RU2058005C1 - Contact heat exchanger - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: passageway for supplying and discharging fluids to be heat exchanged is provided inside chamber 1 of the heat exchanger. A nozzle is mounted on the bottom of the passageway. The nozzle is made up as plate stack 7 made of a high heat conducting material. The distance between the plates is given. The plates are partially submerged into the fluid. Each plate 7 of the nozzle has a longitudinal projection made up as corrugation 8. The height of the corrugation is equal or more than the distance between the plates. The projections point in the same direction. The tops of all corrugations 8 underlie the bottom edges of the plate at a distance that corresponds to the fluid level in the passageway. The heat of the fluid flowing in the passageway is transferred to plates 7 and then to the air flowing between them. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменным аппаратам контактного типа, может быть использовано для осуществления теплообмена между жидкими и газообразными средами одинакового давления при их физико-химической совместимости с целью утилизации низкопотенциального тепла, например для подогрева атмосферного воздуха сбросной циркуляционной водой конденсаторов турбин на ТЭС или ТЭЦ, в градирнях и других устройствах, и представляет собой один из вариантов усовершенствования конструкции теплообменной набивки. The invention relates to contact-type heat exchangers, can be used for exchanging heat between liquid and gaseous media of the same pressure with their physicochemical compatibility in order to utilize low-grade heat, for example, to heat atmospheric air with waste circulating water of turbine condensers at TPPs or TPPs, in cooling towers and other devices, and is one of the options for improving the design of heat exchange packing.

К известным контактным теплообменникам такого типа относятся пруды охладители сбросной циркуляционной воды конден- саторов турбин, в т.ч. с брызгальными устройствами, градирни. Их недостаток значительные площади для получения необходимой поверхности контакта теплообменивающихся сред воды и воздуха (для прудов-охладителей), большие потери воды испарением и капельным уносом, ухудшение экологии в районе их расположения. Known contact heat exchangers of this type include ponds, coolers for the discharge of circulating water from turbine condensers, including with spray devices, cooling towers. Their disadvantage is large areas for obtaining the necessary contact surface of heat-exchanging media of water and air (for cooling ponds), large losses of water by evaporation and droplet entrainment, environmental degradation in the area of their location.

Известен контактный теплообменник, содержащий камеру в виде канала с патрубками для подвода и отвода теплообменивающихся сред [1] Их преимуществом по сравнению с прудами-охладителями является возможность существенного сокращения занимаемых площадей за счет выполнения теплообменных блоков из достаточного числа отдельных камер, располагаемых в несколько рядов по высоте потока воздуха. Это достигается за счет значительной металлоемкости и стоимости такого теплообменника. Known contact heat exchanger containing a chamber in the form of a channel with nozzles for supplying and discharging heat-exchanging media [1] Their advantage over cooling ponds is the possibility of a significant reduction in occupied space due to the implementation of heat-exchanging units from a sufficient number of separate chambers arranged in several rows along air flow height. This is achieved due to the significant metal consumption and the cost of such a heat exchanger.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности (прототип) является контактный теплообменник, содержащий камеру, внутри которой выполнен по меньшей мере один канал для подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем канал частично заполнен одной из упомянутых сред жидкостью и снабжен насадкой, выполненной в виде пакета пластин из материала с высокой теплопроводностью, установленных с заданным шагом, частично погруженных под уровень жидкости в канале и опирающихся нижними кромками на дно канала [2]
Такой теплообменник обеспечивает достаточно интенсивный конвективный теплообмен между теплообменивающимися средами за счет увеличения теплопередачи через насадку и при прочих равных условиях может иметь значительно меньшие габариты по сравнению с описанным выше, однако в нем не снижены потери жидкой теплообменной среды ее испарением.Closest to the claimed technical essence (prototype) is a contact heat exchanger containing a chamber, inside of which at least one channel is made for the supply and removal of heat-exchanging media, the channel being partially filled with one of the mentioned media with liquid and equipped with a nozzle made in the form of a plate package from a material with high thermal conductivity, installed with a given step, partially immersed under the liquid level in the channel and resting lower edges on the bottom of the channel [2]
Such a heat exchanger provides a fairly intense convective heat transfer between heat-exchanging media due to an increase in heat transfer through the nozzle and, all other things being equal, can have significantly smaller dimensions than those described above, but the losses of the liquid heat-transfer medium by its evaporation are not reduced in it.

Изобретение имеет целью ограничить испарение жидкой теплообменной среды и унос ее паров потоком газообразной теплообменной среды, что в конечном счете уменьшит потери жидкой среды и влажность газообразной среды на выходе из теплообменника. The invention aims to limit the evaporation of a liquid heat transfer medium and the entrainment of its vapors by the flow of a gaseous heat transfer medium, which ultimately reduces the loss of a liquid medium and the humidity of the gaseous medium at the outlet of the heat exchanger.

Поставленная цель достигается тем, что в контактном теплообменнике, содержащем камеру, внутри которой выполнен по меньшей мере один канал для подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем канал частично заполнен одной из упомянутых сред жидкостью и снабжен насадкой, выполненной в виде пакета пластин из материала с высокой теплопроводностью, установленных с заданным шагом, частично погруженных под уровень жидкости в канале и опирающихся своими нижними кромками на дно канала, в соответствии с изобретением каждая пластина выполнена с продольным выступом в виде гофра, имеющего высоту, равную или превышающую упомянутый шаг, причем пластины в пакете выступами обращены в одну сторону, а вершины всех гофр размещены от нижних кромок пластин на расстоянии, соответствующем уровню жидкости в канале. This goal is achieved by the fact that in the contact heat exchanger containing the chamber, inside of which at least one channel is made for the supply and removal of heat-exchanging media, the channel being partially filled with liquid by one of the mentioned media and equipped with a nozzle made in the form of a package of plates of material with high thermal conductivity, installed with a given step, partially submerged under the liquid level in the channel and resting their lower edges on the bottom of the channel, in accordance with the invention, each plate is made with a longitudinal protrusion in the form of a corrugation having a height equal to or greater than the aforementioned step, the plates in the package with protrusions facing one side, and the vertices of all corrugations are placed from the lower edges of the plates at a distance corresponding to the liquid level in the channel.

Такое выполнение пластин насадки существенно ограничит непосредственный контакт теплообменивающихся сред при работе теплообменника, особенно при обеспечении контакта поверхности гофра одной пластины с поверхностью смежной пластины, а также ограничит поступление газообразной среды в пространство над зеркалом потока жидкой теплообменной среды и унос ее паров, что увеличит их концентрацию над зеркалом жидкой среды, ускорит наступление динамического равновесия в процессе испарения и скорость его протекания, а значит уменьшит общее испарение жидкой среды и влажность газообразной среды на выходе из теплообменника. This embodiment of the nozzle plates will significantly limit direct contact of heat-exchanging media during operation of the heat exchanger, especially when contacting the surface of the corrugation of one plate with the surface of an adjacent plate, and will also limit the entry of a gaseous medium into the space above the flow mirror of the liquid heat-transfer medium and the entrainment of its vapor, which will increase their concentration over a mirror of a liquid medium, it will accelerate the onset of dynamic equilibrium in the process of evaporation and its flow rate, and therefore reduce the total arenes liquid medium and the humidity of the gaseous medium leaving the heat exchanger.

На фиг. 1 показан общий вид контактного теплообменника простейшей конструкции, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1, поясняющий форму выполнения и расположения пластин в пакете теплообменной насадки, и из возможных вариантов. In FIG. 1 shows a general view of a contact heat exchanger of the simplest design, a longitudinal section; in FIG. 2, section AA in FIG. 1, explaining the form of execution and the location of the plates in the package of the heat transfer nozzle, and of possible options.

Контактный теплообменник содержит камеру 1, внутри которой выполнен канал, снабженный на одном торце патрубком 2 подвода газообразной теплообменной среды и патрубком 3 отвода жидкой теплообменной среды, а на другом патрубком 4 подвода жидкой среды и патрубком 5 отвода газообразной среды. На дне канала камеры 1 установлена и закреплена одним из известных способов насадка 6, выполненная в виде пакета пластин 7 из материала с высокой теплопроводностью, расположенных с заданным шагом. Особенностью данного теплообменника являются выполнение пластин 7 с продольным выступом в виде гофра 8 и установка всех пластин 7 с расположением гофра 8 в одну сторону. Другой особенностью конструкции является выполнение вершины гофра 8 на расстоянии от нижней кромки пластин 7, соответствующем расчетному уровню жидкой теплообменной среды, протекающей в канале камеры 1. При этом высота гофра 8 должна быть равной или превышающей в канале камеры 1. При этом высота гофра 8 должна быть равной или превышающей шаг пластин 7 в пакете теплообменной насадки 6 для обеспечения непосредственного контакта пластин по образующей гофра 8 или минимального зазора между смежными пластинами для повышения эффективности работы контактного теплообменника за счет ограничения непосредственного контакта теплообменивающихся сред. The contact heat exchanger comprises a chamber 1, inside which a channel is made, provided with a pipe 2 for supplying a gaseous heat-transfer medium and a pipe 3 for discharging a liquid heat-transfer medium at one end and a pipe 4 for supplying a liquid medium and a pipe 5 for discharging a gaseous medium. At the bottom of the channel of the chamber 1, a nozzle 6 is installed and fixed in one of the known methods, made in the form of a package of plates 7 made of a material with high thermal conductivity, arranged with a given step. A feature of this heat exchanger is the implementation of the plates 7 with a longitudinal protrusion in the form of a corrugation 8 and the installation of all plates 7 with the arrangement of the corrugation 8 in one direction. Another design feature is the implementation of the top of the corrugation 8 at a distance from the lower edge of the plates 7, corresponding to the calculated level of the liquid heat-transfer medium flowing in the channel of the chamber 1. Moreover, the height of the corrugation 8 must be equal to or greater than the height of the chamber 1. In this case, the height of the corrugation 8 must be equal to or greater than the step of the plates 7 in the package of the heat exchange nozzle 6 to ensure direct contact of the plates along the generatrix of the corrugation 8 or the minimum gap between adjacent plates to increase work efficiency contact heat exchanger due to the limitation of direct contact of heat exchanging media.

Особенность работы такого контактного теплообменника определяется конструкцией теплообменной насадки и заключается в следующем. При использовании такого контактного теплообменника, например для охлаждения сбросной циркуляционной воды конденсаторов турбин на тепловых электростанциях, воду подают к патрубку 4 теплообменника и отводят из патрубка 3, а атмосферный воздух подают в патрубок 2 и отводят из патрубка 5. Уровень потока воды в канале камеры 1 поддерживают регулировкой сопротивления отводного канала. Проходя через канал камеры 1, теплая сбросная вода конденсаторов турбины отдает свое тепло установленной в канале насадке пластинам 7, стенкам канала, а также потоку воздуха, но только в зоне их непосредственного контакта. Вода при этом постепенно охлаждается, а омывающий пластины 7 и стенки канала камеры 1 атмосферный воздух отбирает это тепло и нагревается. Охлаждение воды осуществляется не только за счет теплопередачи через стенки камеры 1 и теплообменную насадку 6, но и ее испарением. При этом обычная теплообменная насадка из плоских пластин не препятствовала непосредственному контакту потоков воздуха и воды и теплообмену между этими средами, свободному выходу паров воды в поток встречного воздуха и их уносу, а также непрерывному испарению воды, в результате чего значительная часть воды испарялась, увлажняя поток воздуха, и терялась. Предлагаемая форма пластин 7 насадки 6 наличие продольного гофра 8 высотой равной или превышающей шаг пластин 7 в насадке 6, вершина которого расположена от нижней кромки на расстоянии, соответствующем уровню жидкости в канале камеры 1, существенно ограничивает, если не исключает полностью, непосредственный контакт теплообменивающихся сред по всей длине пластин 7 и выход паров воды в поток воздуха. В результате этого в ограниченном пространстве над зеркалом потока воды концентрация паров воды возрастает до наступления динамического равновесия, что в дальнейшем сдерживает рост скорости испарения, снижает общий объем испарения и потери воды испарением и соответственно уменьшает влажность выходящего из теплообменника воздуха. A feature of the operation of such a contact heat exchanger is determined by the design of the heat exchange nozzle and is as follows. When using such a contact heat exchanger, for example, for cooling waste water from turbine condensers in thermal power plants, water is supplied to the heat exchanger pipe 4 and taken from pipe 3, and atmospheric air is supplied to pipe 2 and taken from pipe 5. Water flow level in chamber channel 1 support by adjusting the resistance of the tap channel. Passing through the channel of the chamber 1, the warm waste water of the turbine condensers gives its heat to the nozzles 7 installed in the channel, the channel walls, and also the air flow, but only in the zone of their direct contact. At the same time, the water is gradually cooled, and the washer plates 7 and the walls of the channel of the chamber 1 atmospheric air takes this heat and heats up. Water cooling is carried out not only through heat transfer through the walls of the chamber 1 and the heat exchange nozzle 6, but also by its evaporation. In this case, the usual heat exchange nozzle from flat plates did not interfere with direct contact of air and water flows and heat exchange between these media, the free exit of water vapor into the oncoming air stream and their entrainment, as well as the continuous evaporation of water, as a result of which a significant part of the water evaporated, moistening the stream air, and was lost. The proposed shape of the plates 7 of the nozzle 6, the presence of a longitudinal corrugation 8 equal to or greater than the pitch of the plates 7 in the nozzle 6, the apex of which is located from the lower edge at a distance corresponding to the liquid level in the channel of the chamber 1, significantly limits, if not completely eliminates, the direct contact of heat-exchanging media along the entire length of the plates 7 and the exit of water vapor into the air stream. As a result, in a limited space above the water flow mirror, the concentration of water vapor increases until dynamic equilibrium sets in, which further restrains the increase in the rate of evaporation, reduces the total volume of evaporation and water loss by evaporation, and accordingly reduces the humidity of the air leaving the heat exchanger.

Конструкция теплообменной насадки может использоваться в контактных теплообменниках и другого, более совершенного в конструктивном отношении, типа с обеспечением такого же эффекта. При этом важно, чтобы форма гофра в поперечном сечении обеспечивала по возможности более полное разделение потоков теплообменивающихся сред. The design of the heat exchanger nozzle can be used in contact heat exchangers and other, more advanced in structural terms, type with the same effect. At the same time, it is important that the corrugation shape in cross section ensures the fullest possible separation of flows of heat-exchanging media.

Claims (1)

КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий камеру, внутри которой выполнен по меньшей мере один канал для подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем канал частично заполнен одной из упомянутых сред жидкостью и снабжен насадкой, выполненной в виде пакета пластин из материала с высокой теплопроводностью, установленных с заданным шагом, частично погруженных под уровень жидкости в канале и опирающихся своими нижними кромками на дно канала, отличающийся тем, что каждая пластина выполнена с продольным выступом в виде гофра, имеющего высоту, равную или превышающую упомянутый шаг, причем пластины в пакете выступами обращены в одну сторону, а вершины всех гофр размещены от нижних кромок пластин на расстоянии, соответствующем уровню жидкости в канале. A CONTACT HEAT EXCHANGER containing a chamber inside which at least one channel is made for supplying and discharging heat-exchanging media, the channel being partially filled with liquid by one of the mentioned media and equipped with a nozzle made in the form of a package of plates of material with high thermal conductivity, installed with a given step, partially immersed under the liquid level in the channel and resting on the bottom of the channel with their lower edges, characterized in that each plate is made with a longitudinal protrusion in the form of a corrugation having a height, equal to or greater than the mentioned step, and the plates in the package with the protrusions facing one side, and the vertices of all the corrugations are placed from the lower edges of the plates at a distance corresponding to the liquid level in the channel.

Images