CS219534B1

CS219534B1 - Facility for indirect cooling of liquids by the gas current

Info

Publication number: CS219534B1
Application number: CS580480A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Beran; Jaroslav Stanek; Stanislav Smejkal; Josef Lutcha; Vaclav Michal; Josef Mika; Miloslav Hartman
Original assignee: Zdenek Beran; Jaroslav Stanek; Stanislav Smejkal; Josef Lutcha; Vaclav Michal; Josef Mika; Miloslav Hartman
Priority date: 1981-07-31
Filing date: 1981-07-31
Publication date: 1983-03-25
Also published as: SU1291810A1; DD210568A3

Description

(54) Zařízení pro nepřímé chlazení tekutin proudem plynu(54) Equipment for indirect cooling of liquids by gas flow

Vynález se týká zařízení pro nepřímé chlazení tekutých médií proudem plynu, u kterého je přestup tepla na straně plynu zvyšován přítomností pohyblivých částic pevné hmoty. Podstata vynálezu spočívá v tom, že mezitrubkový prostor s nejméně dvěma řadami trubek je maximálně do jedné poloviny vyplněn částicemi pevné hmoty o velikosti přesahující jednu třetinu mezery mezi sousedními trubkami řady. Trubky jsou přitom uspořádány tak, že středy výše ležících trubek jsou umístěny nad středem rozteče dvou vedle sebe umístěných níže ležících trubek. Trubky s ochlazovanou látkou mohou být ožebrovány a v horní části mezitrubkového prostoru může být umístěn rozvod kapalného chladivá.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for indirectly cooling liquid media with a gas stream in which the heat transfer on the gas side is increased by the presence of moving particles of solid matter. The principle of the invention is that the inter-tube space with at least two rows of tubes is filled to a maximum of half with solid particles of a size exceeding one third of the gap between adjacent tubes of the row. The tubes are arranged in such a way that the centers of the higher lying tubes are located above the center of the pitch of two adjacent lower lying tubes. The tubes with the cooled substance can be finned and a liquid refrigerant distribution can be placed in the upper part of the inter-tube space.

Vynález se týká zařízení pro nepřímé chlazení tekutých médií proudem plynu, u kterého je přestup tepla na straně plynu zvyšován přítomností pohyblivých částic pevné hmoty.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for indirectly cooling liquid media with a gas stream in which the heat transfer on the gas side is increased by the presence of moving particles of solid matter.

Pro chlazení tekutin, jako jsou kapalíny, popř. kondenzující páry nebo plyny, se běžně používá chladičů, kde chlazená látka prochází trubkami chladiče, které jsou z venkovní strany obtékány proudem chladicího plynu. Příkladem takového zařízení je vzduchový chladič, kde plynné chladicí prostředí, vzduch, je čerpáno pomocí ventilátoru svazkem trubek, jimiž proudí chlazená tekutina. V převážné většině případů je tekutina uvnitř trubek kapalina, popř. kondenzující páry. Při přenosu tepla z těchto médií na vnitřní stěnu trubky se dosahuje poměrně vysoké intenzity přestupu tepla, charakterizované koeficientem přestupu tepla. Hodnoty koeficientu přestupu ' tepla jsou v tomto případě o dva až tři řády vyšší, než na vnější straně trubek, kde proudí plynné chladicí prostředí. Přestup tepla na vnější straně trubky je potom limitujícím faktorem, určujícím přenos tepla z chlazeného do chladicího prostředí.For cooling fluids such as liquids or liquids. condensation vapors or gases are commonly used in chillers, where the refrigerant passes through the condenser tubes, which are bypassed by a cooling gas stream from the outside. An example of such a device is an air cooler where the gaseous cooling medium, air, is pumped by means of a fan through a bundle of tubes through which the cooled fluid flows. In the vast majority of cases, the fluid inside the tubes is a liquid. condensing steam. When heat is transferred from these media to the inner wall of the pipe, a relatively high heat transfer rate, characterized by a heat transfer coefficient, is achieved. The heat transfer coefficient values in this case are two to three orders of magnitude higher than on the outside of the tubes where the gaseous cooling medium flows. Heat transfer on the outside of the pipe is then a limiting factor determining the heat transfer from the cooled to the cooling environment.

Známý způsob, používaný pro zlepšení tohoto stavu, je zvýšení vnějšího povrchu trubek chladiče ožebrováním. U běžných ocelí je možno známými způsoby ožebrování zvýšit vnější povrch nanejvýše asi trojnásobek. Větší stupeň ožebrování, až dvacetinásobek, je možno dosáhnout za cenu několikanásobného zvýšení nákladů použitím tažných kovů, hlavně hliníku.A known method used to improve this condition is to increase the outer surface of the radiator tubes by ribbing. In conventional steels, the external surface can be increased by a maximum of about three times by known rib methods. A greater degree of ribbing, up to 20 times, can be achieved at the cost of several times the cost of the use of ductile metals, mainly aluminum.

Nevýhodou vysokožebrovaných trubek jsou kromě vysoké ceny i provozní problémy, jako je zanášení · žeber, nesnadné čištění a možnost poškození poměrně tenkých a měkkých žeber a následné snížení účinnosti. Obecně nepříznivý faktor u chladičů s plynným chladicím prostředím je poměrně nízká tepelná kapacita plynů a u vzduchových chladičů ještě značné kolísání chladicího výkonu v závislosti na teplotě okolního vzduchu.In addition to the high cost, high-ribbed tubes have the disadvantage of operating problems such as clogging, difficult cleaning and the possibility of damaging relatively thin and soft ribs and consequently reducing efficiency. A generally unfavorable factor for chillers with a gaseous refrigerant environment is the relatively low heat capacity of the gases, and for air coolers there is still a considerable variation in cooling capacity depending on the ambient air temperature.

Jinou známou metodou pro· snížení nepříznivého velkého rozdílu v intenzitě přestupu na vnější i vnitřní straně trubek je použití fluidní vrstvy pevných částic. V tomto případě jsou ponořeny trubky chladiče do fluidní vrstvy částic křemenného písku o velikosti řádově ΙΟ^-1 mm, nebo jiné obdobné hmoty, udržované ve vznosu proudem chladicího prostředí.Another known method for reducing the unfavorable large difference in transfer intensity on the outside and inside of the tubes is to use a fluidized bed of solid particles. In this case, the condenser tubes are immersed in a fluidized bed of quartz sand particles of the order of ΙΟ ^-1 mm, or other similar mass, held up by the flow of the cooling medium.

Přestupy tepla · na vnější straně trubek jsou v takovém systému několikanásobně vyšší. Uvádějí se hodnoty koeficientů přestupu tepla 200 · až 500 W/m² °Ο. Další uváděná výhoda je možnost zvýšení chladicího účinku odparem kapaliny, zpravidla vody, uváděné přímo do fluidní vrstvy. Pro stabilizaci vrstvy je však nutno použít tzv. fluidního roštu, který svým hydraulickým odporem podstatně zvyšuje spotřebu energie na dopravu chladicího vzduchu zařízením. Kro mě toho je · možno pracovat pouze s nízkou vrstvou, tzn. · prakticky pouze s jednou řadou trubek, vzhledem ke značné · tlakové ztrátě vrstvy.Heat transfer on the outside of the pipes is several times higher in such a system. Heat transfer coefficient values of 200 · to 500 W / m ² ° hodnoty are reported. Another stated advantage is the possibility of increasing the cooling effect by evaporation of a liquid, usually water, introduced directly into the fluidized bed. To stabilize the layer, however, it is necessary to use a so-called fluid grate, which by its hydraulic resistance significantly increases the energy consumption for conveying cooling air through the device. In addition, it is possible to work only with a low layer, ie. Practically with only one row of tubes, due to the considerable pressure loss of the layer.

Zařízení podle vynálezu zachovává vysokou intenzitu přestupu tepla na straně chladicího prostředí, srovnatelnou s fluidní vrstvou a přitom podstatně snižuje · -nevýhodu vysoké spotřeby energie na překonání hydraulického odporu vrstvy.The device according to the invention maintains a high heat transfer rate on the refrigerant side comparable to the fluidized bed, while substantially reducing the disadvantage of high energy consumption to overcome the hydraulic resistance of the bed.

Podstata vynálezu spočívá v-tom, že částice, umístěné v mezitrubkovému prostoru alespoň jedné řady trubek chladiče a udržované v pohybu působením proudu chladicího prostředí a vlastní tíhy, mají velikost přesahující jednu třetinu mezery mezi sousedními trubkami řady. Trubky s ochlazovanou látkou mohou být ožebrovány a nad řadou trubek s částicemi může být · umístěn rozvod kapalného chladivá, s výhodou vody. Velikost částic se pohybuje v rozmezí 3 až 10 mm.SUMMARY OF THE INVENTION The particles located in the inter-tube space of at least one row of cooler tubes and kept in motion by the flow of cooling medium and self-weight have a size in excess of one third of the gap between adjacent tubes of the row. The tubes with the cooled substance may be finned and a distribution of liquid refrigerant, preferably water, may be placed above the row of particulate tubes. The particle size ranges from 3 to 10 mm.

Výše uvedenými technickými opatřeními se několikanásobně zvyšuje přestup tepla na straně chladicího prostředí, což vede ke zvýšení měrného chladicího výkonu aparátu. Pro větší část průmyslových případů chlazení je možno použít nízkožebrované, případně holé trubky, což znamená úsporu tažných kovů, Jako je hliník. Kromě toho lze pro chlazení využít výparného tepla sekundárního chladivá, s výhodou vody, což přináší další zvýšení měrného chladicího výkonu. Sekundárního chladivá je možno také využít pro snížení nepříznivého vlivu kolísání teploty atmosférického vzduchu.The above-mentioned technical measures increase the heat transfer on the side of the cooling environment several times, which leads to an increase in the specific cooling capacity of the apparatus. For most industrial cooling applications, low ribbed or bare pipes can be used, which means savings of ductile metals such as aluminum. In addition, the evaporative heat of the secondary coolant, preferably water, can be used for cooling, which further increases the specific cooling capacity. Secondary coolants can also be used to reduce the adverse effect of atmospheric air temperature fluctuations.

Účinky technických opatření, tvořících podstatu vynálezu, jsou odvozeny od vlastností systému tryskajících vrstev pevných Částic vytvářejících paralelně s osami trubek podélné fontány. Tento systému vzniká a je stabilní pro částice, jejichž velikost je určována uspořádáním příslušné řady trubek. Pevné částice, jejichž hmotnost je poměrně nízká, turbulizují proud chladicího prostředí a svým pohybem zprostředkují přenos tepla mezi tekutou fází, chladícím prostředím a stěnou trubky. Při zavádění hrubě dispergovaného kapalného chladivá, např. vody, · do takového systému, dochází k rozptýlení chladívá po povrchu Částic, jeho intenzivnímu odiparu a snižování teploty chladicího prostředí. Migrace částic v horizontálním a omezeně í vertikálním směru zajišťuje rovnoměrné rozdělení teplot, resp. zachování vhodných teplotních spádů v systému.The effects of the technical measures underlying the invention are derived from the properties of the system of jetting layers of solid particles forming parallel to the axes of the longitudinal fountain tubes. This system arises and is stable for particles whose size is determined by the arrangement of the respective row of tubes. Solid particles, whose mass is relatively low, turbulize the flow of the cooling medium and, by their movement, mediate heat transfer between the liquid phase, the cooling medium and the tube wall. The introduction of coarse-dispersed liquid coolant, such as water, into such a system disperses the coolant over the particle surface, its intense evaporation, and decreases the temperature of the cooling medium. The migration of particles in the horizontal and, to a limited extent, the vertical direction ensures a uniform temperature distribution, resp. maintaining appropriate temperature gradients in the system.

Na zkušební sekci vzduchového chladiče a ploše příčného řezu 0,2 m2 a na poloprovozním zařízení o ploše příčného řezu 1 m2 byly sledovány vlastnosti popsaného systému ve čtyřřadém uspořádání, odpovídajícím podmínkám provozního zařízení. Částice vytvářející tryskající vrstvy měly velikost 6 až 7 mm a měrnou hmotnost cca 750 kg/m³. Rychlosti chladicího prostředí vzduchu seOn the air cooler test section and the cross-sectional area of 0.2 m2 and on the pilot plant with a cross-sectional area of 1 m2, the properties of the described system were observed in a four-row configuration corresponding to the conditions of the process equipment. The particles forming the jet layers had a size of 6-7 mm and a density of approximately 750 kg / m ³ . The air cooling velocities are

213534 pohybovaly v rozmezí 2,5 až 4 m/s (vztaženo na plochu příčného řezu a měrnou hmotnost vzduchu p = 1,2 kg/m³]. Uvnitř trubek kondenzovala vodní pára. Hodnoty koeficientu přestupu tepla vypočtené z naměřených tepelných bilancí se na straně vzduchu pohybovaly v rozmezí 170 až 220 W/m²K. Tlaková ztráta chladicí sekce byla 250 až 350 Pa. Vzhledem к tomu, že hodnoty koeficientu přestupu u běžných vzduchových chladičů se pohybují okolo hodnoty 50 W/m² K., je dosažené zvýšení 200 až 300 °/o.213534 ranged from 2.5 to 4 m / s (relative to the cross-sectional area and air density p = 1.2 kg / m ³ ). Water vapor condensed inside the pipes. The heat transfer coefficients calculated from the measured heat balances side air ranged from 170 to 220 W / m ² K Pressure drop the cooling section was 250-350 Pa. Since к that the transfer coefficient values of conventional air coolers is around 50 W / m ² K is obtained 200 to 300 ° / o increase.

Na výkrese je znázorněn příklad provedení vzduchového chladiče tekutin podle vynálezu. Na obr. 1 je axonometrický obraz celkového uspořádání chladiče s částečným řezem, obr. 2 je částečný příčný řez svazkem chladicích trubek.The drawing shows an exemplary embodiment of an air fluid cooler according to the invention. Fig. 1 is a partial cross-sectional perspective view of the overall heat sink arrangement; Fig. 2 is a partial cross-sectional view of a coolant tube bundle.

Claims

The functional part of the cooler is a bundle of cooling tubes 1, which are connected to the refrigerated inlet chamber 2 and the refrigerated outlet chamber 3. The cooling environment - air - is transported by the cooler by means of the fan 4, it passes through the inlet gradually

An apparatus for indirect cooling of fluids by a gas stream, comprising a pump for conveying a cooling medium, a refrigerant inlet and outlet chamber, a refrigerant inlet and outlet chamber and a coolant tube-to-tube system where: arranged solid particles which are kept in motion by a stream of cooling medium and its own weight, wherein the particle size (7) exceeds one third of the ^one chamber 5 the cooling medium mezitrubkovým space and the outlet chamber 6 of coolant. The inter-tube space is partially filled with spherical solid particles 7 which form longitudinally spouting layers 8 in the cooling medium stream. The screen 9 located at the bottom of the tube bundle prevents solid particles 7 from falling into the cooling chamber inlet 5. In the cooling chamber outlet chamber 6 above the upper row of cooling tubes 1 there is a distribution 10 of liquid refrigerant, preferably water.

The device according to the invention is particularly suitable for indirect cooling of liquids by air to relatively low temperatures of 40 to 80 ° C. Increasing the cooling effect by utilizing the evaporative heat of the secondary coolant is particularly useful at higher cooling air temperatures given by the climatic conditions of a particular location. However, the use of this device for higher cooling temperatures, other coolants and some cases of vapor condensation is not excluded.

ynAlezu gaps between adjacent tubes (1) of the row.

Device according to claim 1, characterized in that the tubes (1) with the cooled substance are finned.

Device according to Claims 1 and 2, characterized in that a distribution line (10) of liquid coolant, preferably water, is arranged above the row of tubes (1) with particles (7).

Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the particle size (7) of the solid mass is between 3 and 10 mm.