ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1995 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в различных областях промышленности, в частности для утилизации низкопотенциального тепла.

Известна тепловая труба, содержащая испаритель с теплопоглощающей поверхностью, сообщенные с ним дозирующий конденсатопровод и паропровод с теплообменником, причем конденсатор снабжен сливной емкостью, сообщенной с паропроводом и конденсатопроводом, а испаритель перегородкой с отверстиями, размещенной вдоль поглощающей поверхности.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность теплообмена между паром и стенками конденсаторной части тепловых труб из-за увеличения толщины пленки конденсата в зоне конденсации.

Наиболее близким к изобретению является теплообменник, содержащий камеры для тепловоспринимающей и теплоотдающей сред, разделенные трубной доской с укрепленным в ней пучком тепловых труб (ТТ), частично заполненных теплоносителем. Зоны испарения и конденсации каждой из ТТ размещены в соответствующих камерах.

Недостатками этого теплообменника являются низкая интенсивность теплообмена в зонах конденсации тепловых труб в камере тепловоспринимающей среды из-за утолщения пленки конденсата теплоносителя, стекающего по стенкам ТТ в зонах конденсации, ограничение величины тепловоспринимающей поверхности величиной поверхностей концов пучка тепловых труб в зоне конденсации, что не позволяет максимально ее развивать, кроме того, обслуживание такого теплообменника затруднено из-за больших габаритов.

Сущность изобретения заключается в том, что в теплообменнике, содержащем снабженные входным и выходным патрубками камеры теплоотдающей и тепловоспринимающей сред, разделенные трубной доской, в которой укреплены зоны испарения тепловых труб, между камерами теплоотдающей и тепловоспринимающей сред установлена промежуточная камера, днище которой образовано трубной доской, а в верхней ее части выполнены отверстия для выхода пара теплоносителя в камеру тепловоспринимающей среды и стока из нее конденсата, причем в отверстие для стока установлена трубка с гидрозатвором, а зоны испарения тепловых труб выполнены в виде трубок с открытыми в промежуточную камеру концами переменной высоты, уменьшающейся в направлении отверстия для выхода пара в камеру тепловоспринимающей среды, при этом на открытых концах трубок выполнены клинообразные вырезы, а на боковой их поверхности отверстия, оси которых образуют с трубной доской острый угол, в камере тепловоспринимающей среды установлены горизонтальные теплообменные трубы, пространство между которыми разделено поперечными перегородками.

Наличие промежуточной камеры дает возможность разделить зоны испарения и конденсации, в связи с этим в камере тепловоспринимающей среды можно установить пучок горизонтальных труб. При горизонтальном расположении труб можно развивать поверхность теплообмена за счет установки большего количества оребренных труб меньшего диаметра, чем выходные концы автономных тепловых труб, что дает возможность интенсифицировать процесс теплообмена. Дополнительно достигается уменьшение габаритных размеров по сравнению с прототипом, так как развитие теплопередающих поверхностей в зоне конденсации не вызывает увеличения размеров устройства, что приводит к упрощению обслуживания. При горизонтальном расположении труб в конденсаторной части сток конденсата осуществляется капельный (вместо пленочного), что повышает коэффициент теплоотдачи от пара к стенке примерно в 1,5 раза.

Наличие отверстия для выхода пара и гидрозатвора с другой стороны промежуточной камеры позволяет организовать противоток пара и тепловоспринимающей среды в зоне конденсации, что улучшает теплообмен в этой зоне.

Выполнение концов тепловых труб с открытыми в промежуточную камеру концами переменной высоты, уменьшающейся в направлении отверстия для выхода пара, и наличие гидрозатвора с другой стороны организует противоток между конденсатом и греющей средой в зоне испарения. Сток конденсата по тепловым трубам распределяется в соответствии с паропроизводительностью каждого ряда труб, что повышает интенсивность процесса теплообмена.

Выполнение клинообразных вырезов на открытых концах тепловых трубок и отверстий на боковой поверхности, ось которых образует с трубной доской острый угол, позволяет организовать струйное стекание конденсата по трубам (вместо пленочного), что улучшает теплообмен между стенками труб и теплоносителем в зоне испарения.

Совокупность признаков в изобретении позволяет получить технический результат, заключающийся в интенсификации процесса теплообмена, упрощении обслуживания и уменьшении габаритных размеров устройства.

На фиг. 1 изображен теплообменник; на фиг. 2 узел слива конденсата в испарительную часть тепловых труб.

Теплообменник состоит из камеры 1 теплоотдающей среды, промежуточной камеры 2 и камеры 3 тепловоспринимающей среды, причем каждая из камер включает соответствующие зоны: испарения, промежуточную и конденсации.

Камеры 1 и 3 имеют соответствующие патрубки подвода 4, 5 и отвода 6, 7 теплоотдающей и тепловоспринимающей сред. Днище промежуточной камеры 2 образовано трубной доской 8, а в верхней ее части выполнены следующие отверстия: 9 для выхода пара теплоносителя в камеру тепловоспринимающей среды 3; 10 для стока из нее конденсата, в которое установлена трубка с гидрозатвором 11.

Зоны испарения тепловых труб 12 выполнены в виде трубок с открытыми в промежуточную камеру 2 концами переменной высоты, уменьшающейся в направлении отверстия 9 для выхода пара. На открытых концах трубок 12 выполнены клинообразные вырезы 13, а на боковой их поверхности отверстия 14, оси которых образуют с трубной доской 8 острый угол. В камере 3 установлены горизонтальные тепловые трубы 15, пространство между которыми разделено поперечными перегородками 16.

Теплообменник работает следующим образом.

В камеру 1 предварительно залитого теплоносителем и поставленного под вакуум теплообменника через входной патрубок 4 подают теплоотдающую среду, которая обтекает тепловые трубы 12, через их стенки отдает тепло теплоносителю и выходит через патрубок 6. Теплоноситель в пучке тепловых труб 12 испаряется, пары собираются в промежуточной камере 2 и через отверстие 9 поступают в камеру 3. В камере 3 пары теплоносителя обтекают с внешней стороны теплообменные трубы 15 и перегородки 16, конденсируются и отдают тепло через стенки труб 15 тепловоспринимающей среде, которую одновременно подают через патрубок 5 во внутреннюю полость труб 15 и отводят через патрубок 7.

Выделившийся на стенках труб 15 конденсат стекает каплями в нижнюю часть камеры 3 и через гидрозатвор 11 подается на трубную доску 8 камеры 2. Разливаясь по трубной доске 8, конденсат через отверстия 14, а при увеличенном объеме и через вырезы 13, струйно стекает в нижнюю часть тепловых труб 12, где вновь испаряется.

Процесс теплообмена идет непрерывно.

Использование: в теплотехнике, в частности для экспуатации низкопотенциального тепла. Сущность изобретения: между камерами 1, 3 теплоотдающей и тепловоспринимающей сред установлена промежуточная камера 2. Камеры 1, 3 разделены трубной доской, которая служит днищем камеры 2. В верхней части камеры 2 выполнены отверстия 9, 10 для выхода пара в камеру 3 и стока из нее конденсата. В отверстии 10 установлена трубка с гидрозатвором. В трубной доске укреплены зоны испарения тепловых труб с открытыми в камеру 2 концами переменной высоты. На открытых концах трубок выполнены клинообразные вырезы на боковой поверхности - отверстия. Оси этих отверстий образуют с трубной доской острый угол. В камере 1 установлены горизонтальные теплообменные трубы 15. Пространство между ними разделено поперечными перегородками 16. 2 ил.

ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий снабженные входными и выходными патрубками камеры теплоотдающей и тепловоспринимающей сред, разделенные трубной доской, в которой закреплены зоны испарения тепловых труб, отличающийся тем, что между камерами теплоотдающей и тепловоспринимающей сред установлена промежуточная камера, днище которой образовано трубной доской, а в верхней ее части выполнены отверстия для выхода пара теплоносителя в камеру тепловоспринимающей среды и стока из нее конденсата, причем в отверстии для стока установлена трубка с гидрозатвором, а зоны испарения тепловых труб выполнены в виде трубок с открытыми в промежуточную камеру концами переменной высоты, уменьшающейся в направлении отверстия для выхода пара в камеру тепловоспринимающей среды, при этом на открытых концах трубок выполнены клинообразные вырезы, а на боковой их поверхности отверстия, оси которых образуют с трубной доской острый угол, в камере тепловоспринимающей среды установлены горизонтальные теплообменные трубы, пространство между которыми разделено поперечными перегородками.