменник «теплой» зоны, выполненный из девяти медных трубок, спаянных между собой и свернутых в спираль, сборник жидкого водорода, вокруг которого концентрично расположен основной теплообменник «холодной» зоны, выполненный из четырех спаянных между собой медных трубок, свернутых в спираль, и ванна жидкого азота, согласно изобретению, предварительный теплообменник «теплой» зоны, сборник жидкого водорода, основной теплообменник «холодной» зоны, ванна жидкого азота, располагающиеся внутри корпуса, смонтированы на внутренней поверхности его крышки, а также сборник и медные трубки основного теплообменника «холодной» зоны расположены соосно кольцевой ванне с жидким азотом в пространстве, ограниченном ее внутренними стенками.
Суть изобретения поясняется на фигуре 1, где показано, что в состав ожижителя водорода входят:
1 - корпус;
2 - фланец;
3 - рама;
4 - трубки теплообменников;
5 - предварительный теплообменник «теплой» зоны;
6 - ванна жидкого азота;
7 - основной теплообменник «холодной» зоны;
8 - сборник жидкого водорода;
9 - змеевик азотной ванны;
10 - дроссельный вентиль;
11 - вакуумная изоляция.
Конструктивно ожижитель водорода содержит корпус 1 с закрепленным на нем фланцем 2, к которому крепится рама 3. На раме 3 установлены трубки 4, связка из девяти таких медных трубок образует предварительный теплообменник «теплой» зоны 5. После предварительного теплообменника «теплой» зоны 5 установлена ванна жидкого азота 6, в которую устанавливается состоящий из связки четырех медных трубок 4 основной теплообменник «холодной» зоны 7, в центре которого установлен сборник жидкого водорода 8. Во внутреннем объеме ванны жидкого азота 6 расположен змеевик ванны жидкого азота 9. В крышке сборника жидкого водорода 8 установлен дроссельный вентиль 10. Внутреннее пространство ожижителя водорода малой производительности защищено вакуумной изоляцией 11.
Работа ожижителя водорода малой производительности осуществляется следующим образом.
Сжатый водород охлаждается последовательно в предварительном теплообменнике «теплой» зоны 5, по одной трубке 4 которого проходит сжатый водород высокого давления, по трем трубкам 4 - обратный расширенный водород, и по пяти трубкам 4 - газообразный азот из ванны жидкого азота 6, далее в концентрично расположенных вокруг сборника жидкого водорода 8 ванне с жидким азотом 6 и основном теплообменнике «холодной» зоны 7, одна трубка 4 которого предназначена для сжатого водорода, а три трубки 4 - для обратного потока расширенного водорода. Далее водород расширяется в дроссельном вентиле 10, смонтированном на верхней крышке сборника жидкого водорода 8, в котором он накапливается, сжижаясь после дросселирования. Неожиженный расширенный водород через предварительный теплообменник «теплой» зоны 5 и основной теплообменник «холодной» зоны 7 выводятся из ожижителя. Внутреннее пространство ожижителя водорода малой производительности защищено вакуумной изоляцией 11.
Преимуществом приведенного ожижителя водорода малой производительности является конструктивное совершенство и надежность, обеспечиваемые облегченной разборкой и сборкой ожижителя водорода малой производительности за счет монтажа элементов конструкции к крышке корпуса, и высокая эффективность, обеспечивающаяся интенсифицированным теплообменом между змеевиком ванны жидкого азота и жидким азотом.
Таким образом, реализация данного изобретения приведет к высокой эффективности и технологичности ожижителя водорода малой производительности.
Claims (2)
1. Ожижитель водорода малой производительности, содержащий верхнюю крышку, соединенную с корпусом фланцем, предварительный теплообменник «теплой» зоны, выполненный из девяти медных трубок, спаянных между собой и свернутых в спираль, сборник жидкого водорода, вокруг которого концентрично расположен основной теплообменник «холодной» зоны, выполненный из четырех спаянных между собой медных трубок, свернутых в спираль, и ванна жидкого азота, отличающийся тем, что предварительный теплообменник «теплой» зоны, сборник жидкого водорода, основной теплообменник «холодной» зоны, ванна жидкого азота, располагающиеся внутри корпуса, смонтированы на внутренней поверхности его крышки.
2. Ожижитель водорода по п. 1, отличающийся тем, что сборник и медные трубки основного теплообменника расположены соосно кольцевой ванне с жидким азотом в пространстве, ограниченном ее внутренними стенками.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2777680C1 true RU2777680C1 (ru) | 2022-08-08 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU166373A1 (ru) * | А. Г. Зельдович , Ю. К. Пилипенко | Способ получения жидкого параводорода | ||
| JPH05240576A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-09-17 | Cie Fr Etud Constr Technip | 天然ガスの液化方法 |
| JP2002243360A (ja) * | 2001-02-19 | 2002-08-28 | Air Liquide Japan Ltd | 液体水素の製造方法および液体水素の製造設備 |
| RU2573423C1 (ru) * | 2012-05-22 | 2016-01-20 | Кавасаки Юкогё Кабусики Каиса | Устройство для изготовления жидкого водорода |
| RU2718378C1 (ru) * | 2015-10-27 | 2020-04-02 | Линде Акциенгезельшафт | Крупномасштабное сжижение водорода посредством водородного холодильного цикла высокого давления, объединенного с новым предварительным охлаждением однократно смешанным хладагентом |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU166373A1 (ru) * | А. Г. Зельдович , Ю. К. Пилипенко | Способ получения жидкого параводорода | ||
| JPH05240576A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-09-17 | Cie Fr Etud Constr Technip | 天然ガスの液化方法 |
| JP2002243360A (ja) * | 2001-02-19 | 2002-08-28 | Air Liquide Japan Ltd | 液体水素の製造方法および液体水素の製造設備 |
| RU2573423C1 (ru) * | 2012-05-22 | 2016-01-20 | Кавасаки Юкогё Кабусики Каиса | Устройство для изготовления жидкого водорода |
| RU2718378C1 (ru) * | 2015-10-27 | 2020-04-02 | Линде Акциенгезельшафт | Крупномасштабное сжижение водорода посредством водородного холодильного цикла высокого давления, объединенного с новым предварительным охлаждением однократно смешанным хладагентом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101756181B1 (ko) | 극저온 냉동기를 이용한 소용량 수소 액화시스템 | |
| US3266261A (en) | Method and apparatus for evaporating liquefied gases | |
| CN103629854B (zh) | 一种热媒水驱动的氨与溴化锂集成吸收式制冷装置及方法 | |
| JPS6128907B2 (ru) | ||
| CN106949655A (zh) | 一种氦低温系统 | |
| JP3123126B2 (ja) | 冷却機付き真空容器 | |
| RU2777680C1 (ru) | Ожижитель водорода малой производительности | |
| WO2022087491A1 (en) | Heating and refrigeration system | |
| CN114739031B (zh) | 一种稀释制冷系统 | |
| Quack et al. | Selection of components for the IDEALHY preferred cycle for the large scale liquefaction of hydrogen | |
| Timmerhaus et al. | Cryogenic process engineering | |
| CN220669152U (zh) | 一种维持氨燃料罐内氨燃料的液化系统和氨燃料存储装置 | |
| Gistau et al. | The Tore Supra 300 W–1.75 K Refrigerator | |
| RU2154784C1 (ru) | Установка для конденсации паров сжиженных газов на основе гелиевой холодильной машины | |
| KR102469622B1 (ko) | 응축형 수소 액화 장치 | |
| CN216204433U (zh) | 一种强制过冷式冷凝系统 | |
| RU2738531C1 (ru) | Интегрированная установка захолаживания природного газа | |
| CN114396373B (zh) | 蒸发式冷凝器的油冷却子系统 | |
| RU2154785C1 (ru) | Криогенная система для ожижения воздуха по циклу кириллова | |
| CN215113322U (zh) | 一种具有双蒸发温度的复叠式制冷机组 | |
| CN103032981A (zh) | 冷媒压缩机组 | |
| RU2166708C1 (ru) | Высокоэффективная система длительного хранения сжиженных газов по схеме кириллова | |
| CN212109719U (zh) | 一种冷却塔辅助降温系统 | |
| CN110375454B (zh) | 一种天然气压力能制冷系统 | |
| CN106196883A (zh) | 一种气体液化装置 |