система термостатирования газового потока

Формула изобретения

Система термостатирования газового потока, содержащая баллонную сжатого газа, регулятор давления, выполненный с возможностью обеспечения дросселированием нижнего предела диапазона температур газового потока, нагреватель газового потока, поступающего от упомянутого регулятора давления, выходом соединенный с потребителем трубопроводом, в котором установлен датчик температуры, выход которого соединен со входом регулятора температуры, соединенного с источником энергии, подключенным к нагревателю, отличающаяся тем, что баллонная сжатого газа состоит из нескольких секций, подключенных через пневмоклапаны к регулятору давления, управляющие входы пневмоклапанов подключены к выходу блока управления, со входом которого соединены выходы датчиков давления, установленных на линиях, соединяющих секции баллонов с пневмоклапанами, причем объем каждой секции рассчитан в зависимости от расхода выдаваемого газа таким образом, что время опорожнения секции баллонов значительно меньше времени выравнивания температуры газа в баллоне с температурой окружающей среды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам газоснабжения и может быть использовано для выдачи газового потока низкого и среднего давления (~до 3010⁵ Па) с регулируемой температурой, номинал которой может изменяться в диапазоне от значения несколько ниже температуры окружающей среды до значения, значительно превышающего температуру окружающей среды.

Известна система для автоматического регулирования температуры газового потока, содержащая баллонную сжатого газа, соединенную через задвижку с нагревателем газового потока, на выходе которого установлен датчик температуры, соединенный с регулятором температуры, регулятор температуры управляет подачей электроэнергии от источника к нагревателю в зависимости от отклонения температуры выдаваемого газа от заданной (см. авт. св. СССР N 504185, кл. G 05 D 23/19, 1974, прототип).

В этой системе отсутствует контур охлаждения, но несмотря на это, система обеспечивает выдачу газового потока как с высокой температурой, так и с температурой несколько ниже температуры окружающей среды. Причем эта температура обеспечивается за счет понижения температуры газа, поступающего от баллонной, при его дросселировании (понижении давления до заданного) в задвижке, а также за счет понижения температуры газа в баллонной при его расширении в процессе опорожнения. В начальный момент, когда давление газа в баллонной высокое, а его температура близка к температуре окружающей среды, охлаждение выдаваемого газа осуществляется только за счет дросселирования в задвижке. Далее, по мере снижения давления в баллонной, эффективность охлаждения газа за счет дросселирования снижается, но это в какой-то мере компенсируется охлаждением газа в баллонной за счет его расширения в процессе опорожнения. Однако при небольших скоростях снижения давления в баллонной, что имеет место при большом объеме баллонной и относительно небольшом расходе газа из нее, процесс расширения газа в баллонной приближается к изотермическому, т.е. снижение температуры газа в баллонной происходит незначительное. В этом случае в конце опорожнения баллонной, при малом перепаде давления на задвижке, минимально возможная температура выдаваемого газа будет приближаться к температуре окружающей среды.

В предлагаемой системе указанный недостаток исключен за счет искусственного увеличения скорости опорожнения баллонной при заданном расходе выдаваемого газа, что в свою очередь достигается тем, что баллонная разделена на несколько секций, которые соединены через пневмоклапаны с устройством для снижения давления газа (регулятором давления). Причем секции включаются в работу поочередно по мере снижения давления газа в них до минимального, обеспечивающего работоспособность регулятора давления.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой системы.

Система содержит баллонную 1 сжатого газа, которая в свою очередь состоит из нескольких секций 2 баллонов, каждая из которых через пневмоклапаны 8 подсоединена к регулятору 3 давления. На выходе каждой секции 2 баллонов установлены датчики 9 давления, соединенные со входом блока 10 управления, выход которого соединен с управляющими входами пневмоклапанов 8.

Регулятор 3 давления соединен с нагревателем 4, выход которого соединен с потребителем. На выходе нагревателя установлен датчик 5 температуры, подключенный к регулятору 6 температуры, выход которого соединен с источником 7 энергии, подключенным к нагревателю 4.

Система работает следующим образом.

Сжатый газ из первой секции 2 баллонной 1 поступает через открытый пневмоклапан 8 на вход регулятора 3 давления. При этом пневмоклапаны 8, установленные на линиях, соединяющих остальные секции 2 с регулятором 3, закрыты. В регуляторе 3 происходит снижение давления газа до заданного, а также снижение его температуры за счет эффекта дросселирования. Далее газ поступает в нагреватель 4, где он подогревается до заданной температуры, регулирование которой осуществляется с помощью контура регулирования, включающего датчик 5 температуры, регулятор 6 и источник 7 энергии. Нижний предел диапазона температуры выдаваемого газа ограничивается температурой газа, получаемой за счет дросселирования в регуляторе 3 давления, а верхний предел ограничивается мощностью и конструктивными особенностями нагревателя.

По мере опорожнения первой секции 2 происходит понижение давления в ней, соответственно уменьшается перепад давления на редукторе и снижается эффективность охлаждения газа за счет дросселирования. Однако ухудшение охлаждения газа за счет дросселирования компенсируется понижением температуры газа в секции баллонов, происходящим за счет его расширения при опорожнении секции. Причем объем одной секции рассчитан в зависимости от расхода выдаваемого газа таким образом, что процесс ее опорожнения приближается к адиабатному. В этом случае время опорожнения секции баллонов будет значительно меньше времени выравнивания температуры газа в баллонах с температурой окружающей среды, и охлажденный за счет расширения в баллонах газ не будет, в процессе выдачи, успевать нагреваться за счет теплообмена с окружающей средой. Расчеты показывают, что чем больше скорость опорожнения секции баллонов, т.е. чем меньше ее объем при заданном расходе выдаваемого газа, тем ниже будет температура газа на выходе редуктора в конце опорожнения секции. При этом общий объем баллонной 1, необходимый для хранения заданных запасов газа, обеспечивается за счет увеличения количества секций.

На фиг. 2 приведены результаты расчета минимальной температуры выдаваемого воздуха в конце опорожнения секции, в зависимости от ее объема при температуре окружающей среды, равной 303 K, начальном давлении в баллонах 40 МПа и конечном давлении в баллонах 7 МПа и расходе выдаваемого воздуха 0,3 кг/с.

При снижении давления газа в первой секции 2 баллонов до минимальной величины, обеспечивающей работоспособность регулятора 3 давления, по сигналу от датчика 9 давления, установленного в линии, соединяющей первую секцию баллонов с пневмоклапаном 8, с помощью блока 10 управления, закрывается пневмоклапан 8 в линии первой секции и открывается пневмоклапан 8 в линии второй секции. Далее работа системы осуществляется аналогично описанному выше.

Таким образом, предлагаемая система термостатирования газового потока позволяет расширить область ее применения за счет обеспечения более широкого диапазона температур выдаваемого газа.