Теплообменник Советский патент 1988 года по МПК F28D19/00 F25D3/00 

10

Ю

00 о ел

° :ЯЙГоР

/

Изобретение относится к теплообменной технике, может быть использовано в установках, содержащих холодильные агрегаты для создания запасов холода, и может быть использовано в воздухоразделительных установках непрерывного охлаждения потока воздуха высокого давления циклично работающим холодильным агрегатом.

Цель изобретения - снижение энергозатрат и интенсификация теплообмена.

На чертеже схематично изображен теплообменник.

Теплообменник содержит поверхностный трубчатый змеевик 1 для холодильного агента (охлаждающий поток, максимальная тем- пература -+ Г С) и трубчатый змеевик 2 для охлаждаемого вещества, например сжатого воздуха, поступающего в адсорбер блока очистки (максимальная тем пература +60°С, минимальная температура +5°С).

Змеевик 1 для хладагента расположен над змеевиком 2 для охлаждаемого вещества. Змеевики размещены в емкости 3 и погружены в жидкий промежуточный теплоноситель, состоящий из двух малораствОри- мых один в другом компонентов, например Воды 4 и хладона 5, температура кипения первого из которых 00°С выще максимально допустимой температуры охлаждаемого вещества, а температура кипения второг о вещества - .хладона, например R 12, при рабочем давлении находится в интервале между предполагаемыми температурами хладагента и охлаждаемого вещества (температура хладона-+I-3°С). При этом плотность первого компонента (воды) / : 1000 кг/м в жидком состоянии находится в интервале между плотностями жидкой и паровой фаз второго компонента, соответствен но . ж.л-лад.. 1410 КГ/М- и j°nap хлад, 20 кг/м.

От 20 до 70°/о емкости 3 занимает газовый объем 6. Вход нижнего змеевика 2 сое- динен с линией 7 подачи сжатого воздуха из блока комплексной очистки (не показан), а выход - с линией 8, соединенной с блоком глубокого охлаждения (не показан).

Вход и выход верхнего змеевика 1 сое- динены с линиями подачи 9 и отвода 10 хладагента из холодильной установки (не показана).

Теплообменник работает следующим образом.

В нерабочий период хладон 5 опускается на дно емкости 3, омывая поверхность нижнего змеевика 2 для охлаждаемого вещества. Уровень раздела воды 4 и хладона 5 образует горизонтальную новерхность. При подаче охлаждаемого (сжатого воздуха) хладон 5, как легкокипящий компо- нент теплоносителя, закипает на поверхности змеевика 2.

0 0

0

0

5

Паровые пузыри, всплывая, турбулизиру- ют промежуточный теплоноситель в целом. Процесс генерации паровых пузырей схватывает, кроме поверхности змеевика 2, также и слои перегретого теплоносителя, расположенные вблизи змеевика 2.

Пар конденсируется на поверхности верхнего змеевика 1 для холодильного агента и, образующиеся в результате капли хладона 5, более тяжелые, чем вода, опускаются вниз, увлекая за собой воду. Конденсация паров происходит также и в верхних переохлажденных слоях теплоносителя, находящихся вблизи змеевика 1. В период, когда холодильная установка отключена, конденсация паров происходит преимущественно в переохлажденных слоях воды.

Сосуд может быть выполнен герметичным, в этом случае в объеме над жидкой фазой в период работы с отключенной холо- диль;1ой установкой собираются пары.

В результате интенсивного перемещения частиц хладона 5, увлекающих за собой воду, обеспечивается интенсивная циркуляция промежуточного теплоносителя в целом между змеевиками 1 и 2 без использования насоса. При этом благодаря улучшению теплообмена между промежуточны.ми теплоносителем и з. -;еевиком 1 усиливается и аккумулирующая функция промежуточного теплоносителя. Интенсификация теплообмена обеспечивается, помимо интенсификации циркуляции теплоносителя, та.кже тем, что на поверхностях змеевиков происходят соответственно процессы испарения и .конденсации хладона, сопровождающиеся значительным поглощением (при испарении) и выделением тепла.

В период работы холодильной установки часть холода используется для охлаждения вещества (потока газа) в змеевике 2, а избыток холода сжимает пары хладона 5 из газового объема 6 и охлаждает жидкую фазу обоих компонентов промежуточного теплоносителя.

Полная холодопроизводктельность холодильной установки превыщает потребное количество холода для охлаждения вещества, проходящего по змеевику 2.

Поэтому холодильная установка работает в пре;)ывистом режиме, общая продолжительность ее работы определяется соотноще- нием между холодопроизводительностью установки и потребным для охлаждения количеством холода.

При снижении температуры вещества в змеевике 2 ниже заданного уровня (-Ч-4°С) холодильная установка отключается и оно охлаждается за счет холода, акку.мулиро- ванного жидкой фазой хладона и охлажденной водой 4. Продолжительность этого перио да определяется запасами холода, зависящими от сконденсированной массы хладона

и охлажденной воды 4. Затем холодильная установка включается вновь и цикл повторяется.

Конструктивное расположение змеевиков и наличие в промежуточном теплоно сителе двух компонентов с описанными физическими свойствами позволяет обеспечить интенсивный теплообмен без циркуляционного насоса, что снижает расход электроэнергии. Наличие хладона, изменяющего соотношение между количествами паровой и жидкой фаз, позволяет аккумулировать большое количество холода на единицу массы.

Формула изобретения

Теплообменник, содержащий размещенные в корпусе с промежуточным теплоносителем трубчатые змеевики для хладагента и охлаждаемого вещества, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и интенсификации теплообмена, змеевик для хладагента расположен над змеевиком для охлаждаемого вещества, а промежуточный теплоноситель состоит из двух малорастворимых один в другом компонентов, температура кипения первого из которых выще максимально допустимой температуры охлаждаемого вещества, температура кипения второго находится в интервале между предполагае- мыми температурами хладагента и охлаждаемого вещества, а плотность первого компонента в жидком состоянии находится в,ин- 5. тервале между плотностями жидкой и паровой фаз второго компонента.

0

Изобретение относится к теплообмен- ной те.хнике и может быть использовано в установках, содержащих холодильные агрегаты дли создания запасов холода, а также в воздухоразделительных установках непрерывного охлаждения потока воздуха высокого давления циклично работающим холодильным агрегатом. Целью изобретения является снижение энергозатрат и интенсификация теплообмена. В емкости 3 один под другим расположены змеевики 1 и 2 соответственно для хладагента и охлаждаемого вещества, погруженные в про.межуточный теплоноситель, состоящий из двух малорастворимых один в другом компонентов с определенными физическими свойствами. При подаче охлаждаемого вещества в змеевик 2 хладон 5, как легкокипящий компонент промежуточного теплоносителя, закипает на поверхности змеевика 2. Паровые пузыри хладона 5, всплывая, турбулизируют промежуточный теплоноситель в целом. Пар конденсируется на поверхности змеевика 1. Образующиеся в результате капли хладона 5 более тяжелые, чем второй компонент промежуточного теплоносителя - вода 4 опускаются вниз. В результате обеспечивается интенсивная циркуляция промежуточного теплоносителя между змеевиками и 2 без использования насоса. В период работы холодильной установки часть холода используется для охлаждения вещества - потока воздуха в змеевике 2, а избыток холода сжимает пары хладона 5 из газового объема в емкости и охлаждает жидкую фазу обоих компонентов промежуточного теплоносителя. 1 ил. Q g tassa 1аша