конденсатор-испаритель
Классы МПК: | F28D7/02 с трубами в виде пространственной спирали F28F1/24 поперек элемента |
Автор(ы): | Савельев Владимир Николаевич, Позняк Владимир Емельянович |
Патентообладатель(и): | Савельев Владимир Николаевич, Позняк Владимир Емельянович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-06-03 публикация патента:
27.08.1996 |
Использование: в теплоэнергетике, в частности в теплообменной аппаратуре, работающей в условиях кипения и конденсации рабочих сред, преимущественно в установках низкотемпературного разделения воздуха. Сущность изобретения: конденсатор-испаритель содержит корпус 1 с патрубками для подвода пара 2 и жидкости 3 и патрубками для отвода конденсата 4 и паров испарившейся жидкости, содержащий сердечник 6 с навитыми на него трубками 7. Навиваемые трубки имеют наружное поперечное оребрение. Отношение площади наружной оребренной поверхности каждой трубы в 5 - 10 раз превышает площадь ее внутренней поверхности, площадь поперечного сечения кольцевого пространства между корпусом и сердечником с трубами составляет 0,2 - 0,5 площади поперечного сечения сердечника с трубами. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Конденсатор-испаритель, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода теплообменивающихся сред и сердечник с навитыми на него трубками с наружным поперечным оребрением, отличающийся тем, что площадь наружной оребренной поверхности каждой трубы в 5 10 раз превышает площадь ее внутренней поверхности. 2. Конденсатор-испаритель по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения кольцевого пространства между сердечником с трубами и корпусом составляет 0,2 05 площади поперечного сечения сердечника с трубами.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплообменной аппаратуре, работающей в условиях кипения и конденсации рабочих сред, и может быть использовано в установках низкотемпературного разделения воздуха. Известен кожухотрубный теплообменник, работающий в режиме конденсатора-испарителя, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода теплообменивающихся сред и размещенный в корпусе сердечник с навитыми на него трубками, имеющими наружное и внутреннее оребрение, при этом наружное оребрение имеет суммарную поверхность, в 4 5 раз превышающую поверхность внутреннего оребрения, а каждая трубка имеет относительную длину , где l длина трубки, dэ ее эквивалентный диаметр [1]Недостатком известной конструкции является увеличенная поверхность кипения, которая приводит к увеличению наружного диаметра трубки, что в свою очередь приводит к увеличению габаритов аппарата, снижению его компактности. Известен теплообменник витого типа, работающий с изменением фазового состояния сред в трубном и межтрубном пространствах с углом наклона навитых на сердечник теплообменных труб к горизонту, равным 18 30o. В горизонтальной плоскости слои труб размещены с радиальным шагом, равным (1,14 1,3)dн, где dн наружный диаметр труб [2]
Недостатком теплообменника является низкая интенсивность теплоотдачи при кипении, которая вынужденно компенсируется увеличением поверхности теплообмена (увеличением длины труб, их количества), что приводит к увеличению габаритов и металлоемкости аппарата. Решение задачи снижения габаритов и металлоемкости конденсатора-испарителя может быть осуществлено за счет выбора оптимальных шага оребрения, соотношения наружной оребренной и внутренней гладкой или оребренной поверхностей, а также площади поперечного сечения опускной системы и обеспечивает разработку конструкции аппарата, позволяющего размещать его в одном корпусе с ректификационной колонной в установке разделения воздуха (размеры колонны ограничены возможностями транспортировки). Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус с патрубками для ввода пара и жидкости и патрубками для отвода конденсата и паров испарившейся жидкости, содержащем сердечник с навитыми на него трубками с наружным поперечным оребрением, оребрение выполнено таким образом, что шаг ребер определяется из соотношения
t=(1,52,5), (1)
где - межреберный зазор; площадь оребренной поверхности наружного оребрения в 4 10 раз превышает внутреннюю поверхность трубы, оребренную или гладкую, а площадь поперечного сечения опускной системы (пространство между змеевиком и внешней обечайкой аппарата) определяется из соотношения
Fоп (0,2 0,5) Fзм, (2)
где Fзм площадь поперечного сечения аппарата, занимаемая змеевиком. Величина межреберного зазора должна удовлетворять условию [3]
0,8Do (3)
где Do A(p/pк)-m отрывной диаметр парового пузыря,
где A 810-2 мм, m 0,6 коэффициенты,
p давление кипения,
pк давление в критической точке. Применение оребренной поверхности с шагом ребер t>2,5 не дает достаточной интенсификации теплообмена, так как увеличивается толщина ребер и уменьшается число межреберных зазоров на единицу длины трубы. Вместе с тем межреберные зазоры указанного размера и являются интенсификаторами теплообмена при парообразовании. Применение оребренной поверхности с шагом ребер t<1,5 не дает существенной интенсификации теплообмена из-за чрезмерного утонения ребра относительно межреберного зазора и связанного с этим затрудненного теплоподвода к паровому пузырю через поверхность ребра. Применение наружного оребрения трубки с шагом ребер и межреберным зазором указанных размеров (1), (3) позволило расширить границы оптимального соотношения площадей наружной оребренной и внутренней оребренной или гладкой поверхностей трубы с 4 5 [1] до 4 10 раз. Причем увеличение этого соотношения осуществляется только за счет применения оребрения указанных размеров (1), (3) без увеличения высоты ребер, без уменьшения их коэффициента полезного действия, без увеличения наружного диаметра оребренной трубки [1]
Таким образом выражение (1), а также соотношение для наружной и внутренней поверхностей оребренной трубы являются необходимым и достаточным условием для создания компактной и надежной конструкции змеевика конденсатора-испарителя из оребренных труб для решения поставленной задачи. В процессе циркуляции кипящей жидкости в межтрубном пространстве змеевика и за его пределами возможен захват пузырей образовавшегося пара жидкостью, переливаемой в опускную систему, что может привести к резкому снижению движущего циркуляционного напора в циркуляционном контуре. Исключить захват пара можно установлением минимального сечения опускной системы, при которой скорость переливаемой жидкости в опуске была бы меньше скорости всплытия пузырей. Этому условию соответствует полученное соотношение (2). Чрезмерное увеличение размеров опускной системы приводит к увеличению габаритов и металлоемкости аппаратов. Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения. На фиг. 1 изображен предлагаемый конденсатор-испаритель; на фиг. 2 - разрез А А на фиг. 1; на фиг. 3 элемент трубки с наружным поперечным оребрением; на фиг. 4 конденсатор-испаритель из указанных труб, встроенный в ректификационную колонну. Конденсатор-испаритель содержит корпус 1 с патрубками для входа пара 2 и жидкости 3 и патрубками для выхода конденсата 4 и паров испарившейся жидкости 5, содержащий сердечник 6 с навитыми на него трубками 7. Навиваемые трубки имеют наружное поперечное оребрение. Конденсатор-испаритель работает следующим образом. Пар на конденсацию подается во внутреннюю полость труб 7 через патрубки 2. Образующийся конденсат самотеком сливается в коллектор сбора (патрубок 4) и выводится из аппарата. Кипящая жидкость, подаваемая в аппарат через патрубок 3, за счет циркуляционного напора, возникающего между жидкостью в опускной системе корпуса 1 и парожидкостной смесью в межтрубном пространстве змеевика, циркулирует внутри аппарата. Скорость циркуляции при полном затоплении змеевика, стабильность процесса определяются интенсивностью парообразования, чему и способствуют применение наружного оребрения и размеры опускной системы с приводимыми соотношениями геометрических параметров. В случае встроенной конструкции конденсатора-испарителя (фиг. 3) подача жидкости на кипение в межтрубное пространство и отвод паров осуществляются через полость колонны.
Класс F28D7/02 с трубами в виде пространственной спирали
теплообменный элемент - патент 2522759 (20.07.2014) | |
теплообменник - патент 2504717 (20.01.2014) | |
теплообменник - патент 2476800 (27.02.2013) | |
теплообменник - патент 2451875 (27.05.2012) | |
змеевиковый теплообменник с выполненными из разных материалов деталями - патент 2413151 (27.02.2011) | |
змеевиковый теплообменник с трубами разного диаметра - патент 2402733 (27.10.2010) | |
теплообменник-газификатор для криогенной системы кислородного питания космического скафандра - патент 2398719 (10.09.2010) | |
теплообменник для холодильного аппарата - патент 2398171 (27.08.2010) | |
теплообменник - патент 2386914 (20.04.2010) | |
технологический теплообменник атомной электростанции - патент 2354910 (10.05.2009) |
Класс F28F1/24 поперек элемента