способ охлаждения газа и пульсационный аппарат для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ охлаждения газа в пульсационном аппарате, включающий поочередное ударное заполнение полузамкнутых емкостей газом, подаваемым из сопл, при нагреве его и последующем отводе от газа образовавшегося тепла в охлаждающую среду, выпуск газа из полузамкнутых емкостей в расширительную камеру с получением холодильного эффекта, отличающийся тем, что охлаждающую среду перемешивают путем перемещения в ней полузамкнутых емкостей в процессе ударного заполнения их газом и последующего выпуска его из них.

2. Пульсационный аппарат для охлаждения газа, содержащий корпус с подводящим исходный газ и отводящим охлаждаемый газ патрубками, установленные внутри корпуса полузамкнутые емкости, коаксиальное газораспределительное устройство с соплами и расширительную камеру, отличающийся тем, что аппарат снабжен коаксиально размещенными в корпусе и сообщающимися между собой форкамерой и динамической камерой, а также патрубками подвода охлаждающей среды к форкамере и отвода ее из динамической камеры, при этом газораспределительное устройство размещено между корпусом и стенкой динамической камеры, а полузамкнутые емкости закреплены закрытыми концами тангенциально к форкамере и обе камеры установлены с возможностью вращения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к струйной технике и может быть использовано для получения холода в установках сбора, подготовки и переработки углеводородных газов.

Известен способ охлаждения газа в пульсационном аппарате (см. авторское свидетельство СССР N 624071 МКИ F 25 B 9.00, 1978 г.), включающий спонтанное ударное заполнение нескольких полузамкнутых емкостей исходным газом, подаваемым из сопла неподвижного газораспределительного устройства, отвод в охлаждающую среду от полузамкнутых емкостей тепла, выделяемого газом при их ударном заполнении, и последующее опорожнение полузамкнутых емкостей сброса из них газа в расширительную камеру с получением холодильного эффекта при расширении сбрасываемого газа.

Известен пульсационный аппарат (см. авторское свидетельство СССР N 624071 МКИ F 25 B 9/00, 1978 г.) для осуществления вышеописанного способа охлаждения газа, содержащий несколько полузамкнутых емкостей, расположенных в одной плоскости, неподвижное газораспределительное устройство с соплом, размещенным в плоскости полузамкнутых емкостей, и расширительную камеру, сообщающуюся с газораспределительным устройством, полузамкнутыми емкостями и патрубками, отводящими газ.

К основным недостаткам данного способа охлаждения газа является спонтанное ударное заполнение исходным газом полузамкнутых емкостей. Из-за спонтанного заполнения некоторые из полузамкнутых емкостей оказываются недогруженными по газу, сжатие в них последних происходит неэффективно, из газа при этом выделяется, а следовательно, и отводится малое количество тепла, энтальпия газа остается высокой, и при расширении последнего холодильный эффект низким.

Кроме того, тепло от полузамкнутых емкостей отводится в охлаждаемую среду в основном конвекцией. При этом теплопередача практически неподвижной охлаждающей среде низкая, а так как ударное заполнение полузамкнутых емкостей исходным газом является быстропротекающим процессом (время заполнения порядка 0,007-0,01 с), при котором происходит выделение тепла из газа, то количество тепла, передаваемое охлаждающей среде невелико. Из-за чего энтальпия газа, находящегося в полузамкнутых емкостях, остается высокой, а холодильный эффект низким.

Известен способ охлаждения газа в пульсационном аппарате (см. авторское свидетельство СССР N 1020723 МКИ N 25 B 9/00, 1983 г.), включающий поочередное ударное заполнение полузамкнутых емкостей исходным газом, подаваемым из сопла вращающегося газораспределительного устройства, отвод в охлаждающую среду от полузамкнутых емкостей тепла, выделяемого газом при их ударном заполнении, и последующее опорожнение полузамкнутых емкостей путем сброса из них газа в расширительную камеру с получением холодильного эффекта при расширении сбрасываемого газа.

Пульсационный аппарат (см. авторское свидетельство СССР N 1020723 МКИ F 25 B 9/00, 1983 г.) для осуществления охлаждения газа по описанному способу содержит корпус с подводящим и отводящим газ патрубками, полузамкнутые емкости, встроенные в корпус и расположенные в одной плоскости, а также установленное внутри корпуса с возможностью вращения газораспределительное устройство с соплом, размещенным в одной плоскости полузамкнутых емкостей, и расширительную камеру.

К основным недостаткам данного способа является низкая теплопередача от газа, находящегося в полузамкнутой емкости, практически неподвижная охлаждающая среда, и как следствие, низкий холодильный эффект.

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения газа за счет высокой теплопередачи от газа полузамкнутых емкостей охлаждающей среде и перемешивания последней путем перемещения в ней полузамкнутых емкостей ударным заполнением их исходным газом и последующим сбросом из них газа.

Указанная цель достигается тем, что в способе охлаждения газа в пульсационном аппарате, включающем поочередное ударное заполнение полузамкнутых емкостей исходным газом, подаваемых из сопел, отвод от полузамкнутых емкостей в окружающую среду тепла, выделившегося из газа при их ударном заполнении, и последующее опорожнение полузамкнутых емкостей путем сброса из них газа в расширительную камеру с получением холодильного эффекта, охлаждающую среду перемешивают путем перемещения в ней полузамкнутых емкостей ударным заполнением их исходным газом и последующим сбросом из них газа.

Указанная цель достигается тем, что в пульсационном аппарате для охлаждения газа, содержащем корпус с подводящим исходный газ и отводящим охлажденный газ патрубками, установленные внутри корпуса полузамкнутые емкости, коаксиальное газораспределительное устройство с соплами для подачи исходного газа в полузамкнутые емкости, расширительную камеру, дополнительно в корпусе коаксиально размещены сообщающиеся между собой форкамера и динамическая камера, а также патрубки подвода к первой и отвода от второй охлаждающей среды, причем эти камеры установлены с возможностью вращения и соединены между собой отверстиями в стенке форкамеры.

Наличие отличительных от прототипа признаков в заявляемых способе и устройстве свидетельствуют об их соответствии критерию изобретения "новизна".

Перемешивание охлаждающей среды путем перемещения полузамкнутых емкостей ударным заполнением их исходным газом и последующим сбросом из них газа в расширительную камеру, в корпусе пульсационного аппарата размещены сообщающиеся между собой форкамера и динамическая камера, а также патрубки подвода к первой и отвода от второй охлаждающей среды, причем эти камеры установлены с возможностью вращения и соединены между собой отверстиями в стенке форкамере.

Перемешивание охлаждающей среды путем перемещения в ней полузамкнутых емкостей ударным заполнением их исходным газом и реактивным усилием, возникающем при последующем сбросе из них газа, повышает теплопередачу от газа в полузамкнутых емкостях охлаждающей среде за счет турбулизации охлаждающей среды поверхностями полузамкнутых емкостей и, как следствие, снижает энтальпию газа и повышает холодильный эффект. Кроме того, на перемешивание охлаждающей среды затрачивается внутренняя энергия (энтальпия) газа за счет этого также повышается холодильный эффект.

Дополнительно коаксиальное размещение в корпусе пульсационного аппарата сообщающихся между собой форкамеры и динамической камеры, а также патрубков для подвода к первой и отвода от второй охлаждающей среды, создает условия для движения охлаждающей среды через пульсационный аппарат, т.е. обуславливает повышение теплопередачи от полузамкнутых емкостей охлаждающей среде и, как следствие, повышение холодильного эффекта.

Установка форкамеры и динамической камеры с возможностью вращения и соединение их между собой отверстиями в стенке форкамере, позволяют привести в движение охлаждающую среду полузамкнутыми емкостями путем перемещения последних ударным заполнением исходным газом, подаваемым из сопел газораспределительного устройства и последующим сбросом газа в расширительную камеру, как следствие, увеличить теплоотдачу от полузамкнутых емкостей охлаждающей среде, снизить энтальпию газа в полузамкнутых емкостях и при сбросе его в расширительную камеру повысить холодильный эффект.

Так как в известных решениях не найдено, чтобы в пульсационном аппарате добивались повышения эффективности охлаждения газа за счет перемешивания охлаждающей среды путем перемещения в ней полузамкнутых емкостей ударным заполнением их исходным газом и последующим сбросом из них газа делается вывод о новизне заявляемых признаков.

Снабжение пульсационного аппарата, содержащего корпус с подводящим исходный газ и отводящим охлажденный газ патрубками, полузамкнутые емкости, газораспределительное устройство с соплами, расширительную камеру, коаксиально размещенные сообщающиеся между собой форкамера и динамическая камера с возможностью вращения, позволило повысить теплопередачу от полузамкнутых емкостей окружающей среде, снизить энтальпию газа и повысить холодильный эффект. Например, предложенное техническое решение позволяет снизить температуру выходящего потока из пульсационного аппарата дополнительно на 54 К (до 257 К вместо 303 К).

Таким образом, получение нового положительного эффекта в результату снабжения аппарата новыми существенными признаками обуславливает соответствие изобретения критерию "изобретательский уровень".

Способ охлаждения газа реализуется в пульсационном аппарате, фронтальный разрез которого представлен на фиг.1, разрез в плане на фиг.2.

Способ охлаждения газа в пульсационном аппарате осуществляется следующим образом. Исходный природный газ с давлением 12,0 МПа и температурой 303 К подают по зазору в газораспределительное устройство со скоростью порядка 300 м/с, ударно заполняя полузамкнутые емкости. При этом газ внутри емкостей нагревается до температуры 608 К. Тепло, выделившееся через стенки полузамкнутых емкостей, передается жидкой охлаждающей среде, например диэтиленгликолю, поступившей в форкамеру и динамическую камеру и имеющей на входе в аппарат температуру 303 К. Под действием ударного заполнения полузамкнутых емкостей динамическая камера поворачивается вокруг своей оси, что приводит в движение охлаждающую среду, которая перемешивается и интенсивно отбирает тепло от полузамкнутых емкостей и отводится. Энтальпия газа снижается. При повороте динамической камеры газ сбрасывается в расширительную камеру, где газ расширяется, охлаждается до температуры 257 К и отводится.

Пульсационный аппарат для охлаждения газа содержит корпус 1 (фиг.1,2) с подводящим исходный газ и отводящим охлажденный газ патрубками 2 и 3, полузамкнутые емкости 4, а также установленное между корпусом 1 и стенкой динамической камеры 10 газораспределительное устройство 5 с соплами 6 для подачи исходного газа в полузамкнутые емкости 4, расширительную камеру 7, коаксиально размещенные в корпусе 1 сообщающимися между собой через отверстия 8 форкамера 9 и динамическая камера 10, а также патрубки 11 и 12 для подвода к форкамере 9 и отвода от динамической камеры 10 охлаждающей среды, причем эти камеры 9 и 10 соединены между собой отверстиями в стенке форкамеры.

Способ охлаждения газа в пульсационном аппарате (фиг.1,2) осуществляется следующим образом. Исходный природный газ с давлением 12,0 МПа и температурой 303 К через патрубок 2 по зазору 15 подают в сопла 6 газораспределительного устройства 5. Истекая из сопел 6 со скоростью порядка 300 м/с, исходный газ ударно заполняют полузамкнутые емкости 4. При ударном заполнении газ внутри емкости нагревается до температуры 608 К. Выделившееся тепло через стенку полузамкнутой емкости передается жидкой охлаждающей среде (диэтиленгликолю), которая поступает через патрубок 11, форкамеру 9 и отверстия 8 в динамическую камеру 10. Охлаждающая среда имеет на входе в пульсационный аппарат температуру 303 К. Под действием заполнения полузамкнутых емкостей 4 поворачивается динамическая камера 10 вокруг своей оси, приводя в движение охлаждающую среду полузамкнутыми емкостями 4. В движении охлаждающая среда турбулизуется и интенсивно отбирает тепло от полузамкнутых емкостей 4. Энтальпия газа в полузамкнутых емкостях 4 при этом снижается. При повороте динамической камеры 10 открытый конец полузамкнутой емкости 4 достигает расширительной камеры 7. Газ из полузамкнутой емкости 4 сбрасывается в расширительную камеру 7 до давления 4,0 МПа. При сбросе газа возникает реактивное усилие, вращающее динамическую камеру 10 с полузамкнутыми емкостями 4. В камере 7, расширяясь, газ охлаждается до температуры 257 К и покидает пульсационный аппарат через патрубок 3. Охлаждающая среда покидает динамическую камеру 10 через патрубок 12.

В связи с тем, что дополнительно в корпусе 1 пульсационного аппарата коаксиально размещены сообщающиеся между собой форкамера 9 и динамическая камера 10, а также патрубки 11 и 12 подвода к первой и отвода от второй охлаждающей среды, причем эти камеры 9 и 10 установлены с возможностью вращения и соединены между собой отверстиями в стенке форкамеры, а также в связи с тем, что охлаждающую среду приводят в движение путем перемещения в ней полузамкнутых емкостей 4 ударным заполнением их исходным газом и последующим сбросом из них газа достигается более низкая температура газа 257 К, чем температура охлаждения газа 272 К по прототипу в аналогичных условиях.