УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ИЗ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к криогенной технике, в частности к области газоснабжения, и преимущественно предназначена для использования в автономных системах обеспечения газовым топливом.
В технике известны различные устройства для получения газа высокого давления. Например, патент RU №3265810 МПК F17C 7/00 от 27.08.2009, описывает систему для приема сжиженного природного газа, его газификации и выдачи газообразного продукта потребителю. При заправке системы испаряющийся газ (газообразный продукт) втекает в полость наружного сосуда газификатора, из которой он откачивается компрессором, после которого поступает в первый баллон высокого давления, далее последовательно - в последующие баллоны высокого давления.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, наличие дополнительных емкостей высокого давления.
Прототипом является Криогенный газификатор (авторское свидетельство SU №1640493 А1 МПК F17C 9/02 от 07.04.91. Бюл. №13) содержащий внутренний сосуд без перепада давления, полость которого соединена с магистралями заправки и опорожнения, и наружный сосуд высокого давления, разделенные вакуумной полостью, трубопровод с установленным на нем запорным органом и клапаном, сообщающий верхнюю часть внутреннего сосуда с полостью наружного сосуда, и теплообменник, размещенный под днищем внешнего сосуда и подключенный входом через клапан к нижней части внутреннего сосуда, а выходом - к трубопроводу перед запорным органом.
При работе данного устройства испарившийся в теплообменнике газ поступает в вакуумную полость и в газовую подушку внутреннего сосуда, интенсифицируя процесс испарения.
При необходимости длительного безрасходного хранения газа, когда в результате теплопритоков происходит испарение и повышение давления, возникают ограничения эксплуатационных возможностей данного устройства, обусловленные предельно допустимыми уровнями давления.
В прототипе стенка сосуда высокого давления не защищена от низкотемпературного термического воздействия. Вакуумирование газовой полости при заправке криогенным продуктом заставляет выполнять внутренний сосуд толстостенным, способным выдержать перепад давлений, что увеличивает массу.
Прототип не гарантирует преодоление гидравлического сопротивления, обусловленного тепловым воздействием на поток жидкости в теплообменнике с фазовым переходом, что ограничивает расход продукта через газификатор и не позволяет управлять процессом газификации.
Поставленная задача - устранение возможных низкотемпературных термических воздействий на стенку сосуда и управление процессом газификации с гарантированным преодолением гидравлического сопротивления испарившегося криогенного продукта в трубопроводе подачи газифицированного продукта в полость баллона.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для получения газа высокого давления из криогенной жидкости, содержащее внешний сосуд высокого давления, внутренний сосуд без перепада давления, полость которого в верхней части соединена с магистралью заправки, а в нижней - с магистралью опорожнения, теплообменник, размещенный под днищем сосуда, согласно полезной модели, дополнительно снабжено, по меньшей мере, еще одним теплообменником-испарителем атмосферного типа, расположенным параллельно с первым к распределителю, регулирующему их работу, термокомпрессором, соединенным входом через магистраль к нижней части сосуда, а выходом к распределителю, за теплообменниками расположена магистраль высокого давления, на внешнюю поверхность внутреннего сосуда нанесена теплоизоляция.
В качестве приспособления, обеспечивающего перекачку криогенного продукта и создающего необходимое давление для преодоления гидравлического сопротивления служит механический термокомпрессор с вытеснителем (Бродянский В.М. Труды научно-технической конференции МЭИ. - М., 1970, с.115-122). Термокомпрессор представляет собой закрытый цилиндр, в котором размещается подвижный регенератор, делящий термокомпрессор на холодную и горячую полости и приводимый в движение через шток с помощью специального привода.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлено устройство для получения газа высокого давления из криогенной жидкости.
Устройство содержит внешний сосуд 1 высокого давления, внутренний сосуд 2 без перепада давления, полость которого в верхней части соединена с магистралью заправки 3, в которой установлен вентиль 4, а в нижней - с магистралью опорожнения 5, по меньшей мере, два теплообменника-испарителя 6 и 7 атмосферного типа, размещенных ниже сосуда 2, термокомпрессор 8, подключенный входом через трубопровод 5 и вентиль 9 к нижней части сосуда 2, а выходом к распределителю 10 перед теплообменниками-испарителями 6 и 7, после которых расположена магистраль 11 подачи газа высокого давления через запорный орган 12 в газовую полость сосуда 1.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Перед заправкой внутреннего сосуда 2 вентиль 9 закрыт. Внутренний сосуд 2 через магистраль заправки 3 заполняется криогенной жидкостью, по массе равной массе газа, которую вмещает совокупный объем сосудов 1 и 2 при расчетных параметрах газообразного продукта. При работе устройства для газификации криогенного продукта открывается вентиль 9 и запорный орган 12. При этом криогенная жидкость из сосуда 1 по магистрали 5 за счет давления гидростатического столба жидкости поступает в термокомпрессор 8, где нагнетается в распределитель 10, и теплообменник-испаритель 6(7), в котором интенсивно испаряется (газифицируется) за счет теплопритоков из окружающей среды, и по трубопроводу 11 поступает в сосуд 1. Распределитель 10 регулирует работу теплообменников-испарителей, включает в работу второй теплообменник-испаритель (7) после захолаживания первого (6).
Устройство эффективно для регулирования неравномерностей газопотребления у потребителя при автономном использовании. Также существенный эффект дает использование устройства при работе сельскохозяйственной техники в полях за счет автономности процесса газификации и передачи топлива к агрегату.