Контактный теплообменник

 

Использование: в энергетике, утилизации низкопотециального тепла. Сущность изобретения: внутри камеры 1 теплообменника выполнен канал для подвода и отвода теплообменивающихся сред. На дне канала камеры 1 установлена насадка, выполненная в виде пакета пластин 7 из материала с высокой теплопроводностью, расположенных с заданным шагом и частично погруженных под уровень жидкости. Каждая пластина 7 насадки выполнена с продольным выступом в виде гофра 8, имеющего высоту, равную или превышающую упомянутый шаг. Пластины 7 в пакете выступами обращены в одну сторону, а вершины всех гофр 8 размещены от нижних кромок пластин на расстоянии, соответствующем уровню жидкости в канале. Тепло потока жидкости, протекающей в канале, передается пластинам 7, а от последних - протекающему между ними воздуху. 2 ил.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам контактного типа, может быть использовано для осуществления теплообмена между жидкими и газообразными средами одинакового давления при их физико-химической совместимости с целью утилизации низкопотенциального тепла, например для подогрева атмосферного воздуха сбросной циркуляционной водой конденсаторов турбин на ТЭС или ТЭЦ, в градирнях и других устройствах, и представляет собой один из вариантов усовершенствования конструкции теплообменной набивки.

К известным контактным теплообменникам такого типа относятся пруды охладители сбросной циркуляционной воды конден- саторов турбин, в т.ч. с брызгальными устройствами, градирни. Их недостаток значительные площади для получения необходимой поверхности контакта теплообменивающихся сред воды и воздуха (для прудов-охладителей), большие потери воды испарением и капельным уносом, ухудшение экологии в районе их расположения.

Известен контактный теплообменник, содержащий камеру в виде канала с патрубками для подвода и отвода теплообменивающихся сред [1] Их преимуществом по сравнению с прудами-охладителями является возможность существенного сокращения занимаемых площадей за счет выполнения теплообменных блоков из достаточного числа отдельных камер, располагаемых в несколько рядов по высоте потока воздуха. Это достигается за счет значительной металлоемкости и стоимости такого теплообменника.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности (прототип) является контактный теплообменник, содержащий камеру, внутри которой выполнен по меньшей мере один канал для подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем канал частично заполнен одной из упомянутых сред жидкостью и снабжен насадкой, выполненной в виде пакета пластин из материала с высокой теплопроводностью, установленных с заданным шагом, частично погруженных под уровень жидкости в канале и опирающихся нижними кромками на дно канала [2] Такой теплообменник обеспечивает достаточно интенсивный конвективный теплообмен между теплообменивающимися средами за счет увеличения теплопередачи через насадку и при прочих равных условиях может иметь значительно меньшие габариты по сравнению с описанным выше, однако в нем не снижены потери жидкой теплообменной среды ее испарением.

Изобретение имеет целью ограничить испарение жидкой теплообменной среды и унос ее паров потоком газообразной теплообменной среды, что в конечном счете уменьшит потери жидкой среды и влажность газообразной среды на выходе из теплообменника.

Поставленная цель достигается тем, что в контактном теплообменнике, содержащем камеру, внутри которой выполнен по меньшей мере один канал для подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем канал частично заполнен одной из упомянутых сред жидкостью и снабжен насадкой, выполненной в виде пакета пластин из материала с высокой теплопроводностью, установленных с заданным шагом, частично погруженных под уровень жидкости в канале и опирающихся своими нижними кромками на дно канала, в соответствии с изобретением каждая пластина выполнена с продольным выступом в виде гофра, имеющего высоту, равную или превышающую упомянутый шаг, причем пластины в пакете выступами обращены в одну сторону, а вершины всех гофр размещены от нижних кромок пластин на расстоянии, соответствующем уровню жидкости в канале.

Такое выполнение пластин насадки существенно ограничит непосредственный контакт теплообменивающихся сред при работе теплообменника, особенно при обеспечении контакта поверхности гофра одной пластины с поверхностью смежной пластины, а также ограничит поступление газообразной среды в пространство над зеркалом потока жидкой теплообменной среды и унос ее паров, что увеличит их концентрацию над зеркалом жидкой среды, ускорит наступление динамического равновесия в процессе испарения и скорость его протекания, а значит уменьшит общее испарение жидкой среды и влажность газообразной среды на выходе из теплообменника.

На фиг. 1 показан общий вид контактного теплообменника простейшей конструкции, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1, поясняющий форму выполнения и расположения пластин в пакете теплообменной насадки, и из возможных вариантов.

Контактный теплообменник содержит камеру 1, внутри которой выполнен канал, снабженный на одном торце патрубком 2 подвода газообразной теплообменной среды и патрубком 3 отвода жидкой теплообменной среды, а на другом патрубком 4 подвода жидкой среды и патрубком 5 отвода газообразной среды. На дне канала камеры 1 установлена и закреплена одним из известных способов насадка 6, выполненная в виде пакета пластин 7 из материала с высокой теплопроводностью, расположенных с заданным шагом. Особенностью данного теплообменника являются выполнение пластин 7 с продольным выступом в виде гофра 8 и установка всех пластин 7 с расположением гофра 8 в одну сторону. Другой особенностью конструкции является выполнение вершины гофра 8 на расстоянии от нижней кромки пластин 7, соответствующем расчетному уровню жидкой теплообменной среды, протекающей в канале камеры 1. При этом высота гофра 8 должна быть равной или превышающей в канале камеры 1. При этом высота гофра 8 должна быть равной или превышающей шаг пластин 7 в пакете теплообменной насадки 6 для обеспечения непосредственного контакта пластин по образующей гофра 8 или минимального зазора между смежными пластинами для повышения эффективности работы контактного теплообменника за счет ограничения непосредственного контакта теплообменивающихся сред.

Особенность работы такого контактного теплообменника определяется конструкцией теплообменной насадки и заключается в следующем. При использовании такого контактного теплообменника, например для охлаждения сбросной циркуляционной воды конденсаторов турбин на тепловых электростанциях, воду подают к патрубку 4 теплообменника и отводят из патрубка 3, а атмосферный воздух подают в патрубок 2 и отводят из патрубка 5. Уровень потока воды в канале камеры 1 поддерживают регулировкой сопротивления отводного канала. Проходя через канал камеры 1, теплая сбросная вода конденсаторов турбины отдает свое тепло установленной в канале насадке пластинам 7, стенкам канала, а также потоку воздуха, но только в зоне их непосредственного контакта. Вода при этом постепенно охлаждается, а омывающий пластины 7 и стенки канала камеры 1 атмосферный воздух отбирает это тепло и нагревается. Охлаждение воды осуществляется не только за счет теплопередачи через стенки камеры 1 и теплообменную насадку 6, но и ее испарением. При этом обычная теплообменная насадка из плоских пластин не препятствовала непосредственному контакту потоков воздуха и воды и теплообмену между этими средами, свободному выходу паров воды в поток встречного воздуха и их уносу, а также непрерывному испарению воды, в результате чего значительная часть воды испарялась, увлажняя поток воздуха, и терялась. Предлагаемая форма пластин 7 насадки 6 наличие продольного гофра 8 высотой равной или превышающей шаг пластин 7 в насадке 6, вершина которого расположена от нижней кромки на расстоянии, соответствующем уровню жидкости в канале камеры 1, существенно ограничивает, если не исключает полностью, непосредственный контакт теплообменивающихся сред по всей длине пластин 7 и выход паров воды в поток воздуха. В результате этого в ограниченном пространстве над зеркалом потока воды концентрация паров воды возрастает до наступления динамического равновесия, что в дальнейшем сдерживает рост скорости испарения, снижает общий объем испарения и потери воды испарением и соответственно уменьшает влажность выходящего из теплообменника воздуха.

Конструкция теплообменной насадки может использоваться в контактных теплообменниках и другого, более совершенного в конструктивном отношении, типа с обеспечением такого же эффекта. При этом важно, чтобы форма гофра в поперечном сечении обеспечивала по возможности более полное разделение потоков теплообменивающихся сред.

Формула изобретения

КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий камеру, внутри которой выполнен по меньшей мере один канал для подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем канал частично заполнен одной из упомянутых сред жидкостью и снабжен насадкой, выполненной в виде пакета пластин из материала с высокой теплопроводностью, установленных с заданным шагом, частично погруженных под уровень жидкости в канале и опирающихся своими нижними кромками на дно канала, отличающийся тем, что каждая пластина выполнена с продольным выступом в виде гофра, имеющего высоту, равную или превышающую упомянутый шаг, причем пластины в пакете выступами обращены в одну сторону, а вершины всех гофр размещены от нижних кромок пластин на расстоянии, соответствующем уровню жидкости в канале.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2