КОНДЕНСАТОР Российский патент 2006 года по МПК F28B3/06 

Изобретение относится к прямоконтактным конденсаторам смешения и подогревателям раствора и может быть использовано в алюминиевой, химической отраслях промышленности, а также в теплоэнергетике, более конкретно, для оснащения выпарных и автоклавных батарей в алюминиевой промышленности (глиноземном производстве).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является конденсатор в виде тепломасообменного аппарата (RU полезная модель №32870, МПК F 28 B 3/06, опубликовано в бюллетене №27, 2003 г.), содержащий корпус, который разделен по высоте на сообщающиеся верхнюю и нижнюю камеры посредством центрального полочного распределителя жидкости; при этом полочные распределители жидкости установлены в нижней камере количеством не менее одного, и каждый из полочных распределителей образует ступень конденсации и установлен по высоте нижней камеры таким образом, что подаваемый пар проникает через завесу жидкости в противоположных направлениях в пределах соседних ступеней конденсации. Кроме перечисленных элементов конденсатор содержит форсунки, боковой патрубок для подачи пара, установленный в стенке корпуса.

Недостаток указанной конструкции заключается в том, что при турбулентном движении в верхней части верхней камеры смеси пара и капель воды, обусловливающих интенсивную конденсацию пара, в нижней части этой камеры движение приобретает вид спокойного потока пара и капель воды. При этом вместе с паром к поверхности капель переносятся неконденсирующиеся газы, в нижней части верхней камеры вокруг капель образуется слой неконденсирующихся газов, препятствующий конденсации, что резко снижает интенсивность теплопередачи и скорости конденсации пара. Это явление уменьшает тепловую эффективность конденсатора в целом, уменьшает величину нагрева воды и приводит к увеличению расхода охлаждающей воды и, кроме того, к увеличению габаритов устройства в целом.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении тепловой эффективности конденсатора за счет интенсификации теплопередачи, а также за счет увеличения движущей силы процесса конденсации.

Поставленная техническая задача решается с помощью заявляемого конденсатора, включающего корпус, разделенный по высоте на сообщающиеся верхнюю и нижнюю камеры посредством центрального полочного распределителя жидкости, форсунки, установленный в стенке корпуса боковой патрубок для подачи пара, при этом нижняя камера содержит не менее одного полочного распределителя жидкости, каждый из которых образует ступень конденсации и установлен по высоте корпуса таким образом, что подаваемый пар проникает через завесу жидкости в противоположных направлениях в пределах соседних ступеней конденсации, в котором, согласно изобретению, дополнительно содержатся патрубок для подачи пара и форсунки, причем оба патрубка установлены в верхней камере: дополнительный патрубок установлен в верхнем днище, боковой патрубок установлен в нижней части верхней камеры и снабжен лопастями, направляющими поток пара наклонно вниз, а форсунки установлены снаружи и/или внутри каждого патрубка.

Целесообразно форсунки вокруг патрубка в верхнем днище устанавливать наклонно и направлять к центру верхней камеры.

Целесообразно также форсунки вокруг патрубка на боковой стенке устанавливать наклонно и направлять в нижнюю часть верхней камеры.

Предпочтительно форсунки устанавливать вокруг патрубков.

Размещение в верхнем днище дополнительного парового патрубка с водяными форсунками, размещенными непосредственно в этом патрубке или вокруг него, позволяет обеспечить в верхней части верхней камеры обширную и протяженную область с энергичным перемешиванием смеси пара и водяных капель, обусловливающую интенсивный процесс конденсации пара. Это достигается за счет совместного однонаправленного движения сверху вниз потока пара, выходящего без потерь энергии и изменения направления движения из дополнительного парового патрубка и однонаправленного с ним (сверху вниз) движения потока капель из водяных форсунок, при котором механическая энергия потоков пара и капель воды в полной мере используется на развитие высокоинтенсивного контакта пара и воды.

Размещение в нижней части верхней камеры бокового патрубка с лопастями дает возможность интенсифицировать процесс конденсации пара в нижней части верхней камеры. Поток пара из бокового патрубка, направляемый в нижнюю часть верхней камеры поперек парокапельного потока, направленного сверху вниз из дополнительного патрубка верхнего днища, энергично перемешивает и турбулизирует этот поток, сдувает конденсирующиеся газы с поверхности капель и обеспечивает контакт свежего пара с этими каплями. В результате достигается интенсификация конденсации пара в нижней части верхней камеры.

Таким образом, размещение дополнительного парового патрубка с расположенными в нем и вокруг него водяными форсунками в сочетании с боковым паровым патрубком, установленным на боковой стенке в нижней части верхней камеры, позволяет достичь высокой интенсивной конденсации пара как в верхней, так и в нижней частях верхней камеры. Для достижения этого же эффекта служит оснащение бокового парового патрубка дополнительными водяными форсунками, установленными снаружи и/или внутри него.

Для поддержания высокоэффективной конденсации пара путем предупреждения накапливания в аппарате неконденсирующихся газов в заявляемом конденсаторе формируется два четко и рационально направленных капельно-паровых потока.

Первый поток - сверху вниз обеспечивается установкой дополнительного парового патрубка в верхнем днище с форсунками, установленными снаружи и/или внутри патрубка и направленными вниз. Наличие дополнительного патрубка для подачи пара с форсунками позволяет создать однонаправленный перемешиваемый поток пара и струй воды, обеспечивающий интенсивную теплопередачу и конденсацию пара.

Направление второго потока формируется лопастями, установленными в боковом паровом патрубке и направляющими пар наклонно вниз в нижнюю часть паровой камеры и, кроме того, раздающими этот поток по всему поперечному сечению аппарата. За счет скоростного напора, создаваемого этим потоком, остаток пара и образующиеся неконденсирующиеся газы из нижней части верхней ступени нагнетаются в нижнюю камеру. При этом содержание неконденсирующихся газов минимально и практически не влияет на интенсивность конденсации пара.

Поток пара из бокового патрубка, направленный лопастями в нижнюю часть верхней ступени поперек парокапельного потока, направленного сверху вниз, энергично перемешивает и турбулизирует его, сдувает неконденсирующиеся газы с поверхности капель и тем самым интенсифицирует конденсацию пара в нижней части верхней камеры.

Преимущество размещения бокового парового патрубка с лопастями в нижней части верхней камеры заключается также в том, что позволяет направить непосредственно в нижнюю часть этой камеры в вертикальный поток (из которого уже сконденсировалась основная часть поданного пара) свежий пар с высокой температурой конденсации, что также повышает полезный температурный напор и тем самым интенсифицирует здесь процесс конденсации пара.

Подвод пара, направляемого на конденсацию, через два патрубка, разнесенных по высоте аппарата, позволяет снизить потери потенциала (температуры) конденсируемого пара, тем самым повысить разность температур пара и воды в аппарате, что также интенсифицирует процесс конденсации.

В заявляемом конденсаторе в полной мере используется эффект подсоса пара, выходящего из подводящих паровых патрубков, потоками струй и капель воды, вылетающих с большой скоростью из форсунок, а также эффект сжатия конденсирующегося пара в нижней части верхней камеры за счет энергии массива падающих капель при приближении и при ударе в поперечные перегородки, составляющие донную часть верхней камеры. Опытным путем установлено, что указанные эффекты значительны и существенно влияют на решение поставленной технической задачи.

Достигаемые в предлагаемом аппарате более высокие значения интенсивности конденсации пара обеспечивают более высокие показатели тепловой эффективности: полноту теплообмена, производительность по конденсируемому пару и больший нагрев воды в аппарате, или при сохранении той же тепловой эффективности позволяют уменьшить размеры и металлоемкость конденсатора.

Анализ известных технических решений, касающихся конденсаторов, а также анализ совокупности существенных признаков предлагаемого изобретения позволяет сделать вывод о соответствии данного изобретения критерию "новизна".

Заявляемая совокупность существенных признаков изобретения, предопределяющая получение указанного технического результата, для специалиста явным образом не следует из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Возможность достижения поставленной технической задачи предлагаемой совокупностью существенных признаков подтверждается нижеприведенным примером выполнения изобретения.

На чертеже изображена схема предлагаемого конденсатора.

Аппарат содержит корпус 1, сообщающиеся по пару верхнюю 2 и нижнюю 3 камеры, границей между которыми является полочный распределитель жидкости, выполненный в виде центральной сплошной круглой полки 4 нижней камеры 3. В нижней камере 3 под полкой 4 установлен также полочный распределитель жидкости, выполненный в виде кольцевой полки 5. Верхняя полка 4 формирует водяную завесу верхней ступени 6 конденсации нижней камеры 3, равно как нижняя кольцевая распределительная полка 5 формирует водяную завесу нижней ступени 7 конденсации.

В верхней камере 2 установлены: в верхнем днище патрубок 8 для подачи пара, на боковой стенке патрубок 9 для подачи пара; вокруг патрубка 8 установлены наклонно к вертикали форсунки 10, вокруг патрубка 9 установлены наклонно вниз форсунки 11. Патрубок 9 оснащен лопастями 12, которые формируют поток пара, направленный в нижнюю часть верхней камеры 2. В пределах второй ступени конденсации в боковой стенке аппарата установлен патрубок 13 для отвода неконденсирующихся газов, в нижнем днище аппарата установлен патрубок 14 для отвода воды.

Данный аппарат работает следующим образом.

Конденсируемый пар поступает в аппарат через патрубок 8 в верхнем днище аппарата и через боковой патрубок 9. Одновременно поступает охлаждающая вода через форсунки 10 и 11, диспергируемая на множество капель. При этом реализуется инжектирующий (подсасывающий) эффект потока капель и струй, вылетающих из форсунок, таким образом пар продвигается по аппарату; в нижней части верхней камеры 2 реализуется нагнетательный (поршневой) эффект массы падающих капель, обусловливающий повышение давления паровой среды. Парокапельный поток от бокового патрубка 9 энергично турбулизирует парокапельную смесь в нижней части верхней камеры 2. В нижней части верхней камеры 2 капли воды попадают на сплошную распределительную полку 4 и, стекая с нее, образуют водяные завесы верхней 5 и нижней ступеней 7 конденсации, через которые прорываются несконденсировавшийся пар и конденсирующиеся газы из верхней камеры 2. Паровой поток из бокового патрубка 9, направляемый лопастями 12 вниз, механически воздействует на водяные завесы, турбулизирует их и тем самым также повышает интенсивность конденсации пара на этих завесах.

Пройдя ступени конденсации 5, 7, вода попадает на дно аппарата и выводится из него через патрубок 14.

Заявляемый конденсатор обладает следующими преимуществами по сравнению с известным устройством, выбранным в качестве ближайшего аналога:

- более высокими показателями интенсивности конденсации пара и полезной разности температур пара и воды;

- более высокими значениями тепловой эффективности;

- меньшим необходимым диаметром корпуса аппарата.

Изобретение относится к конденсаторам смешения и подогревателям раствора. Конденсатор включает корпус, разделенный по высоте на сообщающиеся верхнюю и нижнюю камеры посредством центрального полочного распределителя жидкости, форсунки, установленный в стенке корпуса боковой патрубок для подачи пара, при этом нижняя камера содержит не менее одного полочного распределителя жидкости, каждый из которых образует ступень конденсации и установлен по высоте корпуса таким образом, что подаваемый пар проникает через завесу жидкости в противоположных направлениях в пределах соседних ступеней конденсации. Конденсатор дополнительно содержит патрубок для подачи пара и форсунки, причем оба патрубка установлены в верхней камере: дополнительный патрубок установлен в верхнем днище, боковой патрубок установлен в нижней части верхней камеры и снабжен лопастями, направляющими поток пара наклонно вниз, а форсунки установлены снаружи и/или внутри каждого патрубка. Форсунки снаружи и/или внутри патрубка в верхнем днище установлены наклонно и направлены к центру верхней камеры. Форсунки снаружи и/или внутри бокового патрубка установлены наклонно и направлены в нижнюю часть верхней камеры. Форсунки установлены вокруг патрубков. Изобретение позволяет повысить тепловую эффективность конденсатора за счет интенсификации теплопередачи, а также за счет увеличения движущей силы процесса конденсации. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Конденсатор, включающий корпус, разделенный по высоте на сообщающиеся верхнюю и нижнюю камеры посредством центрального полочного распределителя жидкости, форсунки, установленный в стенке корпуса боковой патрубок для подачи пара, при этом нижняя камера содержит не менее одного полочного распределителя жидкости, каждый из которых образует ступень конденсации и установлен по высоте корпуса таким образом, что подаваемый пар проникает через завесу жидкости в противоположных направлениях в пределах соседних ступеней конденсации, отличающийся тем, что он дополнительно содержит патрубок для подачи пара и форсунки, причем оба патрубка установлены в верхней камере: дополнительный патрубок установлен в верхнем днище, боковой патрубок установлен в нижней части верхней камеры и снабжен лопастями, направляющими поток пара наклонно вниз, а форсунки установлены снаружи и/или внутри каждого патрубка.2. Конденсатор по п.1, отличающийся тем, что форсунки снаружи и/или внутри патрубка в верхнем днище установлены наклонно и направлены к центру верхней камеры.3. Конденсатор по п.1, отличающийся тем, что форсунки снаружи и/или внутри бокового патрубка установлены наклонно и направлены в нижнюю часть верхней камеры.4. Конденсатор по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что форсунки установлены вокруг патрубков.