RU2100735C1

RU2100735C1 - Condenser heat exchange element

Info

Publication number: RU2100735C1
Application number: RU94029815A
Authority: RU
Inventors: С.И. Бурцев; А.Л. Емельянов
Original assignee: Индивидуальное частное предприятие "Бюро техники кондиционирования и охлаждения"
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1994-08-05
Publication date: 1997-12-27
Also published as: RU94029815A

Abstract

FIELD: structural members of condensers of refrigerating machines. SUBSTANCE: heat exchanger element includes two plates 1 and 2 oriented vertically and mounted opposite each other forming tight slotted passage; plates are provided with steam inlet hole 4 and condensate outlet hole 5. Heat exchange element is also provided with wheel arranged in passage; this wheel has radial blades 6 mounted for rotation on horizontal axle 7 secured to plates; side edges of blade adjoin surface of plate. Heat exchange element is also provided with guide branch pipe connected with steam inlet hole this branch pipe has outlet section directed towards blades whose axis is parallel to plates. Guide branch pipe is oriented tangentially to tip edges of blades which may be bent backward; they nay be made from flexible material. Capillary porous structure may be placed in slotted passage over periphery of wheel which adjoins plates, thus excluding return of condensate film to surface of plate under action of gravitational force. EFFECT: enhanced efficiency. 10 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в качестве конструктивных элементов конденсаторов энергетических установок, в частности холодильных машин. The invention relates to heat engineering and can be used as structural elements of capacitors of power plants, in particular refrigeration machines.

Известен теплообменный элемент, содержащий трубу с навитым на нее проволочным оребрением, состоящий из отдельных спиральных витков, расположенных с заданным шагом по длине трубы, причем для интенсификации теплообмена при пленочной конденсации в конденсаторах вертикального типа каждый из витков имеет участок, отогнутый от трубы под острым углом к направлению навивки [1]
Недостатком данного теплообменного элемента является низкий коэффициент теплоотдачи при конденсации пара. Образующаяся при конденсации пленка только частично удаляется с поверхности теплообмена.A heat-exchange element is known that contains a pipe with a wire finning wound around it, consisting of individual spiral turns located at a given step along the length of the pipe, and for the intensification of heat transfer during film condensation in vertical type condensers, each of the turns has a section bent from the pipe at an acute angle to the direction of winding [1]
The disadvantage of this heat exchange element is the low heat transfer coefficient during steam condensation. The film formed during condensation is only partially removed from the heat transfer surface.

Известен теплообменный элемент преимущественно вертикального конденсатора, выполненный в виде трубы, содержащей вставку в виде проволочной спирали, которая для интенсификации теплообмена выполнена из отдельных секций, в каждой из которых спираль имеет одинаковые герметические параметры, а в смежных противоположное направление навивки, причем вставка от секции к секции в направлении сверху вниз выполнена с увеличивающимся шагом и в местах стыка секций имеет переходной участок длиной 0,5 0,65 внутреннего диаметра трубы, отогнутый от стенки трубы и к ее оси в направлении вышележащей секции [2]
Недостатком известного теплообменного элемента является низкий коэффициент теплоотдачи при конденсации пара внутри трубы из-за только лишь частичного удаления конденсата с поверхности трубы.A heat-exchange element of a predominantly vertical condenser is known, made in the form of a pipe containing an insert in the form of a wire spiral, which is made up of separate sections for intensifying heat transfer, in each of which the spiral has the same hermetic parameters, and in adjacent spiral direction, the insert from section to sections in the direction from top to bottom is made with increasing pitch and at the junction of the sections has a transitional section with a length of 0.5 to 0.65 of the inner diameter of the pipe, bent from the walls and tubes and to its axis in the direction of the overlying section [2]
A disadvantage of the known heat exchange element is the low heat transfer coefficient during steam condensation inside the pipe due to only partial removal of condensate from the pipe surface.

В качестве прототипа выбран теплообменный элемент конденсатора, состоящий из двух вертикально ориентированных пластин, установленных друг напротив друга с образованием герметичного щелевого канала, и имеющий отверстие для входа пара и выхода конденсата [3]
Данный теплообменный элемент также, как и предыдущие, имеет низкий коэффициент теплоотдачи за счет того, что конденсация пара осуществляется на вертикальной поверхности внутри плоского канала, а образующая пленка конденсата стекает по стенкам канала и является термическим сопротивлением, снижающим эффективность теплообмена.As a prototype, a heat exchanger element of the condenser is selected, consisting of two vertically oriented plates mounted opposite each other with the formation of a sealed slotted channel, and having an opening for steam inlet and condensate outlet [3]
This heat exchange element, like the previous ones, has a low heat transfer coefficient due to the fact that steam condensation is carried out on a vertical surface inside a flat channel, and the condensate film forming flows down the channel walls and is a thermal resistance that reduces heat transfer efficiency.

Задача изобретения создание теплообменного элемента, обладающего высокой интенсивностью процесса теплопередачи при конденсации. The objective of the invention is the creation of a heat transfer element having a high intensity heat transfer process during condensation.

Технический результат повышение коэффициента теплоотдачи путем удаления пленки конденсата с теплообменных поверхностей. EFFECT: increased heat transfer coefficient by removing a condensate film from heat exchange surfaces.

Это достигается тем, что теплообменный элемент конденсатора, содержащий две вертикально ориентированные установленные с образованием герметичного щелевидного канала друг напротив друга пластины, снабженный отверстиями для входа пара и выхода конденсата, согласно изобретению снабжен размещенными в упомянутом щелевидном канале колесом с радиальными лопатками, установленным с возможность вращения на горизонтальной оси, прикрепленной к пластинам, и примыкающим боковыми кромками лопаток к поверхности упомянутых пластин, и направляющим патрубком, соединенным с отверстием для входа пара и имеющим направленный в сторону лопаток выходной участок, ось которого параллельна пластинам. This is achieved by the fact that the heat exchanger element of the condenser, containing two vertically oriented plates arranged with the formation of a sealed slit channel opposite each other, provided with holes for steam inlet and condensate outlet, according to the invention is equipped with a wheel with radial blades mounted in said slit channel and rotatably mounted on a horizontal axis attached to the plates and adjacent lateral edges of the blades to the surface of said plates, and guides pipe connected to the steam inlet and having blades directed towards the outlet section, the axis of which is parallel to the plates.

Указанный технический результат достигается также тем, что выходной участок направляющего патрубка ориентирован по касательной к верхним кромкам лопаток. Кроме того, выходной участок направляющего патрубка для усиления указанного технического результата может быть выполнен в виде сужающегося сопла. The specified technical result is also achieved by the fact that the output section of the guide pipe is oriented tangentially to the upper edges of the blades. In addition, the output section of the guide pipe to enhance the specified technical result can be made in the form of a tapering nozzle.

Достижению указанного технического результата способствует также то, что упомянутые лопатки выполнены загнутыми назад. The achievement of the specified technical result also contributes to the fact that the said blades are made curved back.

Кроме того, достижению указанного технического результата способствует выполнение лопаток из эластичного материала. In addition, the achievement of the specified technical result contributes to the implementation of the blades of elastic material.

Также достижению указанного технического результата способствует то, что теплообменный элемент снабжен капиллярно-пористой структурой, размещенной в щелевидном канале по периферии колеса и примыкающей к пластинам. Also, the achievement of the specified technical result is facilitated by the fact that the heat exchange element is provided with a capillary-porous structure located in the slot-like channel along the periphery of the wheel and adjacent to the plates.

Усилению указанного технического результата способствует то, что высота верхнего уровня размещения капиллярно-пористой структуры не превышает 2/3 высоты щелевидного канала. Strengthening the specified technical result contributes to the fact that the height of the upper level of the capillary-porous structure does not exceed 2/3 of the height of the slit-like channel.

Еще большему усилению указанного технического результата способствует выполнение пластин с круговыми гофрами с одновременным выполнением боковых кромок лопаток, имеющих профиль, с выступами, входящими во впадины гофр, и впадинами, охватывающих выступы последних. The implementation of the plates with circular corrugations with the simultaneous execution of the lateral edges of the blades having a profile with the protrusions entering the hollows of the corrugations and the valleys covering the protrusions of the latter contributes to even greater strengthening of the technical result.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что пластины выполнены квадратными или круглыми. In addition, the specified technical result is achieved by the fact that the plates are made square or round.

За счет снабжения теплообменного элемента размещенными в щелевидном канале колесом с радиальными лопатками, установленным с возможностью вращения на горизонтальной оси, прикрепленной к пластинам, и примыкающим боковыми кромками лопаток к поверхности пластин, и направляющим патрубком, соединенным с отверстием для входа пара и имеющим направленный в сторону лопаток выходной участок, ось которого параллельна пластинам, обеспечивается в течение всего процесса конденсации удаление пленки с поверхности пластин боковыми кромками лопаток колеса, приводимого во вращательное движение энергией струи подлежащего конденсации пара, поступающего в щелевидный канал через направляющий патрубок и воздействующего на лопатки колеса. Это позволяет предотвратить рост толщины слоя пленки конденсата, в результате чего уменьшается термическое сопротивление, что в конечном итоге обеспечивает повышение коэффициента теплоотдачи. By supplying the heat exchange element with a wheel with radial blades placed in the slit-like channel, mounted for rotation on a horizontal axis attached to the plates, and adjacent side edges of the blades to the surface of the plates, and a guide pipe connected to the steam inlet and directed to the side blades the output section, the axis of which is parallel to the plates, is provided during the entire condensation process, the removal of the film from the surface of the plates by the side edges of the blades wheels are driven in a rotational movement of the jet of vapor condensation energy to be supplied to the slit-shaped channel through the guide tube and acts on the blade wheel. This prevents the increase in the thickness of the layer of the condensate film, resulting in a decrease in thermal resistance, which ultimately provides an increase in heat transfer coefficient.

Выполнение направляющего патрубка с выходным участком, ориентированным по касательной к верхним кромкам лопаток, увеличивает коэффициент использования динамического напора струи пара. The implementation of the guide pipe with the output section oriented tangentially to the upper edges of the blades increases the utilization of the dynamic pressure of the steam jet.

Выполнение выходного участка направляющего патрубка в виде сужающего сопла еще более увеличивает коэффициент использования динамического напора струи подлежащего конденсации пара. The implementation of the output section of the guide pipe in the form of a narrowing nozzle further increases the utilization rate of the dynamic pressure of the jet of the vapor to be condensed.

Выполнение лопаток загнутыми назад также способствует увеличению коэффициента использования динамического напора струи пара. The execution of the blades curved back also increases the utilization of the dynamic pressure of the steam jet.

Выполнение лопаток из эластичного материала способствует наиболее полному удалению образовавшейся пленки конденсата с поверхности пластин. The implementation of the blades of elastic material contributes to the most complete removal of the formed condensate film from the surface of the plates.

Наличие капиллярно-пористой структуры, размещенной в щелевидном канале по периферии колеса и примыкающей к пластинам, предотвращает возврат пленки конденсата под действием силы тяжести, обеспечивая сбор последнего и способствуя его своевременному удалению, однако, как показали экспериментальные исследования, при высоте верхнего уровня размещения капиллярно-пористой структуры, не превышающего 2/3 высоты упомянутого щелевидного канала, достигается наиболее высокий результат. The presence of a capillary-porous structure placed in the slit-like channel along the periphery of the wheel and adjacent to the plates prevents the return of the condensate film under the influence of gravity, ensuring the collection of the latter and facilitating its timely removal, however, experimental studies have shown that at the height of the upper level of capillary placement a porous structure not exceeding 2/3 of the height of the said slit-like channel, the highest result is achieved.

Выполнение пластин с круговыми гофрами и боковых кромок лопаток, имеющих профиль с выступами, входящими во впадины гофр, и впадинами, охватывающими выступы последних, способствует еще большему увеличению коэффициента теплоотдачи за счет того, что процесс конденсации осуществляется в канале переменного сечения с различной кривизной поверхности. Кроме того, выполнение пластины с круговыми гофрами повышает их прочность и позволяет уменьшить их толщину. The implementation of plates with circular corrugations and lateral edges of the blades having a profile with protrusions entering the hollows of the corrugations and hollows covering the protrusions of the latter, contributes to an even greater increase in the heat transfer coefficient due to the fact that the condensation process is carried out in a channel of variable cross section with different curvature of the surface. In addition, the implementation of the plate with circular corrugations increases their strength and reduces their thickness.

Выполнение пластин квадратными или круглыми способствует наиболее эффективному использованию площади их теплообменных поверхностей для удаления пленки конденсата, способствуя тем самым повышению коэффициента теплоотдачи. The execution of the plates square or round contributes to the most efficient use of the area of their heat exchange surfaces to remove the condensate film, thereby contributing to an increase in the heat transfer coefficient.

На фиг. 1 показан теплообменный элемент, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, фронтальный разрез; на фиг. 3 вариант теплообменного элемента с лопатками на колесе, загнутыми назад; на фиг. 4 теплообменный элемент с гофрированными пластинами, поперечный разрез. In FIG. 1 shows a heat exchange element, a cross section; in FIG. 2 - the same frontal section; in FIG. 3 option of a heat exchange element with vanes on the wheel, bent back; in FIG. 4 heat exchange element with corrugated plates, cross section.

Теплообменный элемент содержит вертикально ориентированные пластины 1 и 2, установленные друг напротив друга с образованием герметичного щелевидного канала с помощью дополнительной приставки 3. Другой вариант получения щелевидного канала возможен путем сварки пластин (не показано). Пластины 1 и 2 снабжены отверстиями для выхода пара 4 и выхода конденсата 5. В щелевидном канале на оси 6 установлено колесо с радиальными лопатками 7, которые для более полного удаления конденсата с поверхности пластин выполнены из эластичного материала резины, причем боковые кромки лопаток примыкают к поверхности пластин 1 и 2. К выходному отверстию 4 подсоединен направляющий патрубок с направленным в сторону лопаток выходным участком 8, ось которого параллельна пластинам 1 и 2. The heat exchange element contains vertically oriented plates 1 and 2, mounted opposite each other with the formation of a sealed slit-like channel using an additional attachment 3. Another option for producing a slit-like channel is possible by welding plates (not shown). The plates 1 and 2 are provided with openings for the exit of steam 4 and the exit of condensate 5. A wheel with radial blades 7 is installed in the slit-like channel on the axis 6, which are made of elastic rubber material for more complete removal of condensate from the surface of the plates, with the side edges of the blades adjacent to the surface plates 1 and 2. To the outlet 4 is connected to the guide pipe with the outlet section 8 directed towards the blades, the axis of which is parallel to the plates 1 and 2.

Для повышения эффективности теплоотдачи выходной участок 8 направляющего патрубка ориентирован по касательной к верхним кромкам лопаток 7 (фиг. 3). Выходной участок 8 направляющего патрубка для увеличения коэффициента использования динамического напора струи подлежащего конденсации пара может быть выполнен в виде сужающегося сопла(не показано). To increase the heat transfer efficiency, the output section 8 of the guide pipe is oriented tangentially to the upper edges of the blades 7 (Fig. 3). The output section 8 of the guide pipe to increase the coefficient of use of the dynamic pressure of the jet of the vapor to be condensed can be made in the form of a tapering nozzle (not shown).

Для предотвращения возврата конденсата и его своевременного удаления из щелевидного канала в последнем по всей периферии колеса (не показано), а для достижения более высокого результата лишь на 2/3 высоты щелевидного канала (фиг. 2 и 3) размещена капиллярно-пористая структура 9, примыкающая к пластинам 1 и 2. В качестве капиллярно-пористой структуры использована пористая керамика с диаметром пор 0,5 мм. Для повышения эффективности удаления конденсата с поверхности пластин радиальные лопатки колеса 7 выполнены загнутыми назад (фиг. 3). Для повышения эффективности теплоотдачи пластины 1 и 2 выполнены с круговыми гофрами, а боковые кромки лопаток при этом имеют выступы, входящие во впадины гофр и впадины, охватывающие выступы упомянутых гофр (фиг. 4). Для наиболее эффективного использования площадей теплообменных поверхностей пластин последние выполнены квадратными (фиг. 2, 3), а также могут быть выполнены круглыми (не показано). To prevent the return of condensate and its timely removal from the slit-like channel in the latter along the entire periphery of the wheel (not shown), and to achieve a better result, only a capillary-porous structure 9 is placed at 2/3 of the height of the slit-like channel (Figs. 2 and 3), adjacent to plates 1 and 2. As a capillary-porous structure, porous ceramics with a pore diameter of 0.5 mm was used. To increase the efficiency of condensate removal from the surface of the plates, the radial blades of the wheel 7 are made bent backward (Fig. 3). To increase the heat transfer efficiency, the plates 1 and 2 are made with circular corrugations, and the lateral edges of the blades have protrusions entering the corrugations of the corrugations and depressions surrounding the protrusions of the corrugations (Fig. 4). For the most efficient use of the areas of the heat exchange surfaces of the plates, the latter are made square (Fig. 2, 3), and can also be made round (not shown).

Работа теплообменного элемента осуществляется следующим образом. Пар через отверстие для выхода 4 поступает в щелевидный канал, образованный пластинами 1 и 2 с помощью дополнительной проставки 3, и конденсируется на вертикальной поверхности этих пластин, охлаждаемых с наружной стороны. При конденсации пара на поверхности пластин 1 и 2 образуется пленка жидкости, которая стекает в нижнюю часть под действием силы тяжести. Пленка конденсата является основным термическим сопротивлением на пути передачи теплоты. Пар через отверстие для входа 4 и направляющий патрубок с выходным участком 8 направляется на лопатки 7 колеса, размещенного в щелевидном канале на оси 6. Колесо под воздействием пара вращается на оси 6, а боковые кромки лопаток 7, примыкающие к пластинам 1 и 2, удаляют конденсат и отбрасывают его на периферию щелевидного канал. По периферии щелевидного канала конденсат стекает в нижнюю часть и удаляется через отверстие 5 из теплообменного элемента. Капиллярно-пористая структура 9, размещенная по периферии колеса в щелевидном канале, удерживает и транспортирует конденсат, отбрасываемый лопатками 7, к выходному отверстию 5. The operation of the heat exchange element is as follows. Steam through the outlet opening 4 enters the slit-like channel formed by the plates 1 and 2 with the help of an additional spacer 3, and condenses on the vertical surface of these plates, which are cooled from the outside. During steam condensation, a liquid film forms on the surface of plates 1 and 2, which flows down to the lower part under the action of gravity. A condensate film is the main thermal resistance in the heat transfer path. Steam through the inlet 4 and the guide pipe with the outlet portion 8 is directed to the blades 7 of the wheel located in the slit-like channel on the axis 6. The wheel rotates on the axis 6 under the influence of steam, and the side edges of the blades 7 adjacent to the plates 1 and 2 are removed condensate and discard it on the periphery of the slit-like channel. On the periphery of the slit-like channel, the condensate flows to the lower part and is removed through the hole 5 from the heat exchange element. The capillary-porous structure 9, located on the periphery of the wheel in the slit-like channel, holds and transports the condensate discarded by the blades 7 to the outlet 5.

Claims

1. The heat exchanger element of the condenser, containing two vertically oriented plates mounted opposite each other with the formation of a sealed slit-like channel, and provided with holes for steam inlet and condensate outlet, characterized in that it is equipped with a wheel with radial blades mounted in the said slit-like channel, installed with the possibility of rotation on a horizontal axis attached to the plates, and the adjacent lateral edges of the blades to the surfaces of the plates, as well as a guide pipe, is connected th from the steam inlet and having blades directed towards the outlet section, the axis of which is parallel to the plates.

2. The element according to claim 1, characterized in that the output section of the guide pipe is oriented tangentially to the upper edges of the blades.

3. The element according to claims 1 and 2, characterized in that the output section of the guide pipe is made in the form of a tapering nozzle.

4. The element according to claims 1 to 3, characterized in that the blades are made curved back.

5. The element according to claims 1 to 4, characterized in that the blades are made of elastic material.

6. The element according to PP.1 to 5, characterized in that it is equipped with a capillary-porous structure located in the slot-like channel along the periphery of the wheel and adjacent to the plates.

7. The element according to claim 6, characterized in that the height of the upper level of the capillary-porous structure does not exceed 2/3 of the height of the slit-like channel.

8. An element according to claims 1 to 7, characterized in that the plates are made with circular corrugations, and the lateral edges of the blades have a profile with protrusions included in the depressions of the said corrugations, and depressions covering the protrusions of the latter.

9. The element according to claims 1 to 8, characterized in that the plates are square.

10. The element according to claims 1 to 8, characterized in that the plates are made round.