КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2005 года по МПК F24H1/10 F28C3/06 

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано для ТЭС, в химической, пищевой и других отраслях промышленности в качестве испарителя жидкости, воздухоохладителя.

Известен испаритель, содержащий вертикальный корпус с нагревательным устройством и коаксиально расположенной в корпусе трубой, на которой закреплены один за другим наклонные диски переменного радиуса, имеющие вырезы для прохода пара, и расположенные в испарителе по винтовой линии криволинейные направляющие, размещенные на их поверхности, патрубки ввода жидкости и вывода испарившегося и неиспарившегося продукта, с цилиндрическими направляющими элементами, расположенными между дисками коаксиально трубе с зазором относительно трубы снабженные наклонным дном, на боковой части которых выполнены отверстия, совмещенные с поверхностью диска, диски снабжены дополнительными собирающими пластинами, расположенными в верхней части дисков, криволинейные направляющие установлены на нижней части дисков радиально к цилиндрическим элементам, при этом в дисках выполнено отверстие, расположенное под наклонным дном цилиндрического элемента, а вырезы для прохода пара выполнены в виде отверстий с отбортовкой (SU №1708377).

Недостатком данного аппарата является недостаточно равномерное и эффективное распределение жидкости по внешней стенке аппарата, на которой происходит теплообмен.

Ближайшим аналогом заявленного изобретения является контактный теплообменник (RU №2055293), содержащий цилиндрический корпус с нижним воздуховходным и верхним воздуховходным патрубками, установленные в корпусе последовательно по ходу воздуха две ступени теплообменной поверхности, вторая из которых выполнена в виде конуса, ось и вентиляторные лопасти, водоуловитель и размещенный в нижней части корпуса поддон с жидкостью, а также распределитель с соплами, при этом теплообменник снабжен втулкой, ступицей, установленной на оси, и закрепленными с заданным углом установки на ступице турбинными лопатками, на свободных торцах которых жестко закреплена упомянутая втулка, на наружной поверхности последней размещены с заданным углом установки вентиляторные лопасти, при этом водораспределитель выполнен в виде размещенной над турбинными лопатками соосно с корпусом коллекторной трубы, в нижнем торце которой выполнены сопла, ориентированные в сторону лопаток, первая ступень теплообменной поверхности выполнена в виде перфорированной тарелки, а конус выполнен перфорированным, обращен в сторону тарелки и закреплен на стенке корпуса с образованием кольцевого зазора. В процессе работы теплообменника вода под давлением поступает в коллекторную трубу водораспределителя, откуда через сопла истекает на турбинные лопатки, в результате чего приводятся во вращение вентиляторные лопасти. При этом происходит распыление жидкости вращающимися турбинными лопатками, а тягу воздуха в корпусе обеспечивают вентиляторные лопасти в направлении, противоположном движению водяных капель в факеле распыления. Далее распыленная жидкость оседает на поверхности конуса, где контактирует с охлаждающим воздухом, проходящим через перфорацию конуса, и сливается через зазор на перфорированную тарелку, где вновь контактирует с воздухом, что сопровождается образованием пенного слоя. Накапливающаяся на тарелке жидкость отводится в поддон. Капельная влага, выносимая потоком воздуха из пенного слоя, возвращается в слой, отбиваясь от внутренней поверхности конуса. Воздух с капельной влагой удаляется из аппарата тягой, создаваемой вращающимися вентиляторными лопастями через водоуловитель, выполненный в виде радиально установленных пластин с отбойными полыми ребрами. В водоуловителе происходит сепарация влаги из потока. Капельки влаги через перфорацию в ребрах попадают внутрь последних и далее капельная влага возвращается в теплообменник. Очищенный от капельной влаги воздух выбрасывается в атмосферу, а охлажденная в теплообменнике вода подается потребителю.

Недостатком ближайшего аналога является недостаточная эффективность теплообмена при контакте жидкой и газовой фаз и сложность конструкции теплообменника.

Задачей изобретения является создание аппарата оросительного типа, в котором были бы исключены недостатки описанных выше аппаратов.

Поставленная задача решается за счет того, что теплообменный аппарат имеет цилиндрический корпус с патрубками ввода, вывода пара и патрубками отвода подвода жидкости, центральную трубу с форсунками, соединенную с патрубком подвода жидкости, и закрепленную на боковых стенках цилиндрического корпуса спиральную вставку, поверхность которой выполнена с наклоном от центра к боковым стенкам цилиндрического корпуса, при этом форсунки центральной трубы расположены над поверхностью спиральной вставки по винтовой линии, повторяющей профиль спиральной вставки.

Спиральная вставка предпочтительно выполнена в виде ленты, закрепленной в держателях, закрепленных на боковой стенке цилиндрического корпуса.

Держатели преимущественно расположены вдоль поверхности стенки под углом к горизонту, соответствующем углу схода спиральной вставки.

Количество форсунок постепенно уменьшается от верхней к нижней части центральной трубы.

Техническим результатом, обеспечиваемым при использовании изобретения, является то, что бомбардировка каплями жидкости, сорвавшимися со спиральной вставки, прижимает пленку жидкости, текущую по боковой стенке аппарата к этой стенке, и не позволяет пленке жидкости отрываться от стенки теплообменного аппарата, тем самым, интенсифицируя теплообмен, увеличивая теплообменную поверхность и исключая нагар на стенках аппарата.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - теплообменный аппарат со спиральной вставкой в продольном разрезе (для удобства восприятия спиральная вставка показана не в сечении, а целиком);

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - фрагмент боковой стенки цилиндрического корпуса теплообменного аппарата с прикрепленным к ней держателем спиральной вставки.

Теплообменный аппарат содержит цилиндрический корпус 1 с патрубками ввода 2, вывода 3 газа и отвода 4 жидкости.

К корпусу 1 прикреплен патрубок 5 подвода жидкости, который соединен с центральной трубой 6. Центральная труба 6 расположена вдоль оси теплообменника, а подача жидкости из нее происходит через форсунки 7, расположенные на поверхности трубы 6. В корпусе 1 теплообменника на держателях 8, установленных на боковой стенке цилиндрического корпуса 1, закреплена спиральная вставка 9. Спиральная вставка расположена с зазором по отношению к центральной трубе так, что форсунки 7, установленные на трубе 6 по винтовой линии, повторяющей профиль спиральной вставки 9, находятся чуть выше ее поверхности по всей длине спиральной вставки 9. При этом количество форсунок 7 постепенно уменьшается от верхней части центральной трубы 6 к нижней.

Держатели 8 могут располагаться вдоль поверхности стенки под углом к горизонту, соответствующем углу схода спиральной вставки. Пленка жидкости, попадая на держатели, дополнительно закручивается и, следовательно, прижимается к боковой стенке теплообменного аппарата. Вид держателей 8 показан на фиг.2 и 3.

Теплообменный аппарат работает следующим образом.

Жидкость через патрубок 5 поступает в центральную трубу 6, а из нее через форсунки 7, расположенные на трубе по винтовой линии, распыляется внутри корпуса 1 и бомбардирует слой жидкости, стекающей по боковой стенке корпуса. Капли, распыляющиеся из форсунок и стекающие со спиральной вставки, распыляясь, при попадании на боковую стенку цилиндрического корпуса интенсифицируют теплообмен, за счет уноса с поверхности пленки жидкости падающими на нее каплями и уноса этой жидкости к поверхности теплообменного аппарата одновременно прижимают пленку жидкости к боковой стенке цилиндрического аппарата 1. Одновременно через патрубок 2 в тепловую рубашку 10 поступает теплоноситель. Теплоноситель удаляется из тепловой рубашки 10 через патрубок 11. Жидкость, сорвавшаяся с боковой стенки, попадает на спиральную вставку 9, движется по ней, под воздействием центробежной силы срывается со спиральной вставки 9 и снова попадает на боковую стенку. При этом капли приобретают тангенциальный импульс и при падении подкручивают пленку жидкости. Образующийся пар движется вдоль спиральной вставки 9, закручивается и подается в центральную часть аппарата. При этом:

1) спиральная вставка 9 нагревается и сама является теплообменной испарительной поверхностью;

2) капли, вылетающие из форсунок 7, попадают в паровой поток, который закручивается, проходя вверх вдоль спиральной вставки, при этом капли нагреваются и дробятся, что увеличивает межфазную поверхность и количество капель, бомбардирующих пленку жидкости.

Таким образом, спиральная вставка 9 выполняет одновременно следующие функции:

1) Возвращает сорвавшиеся капли на боковую стенку цилиндрического корпуса.

2) Является нагревательной поверхностью, нагревающей часть жидкости.

3) Закручивает паровой поток и собирает его в центральной части теплообменного аппарата, где он интенсивно взаимодействует с вылетевшими каплями, дробя их и нагревая.

Пар отводится через патрубки 3. Не нагревшаяся жидкость отводится через патрубок 4.

Изобретение предназначено для теплообмена между жидкостью и газом и может быть использовано для ТЭС, в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Контактный теплообменник содержит цилиндрический корпус с патрубками ввода, вывода пара и патрубками отвода, подвода жидкости, центральную трубу с форсунками, соединенную с патрубком подвода жидкости и закрепленную на боковых стенках цилиндрического корпуса спиральной вставки, поверхность которой выполнена с наклоном от центра к боковым стенкам цилиндрического корпуса. Форсунки центральной трубы расположены над спиральной вставкой по винтовой линии, повторяющей профиль спиральной вставки. Изобретение обеспечивает интенсификацию теплообмена, увеличение теплообменной поверхности и исключает нагар на стенках аппарата. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Контактный теплообменник, характеризующийся наличием цилиндрического корпуса с патрубками ввода, вывода пара и патрубками отвода, подвода жидкости, центральной трубы с форсунками, соединенной с патрубком подвода жидкости, и закрепленной на боковых стенках цилиндрического корпуса спиральной вставки, поверхность которой выполнена с наклоном от центра к боковым стенкам цилиндрического корпуса, при этом форсунки центральной трубы расположены над спиральной вставкой по винтовой линии, повторяющей профиль спиральной вставки.2. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что спиральная вставка выполнена в виде ленты, закрепленной в держателях, закрепленных на боковой стенке цилиндрического корпуса.3. Теплообменный аппарат по п.2, отличающийся тем, что держатели расположены вдоль поверхности стенки под углом к горизонту, соответствующим углу схода спиральной вставки.4. Теплообменный аппарат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что количество форсунок постепенно уменьшается от верхней к нижней части центральной трубы.