капиллярный конденсатор

Формула изобретения

Капиллярный конденсатор, включающий корпус с верхней и нижней крышками, снабженный патрубками входа отработанного пара и выхода конденсата, воздушным патрубком, при этом между верхней и нижней крышками размещены вертикальные прямоугольные перегородки, отличающийся тем, что вертикальные прямоугольные перегородки, соединены между собой через одну попарно снизу горизонтальными полосами-днищами, образуя паровые камеры, а сверху соединены между собой через одну также попарно горизонтальными полосами-крышками, образуя камеры сбора конденсата, причем каждая вертикальная перегородка состоит из нескольких вертикальных перфорированных пластин, размещенных с зазором между собой, покрытых слоем гидрофильного материала или изготовленных из него, отверстия в которых выполнены в виде горизонтальных конических капилляров, расположенных таким образом, что малые отверстия конических капилляров предыдущей пластины располагаются против больших отверстий конических капилляров последующей пластины, при этом в полость каждой паровой камеры пластины вертикальных перегородок обращены большими отверстиями конических капилляров, а в полость каждой камеры сбора конденсата, наоборот, пластины вертикальных перегородок обращены малыми отверстиями конических капилляров.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к теплообменной аппаратуре, и может быть использовано для конденсации отработанного пара без использования хладагента.

Известно устройство для утилизации низкопотенциального тепла жидкости, содержащее корпус с верхней и нижней крышками, штуцерами входа и выхода охлаждаемой жидкости, внутри которого помещены горизонтальные перегородки, разделяющие внутренний объем корпуса по высоте на ступени подъема и охлаждения и прикрепленные к внутренней поверхности корпуса, образующие подъемные туннели, заполненные пористой насадкой, причем поверхности горизонтальных и вертикальных перегородок покрыты или изготовлены из гидрофильного и гидрофобного материалов (Патент РФ № 2161765, Мкл. 7 F28D 9/00, F24F 3/14,2001).

К недостаткам известного устройства относятся необходимость создания дорогих и громоздких укрепляющих конструкций для обеспечения устойчивого положения устройства в пространстве, обусловленная тем, что оптимальное значение параметров охлаждения достигается при значительной высоте (100 м и более), что усложняет конструкцию, снижает надежность устройства и таким образом уменьшает его эффективность.

Более близким к предлагаемому изобретению является капиллярный водоохладитель, содержащий корпус с верхней и нижней крышками, штуцерами (патрубками) входа и выхода охлаждаемой жидкости (рабочего тела), воздушным патрубком, внутри которого помещены горизонтальные перегородки со щелями, вертикальные перегородки, размещенные между каждыми двумя близлежащими горизонтальными перегородками, соединенными поочередно своей верхней или нижней кромкой с поверхностью близлежащей верхней или нижней горизонтальной перегородки с созданием щели между своей нижней или верхней кромкой и поверхностью нижней или верхней горизонтальной перегородки, образуя расположенные поочередно по ходу движения воды n пустотелых ступеней свободной поверхности, n-1 ступеней охлаждения и одну ступень подъема и охлаждения, покрытых или изготовленных из гидрофильного и гидрофобного материалов и заполненных пористой насадкой (Патент РФ № 2227252, Мкл. F24F 3/14, 2004).

Основными недостатками известного капиллярного водоохладителя являются громоздкость его конструкции, обусловленная необходимостью значительных пустот по ширине и высоте аппарата, что усложняет его конструкцию, заполнение их жидкостью при удалении из них воздуха, что приводит к прекращению работы и таким образом снижает его надежность, а также невозможность конденсации значительных количеств пара, что снижает его эффективность.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции, повышение надежности и эффективности работы капиллярного конденсатора.

Технический результат достигается капиллярный конденсатор, включающий корпус с верхней и нижней крышками, снабженный патрубками входа отработанного пара и выхода конденсата, воздушным патрубком, при этом между верхней и нижней крышками размещены вертикальные прямоугольные перегородки, при этом вертикальные прямоугольные перегородки соединены между собой через одну попарно снизу горизонтальными полосами-днищами, образуя паровые камеры, а сверху соединены между собой через одну также попарно горизонтальными полосами-крышками, образуя камеры сбора конденсата, причем каждая вертикальная перегородка состоит из нескольких вертикальных перфорированных пластин, размещенных с зазором между собой, покрытых слоем гидрофильного материала или изготовленных из него, отверстия в которых выполнены в виде горизонтальных конических капилляров, расположенных таким образом, что малые отверстия конических капилляров предыдущей пластины располагаются против больших отверстий конических капилляров последующей пластины, при этом в полость каждой паровой камеры пластины вертикальных перегородок обращены большими отверстиями конических капилляров, а в полость каждой камеры сбора конденсата, наоборот, пластины вертикальных перегородок обращены малыми отверстиями конических капилляров.

На фиг.1-4 представлен предлагаемый капиллярный конденсатор.

Капиллярный конденсатор содержит корпус 1 с верхней и нижней крышками 2 и 3, снабженный патрубками входа отработанного пара 4 и выхода конденсата 5, воздушным патрубком 6, внутри которого между верхней и нижней крышками 2 и 3 размещены вертикальные прямоугольные перегородки 7, соединенные между собой через одну попарно снизу горизонтальными полосами-днищами 8, образуя паровые камеры 9, а сверху соединенные между собой через одну попарно горизонтальными полосами-крышками 10, образуя камеры сбора конденсата 11, причем каждая вертикальная перегородка 7 состоит из нескольких вертикальных перфорированных пластин 12, размещенных с зазором 13 между собой, покрытых слоем гидрофильного материала 14 или изготовленных из него, отверстия в которых выполнены в виде горизонтальных конических капилляров 15, расположенных таким образом, что малые отверстия конических капилляров 15 предыдущей пластины 12 располагаются против больших отверстий конических капилляров 15 последующей пластины 12, при этом в полость каждой паровой камеры 9 пластины 12 вертикальных перегородок 7 обращены большими отверстиями конических капилляров 14, а в полость каждой камеры сбора конденсата 11, наоборот, пластины 12 вертикальных перегородок 7 обращены малыми отверстиями конических капилляров 15.

В основу работы предлагаемого капиллярного конденсатора положены особенности движения жидкости (пара) в конических капиллярах, а именно: движение осуществляется от большего сечения к меньшему, при этом в широкой части капилляра происходит испарение жидкости, в узкой части капилляра - конденсация пара Лыков А.В. Тепломассообмен: (Справочник). 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1978, с.365, 366].

Капиллярный конденсатор работает следующим образом. Отработанный пар после турбин при температуре насыщения через патрубок 4 подают в верхнюю зону капиллярного конденсатора, откуда он распределяется по паровым камерам 9. Из камер 9 пар поступает в большие отверстия конических капилляров 15 первых пластин 12 вертикальных перегородок 7, в которых под действием капиллярных сил перемещается к их малым отверстиям, где происходит его частичная конденсация с выделением тепла конденсации Q_r1. Мениски образовавшейся жидкости в капиллярах 15 соприкасаются с гидрофильным материалом 14, распределяются на его поверхности, благодаря зазорам 13 и поверхности слоя гидрофильного материала 14 следующих пластин 12, откуда попадают в большие отверстия их капилляров 15, куда также поступает несконденсировавшийся пар из предыдущих пластин 12. В больших отверстиях конических капилляров 15 происходит частичное испарение образовавшейся жидкости в конических капиллярах 15, на которое используется тепло конденсации Q_r1 предыдущей пластины 12 и тепло самого пара, парожидкостная смесь под действием капиллярных сил перемещается к малым отверстиям конических капилляров 15, где также происходит частичная конденсация меньшего количества пара с выделением уже меньшего количества тепла Q_r2. Образовавшаяся жидкость, как и в первой пластине 12, распределяется по поверхности гидрофильного материала 14 в зазорах 13 следующих пластин 12, смешивается с несконденсировавшимся паром, поступающим из конических капилляров 15 предыдущих пластин 12, и процесс повторяется аналогично вышеописанному во всех последующих пластинах 12. При этом по мере перемещения парожидкостной смеси от одной пластины 12 к другой влагосодержание ее увеличивается. Конденсат из малых отверстий конических капилляров 15 последних по ходу пара пластин 12 распределяется по поверхности гидрофильного материала 14 и под действием сил тяжести стекает на днище, образованное нижней крышкой 3, откуда выводится из конденсатора через патрубок 5, а несконденсировавшийся пар и газы (О₂, СО ₂, N₂) выводятся через воздушный патрубок 6.

Количество пластин 12 в одной перегородке 7 принимают таким, чтобы обеспечить конденсацию большей части пара, поступившего в конические капилляры 15 первых по его ходу пластин 12. Ширина зазора 13 между пластинами 12 зависит от свойств жидкости и определяется опытным путем.

Количество конденсата, транспортируемого с паром по коническим капиллярам 15 пластин 12 увеличивается по мере перемещения от одной пластины 12 к другой, а количество пара соответственно уменьшается. Аналогично этому количество тепла конденсации Q_r1 также уменьшается по мере перемещения парожидкостной смеси от одной пластины 12 к другой, так как энергия большей части этого тепла тратится на создание поверхности жидкости на гидрофильной поверхности 14 пластин 12, капиллярных сил, взаимное фазовое превращение и преодоление сил трения при перемещении парожидкостной смеси по капиллярам 15, в связи с чем предлагаемая конструкция капиллярного конденсатора позволяет проводить процесс конденсации пара без использования хладоагента.