Система подготовки и использования сжиженного газа

 

Использование: в холодильной технике, а также в системах подготовки и использования сжиженного газа с одновременным получением тепла и холода. Сущность изобретения: используют в качестве аккумулятора холода гидратные пробки сжиженного газа, образующиеся в магистралях за дроссельным устройством, блок температурного регулирования выполнен с возможностью осуществить циклический режим работы холодильной установки с саморегулированием рабочего процесса, поддерживать и регулировать уровень термостатирования в камере, снижая при этом количество расходуемого хладагента. 1 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, холодильным установкам, а также может быть использовано в системах подготовки и использования сниженного газа с одновременным получением тепла и холода.

Известна газовая плита холодильник (по журналу "Вестник" МГТУ им. Н.Э. Баумана, Сер. Машиностроение, 1993, N 3, с. 106), содержащая баллон со сниженным газом, регулятор расхода, фильтр-осушитель, регенеративный теплообменник, регулятор давления, дроссельно-гидратный блок, испаритель, газовую горелку, блок температурного регулирования с аккумулятором холода. Указанная холодильная установка не предусматривает циклического процесса (включения-отключения рабочего процесса), что позволяло бы осуществлять требуемого регулирование и поддержания температуры в холодной камере и уменьшить расход сниженного газа.

В то же время в известном устройстве для охлаждения в перерывах между подачами газа применяется аккумулятор холода в виде электрической плиты, плоской емкости с раствором этиленгликоля, что позволяет сохранить температуру в холодильнике ниже 8 градусов в течении 15 ч.

Известно также использование в качестве аккумуляторов холода в контурах охлаждения газовых гидратов. Однако известное устройство имеет иное назначение и не может быть использовано для решения задачи регулирования температуры в холодильной камере.

Известные (приведенные выше) системы, предусматривающие элементы, позволяющие предотвратить процесс гидратообразования или успешно осуществлять процесс выделения гидратов, полезно их не используют, например, для регулирования и поддержания температуры в камере холодильной установки.

Техническим результатом, является повышение экономичности, осуществление возможности регулирования и поддержание температуры термостатирования в заданных пределах в камере холодильной установки, использующей в качестве хладагента сжиженный газ (например, пропан-бутановую смесь) и работающей по разомкнутому циклу путем циклического включения-отключения источника хладоснабжения сжиженного газа, находящегося в баллоне.

Это достигается за счет процесса газового гидратообразования (образования гидратных пробок в магистралях установки), используемого в качестве регулирующего элемента для остановки или подачи газа в магистрали холодильной установки.

На чертеже представлена принципиальная схема заявленной безмашинной холодильной установки, работающего по разомкнутому циклу, в которой осуществляется процесс саморегулирования и поддержания температуры термостатирования в камере холодильной установки с использованием процесса гидратообразования, включающей последовательно соединенные посредством трубопроводов баллон со сжиженным газом 1, запорный вентиль 2, фитиль-осушитель 3, регенеративный теплообменник 4, дроссельно-гидратный блок 5, блок температурного регулирования 6, разнотемпературные испарители 7, 8, 9, аккумулятор холода 10, регулятор давления 11. При этом выход испарителя 9 подключен к горелке 12 через обратный поток теплообменника 4, а выход дроссельно-гидратного блока соединен со входом блока температурного регулирования и выхода которого подключен ко входу испарителя. Установка состоит из контуров охлаждения морозильной 13 и холодильной 14 камер.

Система работает следующим образом.

Работа контура морозильной камеры. Сжиженный газ, например пропан-бутановая смесь, из баллона 1 через вентиль 2 поступает в фильтр-осушитель 3, где происходит его предварительная очистка от паров воды и механических примесей, и затем в дроссельно-гидратный блок 5. Сдросселированный и охлажденный газ, содержащий выделенные из потока гидраты, последовательно проходит блок температурного регулирования 6 и низкотемпературный испаритель морозильной камеры 7. Подогретый в низкотемпературном испарителе газ направляется в контур охлаждения холодильной камеры 14.

Работа контура холодильной камеры. Сжиженный газ из баллона 1 через вентиль 2 поступает в регенеративный теплообменник 4, где подохлаждается обратным потоком газа, последовательно поступает в фильтр-осушитель 3, дроссельно-гидратный блок 5 (после которого происходит образование газовых гидратов), блок температурного регулирования 6, (позволяющего регулировать температуру участка магистрали, где образуется гидратная пробка, способом подвода тепла, например, из окружающей среды). Затем потоки газа морозильного 13 и холодильного 14 контуров соединяются и поступают в верхний испаритель 8 холодильной камеры. Последовательно поступая через аккумулятор холода 10, нижний испаритель 9, газ через обратную магистраль регенеративного теплообменника 4 проходит регулятор давления 11, где осуществляется регулирование давления газа в обратном потоке, поступает в горелку 12 на дожигание. Сущность саморегулирования рабочим процессом в холодильной установке с использованием явления гидратообразования заключается в следующем: в процессе работы контуров холодильной и морозильной камер совместно (или раздельно) с течением времени после дроссельного устройства 5 в магистрали происходит выделение газовых гидратов тяжелых углеводородов сжиженного газа с образованием гидратной пробки, которая закупоривает участок магистрали, где располагается блок температурного регулирования 6. Обеспечивая для определенного состава смеси сниженного газа соответствующий температурный уровень на участке образования гидратной пробки (путем подвода тепла), а также определенный уровень давления в обратном потоке газа (на участке от дроссельного устройства до регулятора давления) регулятора давления 11, с течением времени создаются условия для саморазрушения гидратной пробки, что приводит к последующему самозапуску рабочего процесса в холодильной установке. Описанный процесс осуществляется в циклическом режиме, состоящем из двух этапов: этапа захолаживания с образованием в течении времени гидратной пробки; этапа отепления установки, в течении которого за счет подводимого тепла (например, из окружающей среды) разрушается гидратная пробка, что приводит к последующему самозапуску рабочего процесса холодильной установки. Далее цикл повторяется.

Заявленное устройство позволяет осуществлять циклическую работу холодильной установки (включение-отключение рабочего цикла), получать и поддерживать различный температурный уровень термостатирования холодильной и морозильной камер, а также уменьшить расход сжиженного газа (как источника хладоснабжения) на этапах оттепления.

В результате проведенных испытаний холодильной установки по выше приведенной принципиальной схеме были получены следующие результаты: температура термостатирования холодильной камеры поддерживалась и регулировалась на уровне от 1,5 до + 9 градусов. Самозапуск рабочего процесса осуществлялся с подводом тепла через блок температурного регулирования с температурой на уровне от + 5 до + 9,5 градусов. Уровень давления обратного потока составил 0,001 0,012 МПа. Источником хладоснабжения является сниженная пропан-бутановая смесь следующего состава: C₃H₈ 29,8% C₃H₆ 58,6% изо-C₄H₁₀ 6,5% н-C₄H₁₀ 5,2% Циклический режим работы холодильной установки, в которой работали контур холодильной и морозильной камер совместно, составил: 1-ый этап захолаживания длился 3,42 ч, этап отепления 1,97 ч, 2-ой этап захолаживания 0,55 ч, этап отепления 3,26 ч. Циклический режим работы холодильной установки наблюдался и далее. Количество сэкономленного сжиженного газа составило за 2 этапа около 1,6 кг.

Формула изобретения

Система подготовки и использования сжиженного газа, например, на пропанбутановой смеси, включающая холодильную установку, содержащую соединенные последовательно посредством трубопроводов баллон сжиженного газа, регулятор расхода, фильтр-осушитель, теплообменник-регенератор, регулятор давления, дроссельно-гидратный блок, испаритель, газовую горелку и блок температурного регулирования с аккумулятором холода, отличающаяся тем, что в качестве аккумулятора холода использованы образующиеся за дроссельным устройством гидратные пробки сжиженного газа, блок температурного регулирования и дроссельно-гидратный блок выполнены с возможностью циклического саморегулирования рабочего процесса холодильной установки, при этом вход блока температурного регулирования соединен с выходом дроссельно-гидратного блока, а выход с входом в испаритель.

РИСУНКИ

Рисунок 1