RU120205U1

RU120205U1 - IRRIGATED HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: RU120205U1
Application number: RU2012114653/06U
Authority: RU
Inventors: Пётр Сергеевич Васильев; Сергей Леонидович Рева; Леонид Саввич Рева; Александр Борисович Голованчиков; Светлана Борисовна Воротнева; Максим Павлович Купцов
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2012-09-10

Abstract

Предлагаемая конструкция относится к оросительным теплообменным аппаратам, в которых жидкость охлаждает среду, проходящую через теплообменную камеру, и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и фармацевтической промышленности, в качестве оросительного теплообменника.The proposed design relates to irrigation heat exchangers, in which the liquid cools the medium passing through the heat exchange chamber, and can be used in the chemical, petrochemical, food and pharmaceutical industries, as an irrigation heat exchanger.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение интенсивности теплообмена за счет увеличения движущей силы процесса теплопередачи.The technical result of the proposed design is to increase the intensity of heat transfer by increasing the driving force of the heat transfer process.

Технический результат достигается тем, что оросительный теплообменник, содержащий корпус и размещенные в нем теплообменную поверхность и распылитель для ввода жидкого хладагента, отличается тем, что распылитель выполнен в виде трубки, имеющей форму спирали, установленной с зазором вокруг теплообменной поверхности на подшипниках с возможностью вращения, при этом на трубке расположены сопла, направленные под углом α=35-55° к теплообменной поверхности. The technical result is achieved in that the irrigation heat exchanger comprising a housing and a heat exchange surface and an atomizer for introducing liquid refrigerant placed therein, differs in that the atomizer is made in the form of a tube having a spiral shape, rotatably mounted with a clearance around the heat exchange surface on bearings, while on the tube there are nozzles directed at an angle α = 35-55 ° to the heat exchange surface.

Description

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 irrigating a horizontal tube bundle with coolant jets, consisting of several pipe sections connected by feces, while the liquid refrigerant flows continuously down the pipes along the pipes, and the cooled liquid is supplied countercurrently into the pipes (Kasatkin, A.G. The main processes and apparatuses of chemical technology: textbook for universities, 10th ed. - M.: TID Alliance LLC, 2004 - 753 pp.).

Недостатками данного аппарата являются неравномерное струйное орошение поверхности труб, приводящее к уменьшению площади поверхности теплообмена, громоздкость конструкции и, соответственно, большая металлоемкость, приводящие к потерям тепловой энергии и уменьшению интенсивности теплообмена.The disadvantages of this apparatus are uneven jet irrigation of the pipe surface, which leads to a decrease in the heat transfer surface area, cumbersome construction and, accordingly, a large metal consumption, leading to loss of thermal energy and a decrease in heat transfer intensity.

Известен оросительный теплообменник, действующий при непосредственном контакте теплоносителей, содержащий корпус, опорные стержни с закрепленными на них насадками и полотнами, по которым стекает жидкий хладагент, при этом охлаждаемый воздух подается перекрестным током (патент РФ №2053477, МПК F28C 3/06, 1996 г.).Known is an irrigation heat exchanger acting upon direct contact of heat carriers, comprising a housing, support rods with nozzles and sheets fixed to them, along which liquid refrigerant flows, while the cooled air is supplied by cross-current (RF patent No. 2053477, IPC F28C 3/06, 1996 .).

Недостатками данного теплообменника являются неравномерность толщины пленки жидкости по высоте и, соответственно, неравномерность ее прогрева, что снижает интенсивность теплообмена, громоздкость конструкции, приводящая к увеличению энергетических затрат и уменьшению интенсивности теплообмена.The disadvantages of this heat exchanger are the unevenness of the thickness of the liquid film in height and, accordingly, the unevenness of its heating, which reduces the heat transfer intensity, the bulkiness of the structure, leading to an increase in energy costs and a decrease in the intensity of heat transfer.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является оросительный теплообменник, 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 тепломассообмена распылитель размещен в подрешеточной полости, а в распределительной решетке по крайней мере на одной стороне листа выполнены ряды параллельных пазов, проходящие через отверстия, и перпендикулярные ряды пазов, проходящие между отверстиями, причем лист с обеих сторон снабжен слоями капиллярно-пористого материала (авторское свидетельство СССР №1160796, МКП F28D 5/00, F25D 25/02, 2006 г.).The closest technical solution adopted for the prototype is an irrigation heat exchanger containing a housing and a heat exchange surface placed 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, in order to intensify heat and mass transfer, the atomizer is placed in the sublattice cavity, and in the distribution grid on at least one side of the sheet there are rows of parallel grooves passing through the holes, and perpendicular 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, F25D 25/02, 2006 )

Недостатками данного теплообменника являются сложность изготовления распределительной решетки, необходимость эксплуатировать аппарат при повышенном давлении для того, чтобы теплоноситель смог проникнуть через слой капиллярно-пористого материала, малое время контакта теплоносителей, что приводит к снижению интенсивности теплообмена и увеличению энергетических затрат.The disadvantages of this heat exchanger are the complexity of manufacturing the distribution grid, the need to operate the apparatus at elevated pressure so that the coolant can penetrate through the layer of capillary-porous material, the short contact time of the coolants, which leads to a decrease in the intensity of heat transfer and an increase in energy costs.

Технический результат достигается тем, что оросительный теплообменник, содержащий корпус и размещенные в нем теплообменную поверхность и распылитель для ввода жидкого хладагента, отличается тем, что распылитель выполнен в виде трубки, имеющей форму спирали, установленной с зазором вокруг теплообменной поверхности на подшипниках с возможностью вращения, при этом на трубке расположены сопла, направленные под углом α=35-55° к теплообменной поверхности.The technical result is achieved in that the irrigation heat exchanger comprising a housing and a heat exchange surface and an atomizer for introducing liquid refrigerant placed therein, differs in that the atomizer is made in the form of a tube having a spiral shape, rotatably mounted with a clearance around the heat exchange surface on bearings, while on the tube there are nozzles directed at an angle α = 35-55 ° to the heat exchange surface.

Выполнение распылителя жидкого хладагента в виде трубки, имеющей форму спирали, установленной с зазором вокруг теплообменной поверхности, позволяет снизить до минимума потери тепловой энергии за счет малой металлоемкости. Установка распылителя жидкого хладагента на подшипниках с возможностью вращения позволяет равномерно орошать теплообменную поверхность. Установка на распылителе жидкого хладагента сопел под углом α=35-55° к теплообменной поверхности позволяет за счет тангенциального подвода постоянно обеспечивать приток «свежего» хладагента, который обновляет «пограничный тепловой подслой жидкости», а также приводить во вращение сам распылитель жидкого хладагента за счет динамической силы потока жидкости. Уменьшение, равно как и увеличение заявленного диапазона значений угла наклона приведет к неэффективному использованию динамической силы потока жидкого хладагента, что, в свою очередь, приведет к уменьшению скорости вращения распылителя жидкого хладагента, снижению интенсивности процесса теплопередачи и увеличению энергетических затрат.The implementation of the atomizer of liquid refrigerant in the form of a tube having a spiral shape, installed with a gap around the heat exchange surface, allows to minimize heat loss due to low metal consumption. The installation of a liquid refrigerant atomizer on bearings with the possibility of rotation allows you to evenly irrigate the heat transfer surface. The installation of nozzles at a spray of liquid refrigerant at an angle α = 35-55 ° to the heat exchange surface allows, due to the tangential supply, to constantly ensure the flow of “fresh” refrigerant, which updates the “boundary thermal sublayer of the liquid”, and also to rotate the spray of liquid refrigerant due to dynamic force of fluid flow. A decrease, as well as an increase in the declared range of values of the angle of inclination, will lead to inefficient use of the dynamic force of the liquid refrigerant flow, which, in turn, will lead to a decrease in the rotation speed of the liquid refrigerant atomizer, a decrease in the intensity of the heat transfer process, and an increase in energy costs.

На фиг. показана схема оросительного теплообменника, который 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, штуцера подачи хладагента 6, штуцеров для ввода 7 и вывода 8 охлаждаемой среды, поддона 9 для сбора отработанного хладагента.In FIG. a diagram of an irrigation heat exchanger is shown, which consists of a housing 1, a heat exchange surface 2, an atomizer 3 of liquid refrigerant 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 nozzle 6, fittings for input 7 and output 8 of the cooled medium, the tray 9 for collecting the spent refrigerant.

Оросительный теплообменник работает следующим образом. Охлаждаемая среда через штуцер 7 подается внутрь корпуса 1 аппарата, проходит по длине теплообменника, контактируя с теплообменной поверхностью 2, и выводится через штуцер 8. Хладагент через штуцер 6 подается в полую муфту 5, а затем в распылитель 3, откуда через сопла 4, расположенные под углом α=35-55° к теплообменной поверхности 2, в виде струй и капель тангенциально подается на теплообменную поверхность 2. За счет тангенциального распыла жидкого хладагента происходит постоянное обновление «пограничного теплового подслоя жидкости», создающего основное термическое сопротивление процессу теплопередачи. Кроме того, струи хладагента, проходя через расположенные под углом α=35-55° к теплообменной поверхности 2 сопла 4, за счет динамической силы потока жидкости создают вращающий момент, который сообщается распылителю 3 жидкого хладагента, приводя его во вращательное движение относительно продольной оси аппарата. Это позволяет постоянно обеспечивать приток «свежего» хладагента ко всей теплообменной поверхности 2.Irrigation heat exchanger operates as follows. The cooled medium through the nozzle 7 is fed into the body 1 of the apparatus, passes along the length of the heat exchanger, in contact with the heat exchange surface 2, and is discharged through the nozzle 8. The refrigerant through the nozzle 6 is supplied to the hollow sleeve 5, and then to the atomizer 3, from where through nozzles 4 located at an angle α = 35-55 ° to the heat exchange surface 2, in the form of jets and drops it is tangentially supplied to the heat exchange surface 2. Due to the tangential atomization of the liquid refrigerant, the “boundary thermal sublayer of the liquid” is constantly updated, creating o basic thermal resistance to the heat transfer process. In addition, the refrigerant jets passing through nozzles 4 located at an angle α = 35-55 ° to the heat exchange surface 2, due to the dynamic force of the fluid flow, create a torque that is communicated to the liquid refrigerant atomizer 3, causing it to rotate relative to the longitudinal axis of the apparatus . This allows you to constantly ensure the flow of "fresh" refrigerant to the entire heat exchange surface 2.

Таким образом, предлагаемый оросительный теплообменник позволяет увеличить движущую силу процесса теплопередачи, что позволяет увеличить интенсивность теплообмена и снизить энергетические затраты на процесс.Thus, the proposed irrigation heat exchanger allows you to increase the driving force of the heat transfer process, which allows to increase the intensity of heat transfer and reduce energy costs for the process.

Claims

An irrigation heat exchanger comprising a housing and a heat exchange surface and an atomizer for introducing liquid refrigerant placed therein, characterized in that the atomizer is made in the form of a tube having a spiral shape, rotatably mounted with a clearance around the heat exchanger surface on the bearings, while nozzles are located on the tube directed at an angle α = 35-55 ° to the heat exchange surface.