Теплообменник

СОЮЗ СОВЕТСКСОЦИАЛИСТИЧЕРЕСПУБЛИН 19) а)4 Р 28 П 7 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение м.б. использованов областях техники, где требуетсяреализовать процесс газификации жидкого теплоносителя в различных технологических процессах, в криогенныхустановках. Цепь изобретения -.интенсификация теплообмена и уменьшениегабаритов теплообменника. Внутрикорпуса на трубных досках 9 закреплены теплообменные трубы 4, имеющиена наружной поверхности интенсификаторы 10 теплообмена, Сепараторы жидкой фазы установлены внутри труб 4на выходе из них и выполнены в видеперфорированной втулки 12. На внешней поверхности втулки 12 установлены изолированные друг от друга проставками 14 фильтры 13Фильтры 13выполнены в виде кольцевых пористыхпрокладок, пористость которых возрастает по длине втулки 12 в направлении выхода труб 4. Между внутреннейповерхностью труб 4 и фильтрами 13в местах их стыковки на проставках4 установлены шайбы 15 из высокотеп"лопроводного пористого материалаодинаковой пористости. Отношение по.ристости материала шайб к пористостйматериала фильтров превьппает единицу, Конструкция теплообменника позволяет обеспечить качественное изменение механизма переноса тепла. Теплоот стенок труб 4 переносится черезкаркас внутрь шайбы 15 и затем рассеивается за счет внутрипороговогоИзобретение относится к теплообменным аппаратам испарительного типа, применяемым в различных областях техники, где требуется реализовать про" цесс газификации жидкого теплоносителя в различных технологических процессах, в частности в криогенных установках.Целью изобретения является интенсификация теплообмена и уменьшение габаритов теплообменника.На Фиг. 1 схематично изображен кожухотрубный теплообмениик; .на фиг. 2 - сепаратор жидкой Фазы; на . 35 Фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.Теплообменник содержит корпус 1 с патрубками 2 и 3 для ввода-вывода греющего теплоносителя, внутри которого установлена система теплооб ,мешых труб 4, съемные крышки распределительных камер 5 и 6 с патрубками 7 и 8 для ввода-вывода испаряемой среды. Теплообменпые трубы 4 закреплены в трубих досках 9, например, в шахматном порядке и имеют иа наружной поверхности интенсификаторы теплообмена 10,например, в виде поперечной кольцевой накатки по длине. Внутри теплообменных труб 4 на выхо- ЗО де из них установлены сепараторы 11 жидкой Фазы, выполненные в виде перфорированной втулки 12, на которую .установлен ряд фильтров 13, изолиро" ванных друг от друга при помощи проставок .14. Цроставки 14 при этом фиксируют также положение фильтров 13 на наружной перфорированной поверхности втулки 12, фильтры 13 изготов" лены из жесткого гидрофильного мате риала с открытой пористостью 50-807, средний диаметр пор которых определяет размер капель в двухфазном нотоке на выходе из теплообмешых труб 4 и составляет величину от десятков микрон до миллиметра. Причем они установлены по длине стакана 12 такимобразом, что первый из них имеет наименьшую пористость, которая далее возрастает в сторону выхода тепло- обменных труб, Между внутренней по-, ,верхностью теппообменных труб 4 и фильтрами 13 в местах их стыковки на проставках 14 установлены шайбы 15 из высокотеплопроводного пористо" го металла с одинаковой пористостью, полученные, например, путем моделирования пористой структурообразующей матрицы с открытой пористостью 70973, а средний диаметр пор составляет величину, равную трем-четырем средним диаметрам пор фильтров 13, причем соотношение пористости материала шайб к пористости материала фильтров превышает единицу, Материалы, выполненные подобным образом, сочетают в себе низкую плотность, высокую проницаемость для газов и жидкостей, большую открытую поверхность, способность к капиллярному удержанию жидкостей. Шайбы 15 фиксированы внутри теплообменных труб 4 при помощи выступов от поперечной кольцевой накатки 10 и выполнены для удобства при их монтаже и демонтаже в виде сегментов (фиг. 2),В процессе работы теплообменного аппарата испаряемая среда через патрубок 7 съемной крышки 5 поступает внутрь системы обогреваемых тепло- обменных труб 4; где происходит ее испарение, При этом по длине теплообменных труб 4 реализуются пузырьковый, переходный и пленочньй режимы кипения. В связи с этим, исходя нз геометрии теплообменника-испарителя и условий теплообмена на его теплоотдающих поверхностях, на выходе из теплообменных труб 4 и входе в сепараторы 11 жидкой фазы реализуется дисперсньй 1 ежии пленочного кипения, т,е. имеет место двухфаэньй поток в виде перегретого пара с включением жидкой фазы в виде отдельных капель,При прохождении двухфазным потоком обогреваемой пористой шайбы 15 происходит интенсивное доиспаренне капель жидкости из-за увеличения площади и усложнения формы поверхности теплообмена, что приводит к резкому возрастанию скорости паровой фазы. Скорость потока в пористом материале.и его гидравлическое сопротивление связаны обратно пропорциональной зависимостью. Поэтому, если пористость и средний диаметр пор пористого материала Фильтров 13 и шайб 15 подобраны таким образом, что соотношение пористости материала шайб 15 к пористости материала фильтров 13 превышает единицу, то гидравлическое сопротивление фильтра 13 двухфазному потоку превышает гидравлическое сопротивление шайбы 15, и через фильт-ры 13 можно произвести частичную эвакуацию только лишь паровой фазы14 15 Формула двухфазного потока на выход из тепло- обменных труб 4, а основную часть потока, в котором произошли относительное выравнивание скоростей фаз потока и увеличение массовой доли жидкой фазы по мере эвакуации пара через фильтр 13 направить в последующую обогреваемую шайбу 15, где процесс доиспарения капель жидкости повторяется.В связи с необходимостью отвода из зоны теплообмена все более возрастающего объема паровой фазы пористость .фильтров 13, расположенных далее по длине перфорированного с боковой поверхности стакана 2, возрастает, а следовательно, гидравлическое сопротивление каждого из фильтров 13 падает,что позволяет производить все более интенсивную эвакуацию пара на выход из теплообменных труб 4. По мере прохождения двухфазным потоком последней обогреваемой пористой шайбы 15 сепаратора 11,жидкой фазы поток поступает на выход из теплообменных труб 4 непосредственно через перфорированную стенку стакана 12.Данное конструктивное решение сепаратора жидкой фазы позволяет существенно повысить эффективность тепло- обмена в двухфазном потоке на испарение жидкой фазы. Интенсификация теплообмена возможна и за счет изменения механизма переноса тепла при возрастании доли тепловоГо потока на испа-, рение жидкой фазы вследствие развития суммарной площади теплообмена и час-: тичном отводе пара через фильтр.Постановка внутри теплообменных труб высокотеплопроводного пористого материала, соединенного со стенками, вызывает качественное изменение механизма переноса тепла, тепло от сте 60575 4нок труб передается теплопроводностьючерез каркас внутрь высокотеплопроводной пористой шайбы и затем рассеивается эа счет интенсивного внутрипорового теплообмена, что в сочетании с периодически повторяющейся эвакуацией части паровой фазы из зонытеплообмена и возрастании доли теплового потока на испарение капель жидкости за счет увеличения массовой доли жидкой фазы позволяет полностьюосуществить фазовое превращение пото"ка. из о брет ения Теплообменник, содержащий корпус,внутри которого на трубных досках 20 закреплены теплообменные трубы, имеющие на наружной поверхности интенсификаторы теплообмена, и сепараторыжидкой фазы, о т л и ч а ю щ и и с ятем, что, с целью интенсификации 25 теплообмена и уменьшения габаритовтеплообменника, сепараторы жидкойфазы установлены внутри теплообменных труб на выходе из них и выполнены в виде перфорированной втулки, 30 на внешней поверхности которой дополнительно установпены изолированныедруг от друга проставками фильтры,выполненные в виде кольцевых пористых прокладок, пористость которыхвозрастает по длине втулки в направлении выхода теплообменных труб, приэтом между внутренней поверхностьютеплообменных труб и фильтрами вместах их стыковки на проставках до О полнительно установлены шайбы из высокотеплопроводного пористого металла одинаковой пористости, причем соотношение пористости материала шайб .к пористости материала фильтров пре" 45 вышает единицу.1460575 Составитель Н. Алексееваактор Л, Гратилло Техред И,Дидык Корректор С. Шекмар Заказ 532/4 о роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина 9 Тираж 569 Подпиарственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж, Раушская на ное открытиям при ГКНТ СС