Испаритель криогенного резервуара Советский патент 1982 года по МПК F17C9/02 

(54) ИСПАРИТЕЛЬ КРИОГЕННОГО РЕЗЕРВУАРА

1

Изобретение относится к криогенной технике, а более конкретно к устройству испарителей, предназначенных для подъема и поддержания давления в резервуаре с криогенной жидкостью, например кислородом или азотом, при выдаче жидкости из резервуара.

Известны испарители для подъема давления в криогенных резервуарах, использующие тепло окружающей среды. Такие испарители выполнены в виде труб, расположенных снаружи резервуара. Криогенная жидкость поступает в трубы самотеком, испаряется за счет тепла окружающей среды, образующиеся пары используются для подъема давления во внутреннем объеме резервуара 1.

Однако сравнительно небольшая поверхность отдельно расположенных труб при низкой интенсивности теплоподвода посредством свободной конвенции воздуха ограничивает производительность испарителя.

Известны испарители, в которых трубы имеют оребрение внещней поверхности 2.

Наиболее близким к предлагаемому по технической суо1ности и достигаемому эффекту является испаритель криогенного

резервуара, имеющий круглые горизонтальные трубы, приваренные к кожуху резервуара, который выполнен из высокотеплопроводного металла и не только развивает внешнюю поверхность труб, но и является

5 накопителем тепла окружающей среды 3.

В этом испарителе количество тепла,

отводимое от кожуха и идущее на испарение

жидкости, определяется интенсивностью

теплосъема с ограниченной внутренней по,Q верхности труб в условиях пленочного кипения при относительно невысоких значениях коэффициентов теплоотдачи.

Цель изобретения - интенсификация теплообмена и повышение производительности испарителя.

15 Указанная цель достигается тем, что в испарителе, содержащем горизонтальные теплообменные элементы, герметично соединенные по всей длине с нижней частью кожуха резервуара, на внутренней стороне

2Q теплообменных элементов выполнены продольные ребра, высота которых определяется

по формуле ,,

Ь УТГ(0,03-0,25), где b - высота ребра, мм; 6-толщина ребра, мм;

А.- коэффициент теплопроводности материала ребра, Вт/м-КПричем теплообменные элементы имеют П-образную форму, а ребра имеют прямоугольное сечение.

Теплообменные элементы обеспечивают подвод тепла от кожуха к основаниям ребер при снижении температурного напора между теплоотдающей поверхностью и испаряющейся жидкостью. Снабжение внутренней стороны теплообменных элементов продольными ребрами с определенными параметрами увеличивает поверхность теплосъема и интенсифицирует теплоотдачу благодаря переходу от пленочного кипения жидкости к пузырьковому на поверхности ребер.

При значении численногр коэффициента в формуле, 0,03, ребро обеспечивает переход к устойчивому пузьГрьковому кипению жидкости на свободном конце ребра в случае минимального температурного напора пленочного режима кипения в основаНИИ ребра. Ребро с коэффициентом 0,25 необходимо для перехода к пузырьковому кипению при максимально возможном температурном напоре в основании ребра, соответствующем температуре окружающей среды + 50°С. Выбор ребер с значением численного коэффициента в формуле менее 0,03 приводит к отсутствию или нестабильности пузырькового кипения на ребре, снижающим производительность испарителя. Изготовление ребер с коэффициентом более 0,25 увеличивает габаритные размеры без интенсификации теплообмена и приращения производительности испарителя.

Интенсификация теплоотвода от кожуха резервуара к испаряемой жидкости повышает производительность испарителя.

На чертеже изображены теплообменные элементы предлагаемого испарителя с частью кожуха резервуара, поперечное сечение.

Испаритель содержит теплообменные элементы, имеющие П-образную форму и выполненные из швеллера 1, к которым снизу приварена панель 2, имеющая на одной стороне гребенку 3 из продольных ребер 4. Швеллер 1 приварен к нижней части кожуха 5 резервуара криогенной жидкости. Между щвеллером 1 и гребенкой 3 из продольных ребер 4 имеется полость для отвода паров, образующихся при испарении жидкости.

В первый период (а чаще в течение всего времени подъема давления в резервуаре) для испарения жидкости используется тепло, сосредоточенное в кожухе 5. Кожух, выполненный из металла высокой теплопроводности, составляет основную долю массы и поверхности резервуара. Значительный температурный напор между кожухом 5 резервуара, имеющим первоначально температуру окружающей среды, и испаряемой жидкосттью снижается вдоль полок щвеллера 1, служащих тепловыми мостами, и оребренной

панели 2 к основанию средних ребер гребенки 3. Выполнение ребер 4 определенной высоты обеспечивает развитие интенсивного пузырькового кипения на свободных концах средних ребер уже в начальный период работы испарителя. Вследствие изменяющегося температурного напора между поверхностью гребенки 3 и жидкостью на ребрах имеют место различные режимы кипения. По мере охлаждения кожуха 5 возникщее пузырьковое кипение распространяется со средних ребер гребенки 3 на всю внутреннюю поверхность теплообменных элементов. После охлаждения кожух 5 обеспечивает передачу тепла от окружающего воздуха к испарителю.

Значительное увеличение коэффициента теплоотдачи в режиме пузырькового кипения обуславливает резкое снижение температуры свободного конца ребра, вызывает перемещение зоны переходного и пузырькового кипения к основанию ребра и передачу возросшего количества тепла в область интенсивного кипения за счет теплопроводности. Возникновение пузырькового кипения увеличивает теплосъем с ребра в 1,2-7,3 раза.

Развитие внутренней поверхности теплообменных элементов и повышение теплосъема с ребер вследствие перехода от пленочного кипения к пузырьковому ускоряет охлаждение кожуха резервуара, снижает те1ипературу испарителя и обеспечивает охлаждение кожуха до более низких температур. Количество тепла, поступающее от атмосферного воздуха к охлажденному кожуху возрастает.

Интенсификация теплоподвода к испаряемой жидкости во время и после охлаждения кожуха резервуара повышает производительность испарителя.

Наличие свобод юй полости между основанием щвеллера и ребрами облегчает отвод образующего пара, снижает гидравлическое сопротивление и также повышает производительность испарителя.

Формула изобретения

. Испаритель криогенного резервуара, содержащий горизонтальные теплообменные элементы, герметично соединенные по всей длине с нижней частью кожуха резервуара, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, теплообменные элементы с внутренней стороны снабжены продольными ребрами, высоту которых определяют по формуле

b УТб (0,03-0,25),

где b - высота ребра, мм; б-толщина ребра, мм; А- коэффициент теплопроводности материала ребра, Вт/м-К.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

У////.

3.«Химическое и нефтяное машиностроение. 1977, № 4, с. 42 (прототип).