Теплообменник Советский патент 1991 года по МПК F28D9/00 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть применено в установках разделения воздуха.

Целью изобретения является повышение компактности теплообменника и интенсификации теплообмена.

На фиг. 1 представлен теплообменник, продольный разрез; на фиг. 2 - схема циркуляционного контура верхней секции; на фиг. 3 - график изменения температур рабочих потоков по высоте теплообменника.

Теплообменник содержит корпус 1, теп- лообменный пакет 2,каналы 3 кипения, каналы 4 конденсации, перегородку 5, верхнюю секцию 6, нижнюю секцию 7, гидрозатвор 8, пластины 9, бруски 10, выход 11, полость 12, вход 13, выход 14, вход 15, патрубки 16 и 17 входа и выхода, соединенные с каналами 4 конденсации.

Внутри корпуса 1 расположен пластинчато-ребристый теплообменный пакет2, выполненный в виде чередующихся каналов 3 кипения жидкой смеси и каналов 4 конденсации пара и охлаждения конденсата.

Каналы 3 кипения сообщаются входами и выходами с полостью 12, заключенной между корпусом 1 и пакетом 2, образуя в совокупности полость кипения теплообменника. Каналы 4 на выходе и входе объединены соответствующими патрубками 16 и 17 и выведены за корпус. Полость кипения разделена перегородкой 5 на две секции - верхнюю 6 с циркуляционной системой и нижнюю 7 прямоточную. Перегородка 5 состоит из двух частей: пластины 9 и бруска

10.Пластина 9 герметично связана с корпусом 1 и теплообменным пакетом 2 и установлена в нижней части теплообменного пакета 2 под выходом 11 из каналов 3. Бруски 10 перекрывают каналы 3, разделяя рабочие потоки в нижней и верхней части пакета 2. Нижняя 7 и верхняя 6 секции сообщаются выходами 11 из каналов 3. Таким образом, нижняя 7 секция канала 3 имеет для рабочей среды вход 15 и выход

11,а верхняя 6 секция канала 3 имеет для рабочей среды вход 13 и выход 14. Для обеспечения затопления охлажденным конденсатом нижней секции аппарата применен гидрозатвор 8.

Теплообменник работает следующим образом.

В полость кипения снизу вверх подается жидкая смесь (например, азот- кислород).

Температура смеси в процессе кипения по ходу потока меняется за счет частичного испарения низкокипящего компонента и .обогащения жидкости высококипящим компонентом.

На входе 15 в нижнюю секцию 7 подаваемая в каналы смесь имеет температуру TSCM (см. фиг 3), равную температуре насыщения, соответствующей ее давлению и

концентрации компонентов в ней на входе в аппарат. На выходе 11 из нижней секции 7 при частичном испарении за счет тепла, отводимого от охлаждаемого конденсата, смесь обогащается высококипящим компо0 нентом и температура ее становится несколько выше, т.е. Т3см Т3см. Далее парожидкостная многокомпонентная смесь поступает в полость 12. Пары, образовавшиеся в нижней секции, всплывают

5 вверх над теплообменным пакетом 2 и отводятся из аппарата, а жидкость, поднятая из нижней секции 7, поступает на вход 13 для испарения в верхней секции каналов кипения. В верхней секции 6 полости кипения

0 обеспечивается циркуляция кипящей жидкости, при этом подъемное движение жидкости осуществляется в каналах 3 кипения, а опускное - в полости 12 сосуда. Для обеспечения надежной работы испарительного

5 циркуляционного контура весовое количество жидкости, поступающее в каналы кипения, должно в несколько раз превосходить весовое количество образующегося пара, т.е. кратность циркуляции (отношение коли0 чества входящей в каналы кипения жидкости к количеству образовавшегося пара) должно составлять не менее 5-10.

Жидкая смесь из нижней секции, попадая в верхнюю циркуляционную полость,

5 смешивается с циркулирующей жидкой смесью и поступает на вход 13 в каналы кипения с температурой ТВх (фиг. 3). В каналах кипения смесь частично выкипает. Образовавшийся пар отводится из аппарата, а

0 неиспарившаяся жидкость, обогащенная высококипящим компонентом, сливается в опускную систему (полость 12) с температурой Твых Твх.

При обогащении жидкой смеси высоко5 кипящим компонентом температура кипения ее увеличивается.

Для обеспечения постоянства и возможности регулирования температуры кипения циркулирующей жидкой смеси часть

0 ее необходимо отводить из аппарата. Количество жидкой смеси, поступающей из нижней секции, равно суммарному количеству образовавшегося в верхней секции пара и отводимой обогащенной высококипящим

5 компонентом жидкости.

В полость конденсации подается поток пара, (например, аргона), который конденсируется в верхней секции аппарата, отдавая тепло конденсации циркулирующей жидкости в полости кипения. Далее образовавшийся конденсат поступает в нижнюю секцию, где охлаждается на 3-5° ниже температуры насыщения, соответствующей заданному давлению конденсации.

В циркуляционном режиме (фиг. 3) ки- пения многокомпонентной смеси нельзя получить требуемое переохлаждение конденсата, так как ТВх и Твых выше требуемой температуры охлаждения. Охлаждение происходит за счет частичного испарения жид- кой смеси, без возврата неиспарившейся жидкости на вход 15 в нижнюю секцию.

Снабжение теплообменника гидрозатвором, установленным в нижней полости, обеспечивает заполнение полости охлажде- ния конденсатом, что вместе с кой перегородки, разделяющей полость кипения на две секции, позволяет получить конденсат охлажденный на 3-5 градусов ниже температуры насыщения в одном аппа- рате, при более компактной конструкции устройства.

Формула изобретения

Теплообменник, содержащий корпус с теплообменным пакетом, включающим каналы кипения, образующие с корпусом полость кипения, и чередующиеся с каналами кипения каналы конденсации, соединенные с патрубками входа и выхода, вынесенными за пределы корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения компактности и интенсификации теплообмена, он снабжен гидрозатвором, пластиной, установленной между корпусом и теплообменным пакетом и брусками, разделяющими каналы кипения на верхнюю и нижнюю секции, при этом выход из нижней секции и вход в верхнюю расположены над перегородкой, выход из верхней секции расположен в верхней части последней, вход гидрозатвора соединен с патрубками выхода каналов конденсации, а его выход расположен над перегор одкой.

А выход пара

Изобретение относится к криогенной технике и может быть применено в установках разделения воздуха. Цель изобретения вход газа на конденсацию 13 10 Слиб жид/ам смеси 9 Входжид- койсмеси 75 Фиг.1 - повышение компактности и интенсификация теплообмена. Теплообменник состоит из корпуса 1 теплообменного пакета 2, выполненного в виде чередующихся каналов 3 кипения жидкой смеси и каналов 4 конденсации пара и охлаждения конденсата. Перегородка 5 делит полость кипения на 2 секции - верхнюю с циркуляционной системой и нижнюю - прямоточную. Жидкая смесь подается в полость кипения снизу вверх. В полость конденсации подается поток пара. Охлаждение происходит за счет частичного испарения жидкой смеси. 3 ил. вь/лод лора смеси ft сл С Os VJ VI 4 VI 00 Зыхоо охлажденного кондея- са/яа Канал / Хама/гJ

(т

v

СлиВ смеси

1 г

k

Фиг. 2

Вход жидкой смеси д вешнюю сехцию

Т6ых ISA

Физ,д