Способ охлаждения газа и установкадля его осуществления

Союз Советских Социапистических Республик(5)м. кл зГ 28 0 .5/00 Г 25 В 39/02 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯИзобретение относится к холодиль-ной технике, а именно к способам охлаждения газа путем испарения жидкого хладагента.5Известен способ охлаждения газа, преимущественно воздуха, путем испарения жидкого хладагента на теплообмен ной поверхности в режиме пузырькового кипения при прохождении образующихся паров через слой жидкого хладагента с последукщей их сепарацией, причем испарение и сепарацию ведут в две стадии, характеризующиеся различными тепловыми нагрузками и давлениями 1,Однако известный способ имеет не достаточную эффективность, вследствие значительного капельного уноса хлад- агента при работе в вакууме в условиях высоких тепловых нагрузок, когда во второй стадии испарения образует ся большое количество пены, нарушающее проведение сепарации образующегося пара.Известны установки для охлаждения газа укаэанным способом, содержащие корпус, частично заполненный жидким хладагентом, и размещенную в нем теплообменную поверхность, заключенную в кожух, который установлен с зазором по отношению к днищу корпуса и 30 имеет вертикальный патрубок, снабженный на выходном участке дроссельным устройством 2 .Однако в данном устройстве наблюдается большой унос капельной влаги при работе в вакууме в условиях высоких тепловых нагрузок.Цель изобретения - уменьшение капельного уноса при работе в вакууме в условиях высоких тепловых нагрузок. Поставленная цель достигается тем, что в процессе испарения дополнительно осуществляют подпитку из емкости, заполненной хладагентом, температуру в которой поддерживают более низкой по сравнению со слоем жидкого хлад- агента на обеих стадиях испарения, и для испарения на второй стадйи хлад- агент подают из емкости в два этапа с различной скоростью, меньшей на первом иэ них, путем создания положительного перепада давлений пара между испаряемюм хладагентом и паровым пространством емкости, а на втором этапе - путем создания там же отрицательного перепада давлений пара, причем положительный перепад давлений создают путем конденсации части пара в емкости, а отрицательный - путемперепуска части пара, образованногона первой стадии испарения, в емкость.Кроме того, реализующая способ установка дополнительно содержит емкость, подключенную к корпусу в нижней части при помощи трубопровода, ав верхней - посредством паропровода,конец которого введен н корпус подуровень хладагента и снабжен переточным отверстием, на кожухе над теплообменной поверхностью соосно с паропроводом и с зазором по отношению кнему установлено сопло, причем диаметр сопла и величина зазора меньшедиаметра паропровода, а диаметр. переточного отверстия меньше диаметрасопла. 15На чертеже схематично представлена установка для осуществления спо"соба.Установка содержит корпус 1, частично заполненный жидким хладагентом щ2, теплообменную поверхность 3, заключенную н кожух 4, который уста"новлен с зазором 5 по отношению кднищу корпуса 1 и имеет вертикальныйпатрубок б, снабженный на выходномучастке дроссельным устройством 7.Установка дополнительно содержит ем"кость 8, подключенную к корпусу 1 внижней части при помощи трубопровода9, а в верхней - посредством пара"провода 10 1 конец которого введен под З 0уровень хладагента 2 и снабжен переточным отверстием 11. На кожухе 4над теплообменной поверхностью 3 соосно с паропроводом 10 и с зазором 12по отношению к нему установлено сопло 13, причем диаметр сопла 13 и величина зазора 12 меньше диаметра паропровода 10, а диаметр переточногоотверстия 11 меньше диаметра сопла 13,Корпус сообщается с окружающей средой выхлопным патрубком 14. Для подвода и отнода газа н теплообменную поверхность 3 внутрь корпуса 1 введеныподводящий и отводящий патрубки 15и 16, соответственно,45Работа установки осуществляетсяследующим образом.Горячий газ вводится в подводящийпатрубок 15 и теплообменную поверхность 3 и выходит охлажденным из отводящего патрубка 16. Под кожухом 4пар образуется и сепарируется от жидкости под более высоким давлением,чем в корпусе 1, вследствие наличиядроссельного устройства 7 на вертикальном патрубке б. Таким образом,испарение хладагента и сепарация параот капель жидкости осуществляется надвух стадиях. На первой - под кожухом4 при более высоких давлениях и тепловых нагрузках, на второй - н осталь-еОной части корпуса 1, откуда пар выбрасывается н окружакщую среду через ннхлопной патрубок 14.Емкость 8 не обогревается газом,поэтому хладагент в ней имеет более 45 низкую температуру, чем в корпусе 1,что создает условия для конденсациив емкости части пара, поступающего внее с одной иэ стадий испарения. Напервом этапе (в начальный период работы установки), когда уровень хладагента 2 в корпусе 1 достаточно высок,чтобы жидкость заполнила зазор 12 иконец паропровода 10 и сделала невозможным попадание пара из-под кожуха 4в емкость 8, паровое пространство поседней соединяют только с паровымпространством корпуса 1 при помощипереточного отверстия 11. Вследствие1конденсации части пара н емкости 8,давление над поверхностью жидкого хладагента в ней уменьшается, Это приводит к возникновению положительногоперепада давлений пара в корпусе 1 ив емкости 8. Величина перепада давлений регламентируется размером переточного отверстия 11 и определяет замедление скорости подпитки слоя хладагента 2 из дополнительной емкости 8.Чем меньше размеры переточного отверстия 11, тем больше возникающийположительный перепад давлений пара,тем медленнее происходит подпиткажидкого хладагента из емкости 8 итем быстрее уменьшается уровень жидкого хладагента 2 в корпусе 1, способствуя резкому уменьшению уносакапель хладагента из установки. Полностью исключить переточное отверстие11 нельзя иэ-за возможности уменьшения давления окружающей среды в процессе работы установки. В этом случаедавление пара н корпусе 1 такжеуменьшится и жидкость из дополнительной емкости 8 вытолкнется в корпус 1,уровень жидкого хладагента 2 станетвыше допустимого, большая часть еговыбросится из установки, Наличиепереточного отверстия 11 позволяетпредотвратить такую ситуацию,На втором этапе, когда уровень жидкого хладагента 2 понизится до такойстепени, что зазор 12 и конец паропровода 10 свободен от жидкости, париз под кожуха 4 через сопло 13 устремляется н паропровод 10 и емкость 8,Так как давление пара на первой стадии испарения под кожухом 4 больше,чем в остальной части корпуса 1 идиаметр сопла 13 больше диаметра переточного отверстия 11, давление па-,ра в емкости становится почти равнымдавлению пара под кожухом 4 и большим, чем в корпусе 1. Возникает отрицательный перепад давлений пара нкорпусе 1 и емкости 8. В результатеэтого хладагент начинает выдавливаться из емкости 8 в корпус 1 со скоростью большей скорости испаренияжидкого хладагента 2, и уровень последнего вновь начинает расти до техпор, пока он не закроет зазор 12 и конец паропровода 10, после чего подпитка слоя жидкого хладагента 2 вновь840661 формула изобретения Выл гаг ВНИИПИ Заказ 4745 раж 70 одписное филиал ППП "Патент Ужгород, ул. Проектная э амедлится, Когда, вследствие выработки хладагента, его уровень в корпусе 1 окончательно установится ниже зазора 12, отрицательный перепад давлений пара в корпусе 1 и емкости 8 будет способствовать максимальному использованию хладагента иэ емкости 8. Для наиболее полного использования скоростного напора пара первой стадии испарения, диаметр паропровода 10 создают большим диаметра сопла 13 и величины зазора 12.Эко номическая эффективность предлагаемого технического решения выражается в снижении величины уноса капель с образующимися в процессе охлаждения газа парами хладагента. 15 1. Способ охлаждения газа, пре- що имущественно воздуха, путем испарения жидкого хладагента на теплообменной поверхности в режиме пузырькового кипения при прохождении образующихся паров через слой жидкого хлад- агента с последующей их сепарацией, причем испарение и сепарацию ведут в две стадии, характеризующиеся различными тепловыми нагрузками и давлениями, отличающийся тем, что, с целью уменьшения капельного уноса при работе в вакууме в условиях высоких тепловых нагрузок, в процессе испарения дополнительно осуществляют подпитку из емкости, заполненной хладагентом, температуру в З 5 которой подцерживают более низкой по сравнению, со слоем жидкого хладагента на обеих стадиях испарения, и для испарения на второй стадии хладагент подают из емкости в два этапа с раз личной скоростью, меньшей на первом иэ них, путем создания положительного перепада давлений пара между испаряеьнм хладагентом и паровым пространством емкости, а на втором этапе - путем создания там же отрицателЬ- ного перепада давлений пара, причем положительный перепад давлений создают путем конденсации части лара в емкости, а отрицательный - путем перепуска части цара, образованного на первой стадии испарения, в емкость.2. Установка для охлаждения газа по п. 1, содержащая корпус, частично заполненный жидким хладагентом, и размещенную в нем теплообменную по верхность, заключенную в кожух, который установлен с зазором по отношению к днищу корпуса и имеет вертикаль ный патрубок, снабженный на выходном участке дроссельным устройством, о т л и ч а ю щ а А с я тем, что, установка дополнительно содержит емкость, подключенную к корпусу в нижней части при помощи трубопровода, а в верхней - посредством паропровода, конец которого введен в корпус под уровень хладагента и снабжен пере- точным отверстием, на кожухе над теплообменной поверхностью соосно с паропроводом и с зазором по отношению к нему установлено сопло, причем диаметр сопла и величина зазора меньше диаметра паропровода, а диаметр пере" точного отверстия меньше диаметра сопла. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 652428, кл, Г 28 0 5/ОО, 1977. 2. Авторское свидетельство СССР Р 643727, кл. Г 28 0 5/00, 1977.