Насадка регенератора Советский патент 1991 года по МПК F23L15/02 F28D17/00 

Изобретение относится к элементам конструкций теплообменных аппаратов, используемых в воздухоразделительных установках, в частности для регенеративного теплообмена между прямым и обратным потоками газов, а также для очистки прямого потока от примесей вымораживанием.

Целью изобретения является повышение эффективности путем снижения осевой теплопроводности и гидравлического сопротивления.

На фиг. 1 представлен общий вид насадки; на фиг. 2 - одна из лент диска насадки; на фиг. 3 -другая лента диска насадки.

Насадка регенератора содержит пакет в виде дисков 1, выполненных из сдвоенных металлических лент 2 и 3, снабженных прорезями 4 и рифами 5, расположенными под углом к боковой кромке ленты и перекрещивающимися в каждом диске 1 у смежных лент 2 и 3, при этом каждая из лент выполнена с геометрическими параметрами, выбираемыми из следующих соотношений;

о

V4

2

СЛ

00

ю

Изобретение относится к элементам конструкций теплообменных аппаратов, используемых в воздухоразделительных установках, в частности для регенеративного теплообмена между прямым и обратным потоками газов, а также для очистки прямого потока (П) от примесей вымораживанием. Цель заключается в повышении эксплуатационной эффективности путем снижения осевой теплопроводности и гидравлического сопротивления насадки (Н) из лент (Л), снабженной прорезями. Тепло и массооб- мен осуществляется с помощью описываемой Н периодически. При прохождении П сжатого воздуха (В) Н нагревается, а В охлаждается. При этом на Н вымерзают содержащиеся в В примеси влаги и двуокиси углерода. При прохождении отраженного П (азота или кислорода) Н охлаждается, а отложившиеся примеси выносятся П газа из регенератора. При соотношении смещения прорезей относительно друг друга в соседних рядах одной Л и длины прорезей к шагу размещения в каждом ряду, равном 0,35-0,6 и 0,7-0,95 соответственно, а также при соотношении ширины первой и второй Л одного диска, равном 1,01-1,04, и соотношении углов рифления первой и второй Л диска достигаетсяснижениеосевой теплопроводности и гидравлического сопротивления, что повышает эксплуатационную эффективность регенератора. 3 ил. (Л С

,5-0,8:

0,004 - 0,07

Н

-4

1 -20; Ј-0,1 -0,5,

опрП

где /S0-предельный угол рифления;

/ -угол рифления;

t - шаг рифления;

h - высота рифов;

b - ширина ленты;

Н - высота насадки;

Inp - длина прорезей;

Snp - расстояние между прорезям соседних рядах;

д- толщина ленты.

Кроме того, каждая из лент дисков садки выполнена с дополнительными метрическими параметрами, выбираем из следующих соотношений:

Г- 0,35 -0,6; Ј 0,7-0,95;

1ш1ш

И гч. ПЯ $

Ь2

1,01 -1.04,

1,05 -1.6,

яч

где li - смещение прорезей одна относительно другой в соседних рядах (расстояние от начала одной прорези в одном ряду до начала следующей прорези, в соседнем ряду):

1Ш - шаг размещения прорезей в каждом ряду;

Inp - длина прорезей;

bi - ширина первой ленты диска;

Ьа - ширина второй ленты того же диска;

Д|- угол рифления первой ленты диска;

угол рифления второй ленты того же диска.

Насадка работает следующим образом.

Тепло- и массообмен в регенераторах осуществляется с помощью описываемой насадки периодически. При прохождении потока (сжатого воздуха) насадка нагревается, а воздух охлаждается. При этом на насадке вымерзают содержащиеся в воздухе примеси - влага и двуокись углерода. При прохождении обратного потока (азота или кислорода) насадка охлаждается, а отложившиеся примеси выносятся потоком газа из регенератора.

В результате экспериментальных исследований установлено, что на величину осевой теплопроводности существенное влияние оказывает смещение прорезей 4 друг относительно друга и соотношение между длиной прорези 4 1Пр и шагом размещения прорезей 4 1Пр.

Установлено, что при смещении прорезей 4 на величину т-Ь 0,35-0,6 осевая теплопроводность насадки уменьшается более, чем в 2 раза.

0

При отношении -,- менее 0,35 и более

пр

0,6 величина осевой теплопроводности увеличивается, что приводит к снижению эффективности процесса теплообмена.

Экспериментально установлено, что

при -ЈЈ 0,7-0,95 величина осевой тепло- 1ш

проводности принимает минимальные значения, при этом существенно уменьшаются потери холода в окружающую среду и улучшаются условия массообмена и очистки насадки от примесей.

При значениях соотношения -ЈЈ менее

1Ш

0,7 осевая теплопроводность насадки увеличивается в 10 раз. При увеличении соотношения

Ј более 0.95

становится

необходимым значительно увеличивать длину прорези 4, что, в свою очередь, приводит к уменьшению прочности диска, но существенно не уменьшает теплопроводность.

Снижение величины осевой теплопроводности ленты также зависит от ширины ленты bi и Ьа в диске насадки. Ленты имеют разную ширину, при этом резко уменьшается количество соприкосновения между дисками насадки, и уменьшается так называемая мертвая зона насадки регенератора, т.е. такая зона, через которую не может проходить поток газа.

Экспериментально установлено также,

что при величине отношения т--больше

1,01 и меньше 1,04 величина теплопроводности уменьшается в 2 раза. При величине

соотношения -г-меньше 1,01 ширина лент 2 и 3 становится практически одинаковой, аналогично прототипу, а при т- более 1,04

может произойти загиб ленты, что приведет, в свою очередь, к увеличению гидравлического сопротивления насадки.

В описываемой насадке ленты 2 и 3 выполнены с разными углами наклона рифов 5, причем отношение углов рифления первой и второй лент 2 и 3 составляет

&-1,05-1,6.

Это обусловлено тем, что при прохождении потока газа по одному рифу 5, часть потока при пересечении рифов 5 встречается с потоком, проходящим по другому рифу 5, и турбулизирует его, увеличивая коэффициент теплоотдачи.

В тоже время, при переходе потока газа с одного потока диска на другой происходит изменение направления потока, при этом увеличивается коэффициент сопротивления без увеличения коэффициента теплоотдачи.

При значениях более 1 и менее 1,6 улучшается процесс теплообмена насадки. При Iff- менее 1,05 углы рифления становятся равны, что соответствует прототипу, а при 6j более 1,6 происходит значительное

увеличение гидравлического сопротивления, которое опережает рост коэффициента теплоотдачи, и дальнейшее увеличение

соотношения &- нецелесообразно.

Таким образом, реализация описываемой насадки в регенераторах и соответст- венно в газоразделительных установках приводит к интенсификации процесса теплообмена за счет уменьшения осевой тепло- проводности и гидравлического сопротивления насадки. В результате повышается эффективность работы насадки и ре-

н

генератора в целом по сравнению с прототипом.

Формула изобретения Насадка регенератора по авт. св. № 630514, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности путем снижения осевой теплопроводности и гидравлического сопротивления, каждая лента в сдвоенной выполнена с геометрическими параметрами, выбираемыми из следующих соотношений:

,35-0,6 ,7-0,95

тг 1,01 -1.04 D2

1,05-1,6

где I) - смещение прорезей в смежных рядах на каждой ленте диска;

ш - шаг размещения прорезей в каждом ряду одной ленты;

1пр - длина прорезей;

bi - ширина первой ленты в сдвоенной;

D2 - ширина второй ленты;

угол рифления первой ленты;

fa - угол рифления второй ленты.

1 -1 ./

фиг. /

4

фигЗ