Установка для сжижения газа
Установка для сжижения газа относится к холодильной и криогенной технике и предназначена для сжижения испарившихся составляющих, например топлив в энергетических установках наземного базирования и транспортных средств. Установка для сжижения газа содержит теплообменник, выполненный в виде криогенного сосуда, заключенного в теплоизоляцию и кожух, жидкостный объем которого сообщен с трубопроводами подачи жидкого криогенного хладоагента и сжижаемого газа. Трубопровод подачи сжижаемого газа имеет коллектор и соединенные с ним капиллярные каналы, расположенные во внутреннем объеме в нижней части криогенного сосуда для выхода сжижаемого газа в жидкий криогенный хладоагент. Коллектор расположен на внешней поверхности криогенного сосуда в теплоизоляции, не касается внутренней стенки кожуха и соединен через отверстия в стенках криогенного сосуда с капиллярными каналами, выступающими над поверхностью внутренней стенки криогенного сосуда. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса сжижения. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.
Установка для сжижения газа относится к холодильной и криогенной технике и предназначена для сжижения испарившихся составляющих, например топлив в энергетических установках наземного базирования и транспортных средств.
Известны абсорбирующие холодильные циклы, заключающиеся в сжатии и охлаждении газа в бесконтактном теплообменнике, с его последующим дросселированием (рис. 1.30, стр. 48. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. Под общей редакцией И.А. Сакуна. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987).
Недостатками данной установки для сжижения газа являются сложность осуществления из-за наличия насосов, компрессоров, имеющих малый ресурс эксплуатации, а также низкая экономичность из-за больших затрат энергии и использования бесконтактных теплообменников, что ухудшает теплопередачу между теплоносителями.
Известна установка для охлаждения газа с помощью жидкого теплоносителя в бесконтактном теплообменнике (рис. 4.16, стр. 358. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. Под общей редакцией И.А. Сакуна. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987).
Недостаток данной установки в том, что низка его экономичность, т.к. теплопередача идет через стенку теплообменника, что снижает ее эффективность.
Известна установка для сжижения газа (патент FR 2107946, F25D 3/00, опубл. 1972), содержащая теплообменник, выполненный в виде криогенного сосуда с коллектором, размещенным в его нижней части жидкостного объема, с коллектором соединен трубопровод подвода сжижаемого газа с отсечным клапаном и регулятором давления, а с нижней частью криогенного сосуда соединены трубопроводы подвода жидкого хладоагента и отвода сжиженного газа, паровая полость криогенного сосуда соединена с трубопроводом отвода паров хладоагента, в котором установлен регулятор расхода.
Недостатки этой установки заключаются в том, что большая часть паров сжижаемого газа поступает в газовую полость рабочей емкости, где эффективность процесса сжижения низкая, при этом пары сжижаемого газа вместе с парами жидкого хладоагента попадают в систему дренажа.
Задачи изобретения: повышение эффективности процесса сжижения газа и улучшение экономичности.
Поставленные задачи в установке для сжижения газа, содержащей теплообменник, выполненный в виде криогенного сосуда, заключенной в теплоизоляцию и кожух, жидкостный объем которого сообщен с трубопроводами подачи жидкого криогенного хладоагента и сжижаемого газа, причем трубопровод подачи сжижаемого газа соединен с коллектором и соединенными с ним капиллярными каналами, расположенными во внутреннем объеме в нижней части криогенного сосуда для выхода сжижаемого газа в жидкий криогенный хладоагент, решаются тем, что коллектор расположен на внешней поверхности криогенного сосуда в теплоизоляции, он не касается внутренней стенки кожуха и соединен через отверстия в стенках криогенного сосуда с капиллярными каналами, выступающими над поверхностью внутренней стенки криогенного сосуда, и тем, что в жидкостном объеме криогенного сосуда над выходами по вертикали из капиллярных каналов установлены повернутые под острым углом к горизонтальной плоскости направляющие поверхности для пузырьков сжижаемого газа, и тем, что направляющие поверхности для пузырьков сжижаемого газа выполнены в виде конусов, при этом конусы расположены один над другим, повернуты вершинами навстречу друг другу, при этом нижний конус усечен и имеет центральное отверстие, и тем, что направляющие поверхности для пузырьков сжижаемого газа выполнены в виде конусов, при этом конусы расположены один над другим, повернуты вершинами в противоположные стороны друг от друга, при этом верхний конус усечен и имеет центральное отверстие, и тем, что на нижней плоскости направляющей поверхности для пузырьков сжижаемого газа выполнены пазы в виде спирали по окружности конуса для передвижения пузырьков сжижаемого газа, и тем, что на нижней плоскости направляющей поверхности для пузырьков сжижаемого газа выполнены криволинейные пазы для передвижения пузырьков сжижаемого газа, а также тем, что направляющие поверхности для пузырьков сжижаемого газа выполнены в виде пары соседних конусов, при этом конус, вершина которого направлена вниз, имеет диаметр основания меньше диаметра основания конуса направляющей поверхности для пузырьков сжижаемого газа, у которого усеченная вершина конуса направлена вверх, и тем, что число конусов составляет 2-10.
В известных технических решениях признаков, сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не обнаружено, следовательно, это решение обладает существенными отличиями. Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «новизна». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в холодильной и криогенной технике и предназначено для сжижения испарившихся составляющих, например топлив в энергетических установках наземного базирования и транспортных средств, поэтому оно соответствует условию «промышленная применимость».
Изобретение поясняется следующими схемами.
На фиг. 1 – схема установки для сжижения газа.
На фиг. 2 – схема направляющих поверхностей для пузырьков сжижаемого газа в жидкостном объеме криогенного сосуда в виде двух конусов, вершины которых направлены одна к другой.
На фиг. 3 – схема направляющих поверхностей для пузырьков сжижаемого газа в жидкостном объеме криогенного сосуда в виде двух конусов, вершины которых направлены в противоположные стороны.
На фиг. 4 – схема направляющей поверхности для пузырьков сжижаемого газа в виде конуса, на нижней плоскости которого расположены пазы в виде спирали по окружности конуса для передвижения пузырьков сжижаемого газа.
На фиг. 5 – схема направляющей поверхности для пузырьков сжижаемого газа, на нижней плоскости которой выполнены криволинейные пазы для передвижения пузырьков сжижаемого газа.
На фиг. 1 установка для сжижения газа содержит емкость хранилище 1 криогенного хладоагента, соединенная через заправочный клапан 2 с трубопроводом 3 для ее заправки. Газовая подушка емкости хранилища 1 для ее наддува соединена через клапан 4 с трубопроводом 5. Установка для сжижения газа также содержит трубопровод 6, соединенный с выходом клапана 2, емкостью хранилищем 1 и последовательно через клапан 7 и дроссель 8 с криогенным сосудом 9 с теплоизоляцией, например экранно-вакуумной, и наружным кожухом 27, клапаном слива 10 и датчиком давления 11, установленным в нижней части криогенного сосуда 9 и соединенным с блоком управления 12. Установка для сжижения газа содержит трубопровод 13 подачи сжижаемого газа, соединенный последовательно через регулятор давления 14 и отсечной клапан 15 с коллектором 16, расположенным на внешней поверхности криогенного сосуда 9 в теплоизоляции, при этом он не касается внутренней стенки кожуха 27 и соединен через отверстия в стенках криогенного сосуда 9 с капиллярными каналами 25, выступающими над поверхностью внутренних стенок криогенного сосуда 9. В жидкостном объеме криогенного сосуда 9 над выходами по вертикали из капиллярных каналов 25 установлены направляющие поверхности 26 для пузырьков сжижаемого газа. Блок управления 12 соединен с регулятором давления 14 и отсечным клапаном 15. Установка для сжижения газа содержит датчик 17 уровня жидкости в криогенном сосуде 9, соединенный через блок управления 18 с клапаном 7, дросселем 8 и клапаном дренажа 19 из криогенного сосуда 9. Газовая полость криогенного сосуда 9 через клапан дренажа 19 и обратный клапан 20 соединена с системой утилизации паров хладоагента через дренажный трубопровод 21, а также с предохранительным клапаном 23 и газоанализатором 22, который соединен с блоком управления 12 и с блоком управления 18. В трубопроводе 13 подачи сжижаемого газа установлен датчик температуры 24 сжижаемого газа, который соединен с блоком управления 12.
На фиг. 2 – схема направляющих поверхностей для пузырьков 30 сжижаемого газа, которые выполнены в виде конусов 28 и 29, при этом конусы расположены один над другим, повернуты вершинами навстречу друг другу и нижний конус 29 усечен и имеет центральное отверстие, при этом конус 29 по окружности основания расположен таким образом над выходами из капиллярных каналов 25 в криогенном сосуде 9, что захватывает на свою внутреннюю направляющую поверхность пузырьки сжижаемого газа, выходящие из капиллярных каналов 25.
На фиг. 3 схема направляющих поверхностей для пузырьков 30 сжижаемого газа выполнена в виде конусов 31 и 32, при этом конусы расположены один над другим, повернуты вершинами в противоположные стороны друг от друга и верхний конус 31 усечен и имеет центральное отверстие, при этом конус 32 расположен таким образом над выходами из капиллярных каналов 25 в криогенном сосуде 9, что захватывает около своей вершины на свою нижнюю направляющую поверхность пузырьки сжижаемого газа, выходящие из капиллярных каналов 25.
На фиг. 4 – схема направляющей поверхности 33 для пузырьков 30 сжижаемого газа, на нижней плоскости которой выполнены канавки 34 в виде спирали по окружности конуса для передвижения пузырьков 30 сжижаемого газа.
На фиг. 5 – схема направляющей поверхности 26 для пузырьков 30 сжижаемого газа, на нижней плоскости которой выполнены криволинейные пазы 35 для передвижения пузырьков 30 сжижаемого газа.
Установка для сжижения газа по п. 1 формулы (фиг. 1) работает следующим образом. Открывают заправочный клапан 2 и через трубопровод 3 выполняют заправку емкости хранилища 1 криогенным хладоагентом, например жидким азотом, после этого закрывают заправочный клапан 2. Из емкости хранилища 1 криогенный хладоагент, например жидкий азот, путем передавливания с помощью наддува емкости хранилища 1 через клапан 4 и трубопровод 5 от внешнего источника газа высокого давления заливают через клапан 7 и дроссель 8 в криогенный сосуд 9, заключенной в теплоизоляцию и кожух 27, до контрольного уровня измеряемого датчиком 17, при этом пары криогенного хладоагента из криогенного сосуда 9 выходят в утилизатор через клапан 19, обратный клапан 20 и дренажный трубопровод 21 в систему утилизации. После этого открывают отсечной клапан 15 подачи сжижаемого газа, например метана, из трубопровода 13 через регулятор давления 14. С выхода отсечного клапана 15 сжижаемый газ поступает в коллектор 16, откуда через отверстия в стенках криогенного сосуда 9 попадает через капиллярные каналы 25 (фиг. 1), выступающие над внутренней поверхностью стенок криогенного сосуда 9, в нижние слои хладоагента, например жидкого азота. За счет теплопритока через кожух 27, теплоизоляцию и стенки криогенного сосуда 9 происходит парообразование на внутренней поверхности стенок криогенного сосуда 9. Из-за того что капиллярные каналы 25 (фиг. 1) выступают над внутренней поверхностью стенок криогенного сосуда 9, пузырьки сжижаемого газа не смешиваются с парами криогенного хладоагента, образующимися по всей внутренней поверхности стенок криогенного сосуда 9. Пузырьки сжижаемого газа, например метана, под действием сил Архимеда поднимаются вверх через слои криогенного хладоагента, например жидкого азота, они охлаждаются и конденсируются, образуя жидкую фазу сжижаемого газа, например метана. На внешней поверхности капиллярных каналов 25 практически не образуются пузырьки пара криогенного хладоагента. Из-за малой толщины стенок капиллярных каналов 25 теплопередача через них осуществляется более интенсивно. Образовавшиеся пары криогенного хладоагента, например азота, заполняют газовую полость криогенного сосуда 9 над зеркалом холодной жидкости, а излишки паров криогенного хладоагента, например азота, через клапан 19, обратный клапан 20 и дренажный трубопровод 21 поступают в утилизатор паров криогенного хладоагента, например азота. При однорядном расположении капиллярных каналов 25 на коллекторе 16 траектории движения вверх пузырьков сжижаемого газа, выходящих из них, не совпадают. При многорядном расположении капиллярных каналов 25 на коллекторе 16 (фиг. 1) траектории движения вверх пузырьков сжижаемого газа, выходящих из них, также не совпадают, например из-за разной длины капиллярных каналов 25. Полученная жидкая фаза сжижаемого газа, например метана, переохлаждена, т.к. его температура испарения значительно выше температуры испарения криогенного хладоагента, например жидкого азота. Поэтому в газовой полости над зеркалом криогенного хладоагента или его смеси с жидкой фазой сжижаемого газа в криогенном сосуде 9 в процессе работы находятся только пары криогенного хладоагента, например азота. При использовании в качестве криогенного хладоагента жидкого азота, а в качестве сжижаемого газа метана получают полное сжижение газообразного метана и постепенное замещение жидким метаном жидкого азота в криогенном сосуде 9. Датчиком температуры 24 (фиг. 1) измеряют температуру сжижаемого газа в трубопроводе 13 (фиг. 1) и сравнивают ее с контрольным значением в блоке управления 12. При ее увеличении блок управления 12 дает команду на регулятор давления 14 для уменьшения расхода сжижаемого газа через капиллярные каналы 25. Процесс сжижения завершают по падению давления газа над зеркалом жидкости, т.к. давление насыщенных паров переохлажденного метана значительно ниже давления насыщенных паров азота. Это падение давления говорит о том, что в криогенном сосуде 9 находится в жидкой фазе метан, а в газовой полости криогенного сосуда 9 началось замещение паров азота на пары метана. Завершение процесса сжижения газа, например метана, контролируют газоанализатором 22, при этом его измерения содержания паров сжижаемого газа в газовой полости криогенного сосуда 9 поступают в блок управления 12 и блок управления 18. При повышении процентного содержания метана в газовой полости криогенного сосуда 9, например выше 50%, блок управления 18 выдает команду на закрытие клапана 7 и дренажного клапана 19, а блок управления 12 – на закрытие отсечного клапана 15. Жидкую фазу сжижаемого газа, например жидкий метан, направляют к потребителю через клапан слива 10 и далее процесс сжижения повторяют. При возрастании давления в газовой полости в криогенном сосуде 9 выше рабочего значения открывают предохранительный клапан 23. В связи с тем что плотность смеси криогенного хладоагента и жидкой фазы сжижаемого газа в криогенном сосуде 9 будет изменяться в процессе работы, то для поддержания необходимого расхода сжижаемого газа измеряют датчиком 11 давление смеси криогенного хладоагента и жидкой фазы сжижаемого газа в нижней части криогенного сосуда 9, полученное значение сравнивают с контрольным значением в блоке управления 12 и управляют регулятором давления 14 подачи сжижаемого газа. Для криогенного хладоагента, например жидкого азота, и для сжижаемого газа, например метана, при увеличении доли его жидкой фазы в смеси криогенного хладоагента и жидкой фазы сжижаемого газа давление в нижней части криогенного сосуда 9 уменьшается за счет меньшей плотности жидкой фазы метана. Это уменьшает сопротивление на выходе пузырьков сжижаемого газа из коллектора 16, что может привести к увеличению расхода сжижаемого газа через него. Поэтому блок управления 12 выдает команду на регулятор давления 14 для поддержания необходимого расхода сжижаемого газа через коллектор 16. Поддержание необходимого расхода сжижаемого газа позволяет полностью сжижать сжижаемый газ в процессе движения пузырьков сжижаемого газа вверх через слои криогенного хладоагента в криогенном сосуде 9. Для поддержания постоянного уровня криогенного хладоагента и в процессе работы смеси криогенного хладоагента и жидкой фазы сжижаемого газа в криогенном сосуде 9 в нем измеряют уровень датчиком 17 и, если уровень снизился, что происходит из-за быстрого испарения криогенного хладоагента, например жидкого азота, и высокой температуры сжижаемого газа на входе в коллектор 16, то блок управления 18 подает команду на открытие клапана 7 и дросселя 8. При достижении требуемого уровня клапан 7 и дроссель 8 закрывают. Поддержание постоянного уровня жидкой фазы смеси криогенного хладоагента и жидкой фазы сжижаемого газа в криогенном сосуде 9 позволяет повысить безопасность сжижения газа, т.к. газовая полость криогенного сосуда 9 остается постоянного объема, при этом жидкая фаза смеси криогенного хладоагента и жидкой фазы сжижаемого газа не попадут в дренажный клапан 19 и в дренажный трубопровод 21 утилизации паров криогенного хладоагента, а также обеспечит полное сжижение сжижаемого газа за счет постоянной высоты столба смеси жидкой фазы криогенного хладоагента и жидкой фазы сжижаемого газа. Использование контактного охлаждения путем пропускания пузырьком сжижаемого газа через криогенный хладоагент снижает потери теплоты по сравнению с бесконтактным способом охлаждения, а значит снижает расход криогенного хладоагента на сжижение сжижаемого газа. Использование капиллярных каналов 25 для подачи сжижаемого газа в нижние слои криогенного хладоагента в криогенном сосуде 9 позволяет повысить эффективность сжижения газа, т.к. его пары не смешиваются с пузырьками криогенного хладоагента, и соответственно уменьшается доля паров сжижаемого газа, которая достигает газовой полости криогенного сосуда 9. Из-за не совпадения траекторий движения пузырьков, выходящих из разных капиллярных каналов 25, выступающих над поверхностью внутренней стенки криогенного сосуда 9, не образуются крупные пузыри сжижаемого газа, что снижает вероятность их достижения газовой полости криогенного сосуда 9.
Установка для сжижения газа по п. 2 формулы (фиг. 1) работает следующим образом. В жидкостном объеме криогенного сосуда 9 над выходами по вертикали из капиллярных каналов 25 установлены повернутые под острым углом к горизонтальной плоскости направляющие поверхности 26 для пузырьков сжижаемого газа. Направляющие поверхности 26 изменяют траекторию движения пузырьков сжижаемого газа и этим увеличивают расстояние их передвижения и время пребывания в жидкостном объеме криогенного хладоагента. Увеличение времени пребывания пузырьков сжижаемого газа в жидкой фазе криогенного хладоагента увеличивает время на теплообмен между ними и гарантирует полное сжижение газа. Из-за увеличения расстояния движения пузырьков сжижаемого газа по направляющим поверхностям 26 увеличено время их пребывания в жидкой фазе криогенного хладоагента, что улучшает их сжижение и снижает вероятность достижения их газовой полости криогенного сосуда 9. Из-за установки направляющих поверхностей 26 для пузырьков сжижаемого газа снижены вертикальные габариты криогенного сосуда 9 и повышена эффективность сжижения газа.
Установка для сжижения газа по п. 3 формулы (фиг. 2) работает следующим образом. Пузырьки 30 сжижаемого газа выходят из капиллярных каналов 25 и под действием сил Архимеда поднимаются вверх до нижней плоскости направляющей поверхности конуса 29 с вершиной, направленной вверх для пузырьков 30 сжижаемого газа. По нижней внутренней плоскости конусной направляющей поверхности 29 пузырьки 30 сжижаемого газа движутся к отверстию в его центральной части и выходят через него и далее поднимаются к вершине конуса на нижней плоскости конусной направляющей поверхности 28 с вершиной, повернутой вниз. При движении пузырьков 30 вдоль конусной направляющей поверхности 28 они конденсируются. При высокой температуре сжижаемого газа на входе в капиллярные каналы 25 над двумя конусами 28 и 29 устанавливают дополнительные конуса направляющих поверхностей, аналогичные конусам 28 и 29. Из-за увеличения расстояния движения пузырьков сжижаемого газа в жидкой фазе криогенного хладоагента увеличено время их движения, что увеличивает эффективность их сжижения.
Установка для сжижения газа по п. 4 формулы (фиг. 3) работает следующим образом. Пузырьки 30 сжижаемого газа выходят из капиллярных каналов 25 и под действием сил Архимеда поднимаются вверх до вершины на нижней плоскости направляющей поверхности конуса 32 с вершиной, направленной вниз. По нижней плоскости конусной направляющей поверхности 32 пузырьки 30 сжижаемого газа движутся от вершины к краю основания конуса 32 и далее поднимаются к краю основания нижней внутренней плоскости конусной направляющей поверхности 31 с вершиной, повернутой вверх. При движении пузырьков 30 вдоль конусной направляющей поверхности 31 они конденсируются. Если часть пузырьков 30 не успела сконденсироваться, то они выходят через центральное отверстие конуса 31. Это возможно при высокой температуре сжижаемого газа на входе в капиллярные каналы 25, поэтому над двумя конусами 31 и 32 устанавливают дополнительные конуса направляющих поверхностей, аналогичные конусам 31 и 32, что обеспечивает полную конденсацию пузырьков 30 сжижаемого газа. Из-за увеличения расстояния движения пузырьков сжижаемого газа в жидкой фазе криогенного хладоагента увеличено время их движения, что увеличивает эффективность их сжижения.
Установка для сжижения газа по п. 5 формулы (фиг. 4) работает следующим образом. Для увеличения времени движения пузырьков 30 сжижаемого газа в жидкой фазе криогенного хладоагента на нижней плоскости направляющей поверхности в виде конуса 33 для пузырьков 30 сжижаемого газа выполнены пазы 34 в виде спирали по окружности конуса 33 для передвижения пузырьков 30 сжижаемого газа от вершины конуса 33 к максимальной окружности в его основании. За счет увеличения расстояния движения пузырьков сжижаемого газа в жидкой фазе криогенного хладоагента увеличено время их движения, что увеличивает эффективность их сжижения.
Установка для сжижения газа по п. 6 формулы (фиг. 5) работает следующим образом. Для увеличения времени движения пузырьков 30 сжижаемого газа в жидкой фазе криогенного хладоагента на нижней плоскости направляющей поверхности 26 для пузырьков сжижаемого газа 30 выполнены криволинейные пазы 35 для передвижения пузырьков 30 сжижаемого газа. Из-за увеличения расстояния движения пузырьков сжижаемого газа в жидкой фазе криогенного хладоагента увеличено время их движения, что увеличивает эффективность их сжижения.
Установка для сжижения газа по п. 7 формулы (фиг. 2 и фиг. 3) работает следующим образом. Направляющие поверхности для пузырьков сжижаемого газа в виде пары соседних конусов 28 и 29 (рис. 2) или 31 и 32 (рис. 3), при этом вершины конуса 28 (рис. 2) или 32 (рис. 3) которых направлены вниз, имеют диаметр основания меньше диаметра основания конусов 29 (рис. 2) или 31 (рис. 3) направляющей поверхности для пузырьков 30 сжижаемого газа, у которого усеченная вершина конуса 29 (рис. 2) или 31 (рис. 3) направлена вверх. Из-за разных диаметров оснований парных конусов пузырьки 30 сжижаемого газа движутся соответственно по направляющим поверхностям конусов 29 и 28 (рис. 2) или 32 и 31 (рис. 3), сжижаются и не попадают в газовую полость криогенного сосуда 9.
Установка для сжижения газа по п. 8 формулы (фиг. 2 и фиг. 3) работает следующим образом. При движении пузырьков 30 (фиг. 2) вдоль конусной направляющей поверхности 28 они конденсируются. При высокой температуре сжижаемого газа на входе в капиллярные каналы 25 над двумя конусами 28 и 29 устанавливают дополнительные конусы в количестве 2-10 направляющих поверхностей, аналогичные конусам 28 и 29 (фиг. 2). При движении пузырьков 30 вдоль конусной направляющей поверхности 31 (фиг. 3) они конденсируются. Если часть пузырьков 30 не успела сконденсироваться, то они выходят через центральное отверстие конуса 31. Это возможно при высокой температуре сжижаемого газа на входе в капиллярные каналы 25, поэтому над двумя конусами 31 и 32 (фиг. 3) устанавливают дополнительные конусы в количестве 2-10 направляющих поверхностей, аналогичные конусам 31 и 32, что обеспечивает полную конденсацию пузырьков 30 сжижаемого газа. Число конусов зависит от температуры сжижаемого газа на входе в коллектор 16, чем выше температура, тем больше конусов направляющих поверхностей. Из-за увеличения расстояния движения пузырьков сжижаемого газа по конусам направляющих поверхностей в жидкой фазе криогенного хладоагента увеличено время их движения, что увеличивает эффективность их сжижения.
Из-за того что пузырьки сжижаемого газа непосредственно контактируют с холодной жидкой фазой криогенного хладоагента, повышена эффективность теплопередачи, а также экономичность процесса сжижения газа, т.к. нет потерь при теплопередаче через стенку теплообменника.
Из-за того что пузырьки, выходящие из разных капиллярных каналов, выступающих над поверхностью внутренней стенки криогенного сосуда, не смешиваются между собой, они полностью конденсируются и не достигают газовой полости криогенного сосуда.
Из-за увеличения расстояния движения пузырьков сжижаемого газа по направляющим поверхностям увеличено время их пребывания в жидкой фазе криогенного хладоагента, что улучшает их сжижение и снижает вероятность достижения их газовой полости криогенного сосуда.
Из-за установки направляющих поверхностей для пузырьков сжижаемого газа снижены вертикальные габариты криогенного сосуда и повышена эффективность сжижения газа.
Из-за увеличения расстояния движения пузырьков сжижаемого газа в жидкой фазе криогенного хладоагента увеличено время их движения, что увеличивает эффективность их сжижения.
Из-за разных диаметров оснований парных конусов пузырьки сжижаемого газа движутся соответственно по направляющим поверхностям пар конусов, сжижаются и не попадают в газовую полость криогенного сосуда.
Из-за увеличения расстояния движения пузырьков сжижаемого газа по парам конусов направляющих поверхностей в жидкой фазе криогенного хладоагента увеличено время их движения, что увеличивает эффективность их сжижения.
Таким образом, изобретением усовершенствована установка для сжижения газа контактным методом путем подачи через капиллярные каналы в виде отдельных пузырьков через криогенный хладоагент, с последующим увеличением расстояния их передвижения и увеличения времени их пребывания в жидкой фазе криогенного хладоагента для полной конденсации.
1. Установка для сжижения газа, содержащая теплообменник, выполненный в виде криогенного сосуда, заключенного в теплоизоляцию и кожух, жидкостный объем которого сообщен с трубопроводами подачи жидкого криогенного хладагента и сжижаемого газа, причем трубопровод подачи сжижаемого газа соединен с коллектором и соединенными с ним капиллярными каналами, расположенными во внутреннем объеме в нижней части криогенного сосуда для выхода сжижаемого газа в жидкий криогенный хладагент, отличающаяся тем, что коллектор расположен на внешней поверхности криогенного сосуда в теплоизоляции, он не касается внутренней стенки кожуха и соединен через отверстия в стенках криогенного сосуда с капиллярными каналами, выступающими над поверхностью внутренней стенки криогенного сосуда.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в жидкостном объеме криогенного сосуда над выходами по вертикали из капиллярных каналов установлены повернутые под острым углом к горизонтальной плоскости направляющие поверхности для пузырьков сжижаемого газа.
3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что направляющие поверхности для пузырьков сжижаемого газа выполнены в виде конусов, при этом конусы расположены один над другим, повернуты вершинами навстречу друг другу, при этом нижний конус усечен и имеет центральное отверстие.
4. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что направляющие поверхности для пузырьков сжижаемого газа выполнены в виде конусов, при этом конусы расположены один над другим, повернуты вершинами в противоположные стороны друг от друга, при этом верхний конус усечен и имеет центральное отверстие.
5. Установка п. 3 или 4, отличающаяся тем, что на нижней плоскости направляющей поверхности для пузырьков сжижаемого газа выполнены пазы в виде спирали по окружности конуса для передвижения пузырьков сжижаемого газа.
6. Установка п. 2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что на нижней плоскости направляющей поверхности для пузырьков сжижаемого газа выполнены криволинейные пазы для передвижения пузырьков сжижаемого газа.
7. Установка п. 3, или 4, или 5, отличающаяся тем, что направляющие поверхности для пузырьков сжижаемого газа выполнены в виде пары соседних конусов, при этом конус, вершина которого направлена вниз, имеет диаметр основания меньше диаметра основания конуса направляющей поверхности для пузырьков сжижаемого газа, у которого усеченная вершина конуса направлена вверх.
8. Установка п. 3, или 4, или 5, отличающаяся тем, что число конусов составляет 2-10.
