Способ улучшения работы теплообменных устройств установок глубокого охлаждения

- - -Ъ: ; с- г -+в11 АТЙ "1 ЭЦ:У 1 НЧ 1;Ь;А Яъи. л 1 сП. Л. Капицй СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ УСТРОЙСТВ УСТАНОВОК ГЛУБОКОГО ОХЛАЖДЕНИЯЗаявлено 19 марта 1946 года в Главнов управление по кислороду при Совете Министров СССР за39 (343750) Опубликовано 31 июля 1949 годаВ технике глубокого охлаждения широко применяются различного типа теплообменные устройства (простые противоточные теплообменники и регенераторы). Количество протекающего в них вещества и тепло- емкость теплообменивающихся потоков бывают обычно неодинаковы, поэтому температурный напор на одном из концов теплооомена может сильно возрастать.Отличительной особенностью предлагаемого способа улучшения работы теплообменных устройств установок глубокого охлаждения является то, что между ветвями высокого и низкого давления теплообменивающихся потоков включены одна или несколько расширительных машин на разных температурных уровнях, с целью выравнивания температурного напора по длине теплообменных устройств.На фиг. 1 - 5 изображены установки для осуществления предлагаемого способа и диаграмма процесса теплообмена.Если в теплообменнике один поток идет под давлением более высоким, чем другой, то для выравнивания температурной разности в соответствующей точке х потока высокого давления а (фиг. 1) отбирается часть газа, которая пропускается через расширительную машину А, подается в точку у потока низкого давления 8, смешивается с ним и направляется к теплому концу теп- лообменного устройства.При такой работе диаграмма Я, - Т для процесса теплообмена примет вид, изображенный на фиг, 2. По оси абсцисс отложены температуры в теплообменнике, а по оси ординат количество тепла, передаваемого от его теплого конца до любой определенной температуры, Ветвь а соответствует охлаждающемуся потоку, а ветвь в нагревающемуся потоку. Отрезок ЬТ, изображает недорекуперацию, а - .1 - температурный напор в любом сечении теплообменника, Температурный напор на холодном конце Й Т, может быть очень велик, что с термодинамической стороны невыгодно, так как при протекании тепла под большим температурным напором происходит значительное увеличение энтропии, которое ведет к понижению к. и. д. всей установки.Если регенератор является одновременно и основным устройством для очистки газа от более высоко- кипящих и высокозамерзающих примесей (например, НО и СО 2 в воз 149духе), то понижение температурного напора особенно необходимо, При большой разности температур на холодном конце обратный поток не произведет полной сублимации и испарения осевших на поверхности примесей, Так как поток а после отбора части газа уменьшается в количественном отношении, кривая изменяет свой наклон и может быть теоретически доведена до пересечения с кривой в,Наивыгоднейшими условиями работы теплообменного устройства являются те, при которых температурный напор вдоль всей поверхности теплообмена остается равным. Если это не достигается включением одной расширительной машины, то можно добиться этого, включив,несколько расширительных машин, как это показано на фиг, 3,Этот принцип может быть применен и для репенераторов. На фиг. 4 показана возможная схема включения расширительной, машины А в систему двух регенераторон или кантующихся теплообменников. На фиг. 5 представлено то же самое для системы трех регенераторов или кантующихся теплообменников. Число регенераторов или кантующихся теплообменников может быть н больше трех, как и число расширительных машин. На линии подключения расширительной машины устанавливаются клапаны, обеспечивающие должное направление потоков, Как показано на фиг. 4 и 5 для большого числа регенераторов или кантующихся теплообменников может применяться всего одна расширительная машина, работающая в определенном температурном интервале. Аналогичным способом к нескольким регенераторам или кантующимся теплообменникам могут быть подключены несколько расширительных машин, работающих каждая на своем температурном интервале.При применении предлагаемого способа в холодильных установках холод, получаемый при расширении газа в расширительной машине, в значительной мере может покрыть холодильные потери в окружающую среду самих регенераторов или кантующихся теплообменников, а также недорекуперацию, т. е. соответственно уменьшить потребное количество холода в основном холодильном цикле, который они обслуживают. Пр ед и ет из о бр етени яСпособ улучшения работы тепло- обменных устройств установок глубокого охлаждения, о т л и ч а ющийся тем, что между ветвями высокого и низкого давления тепло- обменивающихся потоков в тепло- обменных устройствах включены одна или несколько расширительных машин на разных температурных уровнях, с целью выравнивания температурного напора по длине тепло- обменных устройств.