RU2611225C1

RU2611225C1 - Cryogenic liquid evaporator

Info

Publication number: RU2611225C1
Application number: RU2016102739A
Authority: RU
Inventors: Владислав Юрьевич Климов
Original assignee: Владислав Юрьевич Климов
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2017-02-21

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: cryogenic liquid vaporizer comprises a housing consisting of the inner and the outer cylindrical shells mounted coaxially with the annular gap and interconnected via the bottom; in the internal housing cavity, an additional cylindrical shell is disposed coaxially forming a single annular channel for the heating medium passage from the evaporator periphery towards its center, each of the shells comprises two rigidly interconnected cylinders, between which channels are formed which are combined into reservoirs for cryogenic liquid supply and discharge, a mixing head with mixing elements, an igniting device and fuel component supply reservoirs mounted on an annular channel inlet.

EFFECT: invention use will reduce the evaporator size and weight and improve performance through advanced surface heating.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для испарения сред, находящихся в жидком состоянии.The invention relates to the field of heat engineering and can be used to vaporize liquids.

Для решения перспективных технических задач возникает необходимость в испарителе-газификаторе с развитой поверхностью нагрева, компактного, простого по конструкции, малой массы, для относительно больших расходов испаряемого теплоносителя и работоспособного при высоких давлениях.To solve promising technical problems, there is a need for an evaporator-gasifier with a developed heating surface, compact, simple in design, low weight, for the relatively high flow rates of the evaporated coolant and operable at high pressures.

Известен испаритель криогенной жидкости, содержащий корпус, выполненный в виде двухслойных цилиндрических оболочек, образующих кольцевую полость для прохода греющего теплоносителя, каждая из оболочек состоит из двух жестко соединенных между собой цилиндров, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и коллекторы отвода криогенного продукта, при этом на входе в кольцевую полость закреплена крышка, в которой установлены смесительные элементы и воспламенительное устройство, а на выходе закреплен газовод (Патент РФ №2347972, МПК F17C 9/02 - прототип).Known evaporator of cryogenic liquid containing a housing made in the form of two-layer cylindrical shells forming an annular cavity for the passage of the heating fluid, each of the shells consists of two cylinders rigidly interconnected, between which channels are formed, united into collectors for supply and collectors for removal of the cryogenic product at the same time, a cover is fixed at the entrance to the annular cavity, in which mixing elements and an igniter are installed, and a gas duct is fixed at the output (Pa RF tent No. 2347972, IPC F17C 9/02 - prototype).

Указанный испаритель работает следующим образом.The specified evaporator operates as follows.

Испаряемая среда, например криогенная жидкость, подается двумя потоками по подводящим трубам в коллекторы и по каналам внутренней оболочки и наружной оболочки поступает, постепенно испаряясь, к коллекторам, из которых отводится по отводящим трубопроводам в сторону потребителя.Evaporated medium, for example cryogenic liquid, is supplied in two streams through the supply pipes to the collectors and through the channels of the inner shell and the outer shell flows, gradually evaporating, to the collectors, from which it is discharged through the discharge pipes to the consumer side.

Течение испаряемой среды может осуществляться как по потоку, так и противотоком по отношению к движению греющей среды.The flow of the evaporated medium can occur both in flow and in countercurrent with respect to the movement of the heating medium.

Греющая среда (теплоноситель) - продукты сгорания какого либо топлива, например керосина, спирта, природного газа и т.д., температура которых может достигать от 900 K до 2200 K (регулируется соотношением расходов компонентов топлива) и лимитируется только свойствами применяемых материалов, движется от огневой стенки крышки в сторону газовода, по пути отдавая тепло испаряемой среде, протекающей по каналам оболочек.Heating medium (coolant) - products of the combustion of any fuel, such as kerosene, alcohol, natural gas, etc., the temperature of which can reach from 900 K to 2200 K (regulated by the ratio of fuel components) and is limited only by the properties of the materials used, moves from the fire wall of the cover towards the gas duct, giving off heat along the evaporated medium flowing through the channels of the shells along the way.

Подготовка топлива к процессу горения (перемешивания, распыл) осуществляется смесительными элементами, а для воспламенения смеси служит воспламенительное устройство.Preparation of fuel for the combustion process (mixing, spraying) is carried out by mixing elements, and an igniter is used to ignite the mixture.

Температура продуктов сгорания на выходе из теплообменника может оказаться выше предельно допустимой для потребителя, например, турбины электрогенератора. Для понижения температуры выходящей греющей среды используется устройство, которое позволяет путем введения в поток некоторого количества используемого топлива, снизить температуру продуктов сгорания до необходимой величины.The temperature of the combustion products at the outlet of the heat exchanger may be higher than the maximum permissible for the consumer, for example, a turbine of an electric generator. To lower the temperature of the outgoing heating medium, a device is used that allows, by introducing into the stream a certain amount of used fuel, lowering the temperature of the combustion products to the required value.

Основными недостатками данного испарителя являются сложность конструкции, значительные габариты и вес, обусловленные принятой компоновкой элементов конструкции испарителя.The main disadvantages of this evaporator are the design complexity, significant dimensions and weight, due to the adopted layout of the design elements of the evaporator.

Задачей изобретения является устранения указанного недостатка, улучшение технических характеристик и расширение функциональных возможностей испарителя.The objective of the invention is to eliminate this drawback, improving technical characteristics and expanding the functionality of the evaporator.

Решение указанной задачи достигается за счет того, что предложенный испаритель криогенной жидкости, согласно изобретению, содержит корпус, состоящий из внутренней и наружной цилиндрических оболочек, установленных коаксиально с кольцевым зазором и соединенных между собой с помощью днища, при этом во внутренней полости корпуса расположена коаксиально дополнительная цилиндрическая оболочка, образуя единый кольцевой канал для прохода греющего теплоносителя от периферии испарителя к его центру, причем каждая из оболочек состоит из двух жестко соединенных между собой цилиндров, между которыми образованы каналы, объединенные в коллекторы для подвода и отвода криогенной жидкости, смесительную головку со смесительными элементами, воспламеняющим устройством и коллекторами подвода компонентов топлива, установленную на входе в кольцевой канал.The solution to this problem is achieved due to the fact that the proposed evaporator of cryogenic liquid, according to the invention, contains a housing consisting of inner and outer cylindrical shells installed coaxially with an annular gap and interconnected by a bottom, while in the inner cavity of the housing there is a coaxially additional a cylindrical shell, forming a single annular channel for the passage of the heating fluid from the periphery of the evaporator to its center, and each of the shells consists of two of a tight interconnected cylinders, between which are formed channels combined into manifolds for supply and discharge of the cryogenic liquid, a mixing head with mixing elements, an ignition device and fuel manifolds feeding the components installed at the inlet to the annular channel.

Предлагаемая конструкция испарителя криогенной жидкости, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - снижение габаритов, массы устройства и расширение функциональных возможностей испарителя за счет развитой поверхности нагрева.The proposed design of the evaporator of cryogenic liquid, due to its distinguishing features, provides a solution to the technical problem - reducing the size, weight of the device and expanding the functionality of the evaporator due to the developed heating surface.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез испарителя криогенной жидкости, на фиг. 2 - сечение А-А - поперечное сечение испарителя криогенной жидкости.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section through a cryogenic liquid evaporator; FIG. 2 - section AA - cross section of the evaporator of cryogenic liquid.

Предложенный испаритель криогенной жидкости содержит корпус 1, дополнительную цилиндрическую оболочку 2, смесительную головку 3, в которой расположено воспламеняющее устройство 4.The proposed evaporator of cryogenic liquid comprises a housing 1, an additional cylindrical shell 2, a mixing head 3, in which the ignition device 4 is located.

Корпус 1 испарителя криогенной жидкости состоит из цилиндрических оболочек, внутренней 5 и наружной 6, установленных коаксиально с кольцевым зазором и соединенных между собой с помощью днища 7. Во внутренней полости корпуса 1 расположена коаксиально дополнительная цилиндрическая оболочка 2, образуя единый кольцевой канал 8 для прохода греющего теплоносителя от периферии испарителя к его центру.The housing 1 of the cryogenic liquid evaporator consists of cylindrical shells, inner 5 and outer 6, installed coaxially with an annular gap and interconnected by a bottom 7. In the inner cavity of the housing 1 there is a coaxially additional cylindrical shell 2, forming a single annular channel 8 for the passage of heating coolant from the periphery of the evaporator to its center.

Каждая из цилиндрических оболочек состоит из двух жестко соединенных между собой цилиндров, между которыми образованы каналы 9. Каналы 9, по которым движется криогенная жидкость, объединены подводящим коллектором 10, подводящим трубопроводом 11 и отводящими коллекторами 12, 13.Each of the cylindrical shells consists of two cylinders rigidly interconnected, between which channels 9 are formed. The channels 9 through which the cryogenic liquid moves are combined by a supply manifold 10, a supply pipe 11 and outlet manifolds 12, 13.

На входе в кольцевой канал 8 установлена смесительная головка 3. В смесительной головке 3 установлены смесительные элементы 14 с коллекторами подвода компонентов топлива 15, 16 и воспламеняющее устройство 4.At the entrance to the annular channel 8, a mixing head 3 is installed. In the mixing head 3, mixing elements 14 with collectors for supplying fuel components 15, 16 and an ignition device 4 are installed.

Испаритель криогенной жидкости работает следующим образом.The evaporator of cryogenic liquid works as follows.

Горючее и окислитель поступают в коллекторы 15, 16 смесительной головки 3 и через смесительные элементы 14 подаются в кольцевой канал 8. Расположенное на смесительной головке 3 воспламеняющее устройство 4 обеспечивает воспламенение компонентов топлива. В кольцевом канале 8 происходит сгорание компонентов топлива. Продукты сгорания компонентов топлива движутся по кольцевому каналу 8 от смесительной головки 3 в сторону выходной части дополнительной оболочки 2, по пути отдавая тепло криогенной жидкости, протекающей по каналам 9 внутренней 5, наружной 6 цилиндрических оболочек и дополнительной цилиндрической оболочки 2.Fuel and oxidizing agent enter the manifolds 15, 16 of the mixing head 3 and through the mixing elements 14 are fed into the annular channel 8. The ignition device 4 located on the mixing head 3 provides ignition of the fuel components. In the annular channel 8 is the combustion of fuel components. The combustion products of the fuel components move along the annular channel 8 from the mixing head 3 towards the output part of the additional shell 2, along the way giving off heat to the cryogenic liquid flowing through the channels 9 of the inner 5, outer 6 cylindrical shells and the additional cylindrical shell 2.

Криогенная жидкость подается двумя потоками в подводящий коллектор 10 и подводящий трубопровод 11 и по каналам 9 внутренней 5, наружной 6 цилиндрических оболочек корпуса 1 и дополнительной цилиндрической оболочки 2 поступает, постепенно испаряясь, к отводящим коллекторам 12, 13, из которых отводится в сторону потребителя.Cryogenic liquid is supplied in two streams to the inlet manifold 10 and inlet pipe 11 and through the channels 9 of the inner 5, outer 6 cylindrical shells of the housing 1 and the additional cylindrical shell 2 enters, gradually evaporating, to the outlet manifolds 12, 13, from which it is diverted to the consumer side.

Использование предложенного технического решения позволит улучшить технические характеристики и расширить функциональные возможности испарителя криогенной жидкости.Using the proposed technical solution will improve the technical characteristics and expand the functionality of the evaporator of cryogenic liquid.

Использование предложенного технического решения позволит уменьшить габариты, и массу испарителя криогенной жидкости, а также улучшить технические характеристики и расширить функциональные возможности испарителя криогенной жидкости за счет развитой поверхности нагрева.Using the proposed technical solution will reduce the size and weight of the cryogenic liquid evaporator, as well as improve the technical characteristics and expand the functionality of the cryogenic liquid evaporator due to the developed heating surface.

Claims

The cryogenic liquid evaporator, characterized in that it contains a housing consisting of an inner and outer cylindrical shells installed coaxially with an annular gap and interconnected by a bottom, while in the inner cavity of the housing there is a coaxially additional cylindrical shell, forming a single annular passage for passage heating medium from the periphery of the evaporator to its center, and each of the shells consists of two cylinders rigidly interconnected, between which The channels are combined into collectors for supplying and discharging cryogenic liquid, a mixing head with mixing elements, an igniting device, and collectors for supplying fuel components installed at the entrance to the annular channel.