ВИХРЕВАЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к холодильной технике и может быть использована для безотходной обработки: ожижение газов, термостатирование, а так же, фракционирование природного газа с конденсацией и разделением на фракции: метан, этан, пропан, бутан, изобутан и т.д.
Известна установка для обеспечения объекта теплом и холодом по патент RU №875933. Установка, содержащая воздушный контур, включающий компрессор с концевым холодильником и вихревую трубу, подключенную линией холодного потока к объекту, отличается тем, что, с целью повышения экономичности, установка дополнительно содержит жидкостной контур с насосом, холодильной машиной и теплообменником, размещенным внутри объекта, а вихревая труба снабжена охлаждающей рубашкой, включенной в жидкостной контур между теплообменником и насосом, причем оба контура имеют обводные магистрали, первая из которых подсоединена к воздушному контуру перед вихревой трубой и к линии ее холодного потока, а вторая - к жидкостному контуру до и после рубашки вихревой трубы, при этом обе обводные магистрали снабжены регулирующей арматурой.
Указанная установка является сложной в изготовлении и недостаточно эффективной. Известна установка с применением сложных ожижительных машин детандеров по патенту на изобретение RU 2182290 от 10.05.2002.
В холодильной установке, работающей на газообразном хладагенте, последовательно установлены детандер и холодильная камера. Параллельно детандеру и холодильной камере, а также друг другу установлены вихревая труба, связанная линией горячего потока с холодильной камерой, а линией холодного потока - с выходом из холодильной камеры, редукционное устройство и аварийный клапан.
Недостатком этого устройства является:
- сложность конструкций и высокая стоимость;
- малый ресурс работы;
- повышенные требования к постоянству состава сжижаемого газа, так как. каждая детандерная установка разрабатывается под конкретный состав газа, для конкретного месторождения при перемене которого требуется другая конструкция;
- повышенные требования к точности регулировки детандера при исполнении режима работы;
- повышенные требования к квалификации обслуживающего персонала.
- специальное помещение с фундаментом.
Известна вихревая холодильная установка по патенту на изобретение RU №2382958 от 27.02.2010, выполненная в виде вихревой трубы, которая содержит камеру энергетического разделения с выводом холодного потока и отражатель, установленный напротив вывода холодного потока. Камера энергетического разделения с выводом холодного потока и отражатель установлены с зазором в патрубке, один конец которого наглухо закреплен на камере энергетического разделения.
Недостатком этого устройства является:
- сложность конструкций и высокая стоимость;
- малый ресурс работы;
Задачей полезной модели является создание эффективной и экономичной вихревой термоэлектрической холодильной установки.
Технический результат, получаемый при использовании полезной модели, заключается в обеспечении эффективного энергетического разделения газового потока и, следовательно, интенсификации процесса в камере энергетического разделения с использованием малогабаритных средств.
Вихревая термоэлектрическая холодильная установка выполнена в виде вихревой трубы, содержащей камеру энергетического разделения с выводом холодного потока и выводом горячего потока. Внутри корпуса установки расположено средство отражения основного газового потока, которое также разделяет основной газовый поток на холодный и горячий потоки. Вывод горячего потока соединен с промежуточной емкостью хранения горячего газа. В нижней части корпуса расположен выходной патрубок связанный с промежуточной емкостью хранения сконденсированного сжиженного газа
В нижней части корпуса установлен циклон, выполненный в виде спирали Архимеда В донной части циклона установлен выходной патрубок предназначенный для слива в промежуточную емкость хранения сконденсированного сжиженного газа, которая связана трубопроводом с радиатором, предназначенным для охлаждения горячего спая полупроводниковых термоэлектрических батарей, установленных на наружной поверхности корпуса.
Корпус вихревой трубы выполнен конусным в виде многогранника.
Полупроводниковые термоэлектрические батареей смонтированы на внешней поверхности корпуса таким образом, что позволяют регулировать температуру теплообменной поверхности внутри корпуса, интенсивность тепло отвода охлаждаемого природного газа по его длине. Полупроводниковые термоэлектрические батареи обеспечивают надежное охлаждения, сжижение и фракционирование природного газа с конденсацией на фракции: метан, этан, пропан, бутан, изобутан и т.д.
На фиг.1 представлено схематическое изображение вихревой термоэлектрической холодильной установки, где корпус 1 выполнен в виде конуса, наружная поверхность которого представляет многогранник с одним входным 3 и двумя выходными патрубкам 7 и 10. В Верхняя крышка корпуса оснащена выходным патрубок 10 в котором установлен кольцевой дроссель 25 предназначенный для конденсации выходящего горячего газового потока. Входной, инжекционный патрубкок 3 предназначен для осевого закручивания газового потока. Входное отверстие инжекционного патрубка 3, выполненное по форме параллелограмма, предназначено для увеличения силы трения газового потока по внутренним стенкам циклона 4. Циклон 4 предназначен для приращения механической энергии несконденсированного парогазового потока, а также частичной конденсации газа в циклоне в следствии разряжения. В донной части циклона 4 установлен выходной патрубок 5 предназначенный для слива в промежуточную емкость хранения сконденсированного газа при разряжении. Также в донной части циклона установлен дроссель 7 предназначенный для конденсации осевого холодного газового потока 9. Отражатель 24 предназначен для разделения основного газового потока на холодный 9 и горячий 10 потоки. Циклон 4 выполненный по спирали Архимеда, установлен в нижней части корпуса вихревой термоэлектрической холодильной установки. Циклон 4 снабжен входным патрубком (инжекционной газовой направляющей) 3, по которому подается насосом 2 обрабатываемый газовый поток в установку. Природный газ из скважины или из емкости хранения 22 подаваемый специальным насосом 2 через патрубок 3 попадает в циклонную часть холодильной установки, имеющую по контуру вид спирали. Входное отверстие инжекционного патрубка 3, выполненное по форме параллелограмма, увеличивает силу трения газового потока по внутренним стенкам циклона 4 и корпуса 1. Площадь сечения циклона и корпуса значительно больше площади сечения входного отверстия инжекционного патрубка 3, в следствии чего в циклоне 4 происходит резкое изменение давления газового потока 26, которое в соответствии с законами термодинамики приводит к (изменению температуры газового потока) частичной конденсации газа. В циклоне 4, не сконденсированный парогазовый поток, раскручивается вокруг геометрической оси 27 корпуса 1. Под действием центробежных сил газовый поток уплотняется и формирует периферийный вихрь 8, который продвигается, вверх по спирали вдоль оси, по внутренней стенке конусного корпуса 1 термоэлектрической холодильной установки в сторону отражателя 24 разделяется на горячий 8 и холодный 9 потоки.
Принцип работы вихревой термоэлектрической холодильной установки схематично показан на рисунке 1. На схеме не показаны обратные клапана, температурные контроллеры, датчики давления, запорная арматура, уровнемеры). Достигнув отражателя 24, установленного в верхней части конусного корпуса часть газового потока через кольцевой дроссель 25 поступает в промежуточную камеру хранения 11 для сбора периферийный горячего потока газа 8, а другая часть, отразившись от отражателя 24 формирует обратный холодный осевой поток 9. Площадь сечения промежуточной камеры хранения 11 значительно больше площади сечения входного отверстия кольцевого дросселя 25, в следствии чего в промежуточной камере хранения происходит резкое изменение давления газового потока, которое приводит к охлаждению газового потока, частичной его конденсации. Во время вращения газового потока в корпусе, газовый поток подвергается интенсивным центробежным ускорениям, приводящим к появлению мощных сил инерции, которые инициируют возникновение интенсивного процесса энергообмена между встречно движущимися потоками 8 и 9 (эффект Ранка). Термоэлектрическая батарея 16 установленная на наружной поверхности корпуса 1 обеспечивает интенсивное охлаждение горячего периферийного вихревого газового потока 8, продвигающегося вверх по спирали вдоль оси, по внутренней стенке конусного корпуса 1 в сторону выходного патрубка 7. В результате чего достигается высокая разность температур между встречно движущимися газовыми потоками. Охлаждаемый термобатареей периферийный горячий поток газа через выходной патрубка 10, выполненный в виде кольцевого дросселя 25 охлаждается и в охлажденном виде поступает в промежуточную камеру хранения горячего потока 11, а осевой поток 9 выхолаживается и в холодном состоянии через патрубок 7 и дроссель 6 установленном в циклоне 4 конденсируется и подается в промежуточную емкость хранения сжиженного газа 19. Из промежуточной емкости хранения 19 сжиженный природный газ насосом 20 подается в емкость хранения сжиженного газа 21. Часть сжиженного газа из промежуточной емкости хранения 19 специальным насосом 18 по трубопроводу 17 подается на радиатор 15 для охлаждения горячего спая термобатареи 16, которая обеспечивает охлаждение периферийного потока и установлена на наружной поверхности конусного корпус 1. Сжиженный газ, охлаждаемый горячий спай термобатареи из радиатора 15 по трубопроводу 14 оснащенного обратным клапаном поступает в промежуточную емкость хранения горячего газа 11.
С промежуточной емкости хранения 11 газ при избыточном давлении по трубопроводу 13 оснащенного обратным клапаном и специальным насосом 12 для последующего охлаждения подается на вход насоса 2. Цикл повторяется.
Разработанная установка позволит значительно повысить экономическую эффективность показателей в газовой промышленности при добыче, переработке, хранении и транспортировании сжиженного природного газа и значительно снизить отрицательное воздействие газодобывающей отрасли на экологию.