RU2071020C1 - Теплообменник - Google Patents

Abstract

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: теплообменный элемент установлен в корпусе и выполнен в виде набора модулей с поддоном для жидкой среды. В нем установлена теплообменная насадка в виде расположенных с заданным шагом плоских пластин. Корпус имеет каркас с направляющими опорами для установки модулей с образованием по высоте корпуса между поддонами соседних модулей горизонтальных каналов. Между пластинами каждой насадки установлены уплотнительные прокладки. Они расположены от опорной кромки пластин на расстоянии не менее максимального рабочего уровня жидкой среды в поддоне и делят каналы на два для прохода жидкой и газообразной сред. Устройства подвода и отвода жидкой среды подключены к концевым участкам поддонов. 8 з. п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, преимущественно для теплообмена между жидкой и газообразной средами одинакового давления при их физико-химической совместимости с целью утилизации низкопотенциального тепла одной из теплообменивающихся сред при ее охлаждении и нагреве другой среды. Изобретение представляет собой усовершенствование теплообменных аппаратов контактного типа и может быть использовано в различных областях техники при наличии требования ограниченного увлажнения газообразной среды при теплообмене с жидкой средой, например, при проектировании и изготовлении "сухих" градирен.

Известны контактные теплообменники, содержащие корпус камеры в виде канала с патрубками для подвода и отвода теплообменивающихся сред и с размещенной в канале камеры насадкой из материала с высокой теплопроводностью, одновременно контактирующей с обеими средами. Упомянутая насадка может быть выполнена, например, из набора плоских пластин, собранных с определенным шагом, или из гофрированного листа (1).

Наряду с определенными достоинствами достаточно интенсивный теплообмен, умеренное испарение жидкой теплообменной среды и отсутствие капельного уноса жидкости, такие теплообменники при использовании их для охлаждения циркуляционной воды конденсаторов турбин имеют все же значительные потери жидкости испарением, что ограничивает их использование в качестве "сухих" градирен. А нужда в "сухих" градирнях во всем мире непрерывно растет по мере нарастания дефицита пресной воды и ужесточения экологических требований.

Изобретение имеет целью существенно уменьшить и свести до минимума потери циркуляционной воды конденсаторов турбины испарением при ее охлаждении в таких теплообменниках и улучшить технические характеристики последних.

Первая задача может быть решена ограничением до полного исключения непосредственного контакта теплообменивающихся сред без существенного усложнения теплообменника и увеличения его металлоемкости, вторая созданием условий, препятствующих подъему уровня потока жидкой теплообменной среды со стороны ее подачи в поддон выше расчетного максимального значения для осуществления нормального теплообмена между рабочими средами.

Поставленные цели достигаются тем, что в теплообменнике преимущественно для теплообмена между жидкой и газообразной средами одинакового давления при их физико-химической совместимости, содержащим корпус с установленным в нем теплообменным элементом и устройствами подвода и отвода жидкой среды, в соответствии с данным изобретением теплообменный элемент выполнен в виде набора модулей, содержащих поддон для жидкой среды и установленную в нем теплообменную насадку в виде расположенных с заданным шагом плоских пластин, при этом корпус имеет каркас с направляющими опорами для установки модулей с образованием по высоте корпуса между поддонами соседних модулей горизонтальных каналов, между пластинами каждой насадки установлены уплотнительные прокладки, расположенные от опорной кромки пластины на расстоянии не менее максимального рабочего уровня жидкой среды в поддоне и делящие каналы на два для прохода жидкой и газообразной сред, причем, устройства подвода и отвода жидкой среды подключены к концевым участкам поддонов. При этом прокладки могут быть выполнены в виде узких полос из упругого материала, в частности из резины, паронита и т.п. упомянутые прокладки закреплены на одной из сторон всех пластин, кроме крайней, и прижаты к свободной стороне соседней пластины с помощью соединяющих пластины элементов, причем, упомянутое крепление прокладок может быть выполнено водостойким клеем, а соединяющие элементы выполнены в виде стяжных штырей. Торцевые участки поддонов от торцевых кромок до насадка могут быть снабжены крышками, при этом в месте подключения устройства подвода жидкой среды крышка снабжены штуцером и выполнена съемной. Кромки крышек со стороны насадки могут быть отогнуты в сторону поддона и наружной поверхностью сопряжены с торцевыми кромками пластин и торцами прокладок. При этом поддоны с насадками могут быть установлены в корпусе с наклоном в направлении движения потока жидкой среды.

Действительно, предложенное выполнение и размещение уплотнительных прокладок сокращает или практически ликвидирует поверхность непосредственного контакта теплообменивающихся сред, а значит сокращает и унос паров жидкой теплообменной среды потоком газообразной среды. Дополнительное выполнение верхних стенок (крышек) на концевых участках поддонов модулей от их торцевой кромки до теплообменной насадки с указанным отгибом кромок, смежных с пластинами насадки, в значительной степени ограничивает непосредственный контакт теплообменивающихся сред (и теплообменник перестает быть контактным в принятом понимании этого термина), а значит практически исключаются вынос паров охлаждаемой жидкой среды, потери жидкой среды при теплообмене. Наличие проходных штуцеров в верхней стенке концевого участка модуля со стороны подвода жидкой среды для присоединения подводящих жидкость трубок обеспечивает подвод жидкой среды закрытыми потоками. Установка поддонов модулей с наклоном в сторону движения в них потока жидкой среды создает условия для принудительного движения жидкости за счет действия составляющей силы тяжести и способствует понижению уровня жидкой среды со стороны ее подвода в модули, позволяет уменьшить необходимую глубину поддонов модулей, а значит и габариты корпуса каждого блока теплообменника, снизить расход металла и затраты на его изготовление при улучшении показателей работы.

Наличие указанных выше отличительных признаков заявляемого теплообменника по сравнению с прототипом делают заявляемое решение соответствующим критерию изобретения "новизна". Отсутствие сведений об известности использования отличительных признаков заявляемого объекта для решения аналогичной задачи в данной и в смежных областях техники позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию изобретения "изобретательский уровень". Поскольку нет препятствий технического или технологического характера для промышленной реализации заявляемого объекта в целом его следует признать соответствующим критерию "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняют приводимые ниже пример конкретного осуществления изобретения и чертежи, на которых представлены:
на фиг.1 общий вид одного блока теплообменника (без подводящего и отводящего воздухопроводов) в продольном разрезе;
на фиг.2 вид "А" по фиг.1 с частичными разрезами.

Корпус теплообменника представляет собой каркас по меньшей мере из двух рам 1, соединенных по углам продольными соединительными звеньями 2, обшитый по периметру листом 3. На боковых стойках рам 1 закреплены опорные направляющие кронштейны 4 для установки автономных модулей. Одной из особенностей заявляемого теплообменника является то, что указанные кронштейны обеспечивают установку модулей с некоторым наклоном в сторону направления движения потока жидкости. Каждый модуль образован поддоном 5 для жидкой теплообменной среды и содержит установленный в нем пакет теплообменной насадки преимущественно из пластин 6, собранных с определенным шагом. Установленные в направляющих 4 поддоны 5 с насадкой из пластин 6 (модули) разделяют полость корпуса блока на отдельные горизонтальные каналы 7. Наклонная установка поддонов 5 модулей делает каналы 7 переменной по длине каналов высоты. И хотя наклоны поддонов 5 с насадкой незначительные, это может несколько ухудшить теплообмен между пластинами 6 и потоком воздуха за счет образования шунтов. Этот недостаток легко устраняется выполнением пластин 6 насадки переменной высоты с сохранением одинакового расстояния между верхней кромкой пластин 6 и днищем расположенного выше поддона 5. Другой особенностью заявляемого теплообменника является наличие прокладок 8 из уплотнительного материала резины, паронита и т.п. Прокладки 8 представляют собой относительно узкие полости, закрепленные на одной стороне всех пластин 6 в пакете, кроме одной из крайних, например, приклеены водостойким клеем. Расположены прокладки 8 на одинаковом расстоянии от опорной кромки пластин 6, которое не должно быть меньше максимального рабочего уровня жидкой теплообменной среды в поддоне. При сборке пакета насадки прокладки 8 сжимаются стягивающими пакет пластин 6 элементами, например, штырями 9 с гайками 10. Стяжка пакета пластин 6 в зоне размещения прокладок 8 осуществляется без использования дистанционирующих шайб 11, но с контролем общей толщины пакета. В верхней части пакета на штырях 9 между пластинами 6 устанавливают дистанционирующие шайбы 11. Наличие уплотнительных прокладок 8 между пластинами 6 теплообменной насадки разделяет каждый канал 7 на два для прохода жидкой и газообразной теплообменивающих сред и ограничивает их непосредственный контакт между собой в зоне размещения теплообменной насадки по длине пакета из пластин 6. Для ограничения непосредственного контакта теплообменивающихся сред и в зоне концевых участков поддонов 5 от их торцевых кромок до кромок пластин 6, указанные участки поддонов 5 могут иметь верхнюю стенку крышку 12. При этом целесообразно крышки 12 выполнить с отогнутой в сторону поддона 5 кромкой, смежной с пластинами 6 теплообменной насадки. Величина отгиба кромки крышек 12 должна обеспечивать контакт наружной поверхности отогнутой кромки с торцами пластин 6 и прокладок 8 между ними. Это обеспечит практически полное исключение непосредственного контакта теплообменивающихся сред между собой, существенно ограничит поступление паров жидкой среды в поток газообразной среды, потери жидкости испарением. Дополнительно могут быть предусмотрены и уплотнительные прокладки 13 между боковыми стенками поддона 5 и крайними в пакете пластинами 6 теплообменной насадки. Эти прокладки 13 могут быть закреплены на стенках поддона 5 или устанавливаться в соответствующие зазоры с их уплотнением при установке в поддоны 5 пакетов теплообменной насадки. Для подвода в поддон 5 жидкой теплообменной среды верхняя крышка 12 на соответствующей стороне поддона 5 оборудована проходными штуцерами 14 для соединения трубами 15 подвода жидкой среды. Подвод жидкой среды выполнен в поддон 5 верхнего в блоке модуля через закрепленный в верхней части рамы 1 раздающий коллектор 16 упомянутыми трубами 15. Коллектор 16 патрубком 17 соединяется с подводящим трубопроводом (или стояком в чертежах не показаны). Слив жидкости выполнен из поддона 5 нижнего в блоке модуля такими же трубками 15, закрепленными на штуцерах в днище концевого участка поддона 5 со стороны слива жидкости и соединенными со штуцерами отводящего коллектора 18, снабженного патрубком 19 для подключения к сливному трубопроводу или стояку. В промежуточные поддоны 5 блока подвод жидкой теплообменной среды выполнен из концевого участка расположенного выше поддона 5 со стороны слива из него жидкости по трубкам 15, соединенным со штуцерами в днище поддона одним концом, и со штуцерами 14 в верхней крышке поддона смежного нижнего модуля вторым. Таким образом, подвод и отвод жидкости в смежные по высоте модули выполнен с противоположных сторон, и наклон поддона 5 смежных по высоте модулей выполнен тоже в противоположные стороны, в соответствии с направлением потока жидкой среды в поддонах. Поддоны 5 модулей заявляемого теплообменника могут быть оборудованы поперечными переливными перегородками 20, установленными в концевом участке поддона 5 со стороны слива жидкости за теплообменной насадкой из пластин 6. Их высота не должна превышать минимального рабочего уровня жидкой теплообменной среды в поддоне. Аналогичная переливная перегородка 21 может быть, при необходимости, установлена и в концевом участке поддона 5 со стороны подвода жидкой теплообменной среды. Указанные переливные перегородки 20 и 21 могут иметь прорези (отверстия) 22 от нижних опорных кромок для обеспечения полного слива жидкости из поддонов при отключении теплообменника (или одного блока).

Указанные выше особенности конструктивного выполнения теплообменника по данному изобретению определяют и особенности его работы, и новые технические характеристики.

Работа теплообменника заключается в следующем. Циркуляционная вода из конденсатора турбины подводится в раздающий коллектор 16 каждого блока теплообменника, из которого по сливным трубкам 15 поступает через штуцера 14 верхней крышки 12 в концевой участок поддона 5 со стороны подвода жидкой среды. Заполняя приемный концевой участок поддона 5, вода через переливную перегородку 21 (при ее наличии) равномерным потоком поступает в остальную часть поддона 5 и заполняет ее до уровня переливной перегородки 20, поступает в концевой участок поддона 5 со стороны слива жидкости и через штуцеры в днище этой части поддона 5 по трубкам 15 поступает в расположенный ниже поддон 5, Вода в поддоны 5 поступает без избыточного давления самотеком. Поскольку каналы для прохода воды между пластинами 6 теплообменной насадки имеют определенное сопротивление, препятствующее свободному потоку воды, для его преодоления необходимо создание определенного запаса потенциальной энергии. При горизонтальном расположении поддонов этот запас образуется подъемом уровня воды в концевом участке поддона 5 со стороны его подвода, где уровень воды в зависимости от длины пластин 6 пакета теплообменной насадки может значительно превышать уровень воды у концевого участка со стороны слива воды из поддона 5. Это требует увеличения высоты поддона, уменьшает сечение воздушных каналов и предполагает необходимость увеличения высоты каналов 7, пластин 6 насадки и габаритов блоков по высоте, увеличение их металлоемкости и стоимости. Наклонная установка поддонов 5 в соответствии с данным изобретением изначально создает перепад уровня воды от приемного концевого участка поддона 5 к его сливному участку и обеспечивает принудительное, без избыточного давления, течение воды без создания разности уровней воды в поддоне на его концевых участках. Это позволяет полнее использовать теплообменные поверхности насадки без необходимости увеличивать высоту поддонов, насадки и габаритов блока при прочих примерно равных условиях.

Наличие уплотнительных прокладок 8 между пластинами 6 теплообменной насадки, крышек 12 на обоих концевых участках поддона 5 от его торцов до теплообменной насадки, и прокладок 13 практически исключает непосредственный контакт теплообменивающихся сред и очень существенно ограничивает выход паров воды в поток воздуха. Следовательно, ограничиваются и потоки циркуляционной воды, т.е. обеспечивается работа теплообменника в режиме "сухой" градирни. Вода, поступающая из верхних поддонов 5 в смежные нижние поддоны 5, каждый раз изменяет направление потока на обратное, при этом направление потока воздуха во всех каналах блока остается неизменным. Последовательно проходя через поддоны 5 всех модулей блока, вода охлаждается, и количество отдаваемого ее тепла через пластины 6 насадки потоку воздуха уменьшается от верхнего канала к нижнему по известной схеме параллельно-смешанного тока. Для повышения эффективности теплообмена высота каждого блока теплообменника и оптимальное количество каналов в нем определяются предварительным расчетом, или в пределах одного блока увеличивают количество параллельных потоков воды организуют несколько подводов и отводов воды в модули одного блока по его высоте.

Claims (9)

1. Теплообменник преимущественно для теплообмена между жидкой и газообразной средами одинакового давления при их физико-химической совместимости, содержащий корпус с установленным в нем теплообменным элементом, устройствами подвода и отвода жидкой среды, отличающийся тем, что теплообменный элемент выполнен в виде набора модулей, содержащих поддон для жидкой среды, и установленную в нем теплообменную насадку в виде расположенных с заданным шагом плоских пластин, при этом корпус имеет каркас с направляющими опорами для установки модулей с образованием по высоте корпуса между поддонами соседних модулей горизонтальных каналов, между пластинами каждой насадки установлены уплотнительные прокладки, расположенные от опорной кромки пластин на расстоянии не менее максимального рабочего уровня жидкой среды в поддоне и делящие каналы на два для прохода жидкой и газообразной сред, причем устройства подвода и отвода жидкой среды подключены к концевым участкам поддонов.

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что прокладки выполнены в виде узких полос, выполненных из упругого материала.

3. Теплообменник по п.2, отличающийся тем, что прокладки выполнены из резины или паронита.

4. Теплообменник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что прокладки закреплены на одной из сторон всех пластин, кроме крайней, и прижаты к свободной стороне соседней пластины с помощью соединяющих пластины элементов.

5. Теплообменник по п.4, отличающийся тем, что прокладки приклеены водостойким клеем, а соединяющие элементы выполнены в виде стяжных штырей.

6. Теплообменник по пп.1 5, отличающийся тем, что концевые участки поддонов от торцевых кромок до насадки снабжены крышками, при этом в месте подключения устройства подвода жидкой среды крышка снабжена штуцером.

7. Теплообменник по п.6, отличающийся тем, что по крайней мере крышка со штуцером выполнена съемной.

8. Теплообменник по пп. 6 и 7, отличающийся тем, что кромки крышек со стороны насадки отогнуты в сторону поддона и наружной поверхностью сопряжены с торцевыми кромками пластин и торцами прокладок.

9. Теплообменник по пп.1 8, отличающийся тем, что поддоны с насадками установлены в корпусе с наклоном в направлении движения потока жидкой среды.

Images