ТЕПЛОМАССООБМЕННИК Российский патент 2000 года по МПК F28C3/00 B01F3/04 

Изобретение относится к контактным теплообменным аппаратам и может быть использовано в теплоэнергетической промышленности.

Известен тепломассообменник смесительного типа, содержащий корпус с патрубками подвода рабочих сред, установленные в корпусе осевое и периферийное кольцевое сопла одной из сред, размещенное между ними коаксиальное сопло другой среды и камеру смешения.

(См. а.с. СССР N 1171078, МПК В 01 F 3/04, 1985).

Недостатком указанного тепломассообменника является подача в камеру смещения рабочих сред сплошным потоком, что снижает степень их диспергирования и эффективность тепломассообмена в целом.

Ближайшим техническим решением является тепломассообменник, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода, размещенные в полости корпуса коллекторы рабочих сред и параллельно подключенные к ним, по крайней мере, два модуля, выполненные в виде пары сопел для рабочих сред и сообщенной с ними камеры смещения, причем модули снабжены креплениями, разнесенными по их длине и выполненными в виде трубных решеток, и установлены в отверстиях упомянутых решеток своими соплами и выходными участками камер смешения, а коллектор одной из сред расположен между решетками.

(См. а.с. N 1307202, МПК F 28 C 3/06, 1967).

Недостатком указанного тепломассообменника является то, что он недостаточно расширяет рабочий диапазон по расходам рабочих сред.

Задачей изобретения является расширение рабочего диапазона по расходам рабочих сред и снижение габаритов тепломассообменника.

Задача решается тем, что тепломассообменник содержит корпус с патрубками подвода и отвода, размещенные в полости корпуса коллекторы рабочих сред и параллельно подключенные к ним, по крайней мере, два модуля, выполненные в виде пары сопел для рабочих сред и сообщенной с ними камеры смешения, причем модули снабжены креплениями, разнесенными по их длине и выполненными в виде трубных решеток, и установлены в отверстиях упомянутых решеток своими соплами и выходными участками камер смешения, а коллектор одной из сред расположен между решетками, каждый модуль заключен в автономную обечайку, сопла выполнены коаксиальными, при этом сопла, посредством которых модули установлены в отверстиях решеток являются паровыми.

Кроме того, по крайней мере, одна из трубных решеток выполнена многослойной.

Со стороны выходных участков камер смешения модулей, за соответствующей трубной решеткой по ходу движения рабочих сред, корпус выполнен с конфузорной стабилизационной зоной, а выходные участки камер смешения модулей снабжены направляющими патрубками.

На фиг. 1 схематично изображен описываемый тепломассообменник.

На фиг. 2 - модуль тепломассообменника.

Тепломассообменник содержит корпус 1, патрубок 2 подвода одной из сред, например пара, патрубок 3 подвода другой среды, например воды, патрубок 4 отвода сред, размещенные в полости корпуса 1 коллектор 5 пара, коллектор 6 воды и параллельно подключенные к коллекторам 5 и 6 теплообменные модули 7. Модули 7 жестко установлены в отверстиях трубных решеток 8 и 9 своими паровыми соплами 10 и выходными участками 11 камер смещения 12.

Трубные решетки 8 и 9 закреплены в корпусе 1 и служат креплениями для модулей 7. Каждый из модулей 7 выполнен в виде автономной обечайки 13, парового сопла 10, жидкостного сопла 14 и камеры смешения 12 с выходным участком 11.

Одна из трубных решеток или обе решетки 8 и 9 могут быть выполнены многослойными, например из двух слоев 15 и 16. Со стороны выходных участков 11 камер смещения 12, за трубной решеткой 9 по ходу движения рабочих сред, корпус 1 может быть выполнен с конфузорной стабилизационной зоной 17. Выходные участки 11 могут быть снабжены направляющими патрубками 18. Со стороны коллектора 6 в зоне жидкостного сопла 14 обечайки 13 снабжены окнами или перфорацией 19.

Модули 7 размещены по концентрическим окружностям трубных решеток 8 и 9, их количество может быть любым и определяется технологическими нуждами. В частности, на фиг. 1 представлен тепломассообменник, в котором размещены семь модулей. Группа модулей 7 может состоять из модулей одного или нескольких типоразмеров (по расходу рабочих сред).

Обечайки 13 модулей 7 могут быть выполнены цилиндрической формы и тогда все необходимые профили в виде отдельных составляющих компонуются внутри обечаек. На фиг. 2 представлен вариант, где обечайка 13 выполнена профильной с образованием требуемой конфигурации и сечений как сопел, так и камеры смещения и ее выходного участка.

Коллектор 6 воды расположен в полости корпуса 1 между трубными решетками 8 и 9 и отделен решеткой 8 от коллектора 5 пара. В результате в решетке 8 возникают термические напряжения, могущие привести к ее разрушению. Для уменьшения термического напряжения и исключения связанных с ним аварий трубная решетка 8 может быть выполнена двух- или трехслойной по толщине. Слои 15 и 16 могут быть выполнены из одного и того же или разных материалов, или же в виде покрытия со стороны одного из коллекторов. При необходимости, аналогичным образом может быть выполнена и другая трубная решетка 9.

Патрубок 4 отвода сред может быть непосредственно подключен к корпусу 1 за трубной решеткой 9. На фиг.1 представлен вариант, где корпус 1 за трубной решеткой 9 выполнен с конфузорной стабилизационной зоной 17, к которой и подключен патрубок 4 отвода сред. Стабилизационная зона 17 служит для выравнивания теплогидравлических характеристик по объему образованной смеси и обеспечивает подачу к патрубку 4 однородной среды с заданными параметрами.

Полости выходных участков 11 могут быть непосредственно сообщены с полостью за трубной решеткой 9, однако для уменьшения гидравлического сопротивления и эрозионного износа корпуса более предпочтительным является профилирование выходящей струи и исключение резкого изменения ее траектории. Для этого выходные участки 11 снабжены направляющими патрубками 18. Патрубки 18 могут быть спрофилированы требуемым образом для придания выходящим струям необходимой траектории, могут быть выполнены прямыми с частичным вырезом боковой поверхности, с их ориентировкой вырезами к центру.

При включении тепломассообменника в работу одна из рабочих сред, например, вода, через патрубок 3 подвода поступает в коллектор 6 воды, распределяется по модулям 7, в каждом из модулей проходит перфорацию 19, жидкостное сопло 14 и смешивается с паром в камере смещения 12. Другая рабочая среда, например пар, через патрубок 2 подвода поступает в коллектор 5 пара, распределяется по модулям 7, в каждом из модулей проходит паровое сопло 10 и смешивается с водой в камере смешения 12. В процессе смещения происходит конденсация пара, вода нагревается и образованная смесь через выходные участки 11 и направляющие патрубки 18 поступает в стабилизационную зону 17. В зоне 17 поступившая смесь из всех модулей 7 перемешивается друг с другом, в результате чего теплогидравлические характеристики потока выравниваются по объему и к патрубку 4 отвода подается однородная среда с заданными параметрами.

Таким образом, описанное модульное исполнение тепломассообменника обеспечивает обработку всей массы рабочих сред в режимных параметрах одного апробированного модуля и гарантирует устойчивость работы вне зависимости от их расходов, что расширяет рабочий диапазон по расходам рабочих сред и снижает габариты тепломассообменника в целом.

Изобретение относится к контактным теплообменным аппаратам. Тепломассообменник содержит, по крайней мере, два модуля, выполненные в виде пары сопел для рабочих сред и сообщенной с ними камеры смешения, модули снабжены креплениями, разнесенными по их длине и выполненными в виде трубных решеток, каждый модуль заключен в автономную обечайку, сопла выполнены коаксиальными, при этом сопла, посредством которых модули установлены в отверстиях решеток, являются паровыми. Изобретение позволяет расширить рабочий диапазон по расходам рабочих сред и снизить габариты тепломассообменника. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Тепломассообменник, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода, размещенные в полости корпуса коллекторы рабочих сред и параллельно подключенные к ним, по крайней мере, два модуля, выполненные в виде пары сопел для рабочих сред и сообщенной с ними камеры смешения, причем модули снабжены креплениями, разнесенными по их длине и выполненными в виде трубных решеток, и установлены в отверстиях упомянутых решеток своими соплами и выходными участками камер смешения, а коллектор одной из сред расположен между решетками, отличающийся тем, что каждый модуль заключен в автономную обечайку, сопла выполнены коаксиальными, при этом сопла, посредством которых модули установлены в отверстиях решеток, являются паровыми. 2. Тепломассообменник по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна из трубных решеток выполнена многослойной. 3. Тепломассообменник по п.1, отличающийся тем, что со стороны выходных участков камер смешения модулей за соответствующей трубной решеткой по ходу движения рабочих сред корпус выполнен с конфузорной стабилизационной зоной. 4. Тепломассообменник по п.1, отличающийся тем, что выходные участки камер смешения модулей снабжены направляющими патрубками.