Теплообменное устройство Советский патент 1989 года по МПК F25B39/02 F28D7/00 

(21)3983794/23-06

(22)02.12.85

(46) 30.03.89. Бюл. № 12

(71)Московский институт химического машиностроения и Всесоюзный научно-исследовательский институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии Водгео

(72)В.Ф.Боев, А.Д.Аралов, А.И.Егоров, В.Ф.Потемкин, О.П.Кузнецов

и В.Н.Капалин (53) 621.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 775606, кл. F 28 D 11/02, 1980.

(54) ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение м.б. использовано при создании высокоэффективных малогабаритных систем охлаждения технологического оборудования и аппаратуры, выделяющих большое количество тепла. Цель изобретения - повьшение эффективности теплообмена. В корпусе 1 устройства установлен неподвижно полый цилиндрический барабан 2 с перфорированной боковой стенкой. Корпус имеет патрубки 3, 4 и 5 соответственно входа испаряющегося теплоносителя, входа барботируемого газа, выхода парогазовой смеси и

B nafce u

4- , гг

(Л

4

О5

г to

а о

rffi гам

теплообменник. Внутри барабана 2 ко- аксиально размещен полый ротор 9 с навужиыми ребрами 11. Полость ротора 9 сообщена с патрубком 5 и внутренней полостью барабана отверстиями 10, расположенными на периферии у основания корпуса 1. Ротор 9 выполнен в виде сужающегося к основанию полого конуса. Наружные ребра 11 выполнены в виде спиральных лопастей, образующих с внутренней поверх1

Изобретение относится к энергетике и теплотехнике, преимущественно к теплообменным устройствам, основанным на испарении охлаждающего теплоносителя, и может быть использовано при создании высокоэффективных малогабаритных систем охлаждения технологического оборудования и аппаратуры, выделяющих большие количества тепла.

Цель изобретения - повышение зф- фективности теплообмена.

На фиг.1 изображено теплообменное устройство, общий вид; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.З - выполнение ротора.

Теплообменное устройство (фиг.1 и 2) содержит корпус 1 с установленным в нем полым цилиндрическим барабаном 2 с перфорированной боковой стенкой. Корпус 1 снабжен патрубками входа испаряющегося теплоносителя 3,входа барботируемого газа А, выхода парогазовой смеси 5 и теплообменником 6 с твердой теплообмен- ной поверхностью 7, являющейся боковой стенкой барабана 2. В барабане 2 коаксиально ему с зазором 8 размещен полый ротор 9 с отверстиями 10 на периферии у основания корпуса 1 и с наружнь1Ми спиральными ребрами 11, полость которого сообщена с патрубком 5 выхода парогазовой смеси. Теплообменник 6 образован боковой поверхностью корпуса 1 и цилиндрическим барабаном 2, в пространстве между которыми размещен гофрированный лист 12, образующий в. этом пространстве каналы 13 и 14 дл

ностью барабана 2 зазор;постоянного сечения. Конструкция устройства позволяет обеспечить двизкение теплоносителя относительно внутренней поверхности барабана 2 пэд воздействием центробежного пол ч, создаваемого движением ребер 11 ротора 9, повысить относительную скорость движения газа и тештоноситепя и уменьшить унос частиц теплоносителя газом. 3 ил.

циркуляции газа и охлаждаемого (неиспаряющегося) теплоносителя соответственно. При этом каналы 13 сооб щены одной стороной с отверстиями 15 в перфорированной боковой стенке барабана 2 с его внутренней полостью.

другой - через коллектор

ком 4 входа барботируемсго газа, а каналы 14 снабжены коллекторами 17 и 18 с патрубками 19 и 20 для входа и выхода о: лаждаемого т«1Ш1оносителя соответственно. В случг1е значи- тельного - испарения охлгждающего теплоносителя в пузыри «1арботируемо5 го газа и болошой длины

0

стенки барабана 2 целесообразно ротор 9 (4ИГ.З) вьтолнять в виде сужа ющегося к основанию корпуса 1 полого конуса таким образом, чтобы спи16 с патруббоковой

5

рапьные ребра 11 образо ьшали с внутренней поверхностью|барабана 2 кольцевой зазор 8 постоЦного сече- :нйя. Такое выполнение ротора 9 по- зволяет увеличить проходное сечение каналов,образованных ре15рами 11,наружной поверхностью конуса ротора и поверхностью движущегрся в зазоре 8 испаряющегося теплоносителя, в направлении основания Kop:iyca 1. Так 0 как по мере движения парогазовой

смеси в направлении оснрвания корпуса 1 количество ее повы|пается, то увеличение проходного сечения каналов позволяет поддерживать в них постоянное давление смеси, что предотвращает возрастание сопротивления выходу парогазовых из барботируемого ими теплоноси|теля. Устройство также снабжено емк,остью 21 для

5

.охлаждающего теплоносителя, которая через вентиль 22 сообщена с патрубком 3 входа охлаждающего теплоносителя.

.Теплообменное устройство работает следующим образом.

Охлаждаюгций теплоноситель заливают в емкость 21, Открывают вентиль 22 и заполняют теплоносителем полость барабана 2, Приводят ротор 9 во вращение при помощи электро- пневмо- или гидропривода (не показан) . Охлаждающий теплоноситель отбрасывается ребрами 11 на внутренюю поверхность барабана 2 (твердую теп- лообменную поверхность 7) и двигается в кольцевом зазоре 8 между ней и наружными кромками ребер 11 ротора 9. Лищний охлаждающий теплоноситель выдавливается через патрубок 3 обратно в емкость 21. Через патрубок 4 и коллектор 16 в каналы 13 теплообменника 6 поступает газ, который, проходя через отверстия 15 в перфорированной боковой стенке барабана 2, барботирует в виде отдельных пузырей через охлаждающий теплоноситель, движущийся в кольцевом зазоре 8. В результате испарения охлаждающего теплоносителя в пузыри барботируемого газа осуществляется отвод тепла от него с парогазовой смесью, которая удаляется из устройства через отверстия 10 в роторе 9 и патрубок 5 в атмосферу или конденсируется о Испарившийся охлаждающий теплоноситель компенсируется подпиткой из емкости 21 через патрубок 3. Охлаждаемый теплоноситель поступает через патрубок 19 и коллектор 17 в каналы 14 теплообменника 6, циркулируя по которым отдает тепло через теплообменную поверхность 7 к охлаждающему (испаряющемуся) теплоносителю и удаляется из теплообменного устройства через коллектор 18 и патрубок 20.

Более высокая эффективность предлагаемого устройства по сравнению с прототипом достигается за счет дви женил теплоносителя относительно- внутренней поверхности барабана 2 под воздействием центробежного поля которое создается движением ррбер 11 ротора 9, воздействующих на свободную поверхность теплоносителя. В этом случае скорость по тодщине слоя теплоносителя изменяется, увеличи

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ваясь в направлении от внутренней поверхности барабана 2 к свободной поверхности теплоносителя. Следовательно, при определенном режиме движения в соседних слоях теплоносителя будут действовать одинаковые или даже увеличиваться по мере приближения к свободной поверхности центробежные силы, в результате чего удается повысить скорость всплытия пузырей. Эти условия позволяют обеспечить равномерную радиальную скорость движения пузырей, а также увеличение ее при приближении их к свободной поверхности. В итоге относительная скорость движения газа и теплоносителя получается вьше, что позволяет повысить скорость тепломассопере- носа между ними. Кроме того, отмеченные условия способствуют предотвращению образования струй, что уменьшает унос частиц теплоносителя газом. Кроме того, спиральное вьтолне- ние ребер 11 при вращении ротора 9 дополнительно вызывает осевое тече- 1ше теплоносителя, направление движения которого около свободной поверхности противоположно направлению его движения около стенки барабана 2.Это дополнительное движение, во-первых, ео;е больше увеличивает относительную скорость движения газа и теплоносителя и, во-вторых, разрушает газовый поток, нарушая условия образования струйного течения газа и усложняя траекторию движения пузырей газа,которая в осевом сечении слоя теплоносителя имеет вид выпуклой кривой с выпуклостью, направленной к верхней торцовой поверхности корпуса 1 устройства. Все это также повышает скорость тепломассо- переноса между газом и теплоносителем и уменьшает возможность уноса частиц последнего газом.

Кроме того, в предлагаемом устройстве ротор 9 вьшолняет роль двухступенчатого сепаратора, который работает следующим образом.

Частицы теплоносителя, выносимые газом из движущегося слоя, отбрасываются ребрами 11 обратно в слой. Те же частицы, которые сохраняют свое движение вместе с парогазовой смесью в каналах, образованных ребрами 11 ротора 9, в момент натекания смеси на внутреннюю торцовую поверхность основания корпуса 1 оседают на ней

в результате резкого изменения направления движения смеси на противоположное. Осевшие частицы ребрами 11 ротора 9 отбрасьшаются обратно в движущийся слой теплоносителя, уменьшая возможность уноса частиц теплоносителя из -теплообменного устройства.

внутри него коаксиально полый ротор с наружными полость ротора сообщена ком выхода парогазовой внутренней полостью бар стиями, расположенными

Формула изобретения

Теплообменное устройство, содержащее корпус с установленным в нем полым цилиндрическим барабаном с пер- ванию полого конуса, а форированной боковой стенкой, снаб- 15 ра выполнены в виде спи женный патрубками входа испаряющегося, теплоносителя, входа барботируемо- го газа, выхода парогазовой смеси и

у основания корпуса, пр выполнен в виде сужающе

f . .

пастей,образукицих с вну верхностью барабана заз го сечения.

ff

us:2

теплообменником, отлИ|Чаю1де- е с я тем, что, с цельк повышения эффективности теплообмена, барабан установлен в корпусе неп|одвижно,

0

внутри него коаксиально полый ротор с наружными полость ротора сообщена ком выхода парогазовой внутренней полостью бар стиями, расположенными

ванию полого конуса, а 15 ра выполнены в виде спи

у основания корпуса, пр выполнен в виде сужающе

f . .

пастей,образукицих с вну верхностью барабана заз го сечения.

размещен ребрами, с патруб- меси и с бана отвер- а периферии этом ротор ося к осно- аружные реб- альных ло- ренней по- р постоянноФи.З