Испаритель погружного типа

ЮЗ СОВЕТСКИХ ИАЛИСТИЧЕСКИ ПУБЛИК 3 25 В 39/02 ОБР Е НИЕ О ТЕЛЬС К АВТОРСКОМУ одствен- иностроо-прои ого ма ов,Акчур ьство СС , 1984,юдепГд 1973 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР(46) 07.11.92. Бюл. М 41 (71) Бэлэшихинское научн ное объединение криогенн ения им. 40-летия Октября (72) В.В.Мазаев. В,Н.Гуса Н.А.Шуваева и В.А.Гарин (5 б) 1. Авторское свидетел М 1190179, кл, Г 28 0 9/О2. Ргоссейпд о 1 тпе 6 13, р. 95-100. Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано преимущественно при разработке теплообменных аппаратов с изменением агрегатного состояния вещества, в частности в установках низко- температурного разделения воздуха (В РУ).В связи с тем, что ВРУ, как правило, работают в широком диапазоне производительности по расходам выдаваемых продуктов. то требуется регулировать производительность конденсаторов-испарителей для обеспечения нормальной эксплуатации установки.Изменение производительности аппаратов возможно осуществл ть различными способами: изменением давления, изменением кратности циркуляции, изменением рабочего уровня. отключением части рабочей поверхности.Известен теплообменник (1, содержащий теплообменную поверхность в виде пластинчато-ребристого пакета с чередующимися каналами для.теплоносителя и хладагента, с коллекторами входа и выхода(54) ИСПАРИТЕЛЬ ПОГРУЖНОГО ТИПА (57) Использование: теплообменные аппараты с изменением агрегатного состояния вещества. Сущность изобретения: пакет выполнен из чередующихся каналов для теплоносителя и каналов для хладагента. Каналы для теплоносителя подсоединены к общему раздающему коллектору и разным отсекам, собирающего коллектора. Каналы для теплоносителя выполнены с общей разделительной стенкой. 5 ил,теплообменных сред. Укаэанный теплообменник разделен перегородками на секции и может быть использован как испаритель с регулированием производительности, путем отключения одной из секций.Однако подобную конструкцию неэффективно испольэовать в качестве испарителя по следующим причинам.Во-первых, если разделена на секции полость хладагента, то не обеспечиваются условия взрывобеэопасности, так как жидкость, оставшаяся в отключенных каналах, со временем подпаривается и неизбежна высадка углеводородов,Во-вторых, если разделена на секции полость теплоносителя, то требуется привлекать со стороны дополнительный тепло- носитель для ,регулирования производительности, так как установленные перегородки между секциями служат для использования дополнительных рабочих сред. Кроме того, в этом случае полость кипения, не разделенная нэ секции, также не обеспечивает условия взрывобеэопасно 1774143сти при эксплуатации из-за отсутствия условий для циркуляции кипящей жидкости,Таким образом, данная конструкция непозволяет осуществлять регулированиепроизводительности испарителя в широкихпределах.Наиболее близким техническим решением к изобретению, выбранным в качествепрототипа, является испаритель погружного типа, содержащий корпус и размещенную в нем теплообменную поверхность ввиде пакета пластин, образующих открытыевертикальные каналы для испарительногоагента и, расположенные в чередующем порядке с ними вертикальные каналы для теплоносителя, подключенные к верхнемураздающему и нижнему собирающему коллекторам 2.указанная конструкция позволяет регулировать производительность только уровнем затопления поверхности кипения, чтоимеет пределы регулирования, определяемые безопасностью работы испарителяконденсатора. В испарителевоздухоразделительных установок отложение взрывоопасных примесей происходит врежиме работы "сухой стенки", т.е, когдастенка не смывается жидкостью, отсутствует циркуляция, и стенка контактирует только с паром, Режим работы,обеспечивающий "влажную стенку", достигается регулированием относительногоуровня кипящей жидкости от 0,7 до 1,0 высоты каналов. При уменьшении уровня ниже0,7 испаритель работает в режиме "сухойстенки", Таким образом, изменение уровнякипящей жидкости может изменять производительность в пределах 20от номинала.Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и расширение диапазона регулирования,Цель достигается тем, что в испарителепогружного типа, содержащем корпус и размещенную в нем теплообменную поверхность в виде пакета пластин, образующихоткрытые вертикальные каналы и, расположенные в чередующем порядке с ними вертикальные каналы для теплоносителя,подключенные к верхнему раздающему инижнему собирающему коллекторы, нижний собирающий коллектор разделен на дваотсека, снабженных запорной арматуройдля поочередного открытия, и подключенных к разному количеству каналов для теплоносителя, при этом последние в зонепримыкания отсеков собирающего коллектора, выполнены с общей разделительнойстенкой,Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный аппарат5 10 20 отличается совокупностью конструктивных элементов, Таким образом, заявленное решение обладает критерием новизны.Рассмотрим подробнее влияние отличительных признаков на достижение поставленной цели.1, "Собирающий коллектор разделен на отсеки и каналы для теплоносителя подключены, различным отсекам." Открывая или закрывая арматуру отсека, можно подключать или отключать соответствующие отсеку каналы теплоносителя, тем самым изменяя производительность аппарата подробное описание действия аппарата приведено ниже), Таким образом, указанный признак позволяет расширить диапазон регулирования производительности аппарата,2. ",Каналы теплоносителя в зоне примыкания отсеков выполнены с общей разделительной стеной", Поскольку при чередующихся каналах для теплоносителя и хладагента тепло к хладагента тепло к хладагенту подводится с двух сторон, то при 25 отключении части каналов теплоносителя вканале хладагента, расположенном на границе секций, возникает условия, при которых подвод тепла к хладагенту сохраняется с одной из сторон, т,е, изменяются условия 30 кипения хладагента. Тем самым нарушаются условия надежной эксплуатации аппарата, т.к, вследствие уменьшения тепловогопотока возможно накопление в этом канале примесей из кипящей полости или образо 35 ванные осадка вследствие снижения интенсивности циркуляции кипящего хладагента. "С целью исключения этого явления крайниесмежные каналы теплоносителя спарены друг с другом.40 Таким образом, данный признак направлен на повышение надежности эксплуатации и обеспечивает возможность изменения производительности аппарата,Сравнение заявленного решения с дру гими техническими решениями в данной области техники не позволило обнаружить в нем признаки, указанные в отличительной части формулы, и, следовательно, предложение обладает существенными отличиями.50 На фиг,1 изображен предлагаемый испаритель, общий вид; на фиг,2 - сечение по каналу теплоносителя, открытому на общий верхний раздающий коллектор и левый отсек нижнего собирающего коллектора; на 55 фиг,З - сечение по каналу теплоносителя,открытому на общий верхний раздающий коллектор и правый отсек нижнего собирающего коллектора; на фиг,4 - вид сверху пакета, показывающий чередование каналов теплоносителя и хладагента; на фиг.5 -5 10 15 20 25 30 от номинала 35 40 45 50 55 конкретный пример рабочей характеристики предлагаемого аппарата.Аппарат состоит из корпуса 1 и пластинчато-ребристого пакета 2, погруженного в корпус, Для кипения хладагента в корпусе установлены патрубок 3 входа жидкости и патрубок 4 отвода паров. Пластинчато-ребристый пакет выполнен из чередующихся каналов 5 и 6 для теплоносителя и каналов 7 для хладагента. Каналы 5 и б для теплоносителя имеют один общий раздающий коллектор 8 и открыты в разные отсеки 9 и 10 нижнего собирающего коллектора. Каждый отсек снабжен запорной арматурой 11 и 12, а каналы 5 и б выполнены с разделительной стенкой 13, Каналы 7 для хладагента чередуются с каналами для теплоносителя, а именно; вначале каналы 7 чередуются с каналами 5, подсоединенными на выходе к отсеку 9, затем каналы 7 чередуются с каналами б. объединенными на выходе отсеком 10, причем последний канал 5 и первый канал б выполнены с общей разделительной стенкой 13 без промежуточного канала 7. Таким образом, чередование каналов выполнено:5:7:5:7,5:7:5:б:7:6:7.6:7:б:7:б,т.е, крайними каналами пакета являются каналы теплоносителя и последний канал 5 спарен с первым каналом б без промежуточного канала 7.Рассмотрим работу предлагаемой конструкции на примере конденсатора-испарителя воздухоразделительной установки, в котором испарение кислорода осуществляется за счет тепла азота, конденсирующегося в смежных каналах. Поток теплоносителя подается через коллектор 8 в каналы теплоносителя 5 и б, где конденсируясь, отдает свое тепло смежным каналам 7 и отводится через отсеки 9 и 10, причем в связи с тем, что раздающий коллектор - общий для обоих отсеков собирающего коллектора, возможен вариант работы, когда один из отсеков, например 9, отключен запорнои арматурой 12, В этом случае канал 5 конденсации (фиг.2), соответствующий отсеку 9, заполняется конденсатом и его температура выравнивается с температурой кипящей жидкости, т,е. в каналах 7, смежных с каналами 5 (фиг.2), испарение прекращается, а в каналах 7, смежных с каналами 6 (фиг.3) испарение продолжается с заданной эффективностью, обеспечивающей взрывобезопасные условия эксплуатации. (Взрывобезопасные условия при кипении кислорода соблюдаются при постоянстве теплового потока в канале питания, поэтому при работе каждой секции теплоносителя важно сохранить условия подвода тепла к каналу кипения, Все каналы кипения каждой секции работают одинаково, если к каждому каналу тепло подводится с двух сторон, т.е, крайними каналами в каждой секции должны быть каналы конденсации. При этом номинальная производительность аппарата соответствует количеству рабочих каналов),В случае, когда отсек 10 закрыт, а отсек 9 открыт, производительность аппарата соответствует количеству рабочих каналов 5. В случае, когда отсеки 9 и 10 открыты, производительность аппарата соответствует суммарному количеству рабочих каналов,Для обеспечения взрывобеэопасности при кипении жидкого кислорода крайними каналами в каждой секции должны быть каналы конденсации. Поэтому в зоне сопряжения секций крайние каналы являк 5 тся каналами конденсации, открытыми в разные отсеки нижнего собирающего коллектора.Возможно изменение производительности в каждом рассмотренном случае в пределах 20 от номинала за счет изменения уровня кипящей жидкости в рабочем диапазоне.Например, для случая, когда отсеку 9 соответствует одна треть каналов 5, а отсеку 10 соответствует две трети каналов б использование предлагаемого аппарата позволяет плавно регулировать его производительность в диапазоне 20+ 120; Когда отключен отсек 10, каналы б заполняются конденсатом и аппарат работает по кривой 13 (рис.5), Когда отключен отсек 9, а включен в работу отсек 10, каналы 5 заполняются конденсатом и рабочей характеристикой аппарата является кривая 15(фиг.5). Для случая, когда открыты оба отсека 9 и 10, рабочей характеристикой аппарата является кривая 16. Формула изобретения Испаритель погружного типа, содержащий корпус и размещенную в нем теплообменную поверхность в виде пакета пластин, образующих открытые вертикальные каналы для испаряемого агента и расположенные в чередующемся порядке с ними вертикальные каналы длятеплоносителя, подключенные к верхнему раздающему и нижнему собирающему коллекторам, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и расширения диапазона регулирования, нижний собирающий коллектор разделен на два отсека, снабженных запорной аппаратуройдля поочередного открытия и подключенных к разному количеству вертикальных каналов для теплоносителя, при этом последние в зоне примыкания отсеков собирающего коллектора выполнены с общейразделительной стенкой,Составитель И,АкчуринТехред М,Моргентал Корректор А.Ворович 1Редактор Т.Орлова Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3918 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5