Термосифонный холодильник Советский патент 1983 года по МПК C21B7/10 F27B3/24 

Изобретение относится к металлур гической промышленности и может быть использовано для охлаждения горизонтальHfcjx или наклонных конструкций печей цветной и черной метал лургии. По основному авт. св. 998824 известен термосифонный холодильник, выполненный в виде двух коаксиально расположенных изогнутых труб, из которых внешняя является корпусом, а внутренняя - вставкой, содержащей горизонтальный или наклонный участок подвода тепла и вертикальный участок отвода уепла.. Верхний конец вставки выполнен перфорированным и жестко прикреплен к верхнему торц корпуса, а нижний конец вставки открыт и расположен с- зазором по отношению к нижнему торцу корпуса. Такое конструктивное выполнение устройства позволяет устранить как проявление захлебывания благог даря разделению встречных потоков фаз п омежуточного теплоносителя, так и расслоение двухфазного потока вследствие увеличения скорости цир куляции теплоносителя и образования, при этом кольцевой структуры двухфазного течения с концентрацией жидкой фазы в пленке на наружной (обогреваемой) поверхности кольцево го (подъемного) канала, образованного вставкой и корпусом термосифона Cl . Однако известный холсяильник не обеспечивает достаточно высокую эффективность работы во всем диапазоне его геометрических и режимных параметров. . Это обменяется тем, что теплопередакадая способность замкнутого термосифонного элемента, составлякадего основу конструкции холодильника, в общем случае зависит от скорости циркуляции фаз прсяиежуточного теплоносителя, их содержания и взаимного .распределения по сечению и длине теплопередающего канала. Указанные характеристики в свою очередь опреде ляются геометрическими и режимными параметрами работы холодильника. Цель изобретения - повышение эффе тивности теплоотбора. Поставленная цель достигается тем что отношение поперечного сечения в.ставки к поперечному сечению кольце вой полости мезвду корпусом холодильника и вставкой равно 0,15-0,25.На фиг. 1 изображен термосифонный холодильник, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - график относительных харак теристик теплоподвода. о Термосифонный холодильник состоит из герметичного корпуса Ь с гориэо Г тально расположённым учаотком 2 теплоподвода и вертикально расположенным участком 3 теплоотвода. Внутри корпуса коаксиально расположена изогнутая вставка 4, закрепленная., в верхней части к торцу зоны теплоотвода и имек1дая в верхней части пер форацию а в нижней части - свободный выход. В общем случае вставка в пределах участка 2 теплоподвода расположена с эксцентриситетом и перфорирована по образующей, обращенной к наиболее теплонапряженной образукЕ1ей холодильника (экбцентриситет и .перфорация вставки в пределах длины зоны теплоподвода не показаны) . При работе термссифонного холодильника, участок 2 теплоподвЬда горизонтально или с наклоном к горизонту размещается в зоне тепловыделений охлаждаемого объекта, а вертикальный участок 3 теплоотвода располагается обычно вне охлаждаемого объекта. Перенос тепла в холодильнике реализуется в испарительно-конденсациопном цикле при однонаправленном движении фаз промежуточного теплоносителя под действием сил гравитацни в подъемном и опускном каналах замкнутого циркуляционного контура, образованного корпусом холодильника и внутренней вставкой. В зависимости от условий применения термосифонного холодильника уровень тепловыделения от охлаждаемого объекта по периметру участка 2 теплоподвода, может быть существенно различны1«1.Так ,в случае использования устройства для охлаждения сводов плавильных агрегатов наибольший уровень тепловых потоков наблюдается в районе нижней образующей участка подвода тепла,а в случае охлаждения подин плавильных агрегатов наиболее теплонапряжен район верхней образующей участка подвода тепла терадосифонного холодильника. Задаче расширения теплопере дак1цих возможностей холодильника в этих случаях отвечает организация преимущественной концентрации жидкой фазы теплоносителя в части сечения парогенерирующего канала, приегаквдей к наиболее теплонапряженной образующей, что может быть достигнуто при расположении вставки с эксцентриситетом в пределах участка подвода тепла. Необходимое положение вставки может быть организовано с помощью дистанционирукщих шзырей, приваренных к вставке. Повышение влагосодержания части сечения парогенерирующего канала, прилегающей к наиболее теплонапряженной образующей корпуса устройства, обеспечивается также перфорацией вставки отверстиями по ее образуюцей обращенной к наиболее теплонапряженной образующей корпуса.термосифона . В этом случае наряду со струйным истечением сзсновнрй части жидкой фазы теплоносителя в нижнем торце зона- подвода тепла холод иль- ника имеет место распределенное струйное орошение под длине наиболе теплонапряженной образующей участка подвода тепла холодильника. Указанные признаки сформулированы в результате экспериментальных исследований тепловых характеристик термосифонного холодильника и вытекают из следующих условий,; поддержания необходимого уровня скорос ти циркуляции промежуточного теплоносителя и влагосодержания подъемной ветви контура, соответствугацего устойчивому существованию разделенной (кольцевой) структуры двухфазного течения Зап оп ; минимизации суммарного гидравличес кого сопротивления потоку промежуточного теплоносителя в термосифонном контуре оп/ поА.015-.0,25, устойчивого существования сплошной пленки жидкости по периметру парогенерирующего (кольцевого) канала при наклонном его расположении е, sinif 0,6 (м) , гдeV - объем заливаемого в теряиосифон промежуточного тепло носителя; VQI - объем опускного канала (вн ренней полости вставки); 2 - длина зоны подвода тепла, м Lf - угол наклона зоны подвода тепла к горизонту, гргщ; Fgj, - сечение опускного каната, образованного внутренней поверхностью вставки; сечение подъемного (кольце го) канала, образованного наружной поверхностью вста ки и корпусом термосифона. Результаты испытаний представле на фиг. 3 в виде зависимости относ тельной характеристики интенсивнос ти продольного теплопереноса moi) /onwix H-S мльц / 5 icoAteu, Сопт| от соотношения площадей поперечных сечений полости вставки F |2т ико цевого канала, образованного внутренней цоверхностью корпуса термосифона и наружной поверхностью вставки кольц Характеристика интенсивности продольного теплопереноса претерпевает резкий излом в окрестности значения аргумента функциональнойвзаимов ЗСпГмльи, 0,18. Итак, приР / связи F г лк//лои,-.о V- I , достигаются наилучшие ВИЯ продольного теплопереноса в кольцевом канале, полость которого служит задаче транспорта тепла, отбираемого от объекта охлаждения. Оптимальным размером вставки, предназначенной для возврата конденсата промежуточного теплоносителя в испарительную зону термовифонного холодильника, является размер, соответствующий минимально возможному из совокупности значений, определяемых неравенстве вст/ кольц ° т.е. в конструкции термосифона, отвечающей задаче достижения максимальной эффективности продольного тепломассопереноса при минимальных габаритах устройства, должно выполняться оптимальное соотнесение .геометрических параметров F --0,tBf. Результаты лаборвторных и полупромьниленных испытаний предлагаемого термосифонного холодильника свидетельствуют о радикальном повышении теплопередакщей способности термосифонного охладителя в случае его применения на объектах горизонтальной и наклонной компоновки (в 7-9 раз по сравнению с аналогичными характеристиками известного устройства. При этом указанный сравнительный уровень эффективности применения термосифонного холодильника достижим при соблюдении оптимальных условий. Отклонение от этих условий приводит к ограниченному снижению теплопередающей способности термосифонного холодильника (до 40-50%) . В этом случае теплопередающая способность предлагаемого устройства в 3-4 раза превышает аналогич Ую характеристику известного, сдна-. ко в случае применения холодильника на объектах с высоким уровнем удельного тепловыделения с указанным . обстоятельством нельзя не считаться.

5 б 1 в 9 10J f 7 f 9 Ю

J f iJ

ТЕРМОСИФОННЫЙ. ХОЛОДИЛЬНИК ПО авт. св. № 998824, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности теплоотбора, отношение поперечного сечения вставки к поперечному сечению кольцевой полости между Корпусом холодильника и вставкой оавно 0,15-0,25.