RU183563U1 - IRRIGATED HEAT EXCHANGER - Google Patents

Abstract

Предлагаемая конструкция относится к теплообменным аппаратам, в которых кипящая жидкость охлаждает среду, проходящую через теплообменную камеру, и может быть использована в химической, нефтехимической, металлургической, атомной, энергетической и других отраслях промышленности в качестве оросительного теплообменника, когда требуется быстрое охлаждение жидкости в теплообменной камере.Техническим результатом предлагаемой конструкции оросительного теплообменника является повышение производительности.Технический результат достигается тем, что оросительный теплообменник, содержащий корпус и размещенные в нем теплообменную поверхность и распылитель для ввода жидкого хладагента, причем распылитель выполнен в виде трубки, имеющей форму спирали, установленной с зазором вокруг теплообменной поверхности на подшипниках с возможностью вращения, а на трубке расположены сопла, направленные под углом α=35-55° к теплообменной поверхности, при этом на теплообменной поверхности выполнены вогнутые полусферы с диаметром, подчиняющимся выражению:где D - диаметр каждой вогнутой полусферы, мм;d - диаметр сопла, мм.The proposed design relates to heat exchangers in which boiling liquid cools the medium passing through the heat exchange chamber, and can be used in the chemical, petrochemical, metallurgical, nuclear, energy and other industries as an irrigation heat exchanger when rapid cooling of the liquid in the heat exchange chamber is required . The technical result of the proposed design of the irrigation heat exchanger is to increase productivity. The technical result is achieved. the fact that the irrigation heat exchanger comprising a housing and a heat exchange surface and an atomizer for introducing liquid refrigerant placed therein, the atomizer being made in the form of a tube having a spiral shape, rotatably mounted with a clearance around the heat exchange surface on the bearings, and nozzles are located on the tube directed at an angle α = 35-55 ° to the heat exchange surface, while concave hemispheres with a diameter obeying the expression: where D is the diameter of each concave along usfery mm; d - nozzle diameter, mm.

Description

Предлагаемая конструкция относится к теплообменным аппаратам, в которых кипящая жидкость охлаждает среду, проходящую через теплообменную камеру, и может быть использована в химической, нефтехимической, металлургической, атомной, энергетической и других отраслях промышленности в качестве оросительного теплообменника, когда требуется быстрое охлаждение жидкости в теплообменной камере.The proposed design relates to heat exchangers in which boiling liquid cools the medium passing through the heat exchange chamber, and can be used in the chemical, petrochemical, metallurgical, nuclear, energy and other industries as an irrigation heat exchanger when rapid cooling of the liquid in the heat exchange chamber is required .

Известен оросительный холодильник действующий по принципу орошения горизонтального пучка труб струями охлаждающей жидкости, состоящий из нескольких трубных секций, соединенных калачами, при этом жидкий хладагент струями непрерывно стекает по трубам сверху вниз, а охлаждаемая жидкость подается противотоком внутрь труб (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учеб. для вузов, 10-е изд. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2004 г. - 753 с).A known irrigation refrigerator operating on the principle of irrigation of a horizontal tube bundle with coolant jets, consisting of several pipe sections connected by feces, while the liquid refrigerant flows continuously down the pipes through the pipes, and the cooled liquid is supplied countercurrently into the pipes (Kasatkin A.G. Main processes and apparatuses of chemical technology: textbook for high schools, 10th ed. - M.: TID Alliance LLC, 2004 - 753 s).

Недостатками данного аппарата являются неравномерное струйное орошение поверхности труб, приводящее к уменьшению площади поверхности теплообмена, а также низкая теплоотдача от орошаемой жидкости к теплообменной поверхности, что снижает производительность по охлаждаемой среде, проходящей через теплообменную камеру.The disadvantages of this apparatus are uneven jet irrigation of the pipe surface, which leads to a decrease in the heat exchange surface area, as well as low heat transfer from the irrigated liquid to the heat exchange surface, which reduces the productivity of the cooled medium passing through the heat exchange chamber.

Известен оросительный холодильник, содержащий корпус и размещенные в нем теплообменную поверхность, распылитель для ввода жидкого хладагента в газовый поток, распределительную решетку в виде листа с равномерно расположенными отверстиями и подключенный к подрешеточной полости коллектор для подачи газа, при этом с целью интенсификации теплообмена распылитель размещен в подрешеточной полости, а в распределительной решетке по крайней мере на одной стороне листа выполнены ряды параллельных пазов, проходящих через отверстия, и перпендикулярные ряды пазов, проходящих между отверстиями, причем лист с обеих сторон снабжен слоями капиллярно-пористого материала (авторское свидетельство СССР №1160796, МКП F28D 5/00, F25D25/02, 2006 г.).Known is an irrigation refrigerator containing a housing and a heat exchange surface located therein, an atomizer for introducing liquid refrigerant into the gas stream, a distribution grid in the form of a sheet with evenly spaced openings, and a collector for supplying gas connected to the sublattice cavity, the atomizer being placed in order to intensify heat transfer sublattice cavity, and in the distribution grid on at least one side of the sheet, rows of parallel grooves passing through the holes and perpendiculars are made the rows of grooves passing between the holes, and the sheet on both sides is equipped with layers of capillary-porous material (USSR author's certificate No. 1160796, MKP F28D 5/00, F25D25 / 02, 2006).

К причинам препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная скорость теплоотдачи от жидкого хладагента к теплообменной поверхности, что приводит к снижению производительности по охлаждаемой среде.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the insufficient rate of heat transfer from the liquid refrigerant to the heat exchange surface, which leads to a decrease in the performance of the cooled medium.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является оросительный теплообменник, содержащий корпус и размещенные в нем теплообменную поверхность и распылитель для ввода жидкого хладагента, при этом распылитель выполнен в виде трубки, имеющей форму спирали, установленной с зазором вокруг теплообменной поверхности на подшипниках с возможностью вращения, а на трубе расположены сопла, направленные под углом α=35-55° к теплообменной поверхности. (Описание полезной модели к патенту РФ №120205, F28D 11/04, 2012 г.).The closest technical solution for the totality of features to the claimed object and adopted as a prototype is an irrigation heat exchanger containing a housing and a heat exchange surface and an atomizer for introducing liquid refrigerant placed therein, while the atomizer is made in the form of a tube having a spiral shape installed with a gap around the heat exchange surfaces on bearings with the possibility of rotation, and on the pipe there are nozzles directed at an angle α = 35-55 ° to the heat exchange surface. (Description of the utility model for the patent of the Russian Federation No. 120205, F28D 11/04, 2012).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится струйное стекание орошающего теплообменную поверхность жидкого хладагента и невысокий коэффициент теплоотдачи от него к этой поверхности, что снижает скорость теплопереноса тепловой энергии к жидкому хладагенту и производительность по охлаждаемой среде.Reasons that impede the achievement of the desired technical result include jet runoff irrigating the heat exchange surface of the liquid refrigerant and the low heat transfer coefficient from it to this surface, which reduces the rate of heat transfer of heat energy to the liquid refrigerant and the performance of the refrigerated medium.

Техническим результатом предлагаемой конструкции оросительного теплообменника является повышение производительности.The technical result of the proposed design of the irrigation heat exchanger is to increase productivity.

Поставленный технический результат достигается тем, что оросительный теплообменник, содержащий корпус и размещенные в нем теплообменную поверхность и распылитель для ввода жидкого хладагента, причем распылитель выполнен в виде трубки, имеющей форму спирали, установленной с зазором вокруг теплообменной поверхности на подшипниках с возможностью вращения, а на трубке расположены сопла, направленные под углом α=35-55° к теплообменной поверхности, при этом на теплообменной поверхности выполнены вогнутые полусферы с диаметром, подчиняющимся выражению:The technical result is achieved by the fact that the irrigation heat exchanger comprising a housing and a heat exchange surface and an atomizer for introducing liquid refrigerant placed therein, the atomizer is made in the form of a spiral-shaped tube mounted with a clearance around the heat exchange surface on bearings with rotation, and the tube has nozzles directed at an angle α = 35-55 ° to the heat exchange surface, while concave hemispheres with a diameter obeying the heat exchange surface are made expression:

где D - диаметр каждой вогнутой полусферы, мм;where D is the diameter of each concave hemisphere, mm;

d - диаметр сопла, мм.d is the diameter of the nozzle, mm

Выполнение на теплообменной поверхности в виде вогнутых полусфер позволяет обеспечить капельное кипение охлаждающей жидкости, находящейся в каждой полусфере, при попадании охлаждающей жидкости на теплообменную поверхность, а кипение охлаждающей жидкости в виде капель интенсифицирует процесс отвода тепла от теплообменной поверхности к охлаждающей жидкости, что повышает производительность. Кроме того, нахождение каждой капли в вогнутой полусфере увеличивает поверхность контакта, так как такая поверхность теплопередачи больше гладкой теплообменной поверхности, используемой в прототипе, что также повышает производительность.Execution in the form of concave hemispheres on the heat exchange surface allows for drip boiling of the coolant located in each hemisphere when the coolant enters the heat exchange surface, and boiling of the coolant in the form of droplets intensifies the heat removal process from the heat exchange surface to the coolant, which increases productivity. In addition, the presence of each drop in the concave hemisphere increases the contact surface, since such a heat transfer surface is larger than the smooth heat transfer surface used in the prototype, which also increases productivity.

Уменьшение минимального значения соотношения (1), равного 1,2, может привести к переливанию капель кипящей жидкости через верхний край полусфер, в которых кипят капли, и их стеканию вниз в поддон.A decrease in the minimum value of ratio (1) equal to 1.2 can lead to the transfusion of droplets of boiling liquid over the upper edge of the hemispheres in which the droplets boil, and their draining down into the pan.

Это уменьшает скорость теплообмена и снижает производительность. Кроме того, парожидкостная смесь при кипении капель внутри полусфер увеличивается в объеме. В этом случае вместо капельного кипения внутри каждой полусферы создается режим пленочного кипения, при котором теплоотдача меньше, чем при капельном кипении. Это также уменьшает производительность.This reduces the heat transfer rate and reduces productivity. In addition, the vapor-liquid mixture when boiling drops inside the hemispheres increases in volume. In this case, instead of dropping boiling, a film boiling mode is created inside each hemisphere, in which heat transfer is less than with dropping boiling. It also reduces performance.

Увеличение максимального значения соотношения (1), равного 1,4, приводит к значительному увеличению объема полусферы по сравнению с объемом капли, выходящей из сопла распылителя.An increase in the maximum value of relation (1), equal to 1.4, leads to a significant increase in the volume of the hemisphere in comparison with the volume of the droplet emerging from the nozzle of the atomizer.

В этом случае увеличивается несмоченная кипящей каплей поверхность полусферы, в которой она находится. Это часть поверхности полусферы отдает тепловую энергию не внутрь корпуса, где происходит охлаждение, а возвращает наружу. Это уменьшает передачу тепловой энергии к охлаждаемой среде и снижает производительность.In this case, the surface of the hemisphere in which it is not wetted by a boiling drop increases. This part of the surface of the hemisphere does not give thermal energy to the inside of the case where cooling takes place, but returns to the outside. This reduces the transfer of thermal energy to the medium to be cooled and reduces productivity.

На фиг. 1 показана схема предлагаемой конструкции оросительного теплообменника; на фиг. 2 - фрагмент теплообменной поверхности с трубкой и соплом по виду I.In FIG. 1 shows a diagram of a proposed design of an irrigation heat exchanger; in FIG. 2 - a fragment of a heat exchange surface with a tube and a nozzle in view I.

Оросительный теплообменник состоит из корпуса 1, теплообменной поверхности 2, распылителя 3 жидкого хладагента в виде трубки, имеющей форму спирали с расположенными на ней соплами 4, полой муфты 5, установленной на подшипниках, патрубка подачи хладагента 6, патрубков для ввода 7, вывода 8 охлаждаемой среды и поддона 9 для сбора отработанного хладагента. Теплообменная поверхность 2 выполнена в виде вогнутый полусфер 10 с диаметром, подчиняющимся условию (1).The irrigation heat exchanger consists of a housing 1, a heat exchange surface 2, a liquid refrigerant atomizer 3 in the form of a tube having a spiral shape with nozzles 4 located on it, a hollow sleeve 5 mounted on bearings, a refrigerant supply pipe 6, pipes for input 7, output 8 cooled medium and a tray 9 for collecting waste refrigerant. The heat exchange surface 2 is made in the form of a concave hemispheres 10 with a diameter subject to condition (1).

Оросительный теплообменник работает следующим образом.Irrigation heat exchanger operates as follows.

Охлаждаемую среду через патрубок 7 подают внутрь корпуса 1, которая проходит по длине теплообменника, контактируя с теплообменной поверхностью 2, и выводят через патрубок 8. Хладагент через патрубок 6 подают в полую муфту 5, а затем в распылитель 3, откуда через сопла 4, расположенные под углом α=35-55°, направляют на теплообменную поверхность 2. За счет распыла жидкого хладагента происходит попадание капель в вогнутые полусферы 10, где капли кипят. Кипение капель значительно увеличивает коэффициент теплоотдачи от поверхности вогнутости полусфер 10 по сравнению с коэффициентом теплоотдачи от жидкой капли. Это значительно увеличивает производительность по охлаждаемой среде, находящейся внутри корпуса 1. Кроме того, поверхность полусфер 10 значительно увеличивает поверхность теплоотдачи, что также способствует росту производительности.The cooled medium through the pipe 7 is fed into the housing 1, which extends along the length of the heat exchanger, in contact with the heat exchange surface 2, and is discharged through the pipe 8. The refrigerant through the pipe 6 is fed into the hollow sleeve 5, and then into the atomizer 3, from where through nozzles 4 located at an angle α = 35-55 °, they are sent to a heat-exchange surface 2. Drops enter concave hemispheres 10 where droplets boil due to the spraying of liquid refrigerant. Boiling drops significantly increases the coefficient of heat transfer from the concavity surface of the hemispheres 10 compared with the coefficient of heat transfer from a liquid drop. This significantly increases the performance of the cooled medium inside the housing 1. In addition, the surface of the hemispheres 10 significantly increases the heat transfer surface, which also contributes to an increase in productivity.

Из-за тангенциального направления распыла жидкого хладагента струи и капли хладагента, проходя через расположенные под углом α=35-55° к теплообменной поверхности 2 сопла 4, за счет динамической силы потока жидкости создают вращающийся момент, который сообщается распылителю 3 жидкого хладагента, приводя его во вращательное движение относительно продольной оси корпуса 1. Это позволяет постоянно обеспечивать приток свежего хладагента ко всей теплообменной поверхности 2, дробление его и попадания в виде капель внутрь вогнутых полусфер 10.Due to the tangential direction of the spray of liquid refrigerant, the jets and drops of refrigerant passing through nozzles 4 located at an angle α = 35-55 ° to the heat exchange surface 2 create a rotating moment due to the dynamic force of the liquid flow, which is communicated to the liquid refrigerant atomizer 3, bringing it in a rotational movement relative to the longitudinal axis of the housing 1. This allows you to constantly ensure the flow of fresh refrigerant to the entire heat exchange surface 2, crushing it and falling in the form of droplets into the concave hemispheres 10.

Неиспарившаяся часть капель стекает в поддон 9.The unevaporated part of the droplets flows into the tray 9.

Таким образом, выполнение теплообменной поверхности 2 в виде полусфер 10 с диаметром, подчиняющихся выражению (1), позволяет увеличить величину теплообменной поверхности 2, а дробление пленки и струй жидкого хладагента на капли обеспечивает капельное кипение жидкого хладагента внутри полусфер 10, что способствует росту теплоотдачи от теплообменной поверхности 2 к кипящим каплям хладагента. В целом оба преимущества по сравнению с гладкой теплообменной поверхностью 2 в прототипе способствует росту производительности по охлаждаемой среде в корпусе 1.Thus, the execution of the heat transfer surface 2 in the form of hemispheres 10 with a diameter obeying expression (1) allows increasing the value of the heat transfer surface 2, and crushing the film and jets of liquid refrigerant into droplets provides droplet boiling of the liquid refrigerant inside the hemispheres 10, which contributes to an increase in heat transfer from heat exchange surface 2 to boiling drops of refrigerant. In General, both advantages compared with a smooth heat exchange surface 2 in the prototype contributes to an increase in productivity of the cooled medium in the housing 1.

Claims (4)

Оросительный теплообменник, содержащий корпус и размещенные в нем теплообменную поверхность и распылитель для ввода жидкого хладагента, при этом распылитель выполнен в виде трубки, имеющий форму спирали, установленной с зазором вокруг теплообменной поверхности на подшипниках с возможностью вращения, а на трубке расположены сопла, направленные под углом α=35-55° к теплообменной поверхности, отличающийся тем, что на теплообменной поверхности выполнены вогнутые полусферы с диаметром, подчиняющимся выражению:An irrigation heat exchanger comprising a housing and a heat exchange surface and an atomizer for introducing liquid refrigerant disposed therein, the atomizer being made in the form of a tube having a spiral shape mounted with a clearance around the heat exchanger surface on bearings with rotation, and nozzles directed under the tube angle α = 35-55 ° to the heat exchange surface, characterized in that concave hemispheres with a diameter obeying the expression are made on the heat exchange surface:

где D - диаметр каждой вогнутой полусферы, мм;where D is the diameter of each concave hemisphere, mm; d - диаметр сопла, мм.d is the diameter of the nozzle, mm

Images