RU2047077C1

RU2047077C1 - Thermosiphon heat-exchanger

Info

Publication number: RU2047077C1
Authority: RU
Inventors: Игорь Леонардович Пиоро; Леонард Станиславович Пиоро; Петер Штульц; Франтишек Полашек; Войтех Главачка; Евгений Дмитриевич Домашев; Владимир Иванович Усенко; Сергей Анатольевич Тихоновский
Original assignee: Институт газа АН Украины
Priority date: 1991-01-24
Filing date: 1991-01-24
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: tree units of thermosiphons 10 are radially mounted inside horizontal cylindric housing 1. The units are mounted on collector 8 for permitting rotation and at 120° to each other. Each unit is enclosed by casing 11. The side of housing 1 has longitudinal recess 4. Each side cover 2 has three recesses 3-5 which are the same as the recesses made in the housing and two casings 11. Condensation pipes 9 are arranged in collector 8. Gas ducts for hot and cold heat carrier is connected with recesses 3 and 5 in covers 2. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменным аппаратам с промежуточным теплоносителем и может быть использовано в нефтедобывающей, газовой и других отраслях промышленности. The invention relates to heat exchangers with an intermediate coolant and can be used in the oil, gas and other industries.

Известна тепловая труба [1] содержащая колеблющийся корпус с перегородкой внутри, разделяющей зоны испарения на две части и имеющей переточное окно в зоне конденсации. Корпус тепловой трубы снабжен осью с балансиром, установленной в опорах с возможностью автоколебаний при перетоке теплоносителя из одной части зоны испарения в другую. Known heat pipe [1] containing an oscillating body with a partition inside, dividing the evaporation zone into two parts and having a transfer window in the condensation zone. The heat pipe body is equipped with an axis with a balancer mounted in supports with the possibility of self-oscillations during the flow of the coolant from one part of the evaporation zone to another.

Известен термосифонный теплообменник [2] содержащий кожух с газоходами для газообразных горячего и холодного теплоносителей. В кожухе размещена трубная доска, выполненная в виде конденсационных коллекторов, соединенных проставками с образованием блоков термосифонов. В испарительной и конденсационной частях термосифонов установлены конденсато- и паропроводы, входные концы которых соединены с конденсационными коллекторами, а выходные расположены у торцовых стенок термосифонов. Known thermosiphon heat exchanger [2] containing a casing with flues for gaseous hot and cold fluids. In the casing there is a tube board made in the form of condensation collectors connected by spacers with the formation of thermosyphon blocks. In the evaporative and condensation parts of the thermosyphons, condensate and steam pipelines are installed, the inlet ends of which are connected to condensation collectors, and the outlet ends are located at the end walls of the thermosyphons.

Известен теплообменник [3] содержащий пакет тепловых труб, закрепленных в составной трубной решетке, состоящей из двух разъемных частей. Причем тепловые трубы выполнены составными из двух частей, каждая из которых закреплена в соответствующей части трубной решетки. Known heat exchanger [3] containing a package of heat pipes fixed in a composite tube sheet consisting of two detachable parts. Moreover, the heat pipes are made of two parts, each of which is fixed in the corresponding part of the tube sheet.

На фиг.1 представлен термосифонный теплообменник, поперечный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. Figure 1 presents a thermosiphon heat exchanger, a cross section; figure 2 section aa in figure 1.

Термосифонный теплообменник содержит корпус 1, выполненный в виде горизонтально установленного цилиндра с продольным вырезом в верхней части четверти боковой поверхности, с крышками 2. Каждая крышка 2 имеет по три выреза 3-5. Вырез 3 расположен на вертикальной оси, проходящей через центр крышки 2, и выполнен в нижней части крышки 2. Вырез 4 соответствует по форме и расположению продольному вырезу в корпусе 1. Ось выреза 5 расположена под углом 120^о относительно оси выреза 3 и 4.Thermosiphon heat exchanger contains a housing 1, made in the form of a horizontally mounted cylinder with a longitudinal cutout in the upper part of a quarter of the side surface, with covers 2. Each cover 2 has three cuts 3-5. The cutout 3 is arranged on a vertical axis passing through the center of the lid 2, and is formed at the bottom lid 2. Cut 4 corresponds in shape and location to the longitudinal notch in the body 1. The axis of the recess 5 is at an angle ^of 120 relative to the axis of the recess 3 and 4.

В каждой крышке 2 выполнено центральное отверстие, соосно с которым на крышках 2 укреплены подшипниковые опоры 6, в которых размещены патрубки с возможностью поворота для подвода и отвода жидкого теплоносителя. Между патрубками 7 соосно с корпусом 1 установлен коллектор 8, внутри которого расположены конденсационные трубки 9 с патрубками 7 подвода и отвода жидкого теплоносителя. На коллекторе 8 радиально закреплены три блока термосифонов 10, частично заполненных промежуточным теплоносителем. Блоки термосифонов 10 установлены с возможностью поворота и расположены вокруг коллектора 8 радиально под углом 120^о по отношению друг к другу. Каждый блок термосифонов 10 заключен в кожух 11, установленный плотно на внутренней поверхности корпуса 1 с возможностью поворота. В рабочем положении блоки термосифонов 10 размещены соответственно против вырезов 3-5 и в крышках 2, торцы кожухов 11 двух блоков термосифонов 10 установлены плотно к крышкам 2. К вырезам 3 в крышках 2 подсоединен газоход 12 для газообразного горячего теплоносителя, а к вырезу 5 газоход 13 для холодного. Термосифоны 10 могут быть выполнены с оребрением14.In each cover 2, a central hole is made, coaxially with which bearings 6 are mounted on the covers 2, in which sleeves are placed with the possibility of rotation for the inlet and outlet of the heat transfer fluid. Between the nozzles 7 coaxially with the housing 1, a collector 8 is installed, inside which there are condensation tubes 9 with nozzles 7 for supplying and discharging a liquid coolant. Three blocks of thermosyphons 10, partially filled with an intermediate coolant, are radially fixed to the collector 8. The blocks of thermosyphons 10 are mounted rotatably and are located around the collector 8 radially at an angle of 120 ^about with respect to each other. Each block of thermosyphons 10 is enclosed in a casing 11, mounted tightly on the inner surface of the housing 1 with the possibility of rotation. In the operating position, the thermosyphon units 10 are placed respectively against cuts 3-5 and in the covers 2, the ends of the housings 11 of the two thermosyphon units 10 are mounted tightly to the covers 2. A gas duct 12 for gaseous hot coolant is connected to the cutouts 3 in the covers 2, and the gas duct to the cutout 5 13 for the cold. Thermosiphons 10 can be made with fins14.

Термосифонный теплообменник работает следующим образом. Thermosiphon heat exchanger operates as follows.

Горячий теплоноситель подают по газоходу 12 через вырез 3 в крышке 2, который затем омывает один блок термосифонов 10, заключенный в кожух 11. Горячий теплоноситель отдает теплоту через стенки термосифонов 10 промежуточному теплоносителю, который кипит. Пар промежуточного теплоносителя поступает в коллектор 8, где конденсируется на конденсационных трубках 9, отдавая теплоту фазового перехода нагреваемому жидкому теплоносителю. Несконденсировавшийся пар поступает в блок термосифонов 10, который обдувается газообразным холодным теплоносителем, поступающим по газоходу 13. Холодный теплоноситель проходит по каналу, образованному внутренними поверхностями корпуса 1 и кожуха 11 и наружной поверхностью стенки коллектора 8. Промежуточный теплоноситель отдает теплоту фазового перехода холодному теплоносителю. Конденсат под действием сил тяжести стекает в нижний блок термосифонов 10. Малая часть пара будет поступать в третий блок термосифонов 10, расположенный в продольном вырезе корпуса 1, и отдавать теплоту фазового перехода окружающей среде. Конденсат будет стекать в нижний блок термосифонов 10. The hot heat carrier is supplied through a gas duct 12 through a cutout 3 in the lid 2, which is then washed by one block of thermosyphons 10 enclosed in a casing 11. The hot heat carrier transfers heat through the walls of the thermosyphons 10 to an intermediate heat carrier that boils. The intermediate coolant vapor enters the collector 8, where it condenses on the condensation tubes 9, giving up the heat of phase transition to the heated liquid coolant. Non-condensing steam enters the thermosyphon block 10, which is blown with gaseous cold coolant entering the gas duct 13. The coolant passes through the channel formed by the inner surfaces of the housing 1 and the casing 11 and the outer surface of the manifold wall 8. The intermediate heat transfer fluid transfers the phase transition heat to the cold coolant. The condensate under the action of gravity flows into the lower block of thermosyphons 10. A small part of the steam will flow into the third block of thermosyphons 10, located in the longitudinal cut of the housing 1, and give off the heat of phase transition to the environment. Condensate will drain into the lower block of thermosyphons 10.

Вследствие того, что коэффициенты теплоотдачи при вынужденной конвекции газообразного холодного теплоносителя, а тем более жидкого, значительно больше коэффициента теплоотдачи при естественной конвекции, то соответственно в основном тепловой поток от горячего теплоносителя будет отводиться нагреваемым жидким и газообразным холодным теплоносителями. Due to the fact that the heat transfer coefficients during forced convection of a gaseous cold coolant, and even more liquid, are much higher than the heat transfer coefficient for natural convection, respectively, basically the heat flux from the hot coolant will be removed by the heated liquid and gaseous cold coolants.

При наружном загрязнении термосифонов 10 нижнего блока коллектор 8 поворачивают вокруг своей оси на 120^о по часовой стрелке, после чего загрязненную поверхность очищают через продольный вырез в корпусе 1. При повороте соответственно очищенный блок термосифонов 10 располагается напротив газохода 13, а блок термосифонов 10, омывавшийся холодным теплоносителем, омывается горячим. При повороте коллектора 8 обеспечивается несмешивание горячего и холодного газообразного теплоносителей за счет плотного прилегания кожухов 11 термосифонов 10 к внутренней поверхности корпуса 1 и крышкам 2.For external contamination thermosiphons 10 of the lower manifold block 8 is rotated around its axis by ¹²⁰ ° clockwise, and then purified soiled surface through a longitudinal slot in the housing 1. By turning the respectively purified thermosyphons unit 10 located opposite the duct 13 and block 10 thermosyphons, bordering cold heat carrier, washed by hot. When the collector 8 is rotated, the hot and cold gaseous fluids are not mixed due to the snug fit of the casing 11 of the thermosyphon 10 to the inner surface of the housing 1 and the covers 2.

При кратковременном аварийном отключении подачи нагреваемых жидкого и газообразного холодного теплоносителей конденсация пара будет осуществляться за счет отдачи теплоты к окружающей среде при некотором росте давления и соответственно температуры насыщения пара, что приводит к увеличению температурного перепада и соответственно теплосъем. При длительном отключении коллектор 8 поворачивают на 60^о. В этом случае горячий теплоноситель будет проходить между двумя наружными стенками кожухов 11 двух блоков термосифонов 10. Небольшой тепловой поток, который воспринимается нижней частью коллектора 8, будет отводиться термосифонами 10, расположенными в продольном вырезе корпуса 1 в окружающую среду.In the case of a short-term emergency shutdown of the supply of heated liquid and gaseous cold coolants, steam condensation will occur due to the transfer of heat to the environment with a certain increase in pressure and, correspondingly, the temperature of steam saturation, which leads to an increase in temperature difference and, accordingly, heat removal. With a long shutdown, the collector 8 is rotated by 60 ^about . In this case, the hot fluid will pass between the two outer walls of the casings 11 of the two blocks of thermosyphons 10. A small heat flux, which is perceived by the lower part of the collector 8, will be removed by thermosyphons 10 located in the longitudinal cut of the housing 1 into the environment.

Таким образом, предлагаемый термосифонный теплообменник является высоконадежным, взрывобезопасным устройством, способным работать в загрязненных горячих газах. Thus, the proposed thermosiphon heat exchanger is a highly reliable, explosion-proof device capable of operating in contaminated hot gases.

Claims

THERMOSIPHONIC HEAT EXCHANGER, comprising a housing with covers and flues for hot and cold heat carriers and installed therein blocks of thermosiphons partially filled with an intermediate heat carrier, mounted radially on the collector and communicating with it, characterized in that the thermosiphon blocks are rotatably mounted, located to each other under angle of 120 ^o and each of them is enclosed in a casing, while the housing is made in the form of a horizontally mounted cylinder with a longitudinal cut in the upper part of the quarter lateral the top, and on the covers there are three cut-outs corresponding to the shape and location of the cut-out in the case and the casings of two blocks, and at the location of the latter the mentioned flues are connected to the covers, and condensation tubes with inlet and outlet pipes for the liquid coolant are installed in the collector.