испарительный конденсатор

Формула изобретения

Испарительный конденсатор для конденсации паров хладагента, содержащий корпус, в котором размещены оребренные теплообменные трубы и связанные с ними коллекторы подачи паров хладагента и отвода конденсата, вентилятор, емкость для воды, насос, трубопроводы для подачи воды к теплообменным трубам и к емкости от внешнего источника водоснабжения, отличающийся тем, что теплообменные трубы выполнены вертикальными и снабжены горизонтальными ребрами, на верхней поверхности которых и по внешнему периметру установлены борта с обеспечением плотности прилегания бортов к ребрам по линии их контакта, на обоих торцах бортов, обращенных к вентилятору, закреплены направляющие, имеющие в поперечном сечении вид полуэллипсоидов, меньшие оси которых равны высоте бортов, при этом через ребра пропущены трубки, верхние концы которых находятся ниже верхнего края бортов, а нижние концы трубок находятся ниже верхнего края бортов нижерасположенных ребер, причем трубопровод подачи воды подсоединен одним концом к насосу, а другим введен ниже верхнего края борта верхнего ребра на теплообменных трубах, нижний конец трубки нижнего ребра теплообменных труб подсоединен к трубопроводу, который другим концом введен в емкость для воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к теплообменным аппаратам холодильных машин и установок, и может быть использовано в холодильных машинах и установках, используемых во всех областях техники, а также в других отраслях техники, где обеспечивается конденсация паров рабочего тела при температурах, близких к температуре окружающей среды.

Известен испарительный конденсатор (см. А.с. 251600 СССР), содержащий корпус, горизонтальные коллекторы и подключенные к ним теплообменные трубы, выполненные в виде змеевиков, причем змеевики расположены одни относительно другого под различными углами; насос, связанный с размещенными внутри корпуса форсунками для разбрызгивания воды на теплообменную поверхность змеевиков, сепаратор влаги, трубопровод подачи свежей воды для подпитки, поскольку свежая вода подается в количестве, равном испаренному и унесенному воздухом.

К недостаткам указанного устройства следует отнести повышенный расход воды, обусловленный ее уносом потоком воздуха, дополнительный расход энергии в насосе на создание напора в форсунках для распыления воды; дополнительный расход электроэнергии в вентиляторе из-за увеличения аэродинамического сопротивления, а также снижение эффективности конденсации из-за последовательного накопления конденсата на поверхности теплообмена при движении жидкости по змеевикам.

Известен испарительный конденсатор для холодильных машин и установок (см. "Теплообменные аппараты холодильных установок". /Г.Н. Данилова и др. - Л. : Машиностроение, 1973, с. 102-104; "Холодильные машины". /Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского. - СПб.: Изд-во "Политехника", 1997, с. 812), содержащий кожух, вентилятор, форконденсатор, насос подачи воды, связанный трубопроводами с емкостью в кожухе и оросительным устройством, снабженным форсунками и установленным над горизонтальными трубами, оснащенными плоскими вертикальными ребрами, для конденсации паров хладагента, сепаратор отбора капель воды из воздуха, просасываемого вентилятором через кожух, трубопровод подачи в емкость кожуха свежей воды для подпитки, поскольку свежая вода подается в количестве, равном сумме испаренной воды и мелкодисперсной воды, не отделенной в сепараторе и унесенной воздухом.

К недостаткам указанного устройства следует отнести повышенный расход воды, обусловленный ее уносом потоком воздуха, дополнительный расход энергии в насосе на создание напора в форсунках для распыления воды, а также снижение интенсивности теплоотвода в процессе конденсации из-за низких коэффициентов теплоотдачи со стороны оребренной поверхности и последовательного накопления конденсата на поверхности теплообмена при движении жидкости по змеевикам.

Задачей настоящего изобретения ставится повышение эффективности испарительного конденсатора вследствие исключения уноса воды, снижение энергозатрат на привод вентилятора и насоса, повышение интенсивности теплоотвода и отсутствие накопления сконденсировавшегося хладагента вдоль площади поверхности теплопередачи.

Поставленная задача достигается тем, что испарительный конденсатор для конденсации паров хладагента содержат корпус, в котором размещены оребренные теплообменные трубы и связанные с ними коллекторы подачи паров хладагента и отвода конденсата, вентилятор, емкость для воды, насос, трубопроводы для подачи воды к теплообменным трубам и к емкости от внешнего источника водоснабжения, причем теплообменные трубы выполнены вертикальными и снабжены горизонтальными ребрами, на верхней поверхности которых и по внешнему периметру установлены борта с обеспечением плотности прилегания бортов к ребрам по линии из контакта, и на обоих торцах бортов, обращенных к вентилятору, закреплены направляющие, имеющие в поперечном сечении вид полуэллипсоидов, меньшие оси которых равны высоте бортов, при этом через ребра пропущены трубки, верхние концы которых находятся ниже верхнего края бортов, нижние концы трубок выступают из нижней поверхности ребер и находятся ниже верхнего края бортов ниже расположенных ребер, причем трубопровод подачи воды подсоединен одним концом к насосу, а другим размещен ниже верхнего края борта верхнего ребра на теплообменных трубах и нижний конец трубки нижнего ребра теплообменных труб подсоединен к трубопроводу, который другим концом погружен в емкость для воды.

Оснащение испарительного конденсатора теплообменными трубами, выполненными вертикальными, позволяет устранить накопление конденсата у теплообменной поверхности и перемещение этого конденсата вдоль поверхности с одновременным сокращением активной площади поверхности теплопередачи и эффективности теплоотдачи.

Оснащение испарительного конденсатора теплообменными трубами, выполненными вертикальными и снабженными горизонтальными ребрами, на верхней поверхности которых и по внешнему периметру установлены борта с обеспечением плотности прилегания бортов к ребрам по линии их контакта, позволяет осуществлять накопление у части наружной площади поверхности теплопередачи теплоотводящей среды - воды, коэффициент теплоотдачи которой, как минимум, на порядок выше коэффициента теплоотдачи от воздуха, что обеспечивает отвод большого количества теплоты от конденсирующегося пара.

Оснащение испарительного конденсатора теплообменными трубами, выполненными вертикальными и снабженными горизонтальными ребрами, на верхней поверхности которых и по внешнему периметру установлены борта с обеспечением плотности прилегания бортов к ребрам по линии их контакта, при этом через ребра пропущены трубки, верхние концы которых находятся ниже верхнего края бортов, нижние концы трубок выступают из нижней поверхности ребер и находятся ниже верхнего края бортов ниже расположенных ребер, причем трубопровод подачи воды подсоединен одним концом к насосу, а другим размещен ниже верхнего края борта верхнего ребра на теплообменных трубах и нижний конец трубки нижнего ребра теплообменных труб подсоединен к трубопроводу, который другим концом погружен в емкость для воды, обеспечивает непрерывное пополнение всех полостей на ребрах дополнительным количеством воды, компенсирующим ее испарение в процессе теплоотвода теплоты конденсации паров, и исключает унос воды из корпуса в виде капель.

Оснащение обоих торцев бортов, установленных на верхней поверхности горизонтальных ребер борта и обращенных к вентилятору, направляющими, имеющими в поперечном сечении вид полуэллипсоидов, меньшие оси которых равны высоте бортов, позволяет снизить аэродинамическое сопротивление в корпусе испарительного конденсатора, что сокращает затраты электроэнергии на привод вентилятора в процессе эксплуатации.

На фигуре 1 показан продольный разрез испарительного конденсатора (в дальнейшем - конденсатор); на фиг. 2 - разрез конденсатора по А-А, на фигуре 3 - разрез конденсатора по В-В.

Конденсатор для конденсации паров (по фигурам 1-3) содержит корпус 1, в котором размещены теплообменные трубы 2 и связанные с ними коллекторы подачи паров хладагента 3 и отвода конденсата 4; в корпусе 1 установлен вентилятор 5; в нижней части корпуса 1 имеется емкость 6 для воды, связанная трубопроводом 7 с насосом 8 и трубопроводом 9 с внешним источником водоснабжения.

Теплообменные трубы 2 выполнены вертикальными и снабжены горизонтальными ребрами 10, на верхней поверхности которых и по внешнему периметру установлены борта 11 с обеспечением плотности прилегания по линии из контакта, и на обоих торцах бортов 11, обращенных к вентилятору 5, закреплены, например, винтами 12 направляющие 13, имеющие в поперечном сечении вид полуэллипсоидов, меньшие оси которых равны высоте бортов 11.

Через ребра 10 пропущены трубки 14, верхние концы которых находятся ниже верхнего края бортов 11, а нижние концы помещены ниже верхнего края бортов 11 нижележащих ребер 10.

Подающий трубопровод 15 одним концом подсоединен к насосу 8, другим введен ниже края борта 11 верхнего ребра 10 на теплообменных трубах 2; сливной трубопровод 16 одним концом подсоединен к нижнему концу трубки 14 нижнего ребра 10 теплообменных труб 2, другим введен в емкости для воды 6.

Конденсатор по фигурам 1-3 введен в схему известной холодильной машины (не показана), где в контуре циркуляции хладагента последовательно установлены испаритель хладагента, компрессор, заявляемый конденсатор, линейный ресивер и дроссель-вентиль. Пары испарившегося хладагента из испарителя отсасываются компрессором и нагнетаются в конденсатор, где конденсируются, переходя в жидкую фазу, которая сливается в линейный ресивер, откуда через дроссель-вентиль подается в испаритель. Цикл работы холодильной машины замыкается.

Конденсатор (по фигурам 1-3) работает следующим образом.

Перед пуском холодильной машины в работу емкость 6 через трубопровод 9 заполняется водой. Включается насос 8 и по трубопроводу 15 вода подается в верхнюю полость, образованную бортом 11 на верхнем ребре 10 теплообменных труб 2. Заполнив верхнюю полость до уровня, определенного высотой верхней части трубки 14, через трубки 14 вода переливается в соответствующие полости нижележащих ребер, заполняя их. Из полости нижнего ребра 10 теплообменных труб 2 через трубопровод 16 избыточная вода стекает в емкость 6. Включается вентилятор 5, поток воздуха из окружающей среды направляющими 13 равномерно распределяется для течения в зазорах между ребрами 10.

Пары хладагента через коллектор 3 поступают в теплообменные трубы 2, через которые теплота конденсации частично отводится потоком воздуха, а частично - водой, находящейся в полостях на ребрах 10. В процессе отвода теплоты конденсации часть воды в полостях испаряется в движущийся над ее поверхностью воздух. Насосом 8 в полости непрерывно подается такое количество воды, которое должно компенсировать массовый расход испарившейся в полостях воды. Поскольку уровень воды в полостях ребер 10 ниже верхнего края ребер 11, унос капельной влаги отсутствует.

После остановки холодильной установки отключают насос 8, а затем - вентилятор 5. Наличие в полостях ребер 10 воды обеспечивает дальнейший отвод теплоты конденсации остаточного пара внутри теплообменных труб 2. Цикл работы конденсатора замыкается.

Таким образом, заявляемый испарительный конденсатор для паров хладагента по сравнению с известными позволяет:

- снизить расход свежей воды, поскольку расход воды определяется только ее испарением, что позволяет снизить расход свежей воды в 2-2,5 раза;

- сократить расход электроэнергии на привод вентилятора из-за наличия направляющих на полостях для воды на ребрах и устранения дополнительных аэродинамических сопротивлений сепаратора капельной влаги.