Испаритель криогенной жидкости Советский патент 1989 года по МПК F28D7/00 F28D7/10 

со со

00

СП

О)

Изобретение позволяет повысить эффективность работы и надежность испарителя. Раскрепленные в трубных досках теплообменные элементы выполнены из наружной трубы 6, внутренней трубы 7, снабженной с одной стороны заглушкой 13, расположенной между трубами гофрированной насадки 8 и дополнительной трубки 9, установленной в трубе 7. Нижние концы трубы 6 свободны, а верхняя трубная доска выполнена в виде мембраны, что позволяет снять т-ные деформации. Трубка 9 сообщена с полостью трубы 7 в верхней части, а полость трубы 6 - с входным патрубком для теплоносителя. Заглушка 13 может быть выполнена с конусной направляющей частью 14, а трубка 9 верхним торцом может упираться в конусную часть 14 и имеет сливные окна 15, расположенные под торцами, что обеспечивает противоток в движении теплоносителя и рабочей среды и увеличивает т-ру криогенного газа на выходе. Тепловая эффектность испарителя повышается за счет улучшения контактного сопротивления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

сриг.г

Изобретение относится к устройствам для испарения криогенной жидкости и может быть использовано преимущественно в технике низкотемпературного разделения воздуха при газификации криогенных продуктов.

Целью изобретения является повышение эффективности работы и надежности.

На фиг, 1 изображено устройство, общий вид, разрез; на фиг. 2 - узел верхней части теплообменного элемента.

Испаритель содержит корпус 1 с патрубком входным 2 для теплоносителя и вьЬсодньм 3 с входным коллектором 4 криогенной жидкости и выходным коллектором 5 паза. Внутри корпуса 1 вертикально расположен пучок теплообменных элементов, образованных из наружных труб 6, внутренних труб 7, между которыми расположены насадка 8, во внутреннюю : трубу 7 введена дополнительная трубка 9. Верхняя трубная доска 10 выполнена в виде мембраны 11 и в ней закреплены наружные трубы 6. Нижние торцы труб 6 свободны и полость заполненная насадкой 8, сообщена с коллектором 4, Внутренние трубы 7 закреплены в нижней части на доске 12, а в верхней части заглушены пробками 13, выполненными с направляющей конусной частью 14. Дополнительные трубки 9 центрированы в трубах 7 за счет фиксации верхних концов в направляющую конусную част 14 пробок 13. Под верхними торцами трубок 9 вьшолнены сливные окна 15. В нижней части трубки 9 закреплены в доске 16.

Испаритель работает следующим образом.

Теплоноситель, например.горячая вода или пар, через патрубок 2 подается снизу в дополнительные трубки 9 и через окна 15 поступает во внутреннюю трубу 7, сливается сверху вниз и выводится из аппарата через патрубок 3,- размещенный в корпусе 1 между трубными досками 12 и 1бо В процессе нагрева труб 7 происходит их объемное расширение. После прогрева испарителя через входной коллектор 4 подается криогенная жидкость, которая через свободные концы наружной трубы 6 поступает в насадку 8, испаряется и вькодит из

0

5

0

5

0

5

0

5

коллектора 5„ В результате охлаждения наружные трубы 6 сжимаются, а внутренние трубы 7, нагреваясь, рас- ширяютсяо Это обеспечивает в процессе эксплуатации испарителя за счет разности температур разных сред натяг между насадкой 8 и трубами 6 и 7.

Конструктивное вьтолнение испарителя позволяет во время работы улучшить контактное сопротивление и повышает тепловую эффективность устройства при снижении трудоемкости изготовления. Выполнение верхней трубной доски в виде мембраны позволяет снять температурные деформации.

- В конструкции мембрана разделяет жидкий и газообразньш криогенный продукт. Перепад даапений на ней равен гидравлическому сопротивлению насадки 8. А так как высота трубок в испарителях не превьппает 2-3 м, то и гидравлическое сопротивление в зависимости от режимных параметров незначительно, порядка 0,01- 0,02 ат. Пoэтo fy в целях экономии металла можно устанавливать мембранную перегородкус Кроме того, следу- т учитывать то, что насадка 8 рас- :положена между трубами 6 и 7, жестко закрепленными в трубных досках 10 и 12 соответственно. Трубная доска 10 (мембрана) находится при температуре горячего газа, например 70-90 К. Возникаю01ие температурные деформации создают сдвиговые напряжения на насадку, могут изменить ее профиль и, в конечном счете, ухудшить теплообмен. Тонкая мембрана компенсирует сдвиговые деформации на насадкуо

Дополнительные трубки сообщаются с полостью внутренней трубы через сливные окна, расположенные под торцами. Это обеспечивает противоток в движении теплоносителя и рабочей среды и увеличение температуры криогенного газа на выходе при тех же энергетических затратах. При прямотоке горячая вода или пар Т ::: 370 К омьгоает стенку с криогенным продуктом Т 70-90 К. Из-за большой разности температур стенки образуется паровая пленка, которая является термическим сопротивлением и ухудшает теплоотдачу к криогенной жидкости, что в конечном итоге увеличивает длину теплообменного элемента, при

противотоке теплоноситель греет уже горячий криогенный газ,

Для фиксации дополнительной трубки используется коническая заглушка, это не является дополнительным гидравлическим сопротивлением потоку теплоносителя.

В устройстве при повышении давления на переходном режиме работы оттесненная криогенная жидкость попадает в межтрубное пространство с меньшим гидравлическим сопротивлением, а не на обогреваемую поверхность. В результате генерация пара уменьшается, колебательный процесс в системе сглаж1шаетсяо Снижается трудоемкость изготовления теплооб- менных элементов, которые не требуют предварительного уплотнения при сборке насадки с наружными внутренними трубами, натяг насадки с трубами обеспечивается за счет физических свойств сжатия и расширения материала при направленном действии процессов охлаждения и нагрева труб. Снижаются габаритные размеры в результате интенсификации процессов теплообмена. Повьшение эксплуатационной надежности достигается самокомпенсацией тепловых напряжений. Между

корпусом и теплообменньми элементами нет жесткой связи Формула изобретения

1о Испаритель криогенной жидкое ти, ВКЛЮЧЯЮЩ1Ш вертикальньй корпус с входным и выходным патрубкаг-ш и пучок раскрепленных в трубных досках теплообменных элементов, выпол-

0 ценных из наружной трубы, внутренней трубы, снабженной с одной стороны заглушкой, расположенной между трубами Гофрированной насадки и дополнительной трубки, установленной

5 по внутренней трубе, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы и надежности, нижние конщ, нар жной трубы свободны, а верхняя трубная доска

0 выполнена в виде мембраны, при этом дополнительная трубка сообщена с полостью внутренней трубы в верхней части, а полость наружной трубы - с входным патрубком.

5 2. Испаритель .-поп. 1, о т л и- чающийся тем, что заглушка внутренней трубы выполнена с конусной направляющей частью, а дополнительная трубка верхни торцом уплраO ется в последнюю и снабжена сливными окнами, расположеннья ш под торцами

UJuz.