RU2008600C1

RU2008600C1 - Thermosiphon heat exchanger

Info

Publication number: RU2008600C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Краснов; Н.А. Евтюхин; А.В. Бакиев; В.А. Симаков; Р.Х. Рахимов; П.И. Кутузов; А.В. Ларцев
Original assignee: Бакиев Ахмет Вахитович; Рахимов Рустам Халимович
Priority date: 1992-01-22
Filing date: 1992-01-22
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: evaporating and condensing zones of heat exchanger communicate through converging tubes pointed with their constricted ends to condensing zone. Evaporating zone is made in form of horizontal vessel, and condensing zone, in form of tubes with spherical stoppers and curvilinear inner surface. Radial grooves of variable depth and width are made on stoppers. Longitudinal grooves are made on inner surface of tubes arranged in condensing zone. Grooves are covered by fine-mesh wire gauze. Summary depth of grooves and thickness of gauze is equal to maximum depth of grooves on stopper. Thickness of stopper walls is greater than thickness of tube walls. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в тех отраслях промышленности, в которых присутствуют процессы теплопередачи. The invention relates to heat transfer technology and can be used in those industries in which heat transfer processes are present.

Известна конструкция теплообменника на базе термосифонов, содержащая герметичный корпус-вертикальный сосуд с плоскими заглушками, конденсационная часть которого выполнена оребренной, испарительная часть корпуса без оребрения, кожух из электропроводного материала с дистанционными относительно корпуса дополнительными электроизоляторами и цилиндрический конденсатопровод с отверстиями в конденсационной и испарительной частях корпуса. A known design of a heat exchanger based on thermosyphons, containing a sealed housing — a vertical vessel with flat plugs, the condensation part of which is ribbed, the evaporative part of the housing without fins, a casing of electrically conductive material with additional electrical insulators remote from the housing, and a cylindrical condensate conduit with holes in the condensation and evaporation parts of the housing .

Недостатком известного теплообменника является низкая эффективность процесса теплопередачи, обусловленная пониженными гидродинамическими характеристиками конденсационной пленки. Кроме того, в данном теплообменнике имеется внутренний источник тепла, что приводит к невозможности его использования по целевому назначению-охлаждение больших технологических потоков, например, в нефтепереработке. A disadvantage of the known heat exchanger is the low efficiency of the heat transfer process due to the reduced hydrodynamic characteristics of the condensation film. In addition, this heat exchanger has an internal heat source, which makes it impossible to use it for its intended purpose — cooling large process flows, for example, in oil refining.

Прототипом изобретения является теплообменник на базе термосифона, который содержит герметичный корпус в виде горизонтального коробчатого сосуда, змеевик, горизонтальную перегородку, разделяющую корпус на испарительную и конденсационную части, конфузоры и конденсатопровод. The prototype of the invention is a heat exchanger based on a thermosyphon, which contains a sealed case in the form of a horizontal box-shaped vessel, a coil, a horizontal partition separating the case into evaporative and condensation parts, confusers and a condensate line.

Недостатком данного теплообменника являются невозможность применения в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности для теплосъема с больших технологических потоков вследствие высокого термического сопротивления, невозможность очистки внутренней поверхности змеевика от примесей механическим путем. Из-за отсутствия отдельных каналов на всем пути движения для жидкой и газовой фаз нарушено управление движением потоков, газовая фаза нарушает сплошность конденсационной пленки, что снижает коэффициент теплообмена. The disadvantage of this heat exchanger is the impossibility of application in the oil refining and petrochemical industries for heat removal from large process flows due to high thermal resistance, the inability to mechanically clean the inner surface of the coil from impurities. Due to the lack of separate channels along the entire travel path for the liquid and gas phases, the control of the flow is disrupted, the gas phase violates the continuity of the condensation film, which reduces the heat transfer coefficient.

Целью изобретения является возможность управления фазовыми потоками и повышение производительности по теплосъему и теплообмена за счет обеспечения возможности проведения механической очистки и снижения термического сопротивления вследствие высокой пористости и проницаемости. The aim of the invention is the ability to control phase flows and increase productivity in heat removal and heat transfer by providing the possibility of mechanical cleaning and reducing thermal resistance due to high porosity and permeability.

Поставленная цель достигается тем, что в термосифонном теплообменнике, содержащем герметичный корпус с испарительной и конденсационной зонами, соединенными между собой посредством конфузоров, обращенных к конденсационной зоне зауженными концами, согласно изобретению зона испарения выполнена в виде горизонтального сосуда, а конденсационная зона - в виде трубок со сферическими заглушками, имеющими внутренние криволинейные поверхности, на которых выполнены радиальные канавки переменной глубины и ширины, увеличивается к краям заглушки, кроме того, на внутренней поверхности трубок конденсационной зоны выполнены продольные канавки, закрытые мелкоячеистой металлической сеткой, причем суммарная глубина этих канавок и толщина сетки равна максимальной глубине канавок на заглушке, а толщина стенок последней больше толщины стенок трубок. This goal is achieved by the fact that in a thermosiphon heat exchanger containing a sealed housing with evaporation and condensation zones interconnected by confusers facing the condensation zone with narrowed ends, according to the invention, the evaporation zone is made in the form of a horizontal vessel, and the condensation zone is in the form of tubes with spherical plugs having internal curved surfaces on which radial grooves of variable depth and width are made, increases towards the edges of the plug in addition, longitudinal grooves closed by a fine-mesh metal mesh are made on the inner surface of the tubes of the condensation zone, the total depth of these grooves and the thickness of the mesh being equal to the maximum depth of the grooves on the plug, and the wall thickness of the latter is greater than the wall thickness of the tubes.

На фиг. 1 изображен модуль термосифонного теплообменника, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид с торца; на фиг. 3 - конденсационная часть теплообменика, разрез; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - последовательность соединения модулей теплообменника; на фиг. 6 - термосифонный теплообменник для многотонажного производства, общий вид; на фиг. 7 - блок-схема модулей и термосифонного теплообменника. In FIG. 1 shows a thermosiphon heat exchanger module, general view; in FIG. 2 - the same, end view; in FIG. 3 - condensation part of heat exchange, section; in FIG. 4 is a section AA in FIG. 3; in FIG. 5 - sequence of connection of the heat exchanger modules; in FIG. 6 - thermosiphon heat exchanger for multi-ton production, general view; in FIG. 7 is a block diagram of modules and a thermosiphon heat exchanger.

Термосифонный теплообменник содержит модуль (фиг. 1), корпус 1 которого частично заполнен промежуточным теплоносителем. В корпусе 1 размещена труба 2 для подачи горячего теплоносителя I-II, пространство между корпусом 1 и трубкой 2 составляет испарительную часть аппарата. На корпусе 1 размещены оребренные трубки 3, закрытые кожухом 4, по которому движется холодный теплоноситель III-IV, что составляет конденсационную часть аппарата. Трубки 3 соединены свободным концом с корпусом 1 над конфузором 5 (фиг. 3). Второй конец оребренных трубок заглушен сферической заглушкой 6, которая имеет на внутренней криволинейной поверхности радикальные канавки 7. Толщина сферической заглушки 6 больше, чем толщина оребренных трубок. Конденсатопровод выполнен в виде мелкоячеистой сетки 9 и продольных канавок 10, расположенных в полости оребренных трубок, по канавкам и капиллярам которых движется конденсат VI. Последовательное соединение модулей крупнотонажного производства осуществляется фланцами II (фиг, 5), образующими параллельные ряды (фиг. 6). Подача холодного теплоносителя III-IV осуществляется через трубопроводы 12 и 13. Thermosiphon heat exchanger contains a module (Fig. 1), the housing 1 of which is partially filled with an intermediate heat carrier. A pipe 2 is placed in the housing 1 for supplying the hot heat carrier I-II; the space between the housing 1 and the tube 2 constitutes the evaporative part of the apparatus. On the housing 1, finned tubes 3 are placed, closed by a casing 4, along which cold coolant III-IV moves, which makes up the condensation part of the apparatus. The tubes 3 are connected by their free end to the housing 1 above the confuser 5 (Fig. 3). The second end of the finned tubes is plugged with a spherical plug 6, which has radical grooves 7 on the inner curved surface. The thickness of the spherical plug 6 is greater than the thickness of the finned tubes. The condensate pipe is made in the form of a fine mesh 9 and longitudinal grooves 10 located in the cavity of the finned tubes, through the grooves and capillaries of which the condensate VI moves. The serial connection of large-scale production modules is carried out by flanges II (Fig. 5), forming parallel rows (Fig. 6). The supply of cold coolant III-IV is carried out through pipelines 12 and 13.

Термосифонный теплообменник работает следующим образом. Thermosiphon heat exchanger operates as follows.

Горячий теплоноситель, например пары бензина, из ректификационной колонны или контактный газ Стерлитамакского завода СК потоками I-II прокачивают через оребренную трубу 2 модулей, которые соединены последовательно в ряд. Промежуточный теплоноситель, например метанол или изопентан, которым на 50. . . 60% объема заполнен корпус 1 модуля, кипит и его пары поднимаются по центру оребреной трубки 3, которая омывается холодным теплоносителем III-IV, скапливается у криволинейной поверхности сферической заглушки 6, создавая тем самым подпор при продвижениях в виде конденсата VI по канавкам 7, капиллярам мелкоячеистой их сетки 9 и продольным канавкам 10, составляющим единое целое, что приводит к повышению тепломассообмена пары при движении конденсируются в зоне оребренных трубок 3, отдавая скрытую теплоту парообразования через жидкую пленку, толщину трубок 3 и их ребра холодному теплоносителю III-IV, образующийся конденсат VI интенсивно отводится в зону кипения. Hot heat carrier, for example gasoline vapors, from a distillation column or contact gas of the Sterlitamak plant SK flows I-II flows through the finned tube 2 modules, which are connected in series in a row. Intermediate heat carrier, for example methanol or isopentane, which is 50.. . 60% of the volume is filled in the module housing 1, boils and its vapor rises in the center of the finned tube 3, which is washed with cold coolant III-IV, accumulates at the curved surface of the spherical plug 6, thereby creating a backwater when moving in the form of condensate VI through grooves 7, capillaries their fine mesh 9 and longitudinal grooves 10, which are a single unit, which leads to an increase in heat and mass transfer, the pairs condense during movement in the area of the finned tubes 3, giving off the latent heat of vaporization through the liquid film, the thickness cutting the ribs 3 and the cold coolant III-IV, VI condensate formed intensively allocated at the boiling zone.

Предлагаемая конструкция модуля термосифонного теплообменника позволяет компоновать поверхность теплосъема и теплопередачи в любых размерах, создать параллельные потоки, а это, в свою очередь, дает возможность пропускать большие технологические потоки. Передающая поверхность в испарительной части, выполненная в виде оребренной трубки, и последовательное соединение модулей позволяют очищать от отложений внутреннюю поверхность указанных труб механическим путем. Предусмотрены отдельные каналы для движения жидкой и газовой фаз, что приводит к снижению термического сопротивления. The proposed design of the thermosiphon heat exchanger module allows you to compose the surface of the heat sink and heat transfer in any size, create parallel flows, and this, in turn, makes it possible to pass large process flows. The transfer surface in the evaporation part, made in the form of a finned tube, and the serial connection of the modules allow you to clean the deposits from the inner surface of these pipes mechanically. Separate channels are provided for the movement of the liquid and gas phases, which leads to a decrease in thermal resistance.

Технологический процесс изготовления теплообменника прост: каналы на внутренней поверхности оребренных трубок выполняют протяжкой, канавки на заглушках - фрезеровкой или штамповкой, а сетку закрепляют прижимными кольцами. Кроме того, теплообменник имеет простую технологию ремонта. (56) Авторское свидетельство СССР N 1011955, кл. F 28 D 15/02, опублик. 1983. The technological process of manufacturing the heat exchanger is simple: the channels on the inner surface of the finned tubes are drawn, the grooves on the plugs are milled or stamped, and the grid is fixed with clamping rings. In addition, the heat exchanger has a simple repair technology. (56) Copyright certificate of the USSR N 1011955, cl. F 28 D 15/02, published. 1983.

Claims

1. THERMOSIPHONIC HEAT EXCHANGER, comprising a sealed housing with evaporation and condensation zones interconnected by confusers facing the condensation zone with narrowed ends, characterized in that the evaporation zone is made in the form of a horizontal vessel, and the condensation zone is in the form of tubes with spherical plugs, having internal curved surfaces on which radial grooves of variable depth and width are made, increasing towards the edges of the stub.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that longitudinal grooves are made on the inner surface of the tubes of the condensation zone, closed by a fine-mesh metal mesh, and the total depth of these grooves and the thickness of the mesh is equal to the maximum depth of the grooves on the plug, and the wall thickness of the latter is greater than the wall thickness of the tubes .