Дата публикации: 27.05.2001

Заявитель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Кубаньгазпром"

Автор(ы): Шляховецкий В.М.; Кожеуров А.И.

Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Кубаньгазпром"

Суть изобретения: Устройство предназначено для применения в холодильной технике. Пленочный теплообменник содержит корпус, установленные в нем теплообменные трубы для изменяющего фазовое состояние рабочего тела, связанные с распределительными устройствами, расположенными в коллекторах; бак, поддон и насос теплоносителя, причем теплообменные трубы для изменяющего фазовое состояние рабочего тела установлены вертикально, сгруппированы в теплообменные секции, каждая из которых снабжена входным и выходным горизонтальными коллекторами, и трубы для подвода теплоносителя размещены коаксиально снаружи теплообменных труб для изменяющего фазовое состояние рабочего тела и снабжены распределителями потока теплоносителя, соединены верхней частью с баком теплоносителя, а нижней частью сообщены с поддоном, причем распределители потока теплоносителя установлены в кольцевом зазоре между трубами и выполнены в виде цилиндрических вставок, причем внутренняя поверхность каждой вставки в верхней части выполнена в виде конфузора, переходящего в цилиндрическую втулку, а на внутренней поверхности сформирована круглая резьба. Изобретение позволяет повысить тепловую производительность теплообменника.

 

Описание изобретения: Изобретение относится к холодильной технике, а именно к пленочным теплообменникам, вводимым в состав холодильной установки, в которых рабочее тело изменяет в процессе теплообмена (кипение, конденсация) фазовое состояние, а также может найти применение в установках газовой и криогенной промышленности для регазификации сжиженного природного газа, метана, пропана, бутана и кислорода.

Известен пленочный теплообменник, оснащенный распределителями жидкости, которые содержат размещенные в вертикальных теплообменных трубах полые втулки с винтовыми каналами на боковой поверхности и кольцевым выступом в верхней части, контактирующим с торцом трубы, а также установленный над втулкой цилиндрический патрубок с отверстием, равным центральному каналу втулки. Для интенсификации теплообмена, втулка с нижнего торца снабжена коническим насадком с углом раскрытия конуса 20 - 40 градусов, имеющим высоту, в 8-10 раз меньшую высоты втулки, и диаметр нижнего основания Dо = Dв - 2Hк, где Dв - диаметр нижнего торца втулки, Hк - глубина винтового канала.

К недостаткам известного теплообменника, оснащенного известными распределителями жидкости, следует отнести возможность их применения только для интенсификации теплообмена на внутренней поверхности труб, а также возможность их размещения только на верхнем торце трубы, что снижает тепловую производительность всего теплообменника.

Известен пленочный теплообменник, оснащенный распределителями жидкости, которые выполнены в виде вставок по форме усеченного конуса, обращенного вверх большим основанием и установленного с возможностью перемещения вдоль оси трубы теплообменника, для интенсификации теплообмена вставка имеет на боковой поверхности винтовые канавки, заглушенные со стороны большего основания, и снабжена регулируемым по длине трубы ограничителем перемещения конуса, закрепленным на трубе теплообменника.

К недостаткам пленочного теплообменника, оснащенного известными распределителями жидкости, следует отнести возможность их применения только для интенсификации теплообмена на внутренней поверхности труб, что снижает тепловую производительность всего теплообменника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является теплообменник, преимущественно для конденсации пара, включающий корпус, установленный в верхней части корпуса водораспределитель, расположенные под оросительным устройством теплообменные трубы для конденсирующегося хладагента, поддон и водяной насос, при этом теплообменные трубы установлены вертикально, сгруппированы в теплообменные секции, каждая из которых снабжена, входным и выходным горизонтальными коллекторами для конденсирующегося хладагента и дополнительными теплообменными трубами, размещенными внутри теплообменных труб для конденсирующегося хладагента соосно с ними и соединенных верхней частью с водораспределителем, а нижней сообщенные с поддоном, при этом водораспределитель выполнен в форме желоба открытого типа.

Недостатками известного теплообменника являются низкая тепловая производительность, вследствие неэффективной организации теплообмена из-за ламинарного течения потока теплоносителя по трубе с рабочим телом, обуславливающая высокие удельные металлоемкость и затраты на проведение процесса фазового перехода (конденсации).

Целью настоящего изобретения является повышение тепловой производительности путем интенсификации процесса теплообмена вследствие создания турбулентного потока теплоносителя у теплообменной поверхности, при осуществлении фазового перехода (конденсации испарения) рабочего тела.

Поставленная цель достигается тем, что в известном пленочном теплообменнике, включающем корпус, в котором установлены теплообменные трубы для изменяющего фазовое состояние рабочего тела, связанные с распределительными устройствами, расположенными в коллекторах, бак, поддон и насос для теплоносителя, теплообменные трубы для изменяющего фазовое состояние рабочего тела установлены вертикально и сгруппированы в теплообменные секции, каждая из которых снабжена входным и выходным горизонтальными коллекторами, трубы для подвода теплоносителя размещены коаксиально снаружи теплообменных труб для изменяющего фазовое состояние рабочего тала и снабжены распределителями потока теплоносителя и соединены верхней частью с баком теплоносителя, а нижней частью сообщены с поддоном, согласно изобретению распределители потока теплоносителя установлены в кольцевом зазоре между трубами и выполнены в виде цилиндрических вставок, внутренняя поверхность каждой вставки в верхней части выполнена в виде конфузора, переходящего в цилиндрическую втулку, на внутренней поверхности которой сформирована круглая резьба, наружная поверхность вставки снабжена сквозными секторными зазорами, в которых размещены подпружиненные штифты. При этом вдоль образующей труб для теплоносителя в кольцевом зазоре установлены пластины с отверстиями для штифтов, на которых зафиксированы вставки по высоте кольцевого зазора между коаксиальными трубами равномерно, начиная от верха кольцевого зазора.

Известно, что при проведении в теплообменном аппарате фазового перехода рабочего тела (конденсация, кипение) интенсивность теплопередачи определяется только значениями величин коэффициентов теплоотдачи со стороны теплоносителя. Последние целиком определяются режимом течения теплоносителя (ламинарным или турбулентным), причем, как общеизвестно, коэффициенты теплоотдачи при ламинарном режиме течения существенно меньше коэффициентов теплоотдачи при турбулентном режиме течения.

Поток теплоносителя при прохождении кольцевого зазора между трубами движется в ламинарном режиме течения, вследствие чего передача теплоты к внешним, по отношению к внутренней трубе, слоям теплоносителя осуществляется только теплопроводностью.

Выполнение распределителей потока теплоносителя в виде цилиндрических вставок, причем внутренняя поверхность каждой вставки в верхней части выполнена в виде конфузора, переходящего в цилиндрическую втулку, на внутренней поверхности которой сформирована круглая резьба, и установленных в кольцевом зазоре между трубами, что позволяет организовать турбулентное течение потока теплоносителя относительно внутренних труб, и, тем самым, увеличить значения коэффициента теплоотдачи со стороны теплоносителя и общий теплосъем с поверхности теплопередачи.

Выполнение наружной поверхности вставки со сквозными секторными зазорами обеспечивает ламинарное течение теплоносителя в пристенном слое у наружной поверхности внешней трубы, чем снижается теплообмен через эту поверхность с окружающей средой, тем самым снижая теплопритоки (или потери холода).

Размещение в корпусе распределителя подпружиненных штифтов, с размещением вдоль образующей труб для теплоносителя в кольцевом зазоре пластин с отверстиями для штифтов для фиксирования распределителей на пластинах по высоте кольцевого зазора между коаксиальными трубами равномерно, начиная от верха кольцевого зазора, обеспечивает создание и поддержание турбулентного режима течения теплоносителя по всей высоте внутренних теплообменных труб.

Расстояние между распределителями определяется внутренним диаметром внешней трубы, которое должно обеспечивать турбулентный режим течения теплоносителя, например не более двухсот внутренних диаметров внешней трубы, независимо от диапазона изменения рабочих температур рабочего, тела и теплоносителя, конструктивной компоновки теплообменных труб и распределителя потока теплоносителя.

Формула изобретения: 1. Пленочный теплообменник, включающий корпус, установленные в нем теплообменные трубы для изменяющего фазовое состояние рабочего тела, связанные с распределительными устройствами, расположенными в коллекторах, бак, поддон и насос для теплоносителя, теплообменные трубы для изменяющего фазовое состояние рабочего тела установлены вертикально и сгруппированы в теплообменные секции, каждая из которых снабжена входным и выходным горизонтальными коллекторами, трубы для подвода теплоносителя размещены коаксиально снаружи теплообменных труб для изменяющего фазовое состояние рабочего тела и снабжены распределителями потока теплоносителя и соединены верхней частью с баком теплоносителя, а нижней частью сообщены с поддоном, отличающийся тем, что распределители потока теплоносителя установлены в кольцевом зазоре между трубами и выполнены в виде цилиндрических вставок, внутренняя поверхность каждой вставки в верхней части выполнена в виде конфузора, переходящего в цилиндрическую втулку, на внутренней поверхности которой сформирована круглая резьба, наружная поверхность вставки снабжена сквозными секторными зазорами, в которых размещены подпружиненные штифты.

2. Пленочный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что вдоль образующей труб для теплоносителя в кольцевом зазоре установлены пластины с отверстиями для штифтов, на которых зафиксированы вставки по высоте кольцевого зазора между коаксиальными трубами равномерно, начиная от верха кольцевого зазора.

_____________________________________________________________________________