Конденсатор

 

Использование: в холодильной технике, в тепловых насосах для получения в конденсаторе теплоносителя двух температурных уровней с возможностью его аккумулирования непосредственно в конденсаторе. Сущность изобретения: конденсатор содержит корпус, размещенные в нем пакет теплообменных труб 2, переохладитель 3 конденсата хладагента, патрубки для ввода и вывода хладагента и теплоносителя. Дополнительно он снабжен теплообменником 4, расположенным над пакетом теплообменных труб 2 и состоящим из цилиндрического корпуса 16, внутри которого соосно с ним размещен цилиндр 17 с навитым на него змеевиком 18. Патрубок 27 ввода хладагента расположен в верхней части теплообменника 4. Имеется аккумулирующая емкость 21, расположенная над пакетом теплообменных труб. Корпус снабжен перегородкой с отверстием, расположенной между пакетом теплообменных труб 2, и переохладителем 3 конденсата хладагента, причем отверстие 8 в перегородке 7 расположено у одного из концов переохладителя 3 конденсата хладагента, а патрубок 15 вывода хладагента расположен у другого конца переохладителя 3 конденсата хладагента. Патрубок 15 вывода теплоносителя из пакета теплообменных труб соединен через один вентиль 31 с патрубком, расположенным на входе теплообменника, и через другой вентиль 29 - с патрубком 30 ввода теплоносителя в аккумулирующую емкость 21. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в тепловых насосах для получения в конденсаторе теплоносителя двух температурных уровней с возможностью его аккумулирования непосредственно в конденсаторе.

Известна конструкция горизонтального кожухотрубного конденсатора, используемого в холодильных установках и тепловых насосах, теплообменная поверхность которого выполнена из прямых горизонтальных труб. Недостатком данной конструкции конденсатора является то, что потери эксергии в процессе охлаждения перегретых паров хладагента до состояния насыщения составляют значительную долю от величины суммарных потерь эксергии в конденсаторе.

Известен тепловой насос, содержащий охладитель пара хладагента, который размещен на линии хладагента между компрессором и конденсатором теплового насоса, при этом охладитель пара хладагента может быть конструктивно совмещен с конденсатором и расположен на входе пара хладагента в конденсатор. Недостатком данного устройства является незначительный перегрев теплоносителя после охладителя пара хладагента по сравнению с температурой теплоносителя на выходе из конденсатора вследствие малой теплопроизводительности охладителя пара хладагента и большой неэквивалентности теплообменивающихся потоков.

Известна конструкция многосекционного конденсатора, содержащего секции охлаждения перегретых паров хладагента, конденсации и охлаждения конденсата хладагента. Недостатком данной конструкции конденсатора является недостаточно полное использование тепла перегрева паров хладагента после компрессора и тепла конденсата хладагента после секции конденсата и как следствие большая доля потерь эксергии в процессах охлаждения перегретых паров и конденсата хладагента от величины суммарных потерь эксергии в конденсаторе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является выбранный в качестве прототипа конденсатор, содержащий корпус, размещенные в нем основной и дополнительный пакеты труб, патрубки ввода и вывода хладагента, четыре патрубка и вывода теплоносителя. Конденсатор служит для получения теплоносителя двух температурных уровней, причем дополнительный пакет теплообменных труб используется как переохладитель конденсата хладагента. Недостатком подобного конденсатора является неполное использование тепла перегрева паров хладагента и при этом потери эксергии в процессах охлаждения хладагента составляют большую долю потерь от величины суммарных потерь эксергии, а также то, что в одной половине дополнительного пакета теплообменных труб хладагент и теплоноситель двигаются по схеме общий противоток, а в другой по схеме общий прямоток, что не позволяет полностью использовать потенциал тепла конденсата хладагента.

Технической задачей изобретения является увеличение эксергетического КПД конденсатора теплового насоса, возможность получения теплоносителя двух температурных уровней в одном конденсаторе и аккумулирования в нем тепловой энергии. Поставлена также задача-обеспечение аккумулирования тепловой энергии двух температурных уровней и повышение эффективности охлаждения конденсата хладагента.

Поставленные технические задачи решаются тем, что конденсатор, содержащий корпус, размещенные в нем пакет теплообменных труб, переохладитель конденсата хладагента, патрубок для ввода и вывода хладагента, четыре патрубка для ввода и вывода теплоносителя, дополнительно содержит теплообменник, расположенный над пакетом теплообменных труб и состоящий из цилиндрического корпуса, внутри которого соосно с ним размещен цилиндр с навитым на него змеевиком, причем патрубок ввода хладагента расположен в верхней части теплообменника, аккумулирующую емкость, расположенную над пакетом теплообменных труб, корпус снабжен перегородкой с отверстием, расположенным между пакетом теплообменных труб и переохладителем конденсата хладагента, причем отверстие в перегородке расположено у одного из концов переохладителя конденсата хладагента, а патрубок вывода хладагента расположен у другого конца переохладителей конденсата хладагента, дополнительные пятый и шестой патрубки, расположенные на входе и выходе теплообменника, патрубок вывода теплоносителя из пакета теплообменных труб соединен через первый регулирующий вентиль с пятым патрубком теплообменника и через второй регулирующий вентиль с патрубком ввода теплоносителя в аккумулирующую емкость, патрубок ввода теплоносителя в конденсатор соединен с переохладителем конденсата, патрубок вывода теплоносителя из конденсаторов расположен в верхней части аккумулирующей емкости.

Кроме того, поставленные технические задачи решаются тем, что в конденсаторе цилиндр теплообменника выполнен полым, внутри соосно с ним расположена труба, один конец которой не доходит до дна цилиндра, а другой соединен с дополнительным шестым патрубком вывода теплоносителя, причем верхний конец змеевика сообщен с полостью цилиндра.

Кроме того, поставленные технические задачи решаются тем, что в конденсаторе переохладитель конденсата хладагента выполнен в виде змеевика, ось которого расположена горизонтально.

На фиг. 1 представлен конденсатор, общий вид; на фиг. 2 то же, с полым цилиндром теплообменника; на фиг. 3 то же, переохладитель конденсата хладагента выполнен в виде змеевика.

Конденсатор содержит корпус 1, внутри которого размещены пакет теплообменных труб 2, переохладитель конденсата хладагента 3, теплообменник 4. Пакет теплообменных труб 2 и переохладитель конденсата хладагента 3 имеют две общие трубные доски 5 и 6, в которые завальцованы горизонтальные теплообменные трубы пакета теплообменных труб 2 и переохладителя конденсата 3. Пакет теплообменных труб 2 и переохладитель конденсата хладагента 3 разделены наклонной перегородкой 7 с отверстием 8, причем перегородка 7 имеет уклон в сторону выходного конца переохладителя конденсата хладагента 3, при этом отверстие 8 расположено также ближе к выходному концу переохладителя конденсата хладагента 3. Между корпусом 1, горизонтальной перегородкой 9 и трубной доской 5 образована полость 10, соединяющая пакет теплообменных труб 2 и переохладитель конденсата хладагента 3. Между корпусом 1, горизонтальной перегородкой 11 и трубной доской 6 образована полость 12, которая соединяет переохладитель конденсата хладагента 3 с первым патрубком 13 ввода теплоносителя в конденсатор. Между корпусом 1, горизонтальной перегородкой 9, горизонтальной перегородкой 11 и трубной доской 6 образована полость 14, которая соединяет пакет теплообменных труб 2 со вторым патрубком 15 вывода теплоносителя из пакета теплообменных труб 2. Теплообменник 4 состоит из цилиндрического корпуса 16, внутри которого соосно с ним размещен цилиндр 17 с навитым на него змеевиком 18, причем между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 16 и поверхностью цилиндра 17 образован кольцевой канал 19, при этом между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 16 и змеевиком 18 и между поверхностью цилиндра 17 и змеевиком 18 отсутствуют зазоры, а между витками змеевика 18 образован спиралевидный канал 20. Между корпусом 1, горизонтальной перегородкой 9 и наружной поверхностью цилиндрического корпуса 16 теплообменника 4 образована аккумулирующая емкость 21, которая соединена с третьим патрубком 22 ввода теплоносителя в аккумулирующую емкость 21 и с четвертым патрубком 23 вывода теплоносителя из конденсатора, которые расположены в верхней части аккумулирующей емкости 21. Нижний конец змеевика 18 соединен с трубой 24, которая соединена другим своим концом с дополнительным пятым патрубком 25, а верхний конец змеевика 18 соединен с дополнительным шестым патрубком 26, расположенным в верхней части теплообменника 4. В верхней части теплообменника 4 расположен также патрубок 27 ввода хладагента в конденсатор, а в нижней части корпуса 1 расположен патрубок 28 вывода хладагента из конденсатора, расположенный ближе к входному концу переохладителя хладагента 3. Второй патрубок 15 вывода теплоносителя из пакета теплообменных труб 2 соединен через первый регулирующий вентиль 29, расположенный в трубе 30, с дополнительным пятым патрубком 25 и через второй регулирующий вентиль 31, расположенный на трубе 32, с третьим патрубком 22 ввода теплоносителя в аккумулирующую емкость 21.

Конденсатор работает следующим образом.

Теплоноситель через патрубок 13 поступает в нижнюю часть конденсатора, в полость 12 и попадает в переохладитель конденсата хладагента 3 и нагретый за счет тепла, отданного конденсатором хладагента, через полость 10 попадает в пакет теплообменных труб 2, где нагревается за счет тепла, конденсирующегося на теплообменных трубах пара хладагента. Нагретый до температуры низкого уровня, теплоноситель проходит полость 14, попадает в патрубок 15, после которого разделяется на два потока. Основной поток по трубе 32 через патрубок 22 попадает в аккумулирующую емкость 21, откуда через патрубок 23 отводится к потребителю тепла низкого уровня. Другой поток по трубе 30 через патрубок 25 и трубу 24 попадает в змеевик 18 теплообменника 4, в котором нагревается за счет тепла перегретых паров хладагента и отводится через патрубок 26 к потребителю тепла высокого уровня. Перегретые после компрессора пары хладагента поступают в конденсатор через патрубок 27 и попадают в кольцевой канал 19 теплообменника 4, проходят по спиралевидному каналу 20, отдают свое тепло нагреваемому теплоносителю высокого уровня и при этом за счет того, что охлаждаемые пары хладагента и нагреваемый теплоноситель высокого уровня проходят навстречу друг другу по спирали в теплообменнике 4 между теплообменивающимися средами организуется почти правильный противоток, что интенсифицирует процесс теплообмена. Охлажденный до состояния насыщения пар хладагента поступает в пакет теплообменных труб 2, в котором происходит его конденсация на наружной поверхности теплообменных труб, которые могут быть выполнены либо гладкими, либо сребренными. Сконденсировавшись, хладагент в виде конденсата стекает через отверстие 8 в перегородке 7 в межтрубное пространство переохладителя конденсата хладагента 3, в котором отдает свое тепло теплоносителю, который проходит по теплообменным трубам, при этом конденсат хладагент и нагреваемый теплоноситель двигаются по схеме общий противоток по всей длине переохладителя конденсата хладагента 3, что интенсифицирует процесс теплообменника. Из переохладителя конденсата хладагента 3 конденсат хладагента попадает в патрубок 28 вывода хладагента из конденсатора. Регулирующими вентилями 29 и 31 можно регулировать расход теплоносителя высокого уровня через теплообменник 4 с целью получения максимально-возможной температуры теплоносителя высокого уровня.

Цилиндр 17 теплообменника 4 может быть выполнен полым (фиг. 2). Внутренняя полость 33 цилиндра 17 соединена с верхним концом змеевика 18. Внутри полости 33 размещена труба 34, один конец которой не доходит до дна цилиндра 17, а другой соединен с дополнительным шестым патрубком 26 вывода теплоносителя высокого уровня.

В данной конструкции конденсатора нагретый в змеевике 18 теплоноситель высокого уровня через верхний конец змеевика 18 попадает в полость 33, на которой по трубе 34 через патрубок 26 отводится к потребителю тепла высокого уровня.

Переохладитель конденсата хладагента 3 может быть выполнен в виде змеевика 35, ось которого расположена горизонтально, причем входной и выходной концы змеевика 35 завальцованы в трубные доски 6 и 5 соответственно (фиг. 3).

Данная конструкция конденсатора позволяет повысить эффективность процесса охлаждения конденсата хладагента.

Как показали расчеты, предлагаемая конструкция позволяет повысить эксергический КПД конденсатора теплового насоса и холодильной установки на 8-12% за счет снижения необратимых потерь эксергии в процессах охлаждения и конденсации хладагента путем достижения максимально-возможной температуры теплоносителя в теплообменнике и проведения процессов теплообмена между хладагентом и теплоносителем в переохладителе конденсата хладагента в теплообменнике при противоточном движении теплообменивающихся сред. Прохождение через теплообменник только части теплоносителя позволяет устранить или значительно снизить неэквивалентность потоков, что позволяет снизить долю потерь эксергии в теплообменнике от величины суммарных потерь эксергии в конденсаторе. Пpеимуществом предлагаемой конструкции также является то, что она позволяет не только получать теплоноситель двух температурных уровней, но и создать запас тепла температурных уровней непосредственно в самом конденсаторе теплового насоса.

Формула изобретения

1. КОНДЕНСАТОР, содержащий корпус, размещенные в нем пакет теплообменных труб, переохладитель конденсата хладагента, патрубки для ввода и вывода хладагента, четыре патрубка для ввода и вывода теплоносителя, отличающийся тем, что он снабжен теплообменником, расположенным над пакетом теплообменных труб и состоящим из цилиндрического корпуса, внутри которого соосно с ним размещен цилиндр с навитым на него змеевиком, причем патрубок ввода хладагента расположен в верхней части теплообменника, аккумулирующей емкостью, расположенной над пакетом теплообменных труб, корпус снабжен перегородкой с отверстием, расположенной между пакетом теплообменных труб и переохладителем конденсата хладагента, причем отверстие в перегородке расположено у одного из концов переохладителя конденсата хладагента, а патрубок вывода хладагента расположен у другого конца переохладителя конденсата хладагента, дополнительными пятым и шестым патрубками, расположенными на входе и выходе теплообменника, патрубок вывода теплоносителя из пакета теплообменных труб соединен через первый регулирующий вентиль с пятым патрубком теплообменника и через второй регулирующий вентиль с патрубком ввода теплоносителя в аккумулирующую емкость, патрубок ввода теплоносителя в конденсатор соединен с переохладителем конденсата хладагента, патрубок вывода теплоносителя из конденсатора расположен в верхней части аккумулирующей емкости.

2. Конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндр теплообменника выполнен полым, внутри которого соосно с ним расположена труба, один конец которой не доходит до дна цилиндра, а другой соединен с дополнительным шестым патрубком вывода теплоносителя, причем верхний конец змеевика сообщен с полостью цилиндра.

3. Конденсатор по п.1, отличающийся тем, что переохладитель конденсата хладагента выполнен в виде змеевика, ось которого расположена горизонтально.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3