Тепловая труба

 

Использование: в теплотехнике, в частиности теплообменных аппаратах, может быть использовано как теплообменник в энергетических, технологических и отопительных установках и как устройство для разделения смесей на отдельные компоненты . Сущность изобретения: тепловая труба снабжена распределительным устройством 9. установленным над пучком испарительных труб 11, переточным паропроводом 17. соединяющим подтрубную камеру 16 испарительного пучка 11 с межтрубным пространством конденсационного пучка 1 и переходной камерой 19 первичного теплоносителя , расположенной под днищем подтрубной камеры 16 Тепловая труба-теплообменник обладает высокой эффективностью работы в области малых плотностей тепловых потоков От 2 до 40 кВт/м2. 2 ил.

,, Ы,, 1747842А 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л F 28 0 15/00. 1 i 03$

Ч

ЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ

Изобретение относиТся к теплотехнике каждая тепловая труба работает как единичи в частности к тейлообменным аппаратам ... ный теплопередатчик, а также отсутствует в энергетических, теплотехнических и ohio- . организованное движение потоков пара и пительных установках; . .:: .. ..; .. конденсата в тепловой трубе.

Известен вертикальный кожухотруб- Наиболее близким к предлагаемому по ный регенератор, содержащий трубную . своей технической сущности являетСя теп " решетку и укрепленные в ней тепловые .: . ловая труба-теплообменник содержащий; трубы с испарительйыми и койденсацйой- " конденсационную и испарительную части, ными участками, отличающиеся тем, что с . ...: состоящие из труб, закрепленных в трубных целью йовышения надежьгости трубйая ре- решетках и заключенных в разъемный корветка выполнена составной из двух частей,: . пус, отличающийся тем, что с целью повыверхней и нижней, в которой закреплены шения теплопроизводительности эа счет соответственно конденсационные и испа- . ", отвода неконденсируещихся газов и орга рительные участки тепловых труб, :. ::. низованного движения потоков пара и

Известный теплообменник характери- койдейсата, а также поддержания ойтиэуется недостатками, заключающимися в мального уровня заполнения Промежуточтрудности отвода некойденсирующихся га- ного теплоносителя, конденсационная и зов, сложности койтроля заполнения труб испарительная части выполнены иэ отдепромежуточным теплОносителем, относи- ленных друг бт друга пучков труб, огранительнониэкиекоэффициентытеплоотдачик ченных с обеих концов двумя трубными промежуточномутеплоносителю, трудности решетками, прйчем конденСациойные и исочистки от накипеотложений внешней rio- парительные пучки труб совместно с разьверхности конденсационных участков теп- емным корпусом составля ют единую . ловых труб, возникающие в связи с тем, что тепловую трубу, под конденсационным пуч1 ...: .".:. ::,.:.;; "::,. :: .: .:: :: 2 (21) 4791885/06 .. :: . " -: .:::..: тельных установках и как устройство для (22) 15.02;90:: -:. ::::- : .,:.:: разделения смесей на отдельные компонен(46) 15.07.92. Бюл. N. 26, ",; .::,::;: "ты. Сущность изобретения: тепловая труба (71) Херсонский индустриальный инстйтут" " снабжена распределительйым устройством (72) В.А. Ардашев". В.A. Мирошниченко, 9, установленным над пучком испарительС.Г. Белоусов и Д,Б. Микитянский:-:: ных труб 11. переточным пароброводом 17; . (53) 621.57(088.8) ..:: -::::::: . соединяющим подтрубную камеру 16 йспа(56)Авторское свидетельство СССР, .: рительного.пучка 11 с межтрубным про.:: % 1539490, кл. F28 0 15/00, 1988.: .. странством конденсацйонного пучка 1 и переходной камерой 19 первичного тепло(54) ТЕПЛОВАЯ ТРУБА . ".:: ..::..: носителя, расположенной под днищем (57) Использование: в теплотехнике, в:част- подтрубной камеры 16, Тепловая труба-теп,ности теплообменных. аппаратах, может . лообменник обладает высокой эффективно- быть использовано .как теплообменник в стью работы в области малых плотностей энергетических, технологических и отопи- тепловых потоков От 2 до 40 кВт/м2,2 ил.

1747842 ком установлено устройство для организованного движения потоков пара и конденсата, выполненные в виде лотка и опускной трубы, а разъемный корпус снабжен устройством для отвода неконденсирующихся газов и устройством для контроля уровня и подпитки теплообмена промежуточным теплоносителем.

Однако этот теплообменник имеет относительно невысокую интенсивность теплоотдачи к промежуточному теплоносителю, а особенно в области малых плотностей тепловых потоков q = 2-40 кВт/мг, Цель изобретения — повышение интенсивности теплоотдачи к проме>куточному теплоносителю при работе теплообменника в области малых тепловых потоков от 2 до

40 кВт/м .

Поставленная цель достигается тем, что в тепловой трубе — теплообменнике, содержащем конденсационную и испарительную части, состоящих из труб, закрепленных в трубных решетках и составляющих совмест-, но с разъемным корпусом единую тепловую трубу вводится конструктивное решение, согласно кбторому испарение промежуточноготеплоносителя виспарительныхтрубах происходит в гравитационно-стекающей плейке-я<идкости при спутном опускном движении жидкости и пара, при этом в теплообменнике устанавливается распределительное устройство, обуславливающее равномерную подачу промежуточного теплоносителя на трубы испарительного пучка, переточный паропровод подачи пара к трубам койденсационного пучка и переходная камера первичного теплоносителя, Поскольку указанные отличительные признаки отсутствуют у известного изобретения предлагаемое техническое решение отвечает критерию "новизна", С помощью распределительного устройства поток п роме>куточного теплоносителя равномерно распределяется по всему поперечному сечению испарительного трубного пучка от потока малого диаметра, . Определяемогб дйэметром подводной грубы, до потока большого диаметра, определяемого диаметром испарительного трубного пучка. Равномерно распределенная по всему сечению трубного пучка >кид--"кость, путем перелива через верхнюю кромку испарительных труб стекает по их внутрейней поверхности в виде пленки. При подводе теплоты от первичного теплоносителя через стенки труб происходит процесс кипения в стекающей пленке жидкости. Таким образом, распределительное устройство служит для организации процесса кипения промежуточного теплоносителя в стекающей пленке, При отсутствии распределительного устройства конденсат будет поступать только

5 в те трубы, которые расположены возле подводной трубы, а периферийная часть труб не будет орошаться жидкостью. Причем, в орошаемые трубы жидкость поступает неравномерно — в одни трубы больше, в другие меньше, B таком случае, теплопроизводительность тепловой трубы-теплообменникэ резко упадет (часть труб не орошается).

Средняя интенсивность теплоотдачи в трубах с малым количеством поступающей жидкости также резко снизится, Это связано с появлением на поверхности труб оголенных участков. Такие участки возникают из-за недостаточного количества жидкости для полного смачивания поверхности, а также вследствие ее выпаривания. Таким обра20 эом равномерность орошения труб жидкостью (конденсэтом) с помощью распределительного устройства повышает интенсивность теплоотдачи

Интенсивность теплоотдачи возрастает не только иэ-за равномерности орошения: труб, а главным образом иэ-эа органиэации равномерность подачи промежуточного теплоносителя к верхним концам испари- . тельных труб. Распределительный бак и от- .

50 бойные наклонные пластины входят в виде элементов в распределительное устройст во, применяющееся в выпЫрных аппаратах со стекающей пленкой жидкости. Сравниваемые распределительные устройства имеют

55 существенные отличия. Так в предлагаемой конструкции внутренний объем распределительного бака не содержит каких-либо конструктивных элементов, так как циркуляция промежуточного теплоносителя происходит в замкнутом пространстве и в (процесса кипения промежуточного теплоносителя в стекающей пленке. Увеличение

30 интенсивности теплоотдачи, " особенно в области малых тейловых потоков"от 2 до

40 кВт/м, подтверждается дайными, приг веденными ца фиг. 1.

Выпаривание растворов в трубах в гра35 витационно-стекающей пленке жидкости при спутном опускном движении жидкости и пара осуществляется в вьгпарных аппаратах со стекающей пленкой жидкости. Существующие конструкции теплообменников, 40 составленные из индивидуальных тепловых . труб (термосифонов) не позволяют организовать в них такой режим кипения.

Распределительное устройство, состоя- щее иэ трубы с вентилем распределительно45 го бака с перфорированным днищем и . отбойных наклонных пластин обеспечивает .

1747842

5 6 теплоносителе отсутствуют большие по раз- лового потока при разных способах органимеру механические включения, в то время зации кипения ðîìåæóòî÷íîãî теплоносикак в баке распределительного устройства теля. выпарного аппарата устанавливаются Кривая 1 соответствует процессу кипеконцентрические перегородки, обдувоч- 5 ния в индивидуальных термосифонах, Для ное устройство, коническое днище, пред- ее расчета йспользовалось эмпирическое назначенные для удаления механических уравнение включений. Кроме того, в предлагаемой конструкции распределяется промежуточный а = с о РР, (1) теплоноситель, а в выпарном аппарате вы- 10 париваемыйраствор(вторичныйтеплоноси- где с — постоянный коэффициент, для растель), Вместе с тем, распределительное считываемых условий, c= 12; устройство в предлагаемой конструкции со- о —. плбтность теплового йоФока. Вт/м2; . вместно с переходной камерой и переточ- Рн — давление насыщения, бар. ным паропроводом служит для организации 15 Кривая 2 соответствует процессу кипепроцесса кипения промежуточного" тепло- ния в трубах, Для ее расчета использовалось носителя в гравитационно-стекающей спут- уравнение.Кичижна-Тобилевича. но с паром пленке жидкости.

Переточный паропровод связывает ис- . " а= А2 . q . (2) парйтельную и кондейсационную части теп- 20 ловой трубы-теплообменника. Прямого где Az — постоянный коэффициент, для воды влияния на повышение интенсивйости - Ар = 12,4. теплоотдачи он не оказывает, однако при Кривые 3 и 4 соответствуют процесс .. o сутствии переточного паропровода теп -" . кипения в стекающей спутно с паром пленлообменник работать не будет, так как раз- 25 ке жидкости при плотностях орбшения соотрывается циркуляционный контуртепловой ветСтвенно 0,2 и 1,85 кг/(м c). Они .. трубы. . -, .:::.-, .- . построены по экспериментальным данным.

В зависимости от тепловой нагрузки Анализ расположейия кривых на фиг: 1 теплообменника промежуточный теплоно- . показывает, что в области малых плотностей ситель в исйарительных трубах может выпа- 30 тепловых пбтоков q =2-40 кВт/м организа- риваться не полйостью. Пар и жидкость ция процесса кипения в стекающей спутно после испарительных труб поступает в под- с паром пленке жидкости позволяет повытрубную камеру, Затем пар по перетбчному сить интенсивность теплоотдачи, Кривые 3 паропроводу Направляется в конденсаци- и 4 в указанной области располагаются гаонный пучок труб, а неиспарившйяся жид- 35 раздо выше кривых 1 и 2, кость остается на днище подтрубной камеры,: Благодаря такому выполйению теплоflap в конденсационном пучке скойденсйру- вой трубы теплообмен ника обеспечивается етсяиконденсат поступйтнаорошениевер- увеличение интенсивности теплоотдачи в хних концов труб испарительного пучка, - областй малых тепловых потоков, что при при этом количество конденсата уменьшйт- 40 реализации теплообменника позволит дося, так как часть жидкости Осталась на дни- . стигнуть увеличенйе его теплопрбизводище подтрубной камеры, Вследствие этого тельности. уменьшится плотность орошения труб испа-:Таким образом, у предлагаемой констрительного пучка. Плотность орошения. рукции появляются новые свойства, котопредставляет собой отношение расхода 45 рые не совпадают со свойствами известных жидкости корошаемому перимеТру(ко с м) решений, что позволяет сделать вывод:

Исследованиями установлено-, что с ростом" предлагаемое" техйическбе фешение соотплотности орОшенйя" растет и ингенсив- ветствует критерию "существенные отлиность теплоотдачи и наоборот, Следова- чия". тельно, чтобы интенсивность теплоотдачи 50 На фиг. 2 изображена схема тепловой не снижалась, необходимо довыпаривать трубы-теплообменника. жидкость, оставшуюся на днище камерьt. С . Тепловая труба-теплообменник состоит этой целью первичный теплоноситель про- из пучка горизонтальных конденсационных пускается через переходную -камеру и за труб 1 и его трубных решеток 2, заключенсчет передачи теплоты через стенку днища 55 ных в корпус 3 на котором расположено производит довыпаривание жидкости, тог- . устройство для отйода неконденсирующихда весь пар промежуточного теплоносйтеля ся газов 4 и конгроля уровня промежуточнопоступит в конденсационную часть. го теплоносителя 5, торцовые концы

Нафиг.1представленазависимостько- .корпуса закрыты крышками. снабженными эффициентов теплоотдачи от плотности теп1747842 патрубками входа 6 и выхода 7 вторичного тейлоносйтеля, под корпусам конденсационной части установлена распределительное устройство, состоящее иэ подводной трубы с вентилем 8, бака 9 с перфорированным днищем и отбойных наклонных пластин

10, распределительное устройство расположено над пучком испарительных труб 11 и его трубных решеток 12, заключенных в корпус 13 к которому присоединено колено 14 и патрубок выхода йервичного теплоносителя 15, под испарительными трубками расположена подтрубная камера 16, пространство которой соединено переточным пароправодом 17 с межтрубным пространствам конденсационного пучка труб, подтрубная камера через днище 18 граничит с переходной камерой 19 на корпуса которой установлен патрубок входа первичного теплоносителя 20.

Тепловая труба-теплообменник работает следующим образом. . Часть межтрубного пространства кон- денсацианного пучка труб 1 заполняется через устройство 4 промежуточййм теплоносителем, Контроль уровня заполнения как при заправке, так и при работе теплообмейника производится с помощью устройства 5. Промежуточный теплоноситель из межтрубного пространства rio трубе с вентилем 8 поступает в бак 9 с перфорированным днищем. Отверстия в днище располагаются рядами. Под каждым" рядом установлена отбойная пластина. Промежуточный теплоноситель вытекает из бака струями, падающими на отбойные пластины

10, отражается от них и в виде плоской тонкой пленки направляется на испарительные трубы 11 и верхнюю трубную решетку 12.

Генерация пленки жидкости происходит пу"тем перелива через верхнюю кромку трубы, а внутри нее под действием сил поверхностного натяжен ия. П ромежу гочный теплоноситель стекает по внутренней поверхности испарительных труб и испаряется за счет теплоты, воспринимаемой через стенки испарительных труб от первичного теплоносителя. Образующийся пар совместно с пленкой жидкости поступает в подтрубную камеру 16, Движению пара вверх препятствует стенка корйуса 3 конденсационного пучка и жидкость, находящаяся в баке 9 и трубе с вентилем 8. В подтрубной камере происходйт отделение пара от неиспарившейся жидкости. Пар по переточному паропроводу 17 поступает к трубам 1 конденсационного пучка и на внешней поверхности этих труб конденсируется, отдавая теплоту конденсации вторичному теплоносителю. который поступает в теплообменник через входной патрубок 6, проходит внутри конденсационных труб и выходит из аппарата через патрубок 7. Конденсат стекает в нижнюю часть корпуса 3 и по трубе с

5 вентилем 8 снова поступает в бак распределительного устройства. Остаток неиспарившегося теплоносителя довыпаривается на днище 18. Первичный теплоноситель через патрубок 20 поступает в переходную каме10 ру 19, где часть теплоты расходуется на довыпаривание промежуточного теплоносителя, расположенного на днище

18, а затем по колену 14 поступает в межтрубное пространство испарительных труб

15 и через патрубок 15 покидает теплообменник. При движении первичного теплоносителя по межтрубному пространству происходит передача теплоты промежуточному теплоносителю, стекающему в виде

20 пленки жидкости по вйутренней поверхности испарительных труб, Таким образом, теплота от первичного теплоносителя пере-дается промежуточному теплоносителю и затрачивается на его испарение, а теплота

25 от промежуточйого теплоносителя передается вторичному теплоносйтелю в процессе койденсации пара промежуточного теплоносителя. Неконденсирующиесв газы периодически, а при необходимости постоянно

30 отводятся из верхней части конденсационного пучка труб-через устройство 4, Экономический эффект, получаемый в результате йспользования предлагаемой конструкции; возникает за счет снижения

35 металлоемкости теплообменйика.

Формула изобретения

Тепловая труба, содержащая разьемный корпус; в котором размещены конденсационная и расположенная под ней

40 испарительная части, состоящие из пучков труб; закрепленных в трубных решетках, и устройства для отвода неконденсирующихся газов и контроля уровня промежуточного теплоносителя, отличающаяся тем;—

45 что, с целью интенсификации теплообмена путем организации процесса кипения промежуточного теплоносителя в графитационно стекающей спутно с паром пленке жидкости, она дополнительно снабжена

50 распределительным устройством, установлейным над пучком испарительных труб и передаточным пароправодом, соединяющим дополнительно установленную под пучком труб испарительной части подтруб55 ную камеру.с межтрубным пространством пучка труб конденсационной части и переходной камерой первичного теплоносителя. дополнительно расположеннай под днищем подтрубнай камеры.

1747842

1747842

1У

Фиг Ф

Составитель Н,Алексеева

Редактор И.Сегляник Техред М.Моргентал .. Корректор (М,божо, Заказ 2490 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

313035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 103