Теплообменник

 

Изобретение может найти применение в криогенной технике. Целью изобретения является повышение надежности работы в процессе охлаждения смесей путем предотвращения вымораживания конденсирующихся компонентов на теплопроводных матрицах. Теплообменник-сепаратор используется в составе дроссельной криогенной установки, работающей на смеси холодильных агентов. Прямой поток с повышенным давлением через входной патрубок 3 поступает в участок 15 этого патрубка. Двигаясь в зазоре между участком 15 и трубой 14, поток подогревает трубу 14 и дренажный патрубок 7, предотвращая замерзание контактирующих с ними жидких компонентов. Обратный поток поступает в теплообменник через входной патрубок 4 и проходит через перфорационные отверстия 11 в матрицах 8, чередующиеся с прокладками 9. Конденсат фреона собирается на верхних поверхностях конусов 12 и двигается в сторону осевых отверстий 13. Собираясь в кольцевых зазорах, капли попадают в конденсатосборник 17 и по дренажному патрубку 18 выводятся из теплообменника. Защита от вымораживания достигается за счет теплового контакта капель и конденсатосборника 17 с трубой 14, а также теплоизоляцией 19 участка дренажного патрубка 18 и нагревом этого патрубка с помощью элемента 20. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 F 28 D 7/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4282441/23-06 (22) 09.07.87 (46) 30.10,89. Бюл. Р 40 (71) Одесский технологический институт холодильной промышленности (72) Н.И. Григоренко, Г.К. Лавренченко, Ю.И. Симоненко и А.А. Сотников (53) 621.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1064111, кл. F 28 D 7/1О, 1982.

2 (54) ТЕПЛООБИЕННИК (57) Иэобретение может найти примене» ние в криогенной технике. Целью изобретения является повышение надежности работы в процессе охлалдения смесей путем предотвращения выморамивания конденсирующихся компонентов на теплопроводных матрицах. Теплообменниксепаратор используется в составе дроссельной криогенной установки, 1518645 работающей на смеси холодильных агентов. Прямой поток с повышенным давлением через входной патрубок 3 поступает в участок 15 этого патрубка.

Двигаясь в зазоре между участком 15

5 и трубой 14, поток подогревает трубу 14 и дренажный патрубок 7, предотвращая замерзание контактирующих с ними жидких компонентов. Обратный поток 10 поступает в теплообменник через вход- . ной патрубок 4 и проходит через перфорационные отверстия 11 в матрицах 8, чередующиеся с прокладками 9.

Изобретение относится к теплообменникам матричного типа и может най- 20 ти применение в качестве конденсатора в криогенной технике, в частности в дроссельных системах, работающих на многокомпонентных смесях.

Цель изобретения — повышение на- 25 дежности работы в процессе охлаждения смесей путем предотвращения вымораживания конденсирующихся компонентов.

На фиг. 1 показано устройство, разрез; на фиг. 2 — теплообменниксепаратор в составе дроссельной криогенной установки, работающей на смеси холодильных агентов; на фиг, 3 горизонтальное сечение теплообмен- 5 ника.

Устройство (фиг. 1) содержит верхний 1 и нижний 2 фланцы с входными 3 и 4, выходными 5 и 6 и дренажным пат" рубком 7. Между фланцами 1 и 2 уста- 40 новлены матрицы 8, чередующиеся с прокладками 9. В матрицах имеются перфорационные отверстия 10 и 11, образующие каналы соответственно прямого (охлаждаемого) и обратного потоков, 45

Часть матриц 8 со стороны входного патрубка 3 прямого (охлаждаемого) потока в зоне их контакта с этим потоком выполнена в виде конусов 12 с отверстиями 13, обращенными вниз. Через отверстия 13 с зазором проходит заглушенная в нижней части труба 14, которая охватывает участок 15 входного патрубка 3 прямого потока. Участок 15 введен в полость теплообменника со стороны фланца 1 в зону, где ожидается конденсация компонентов прямого потока, Труба 14 снаружи содержит соосные ей конденсатосборниКонденсат фреона собирается на верхних поверхностях конусов 12 и двигается в сторону осевых отверстий 13, Собираясь в кольцевых зазорах, капли попадают в конденсатосборник 17 и по дренажному патрубку 18 выводятся иэ теплообменника. Защита от вымораживания достигается эа счет теплового контакта капель и конденсатосборника 17 с трубой 14, а также теплоизоляцией 19 участка дренажного патрубка 18 и нагревом этого патрубка с помощью элемента 20. 2 э.п. ф-лы, 3 ил. ки 16, 17. Еонденсатосборник 16, установленный на нижнем торце трубы 14, совмещен с дренажным патрубком 7, проходящим в полости этой трубы. Конденсатосборник 17 снабжен дренажным патрубком 18, который выведен из теплообменника через канал обратного потока с перфорационным отверстием 11, снабжен слоем теплоизоляции 19 и нагревательным элементом 20. Дренажные патрубки 7 и 18 содержат дроссельные вентили 21 и 22 °

Криогенная установка (фиг.- 2) на базе теплообменника содержит компрессор 23 с концевым теплообменником 24, вентиль 25 нижней ступени охлаждения, охлаждаемый объект 26.

Устройство работает следующим образом.

Прямой поток с повышенным давлением и состоящий, например, из трехкомпонентной смеси азота, этана и фреона 143, через входнсй патрубок 3 поступает в участок 15 этого патрубка.

Двигаясь в зазоре между участком 15 и трубой 14, поток подогревает трубу 14 и дренажный патрубок 7, предотвращая замерзание контактирующих с ними жидких компонентов. Обратный поток (чистый азот), температурой более низкой, чем температура прямого потока, поступает в теплообменник через входной патрубок 4 и проходит через перфорационные отверстия ll в матрицах 8, чередующиеся с прокладками 9.

3а счет теплопроводности происходит снижение температуры внутренней части 12 матриц 8. В прямом потоке, проходящем через перфорационные отверс-. тия 10 начинает происходить конденсация фреона 143. Капли фреона К со5 1518645 6 бираются преимущественно на верхних Чистый азот, охлажденный в нижней поверхностях конусов 12 и под дейст- части теплообменника до температуры вием сил гравитации двигаются в сто- около 85 К, дросселируется в вентирону осевых отверстий 13. Собираясь ле 25 нижней ступени охлаждения Й в кольцевых зазорах между матрица- 5 после отвода тепла. от охлаждаемого ми 8 и трубой 14, капли К попадают в объекта поступает в патрубок 4 обконденсатосборник 17 и по дренажному ратного потока. В теплообменнике обпатрубку 18 выводятся из полости теп- ратный поток способствует понижению лообменника. Охлаждение в теплообмен- 1 температуры и конденсации компонен1р нике фреона 143 ниже температуры трой- тов прямого потока. ной точки, равной 162 К, не допусти- < После дросселирования этих компомо из-за возможности образования твер- нентов в вентилях 21 22, они вводятдой фазы и забивания межреберных ка- ся в канал обратного потока. Такое напов и перфорационных отверстий )0. 15 решение позволяет исключить иэ схемы

Защита от вымораживания жидкого ком- установки внешние ступени предварипонента достигается путем теплового тельного охлаждения. Таким образом, контакта капель К и конденсатосбор- данный теплообменник позволяет повыника 17 с трубой 14, а также с помо- сить надежность работы при охлаждещью изоляции 19, установленной на 2р нии многокомпонентных рабочих тел. участке дренажного патрубка 18, омы- Удаление конденсата и предотвращение ваемого обратным потоком. С этой же его от замерзания способствует сни" целью на упомянутом патрубке уста- кению термического сопротивления межновлен нагревательный элемент 20, а ду теплопроводной матрицей и омываюсам патрубок может находиться в теп- 25 щим ее потоком. ловом контакте с трубой 14. формула изобретения

Аналогичным образом происходит ). Теплообменник, содержащий фланпроцесс конденсатообразования этана

Ф цы с входными, выходными и дренажныкоторый собирается в конденсатосбор- ми патрубками, перфорированные матринике 16 и выводится по дренажному патдр у 3р цы с кольцевыми прокладками, образуюрубку 7, проходящему внутри трубы 14. щие каналы для прямого и обратного

Такой технический прием дает возмож- потоков, отличающийся тем, ность повысить технологичность аппачто, с целью повышения надежности рарата и упростить его сборку. Кроме боты при охлаждении смесей путем предтого, вывод патрубка 7 через отноотвращения вымораживания конденсирусительно теплую зону теплообменника ющихся компонентов, он дополнительно препятствует переохлаждению этана до снабжен трубой и конденсатосборникатемпературы тройной точки (90 К), что ми, матрицы, контактирующие с прямым могло иметь место в нижних участках потоком, выполнены в виде конусов с теплообменника и при тепловом контак4р вершинами, обращенными вниз, и снабте с обратным потоком. Регулирование

У Р ие жены осевыми отверстиями, через кото» расхода фреона и этана осуществляетрые с зазором проходит заглушенная в ся дроссельными вентилями 21, 22, в нижней части труба, охватывающая входкоторых происходит падение давления ной патрубок прямого потока, при компонентов при одновременном снижении, Р д Р енном снижении этом снаружи трубы соосно с ней усР УР ажДенный првмои тановлены конденсатосборники. поток, состоящий практически из чис- 2. Теплообменник по и. 1, о т л итого азота, и нагретый обратный по- ч а ю шийся тем, что один иэ конток выводятся иэ теплообменника че- денсатосборников установлен на нижнем

pcs выходные патрубки 4 и 5. торце трубы и совмещен с дренажным патрубком, проходящим в полости этой

Дроссельная криогенная установка трубы. на базе данного теплообменннка рабо- 3. Теплообменник по и. 2, о т л и" тает следующим образом (фиг. 2). Сжа» ч а ю шийся тем, что по крайней тая в компрессоре 23 трехкомпонент- мере один из дренажных патрубков вы

55 ная газовая смесь поступает в конце- веден из полости теплообменника через вой теплообменник, где приобретает канал для обратного потока, снабжен температуру, близкую к температуре теплоизоляцией и нагревательным элеокружающей среды. ментом.

f7

Фие. Ю

Составитель А. Симоменко

Редактор В. Ковтун Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Палий

Заказ 6593/44 Тираж 570 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101