КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1996 года по МПК F28C3/06 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам контактного типа и может быть использовано для осуществления теплообмена между жидкими и газообразными средами одинакового давления при их физико-химической совместимости с целью утилизации низкопотенциального тепла, например, для подогрева атмосферного воздуха сборной циркуляционной водой конденсаторов турбин на ТЭС или ТЭЦ, в градирнях и других устройствах.

К известным контактным теплообменникам такого типа относятся пруды-охладители сбросной циркуляционной воды конденсаторов турбин, в т.ч. с брызгальными устройствами, градирни. Их недостаток значительные площади для получения необходимой поверхности контакта теплообменивающихся сред воды и воздуха (для прудов-охладителей), больше потери воды испарением и капельным уносом, ухудшение экологии в районе их расположения.

Известен контактный теплообменник, содержащий корпус камеры в виде канала с патрубками для подвода и отвода теплообменивающихся сред (1). Их преимуществом по сравнению с прудами-охладителями является возможность существенного сокращения занимаемых площадей за счет выполнения теплообменных блоков из достаточного числа отдельных камер, располагаемых в несколько рядов по высоте потока воздуха. Правда, это достигается за счет значительной металлоемкости и стоимости такого теплообменника.

Наиболее близким к заявляемому по техническому существу (протопитом) является контактный теплообменник, содержащий камеру, внутри которой выполнен по меньшей мере один канал со средствами подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем, канал частично заполнен одной из теплообменивающихся сред жидкостью, и снабжен теплообменной насадкой в виде пакета пластин, установленных на дне канала с заданным шагом. Такая насадка может быть выполнена из пакета плоских пластин, набранных с определенным шагом, или из гофрированного листа (2).

Такой теплообменник обеспечивает достаточно интенсивный конвективный теплообмен между теплообменивающимися средами за счет увеличения теплопередачи через насадку, и при прочих равных условиях может иметь значительно меньшие габариты по сравнению с описанным выше, однако в нем не снижены потери жидкой теплообменной среды ее испарением.

Кроме того, выполнение насадки из плоских пластин, набираемых в пакет с помощью стяжных спиц и дистанционирующих проставок, является весьма трудоемким процессом и предполагает перекрытие проставками части рабочего сечения каналов, что может потребовать увеличения габаритов пакетов (насадки).

Изобретение имеет целью, с одной стороны, упростить сборку насадки из пластин при одновременном увеличении теплообменной поверхности при одинаковом объеме насадки, и, с другой стороны, уменьшить потери жидкой теплообменной среды уносом ее паров газообразной теплообменной средой в процессе теплообмена между ними.

Первая из поставленных задач, а частично и вторая, решаются тем, что в контактном теплообменнике, содержащем камеру, внутри которой выполнен по меньшей мере один канал со средствами подвода и отвода теплообменивающихся сред причем, канал частично заполнен одной из теплообменивающихся сред - жидкостью, и снабжен теплообменной насадкой в виде пакета пластин, установленных на дне канала с заданным шагом, в соответствии с данным изобретением пакет теплообменной насадки выполнен из чередующихся плоских и гофрированных пластин с продольными гофрами в форме поперечных волн в нормальном сечении, причем, гофры пластин размещены горизонтально и выполнены с длиной волны, равной либо превышающей уровень жидкости в канале.

Более полно поставленные задачи в указанном контактном теплообменнике решаются при выполнении гофрированных пластин с гофрами в нормальном сечении в форме пилообразных волн, при этом высота гофр в пластинах может быть по меньшей мере вдвое больше расчетного шага при выполнении насадки только из плоских пластин.

Такое выполнение теплообменной насадки исключает необходимость в дистанционирующих элементах при сборке пакетов с помощью стяжных спиц, снижает затраты на изготовление и трудоемкость сборки, уменьшает перекрытие рабочего сечения каналов между пластинами и может позволить осуществить сборку пакетов путем их обвязки металлической лентой. Кроме того, пространство между каждой парой плоских пластин многократно перекрывается по высоте гофрированной пластиной, что является препятствием для свободного выхода паров жидкой среды в поток газообразной среды, повысит концентрацию паров жидкой среды у ее поверхности и ограничит испарение условиями динамического равновесия процесса, что в конечном счете уменьшит потери жидкой среды испарением и влажность газообразной среды на выходе. При выполнении гофрированных пластин с продольными гофрами, имеющими в нормальном сечении форму пилообразных волн при длине таких волн, равной или несколько больше максимального расчетного уровня жидкой теплообменной среды в каналах теплообменника, задача ограничения испарения жидкой теплообменной среды и уноса ее паров потоками газообразной среды решается более эффективно за счет ограничения свободного пространства над зеркалом потока жидкой теплообменной среды до минимального.

Наличие указанных отличий конструктивного выполнения насадки заявляемого контактного теплообменника по сравнению с прототипом обеспечивает соответствие его критерию изобретения "новизна". Отсутствие сведений об известности использования отличительных признаков предложения по заявке в этой же и в смежных областях техники для решения аналогичных задач обеспечивает соответствие его критерию "изобретательский уровень". Возможность практической реализации заявляемого решения обеспечивает соответствие его критерию изобретения "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняют приводимые ниже описание примера его конкретного осуществления и чертежи, на которых представлены:
на фиг. 1 общий вид контактного теплообменника простейшей конструкции в продольном разрезе;
на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1, поясняющий один из лучших вариантов конструктивного выполнения насадки по данному изобретению.

Контактный теплообменник в представленном варианте конструктивного исполнения содержит камеру в виде корпуса 1, внутренняя полость которого образует по меньшей мере один горизонтальный канал, в котором с одного торца выполнены патрубок 2 подвода газообразной теплообменивающейся среды (воздуха) и патрубок 3 отвода жидкой теплообменивающейся среды (воды), а с другого торца патрубок 4 подвода жидкой теплообменивающейся среды и патрубок 5 отвода газообразной среды. На дне канала установлен и закреплен одним из известных способов пакет 6 теплообменной насадки, выполненный из чередующихся плоских 7 и гофрированных 8 пластин из теплопроводного материала, например, алюминия. Гофрированные пластины 8 в нормальном сечении имеют форму пилообразных волн (см. фиг.2), длина которых равна или несколько больше максимального расчетного уровня жидкой теплообменной среды, протекающей в канале корпуса 1. При этом высота гофр (амплитуда волн) по меньшей мере в два раза превышает расчетный шаг пластин в аналогичной насадке только из плоских элементов.

В принципе пластины 8 с продольными гофрами могут иметь в нормальном сечении и иную форму синусоидальных, прямоугольных, треугольных и т.п. волн, однако их эффективность при прочих равных условиях будет значительно ниже.

Работа контактного теплообменника в описанном варианте конструктивного исполнения определяется конструктивными особенностями теплообменной насадки и заключается в следующем.

При использовании такого теплообменника, например, для охлаждения сбросной воды конденсаторов турбин на тепловых электростанциях атмосферным воздухом, воду от конденсаторов турбин подают в корпус 1 теплообменника через патрубок 4 и отводят через патрубок 3, а атмосферный воздух подают через патрубок 2 и отводят через патрубок 5. Требуемый уровень проточной воды в канале корпуса 1 устанавливают регулировкой сопротивления отводного канала. При этом вода, имеющая более высокую температуру, отдает свое тепло насадке из пластин 7 и 8 стенкам канала, а потоку воздуха только в зоне их непосредственного контакт, за пределами пластин 7 и 8. Более холодный воздух от контакта с насадкой и стенками канала корпуса 1 при этом нагревается. Поскольку по фронту поток воды разделен пластинами 7 и 8 на множество мелких потоков, а гофрированными пластинами 8 зеркала каждого отдельного потока отделено от основного потока воздуха, испарение воды в пределах длины пластин 7 и 8 пакета 6 при ее охлаждении происходит в ограниченном пространстве. Наступает динамическое равновесие, уменьшая рост скорости испарения воды. Этому способствует и то обстоятельство, что ограниченное стенками гофрированных пластин 8, контактирующих с двух сторон со смежными плоскими пластинами 7, пространство над зеркалом воды между пластинами представляет собой достаточное аэродинамическое сопротивление для потока атмосферного воздуха, который в это пространство поступает в ограниченном объеме и не обеспечивает интенсивного вытеснения паров воды. По этой причине теплопередача от воды атмосферному воздуху осуществляется, в основном, через насадку и стенки канала корпуса 1. Это существенно уменьшает потери жидкой среды ее испарением и снижает влажность воздуха на выходе их теплообменника.

Использование: энергетика, теплообмен между жидкими и газообразными средами. Сущность изобретения: в камере 1 выполнен по меньшей мере один канал с патрубками подвода и отвода теплообменивающихся сред. Канал частично заполнен жидкостью и снабжен насадкой в виде пакета пластин, установленных на его длине. Пакет выполнен из чередующихся плоских и гофрированных пластин 7 и 8 с продольными гофрами в форме поперечных волн в нормальном сечении, причем гофры размещены горизонтально и выполнены с длиной волны, равной либо превышающей уровень жидкости в канале. Пластины 8 имеют в нормальном сечении форму пилообразных волн. Высота гофр в пластинах 8 по меньшей мере вдвое больше расчетного шага при выполнении насадки только из плоских пластин. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Контактный теплообменник, содержащий камеру, внутри которой выполнен по меньшей мере один горизонтальный канал со средствами подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем канал частично заполнен одной из теплообменивающихся сред жидкостью и снабжен теплообменной насадкой в виде пакета пластин, установленных на дне канала с заданным шагом, отличающийся тем, что пакет теплообменной насадки выполнен из чередующихся плоских и гофрированных пластин с продольными гофрами в форме поперечных волн в нормальном сечении, причем гофры пластин размещены горизонтально и выполнены с длиной волны, равной либо превышающей уровень жидкости в канале. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что гофрированные пластины в нормальном сечении имеют форму пилообразных волн. 3. Теплообменник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что высота гофр в пластинах по меньшей мере вдвое больше расчетного шага при выполнении насадки только из плоских пластин.