RU1774143C - Испаритель погружного типа - Google Patents

Abstract

Использование теплообменные аппараты с изменением агрегатного состо ни  вещества. Сущность изобретени : пакет выполнен из чередующихс  каналов дл  теплоносител  и каналов дл  хладагента. Каналы дл  теплоносител  подсоединены к общему раздающему коллектору и разным отсекам, собирающего коллектора. Каналы дл  теплоносител  выполнены с общей разделительной стенкой. 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к теплотехнике и может быть использовано преимущественно при разработке теплообменных аппаратов с изменением агрегатного состо ни  вещества, в частности в установках низкотемпературного разделени  воздуха (ВРУ).

В св зи с тем. что ВРУ, как правило, работают в широком диапазоне производительности по расходам выдаваемых продуктов , то требуетс  регулировать производительность конденсаторов-испарителей дл  обеспечени  нормальной эксплуатации установки.

Изменение производительности аппаратов возможно осуществл ггь различными способами; изменением давлени , изменением кратности циркул ции, изменением рабочего уровн , отключением части рабочей поверхности.

Известен теплообменник 1, содержащий теплообменную поверхность в виде пластинчато-ребристого пакета с чередующимис  каналами дл  теплоносител  и хладагента , с коллекторами входз и выхода

теплообменных сред. Указанный теплообменник разделен перегородками на секции и может быть использован как испаритель с регулированием производительности, путем отключени  одной из секций.

Однако подобную конструкцию неэффективно использовать в качестве испарител  по следующим причинам.

Во-первых, если разделена на секции полость хладагента, то не обеспечиваютс  услови  взрывобезопасности, так как жидкость , оставша с  в отключенных каналах, со временем подпариваетс  и неизбежна высадка углеводородов.

Во-вторых, если разделена на секции полость теплоносител , то требуетс  привлекать со стороны дополнительный теплоносительдл регулировани  производительности, так как установленные перегородки между секци ми служат дл  использовани  дополнительных рабочих сред. Кроме того, в этом случае полость кипени , не разделенна  на секции, также не обеспечивает услови  взрывобезопасносо

С

vi vi

t

сти при эксплуатации из-за отсутстви  условий дл  циркул ции кип щей жидкости.

Таким образом, данна  конструкци  не позвол ет осуществл ть регулирование производительности испарител  в широких пределах.

Наиболее близким техническим решением к изобретению, выбранным в качестве прототипа,  вл етс  испаритель погружного типа, содержащий корпус и размещенную в нем теплообменную поверхность в виде пакета пластин, образующих открытые вертикальные каналы дл  испарительного агента и, расположенные в чередующем пор дке с ними вертикальные каналы дл  теплоносител , подключенные к верхнему раздающему и нижнему собирающему коллекторам 2.

Указанна  конструкци  позвол ет регулировать производительность только уровнем затоплени  поверхности кипени , что имеет пределы регулировани , определ емые безопасностью работы испарител - конденсатора.Виспарителе воздухорэзделительных установок отложение взрывоопасных примесей происходит в режиме работы сухой стенки, т.е. когда стенка не смываетс  жидкостью, отсутствует циркул ци , и стенка контактирует только с паром. Режим работы, обеспечивающий влажную стенку, достигаетс  регулированием относительного уровн  кип щей жидкости от 0,7 до 1.0 высоты каналов. При уменьшении уровн  ниже 0,7 испаритель работает в режиме сухой стенки. Таким образом, изменение уровн  кип щей жидкости может измен ть производительность в пределах 20 % от номинала.

Целью изобретени   вл етс  повышение эксплуатационной надежности и расширение диапазона регулировани .

Цель достигаетс  тем, что в испарителе погружного типа, содержащем корпус и размещенную в нем теплообменную поверхность в виде пакета пластин, образующих открытые вертикальные каналы и, расположенные в чередующем пор дке с ними вертикальные каналы дл  теплоносител , подключенные к верхнему раздающему и нижнему собирающему коллекторы, нижний собирающий коллектор разделен на два отсека, снабженных запорной арматурой дл  поочередного открыти , и подключенных к разному количеству каналов дл  теплоносител , при этом последние в зоне примыкани  отсеков собирающего коллектора , выполнены с общей разделительной стенкой.

Сопоставительный анализ с прототи- пом показывает, что за вленный аппарат

отличаетс  совокупностью конструктивных элементов. Таким образом, за вленное решение обладает критерием новизны.

Рассмотрим подробнее вли ние отличи- тельных признаков на достижение поставленной цели.

1. Собирающий коллектор разделен на отсеки и каналы дл  теплоносител  подключены ... различным отсекам... Открыва  или

0 закрыва  арматуру отсека, можно подключать или отключать соответствующие отсеку каналы теплоносител , тем самым измен   производительность аппарата подробное описание действи  аппарата приведено ни5 же), Таким образом, указанный признак позвол ет расширить диапазон регулировани  производительности аппарата .

2....Каналы теплоносител  в зоне при- 0 мыкани  отсеков выполнены с общей разделительной стеной. Поскольку при чередующихс  каналах дл  теплоносител  и хладагента тепло к хладагента тепло к хладагенту подводитс  с двух сторон, то при

5 отключении части каналов теплоносител  в канале хладагента, расположенном на границе секций, возникает услови , при которых подвод тепла к хладагенту сохран етс  с одной из сторон, т.е. измен ютс  услови 

0 кипени  хладагента. Тем самым нарушаютс  услови  надежной эксплуатации аппарата , т.к. вследствие уменьшени  теплового потока возможно накопление в этом канале примесей из кип щей полости или образо5 ванные осадка вследствие снижени  интенсивности циркул ции кип щего хладагента. С целью исключени  этого  влени  крайние смежные каналы теплоносител  спарены друг с другом.

0 Таким образом, данный признак направлен на повышение надежности эксплуатации и обеспечивает возможность изменени  производительности аппарата. Сравнение за вленного решени  с дру5 гими техническими решени ми в данной области техники не позволило обнаружить в нем признаки, указанные в отличительной части формулы, и, следовательно, предложение обладает существенными отличи ми.

0 На фиг.1 изображен предлагаемый испаритель , общий вид; на фиг.2 - сечение по каналу теплоносител , открытому на общий верхний раздающий коллектор и левый отсек нижнего собирающего коллектора; на

5 фиг.З - сечение по каналу теплоносител , открытому на общий верхний раздающий коллектор и правый отсек нижнего собирающего коллектора; на фиг.4 - вид сверху пакета, показывающий чередование каналов теплоносител  и хладагента; на фиг.5 конкретный пример рабочей характеристики предлагаемого аппарата.

Аппарат состоит из корпуса 1 и пластинчато-ребристого пакета 2. погруженного в корпус. Дл  кипени  хладагента в корпусе установлены патрубок 3 входа жидкости и патрубок 4 отвода паров. Пластинчато-ребристый пакет выполнен из чередующихс  каналов 5 и 6 дл  теплоносител  и каналов 7 дл  хладагента. Каналы 5 и 6 дл  теплоносител  имеют один общий раздающий коллектор 8 и открыты в разные отсеки 9 и 10 нижнего собирающего коллектора. Каждый отсек снабжен запорной арматурой 11 и 12 , а каналы 5 и 6 выполнены с разделительной стенкой 13. Каналы 7 дл  хладагента чередуютс  с каналами дл  теплоносител , а именно: вначале каналы 7 чередуютс  с каналами 5, подсоединенными на выходе к отсеку 9, затем каналы 7 чередуютс  с каналами 6. объединенными на выходе отсеком 10, причем последний канал 5 и первый канал 6 выполнены с общей разделительной стенкой 13 без промежуточного канала 7. Таким образом, чередование каналов выполнено:

5:7:5:7...5:7:5:6:7:6:7...6:7:6:7:6, т.е. крайними каналами пакета  вл ютс  каналы теплоносител  и последний канал 5 спарен с первым каналом 6 без промежуточного канала 7.

Рассмотрим работу предлагаемой конструкции на примере конденсатора-испарител  воздухоразделительной установки, в котором испарение кислорода осуществл етс  за счет тепла азота, конденсирующегос  в смежных каналах. Поток теплоносител  подаетс  через коллектор 8 в каналы теплоносител  5 и 6, где конденсиру сь, отдает свое тепло смежным каналам 7 и отводитс  через отсеки 9 и 10, причем в св зи с тем, что раздающий коллектор - общий дл  обоих отсеков собирающего коллектора, возможен вариант работы, когда один из отсеков, например 9, отключен запорной арматурой 12. В этом случае канал 5 конденсации (фиг.2), соответствующий отсеку 9, заполн етс  конденсатом и его температура выравниваетс  с температурой кип щей жидкости, т.е. в каналах 7, смежных с каналами 5 (фиг.2), испарение прекращаетс , а в каналах 7, смежных с каналами 6 (фиг.З) испарение продолжаетс  с заданной эффективностью , обеспечивающей взрывобезо- пасные услови  эксплуатации. (Взрывобезопасные услови  при кипении кислорода соблюдаютс  при посто нстве теплового потока в канале питани , поэтому при работе каждой секции теплоносител  важно сохранить услови  подвода тепла к каналу кипени . Все каналы кипени  каждой секции работают одинаково, если к каждому каналу тепло подводитс  с двух сторон , т.е. крайними каналами в каждой секции должны быть каналы конденсации. При этом номинальна  производительность аппарата соответствует количеству рабочих каналов).

В случае, когда отсек 10 закрыт, а отсек 9 открыт, производительность аппарата соответствует количеству рабочих каналов 5. В случае, когда отсеки 9 и 10 открыты, производительность аппарата соответствует суммарному количеству рабочих каналов.

Дл  обеспечени  взрывобезопасности при кипении жидкого кислорода крайними каналами в каждой секции должны быть каналы конденсации. Поэтому в зоне сопр жени  секций крайние каналы  вл кЭтс 

каналами конденсации, открытыми в разные отсеки нижнего собирающего коллектора .

Возможно изменение производительности в каждом рассмотренном случае в

пределах 20% от номинала за счет изменени  уровн  кип щей жидкости в рабочем диапазоне.

Например, дл  случа , когда отсеку 9 соответствует одна треть каналов 5, а отсеку

10 соответствует две трети каналов 6 использование предлагаемого аппарата позвол ет плавно регулировать его производительность в диапазоне 20+ 120% от номинала.

Когда отключен отсек 10, каналы 6 заполн ютс  конденсатом и аппарат работает по кривой 13 (рис.5). Когда отключен отсек 9, а включен в работу отсек 10, каналы 5 заполн ютс  конденсатом и рабочей характеристикой аппарата  вл етс  крива  15 (фиг.5). Дл  случа , когда открыты оба отсека 9 и 10, рабочей характеристикой аппарата  вл етс  крива  16.

45

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Испаритель погружного типа, содержащий корпус и размещенную в нем теплооб- менную поверхность в виде пакета пластин,

   образующих открытые вертикальные каналы дл  испар емого агента и расположенные в чередующемс  пор дке с ними вертикальные каналы дл  теплоносител ,

   подключенные к верхнему раздающему и нижнему собирающему коллекторам, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эксплуатационной надежности и расширени  диапазона регулировани , нижний собирающий коллектор разделен на два отсека, снабженных запорной аппаратурой

   дл  поочередного открыти  и подключен- последние в зоне примыкани  отсеков соби- ных к разному количеству вертикальных ка- рающего коллектора выполнены с общей налов дл  теплоносител , при этом разделительной стенкой.

   iVitTrrtbFtjgffr 1 iMi.uriji i мТ

   ттийщпщш

   ШЕИЩ

   HlVlV.il it Ц

   t, h-ч Г „. им

   Фие 1

   t

   Фиг.З

   50000 WO000 150000 200000 250000

   WU2.5

   JOOOOO %,в