RU2178123C2 - Капиллярный парогенератор - Google Patents
Капиллярный парогенератор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2178123C2 RU2178123C2 RU2000104349A RU2000104349A RU2178123C2 RU 2178123 C2 RU2178123 C2 RU 2178123C2 RU 2000104349 A RU2000104349 A RU 2000104349A RU 2000104349 A RU2000104349 A RU 2000104349A RU 2178123 C2 RU2178123 C2 RU 2178123C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- vapor
- housing
- capillary
- pressure
- Prior art date
Links
Landscapes
- Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
Abstract
Устройство относится к энергомашиностроению, и именно к холодильной технике, и может быть использовано для утилизации низкопотенциальной энергии сбросных газов и жидкостей. Устройство состоит из корпуса с верхней и нижней крышками, снабженными патрубками входа и выхода охлаждаемого теплоносителя, рабочей жидкости и пара, циркуляционной трубой с гидрозатвором, внутри которого помещены верхняя и нижняя трубные решетки, соединенные между собой трубками теплоносителя, проходящими через отверстия в горизонтальных перегородках, разделяющих внутреннюю полость корпуса на ступени подъема, выполненные из пористого материала с порами в виде вертикальных конических капилляров, обращенных вершиной усеченного конуса вверх, и паровые камеры. Технический результат изобретения - повышение надежности и эффективности устройства. 1 ил.
Description
Устройство относится к энергомашиностроению, а именно к холодильной технике, и может быть использовано для утилизации низкопотенциальной энергии сбросных газов и жидкостей.
Известно парогенерирующее устройство, содержащее цилиндрический корпус с крышками, снабженный патрубками входа рабочей жидкости и выхода пара, разделенный внутри поперечными перегородками с отверстиями, делящими внутреннюю полость устройства на отсеки [1] .
Недостатком известного устройства является необходимость поддержания давления рабочей жидкости, равным давлению генерируемого пара, что требует использования повысительного насоса соответствующих затрат энергии.
Более близким к предлагаемому изобретению является капиллярная охлаждающая установка, содержащая корпус, снабженный патрубками входа и выхода охлаждаемого газа, циркуляционной трубой с гидрозатвором, расположенную внутри корпуса систему охлаждения газа, состоящую из верхней и нижней трубных решеток, соединенных между собой газовыми трубками, причем пространство между трубными решетками разделено горизонтальными перегородками, образующими ступени подъема жидкости с высотой, равной высотке поднятия жидкости в капилляре, через которые коаксиально проходят подъемные гильзы с колпаками, заполненные пористым материалом [2] .
Недостатком известного устройства является невозможность генерирования пара из рабочей жидкости, что не позволяет охлаждать теплоноситель в широком интервале температур, снижая тем самым производительность, технологические возможности и эффективность процесса утилизации тепла.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности процесса утилизации низкопотенциальной энергии сбросных газов и жидкостей путем ступенчатого повышения давления рабочей жидкости и пара.
Поставленная задача реализуется в устройстве, включающем корпус с верхней и нижней крышками, снабженными патрубками входа и выхода охлаждаемого теплоносителя, рабочей жидкости и пара, циркуляционной трубой с гидрозатвором, внутри которого помещены верхняя и нижняя трубные решетки, соединенные между собой трубками теплоносителя, проходящими через отверстия в горизонтальных перегородках, разделяющих внутреннюю полость корпуса на ступени подъема, выполненные из пористого материала с порами в виде вертикальных конических капилляров, обращенных вершиной усеченного конуса вверх, и перовые камеры.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение в парогенераторе пара с давлением большим, чем давление подпиточной жидкости на входе в парогенератор без использования механической энергии насоса или компрессора путем многоступенчатого капиллярного подъема парожидкостной смеси и соответствующее уменьшение затрат энергии.
На чертеже представлено предлагаемое устройство.
Капиллярный парогенератор (КПГ) содержит корпус 1 с верхней и нижней крышками 2, снабженными патрубками входа 3 и выхода 4 охлаждаемого теплоносителя, патрубками рабочей жидкости 5 и пара 6, циркуляционной трубой с гидрозатвором 7, внутри которого устроены верхняя и нижняя трубные решетки 8, соединенные между собой трубками теплоносителя 9, проходящими через отверстия в горизонтальных перегородках, делящих внутреннюю полость корпуса 1 на ступени подъема 10, выполненные из пористого материала с порами в виде вертикальных конических капилляров 11, обращенных вершиной усеченного конуса вверх высотой, равной или меньшей h, и новые паровые камеры 12 высотой, равной Δ, причем циркуляционная труба 7 соединяет верхнюю и нижнюю ступени подъема 10, а на верхней и нижней ступенях подъема 10 у внутренней поверхности стенки корпуса 1 устроены карманы 13.
В основе работы предлагаемого КПГ положено свойство жидкости создавать в капиллярах капиллярное давление, определяемое по формуле Лапласа
где σ - коэффициент поверхностного натяжения;
r' - средний радиус кривизны мениска жидкости в капилляре;
и подаем жидкости за счет этого давления на высоту
,
где g - ускорение свободного падения;
θ - угол смачивания;
ρ - плотность жидкости;
r - радиус капилляра;
r = r′cosθ (в случае полного смачивания cosθ = 1).
где σ - коэффициент поверхностного натяжения;
r' - средний радиус кривизны мениска жидкости в капилляре;
и подаем жидкости за счет этого давления на высоту
,
где g - ускорение свободного падения;
θ - угол смачивания;
ρ - плотность жидкости;
r - радиус капилляра;
r = r′cosθ (в случае полного смачивания cosθ = 1).
Для обеспечения движения парожидкостной смеси в ступени подъема 10 только вверх, капилляры 11 должны обладать положительным капиллярным потенциалом, для чего выполнены в форме вертикальных усеченных конусов (нижний радиус r1 больше верхнего радиуса r2) [3. с. 303, 304] .
Для обеспечения подъема парожидкостной смеси и повышения давления пара в КПГ от давления подпиточной воды Pk на 1-й ступени 10 до давления Po на верхней предусмотрен ступенчатый подъем парожидкостной смеси на высоту h на каждой ступени 10, для чего на входе в капилляры каждой ступени подъема 10 создается свободная поверхность жидкости за счет ее свойства при кипении образовывать пузырьки пара диаметром
где d0 - диаметр пузырька пара;
θ - угол смачивания пузырька пара на поверхности трубы 9;
γж, γп- удельный вес жидкости и пара, соответственно [4, с. 415] , размер которого принят за расстояние Δ между ступенями подъема жидкость 10 и, соответственно, высоту паровой камеры 12.
где d0 - диаметр пузырька пара;
θ - угол смачивания пузырька пара на поверхности трубы 9;
γж, γп- удельный вес жидкости и пара, соответственно [4, с. 415] , размер которого принят за расстояние Δ между ступенями подъема жидкость 10 и, соответственно, высоту паровой камеры 12.
В качестве рабочей жидкости в КПГ может быть использована вода, аммиак, различные виды хладонов в зависимости от назначения получаемого пара и параметров теплоносителя.
КПГ работает следующим образом.
Перед началом работы контур КПГ заполняется рабочей жидкостью таким образом, чтобы были заполнены ступени подъема 10, паровые камеры 12 и циркуляционная труба 7. При этом по мере заполнения КПГ жидкостью из него удаляется воздух. После подачи теплоносителя в КПГ рабочая жидкость нагревается и начинает двигаться в полости корпуса 1 вверх, а в циркуляционной трубе 7 - вниз за счет сил естественного циркуляционного давления Pe аналогично движению жидкого теплоносителя в системах отопления [5, с. 300] , создавая тем самым общее движение жидкости в контуре циркуляции КПГ и выделяя пар из слоя нагретой жидкости над верхней ступенью 10. По мере нагрева рабочей жидкости у стенок труб 9 начинается ее кипение, что влечет за собой образование паровых пузырьков, которые локализуются в паровых камерах 12, высота которых Δ обусловлена диаметром парового пузырька d0 и определяется по уравнению (3), где значение коэффициента поверхностного натяжения зависит от рода жидкости и ее температуры (σ принимается по максимальной температуре жидкости в КПГ). При этом часть паровых камер 12, удаленная от стенок труб 9 еще заполнена рабочей жидкостью и здесь продолжается движение жидкости за счет естественного циркуляционного давления Pe. При увеличении потока тепла от стенок труб 9 ширина паровой прослойки в паровых камерах 12 увеличивается до значения S, значение которой принято по максимальному потоку тепла от стенок труб теплоносителя 9.
Паровые прослойки в паровых камерах 12 обуславливают создание на входе в каждую ступень подъема 10 и, соответственно, на входе в каждый капилляр 11 свободную поверхность жидкости, образованную наружной пленкой парового пузыря, обеспечивая тем самым подъем парожидкостной смеси за счет капиллярных сил в каждой ступени подъема 10 через капилляры 11, форма которых в виде сужающегося к верху конуса с радиусами r1 и r2, соответственно, определяет движение парожидкостной смеси только вверх в сторону вершины конуса (угол конусности принимается по рекомендациям для конических насадков [6, с. 298] ). При этом в капиллярах 11 создается капиллярное давление, что позволяет поднять парожидкостную смесь в каждой ступени 10 на высоту, меньшую или равную h, определяемую по формуле (2) и уточненное значение которой принимается по конструктивным соображениям. В результате давление на каждой вышеследующей ступени 10 возрастает по сравнению с давлением на предыдущей ступени на величину капиллярного давления Pс, определяемого по формуле (1) и, таким образом, давление пара на выходе из КПГ будет больше давления на входе жидкости в КПГ на величину
ΔP = PC•п (4),
где n - число ступеней капиллярного подъема, шт.
ΔP = PC•п (4),
где n - число ступеней капиллярного подъема, шт.
Полное давление пара Po на выходе из КПГ будет равно
Po = Pк + ΔP (5),
где Pk - давление жидкости на входе КПГ.
Po = Pк + ΔP (5),
где Pk - давление жидкости на входе КПГ.
Перенос жидкости и пара в паровых камерах 12 от верхней поверхности нижней ступени подъем 10 к нижней поверхности вышерасположенной ступени 10 и, соответственно, к входу в капилляры 11 осуществляется диффузией и конвекцией в соответствии с законами тепломассообмена [4, с. 132, 262] .
Полученный пар с давлением Po из патрубка 6 направляется потребителю, неиспарившаяся жидкость собирается в верхний карман 13, откуда самотеком по циркуляционной трубе 7 поступает в патрубок 5, где смешивается с подпиточной жидкостью и при давлении Pk поступает в нижний кармам 13, распределяется по всей поверхности нижней трубой решетки 8, смачивает нижнюю поверхность нижней ступени подъема 10 и процесс подъема парожидкостной смеси и повышение давления повторяется.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает многократное увеличение давления пара на выходе из КПГ по сравнению с давлением рабочей жидкости на входе в КПГ за счет многоступенчатого подъема парожидкостной смеси в ступенях подъема 10 и повышения капиллярного давления в капиллярах 11, что упрощает конструкцию парогенератора, повышает надежность и эффективность его работы.
Литература
1. Патент РФ 2059921, Мкл. 6 F 22 В/29/08, 1996.
1. Патент РФ 2059921, Мкл. 6 F 22 В/29/08, 1996.
2. Патент РФ 2095697, Мкл. 6 F 24 F 3/14, 1994.
3. А. В. Лыков, Тепломассообмен. Справочник, М. : Энергия, 1978, 480 с.
4. А. И. Плановский, П. И. Николаев, Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, М. : Химия, 1972, 496 с.
5. В. Н. Богословский, А. Н. Сканави, Отопление, М. : Стройиздат, 1991, 736 с.
6. А. Д. Альтшуль, П. Г. Киселев, Гидравлика и аэродинамика, М. : Стройиздат, 1975, 328 с.
Claims (1)
- Капиллярный парогенератор, включающий корпус с верхней и нижней крышками, снабженный патрубками входа и выхода охлаждаемого теплоносителя, циркуляционной трубой с гидрозатвором, внутри которого размещены верхняя и нижняя трубные решетки, соединенные между собой трубками, проходящими через отверстия в горизонтальных перегородках с пористым материалом, образующих ступени подъема высотой, равной высоте подъема жидкости в капилляре, отличающийся тем, что корпус снабжен патрубками входа рабочей жидкости и выхода генерируемого пара, поры материала ступеней подъема выполнены в виде вертикальных конических капилляров, обращенных вершиной усеченного конуса вверх, а пространство между близлежащими ступенями подъема образует паровые камеры высотой, равной диаметру пузырька пера.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000104349A RU2178123C2 (ru) | 2000-02-21 | 2000-02-21 | Капиллярный парогенератор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000104349A RU2178123C2 (ru) | 2000-02-21 | 2000-02-21 | Капиллярный парогенератор |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000104349A RU2000104349A (ru) | 2001-12-10 |
RU2178123C2 true RU2178123C2 (ru) | 2002-01-10 |
Family
ID=20230963
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000104349A RU2178123C2 (ru) | 2000-02-21 | 2000-02-21 | Капиллярный парогенератор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2178123C2 (ru) |
-
2000
- 2000-02-21 RU RU2000104349A patent/RU2178123C2/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9097470B2 (en) | Internal liquid separating hood-type condensation heat exchange tube | |
JPH0718408B2 (ja) | 熱駆動ポンプ | |
US5795446A (en) | Method and equipment for heat-of-vaporization transfer | |
Ma et al. | In-situ phase separation to improve phase change heat transfer performance | |
RU2178123C2 (ru) | Капиллярный парогенератор | |
CN205825084U (zh) | 一种锅炉烟气余热回收器 | |
US4214449A (en) | Thermal energy conversion system utilizing expandites | |
EP0018719A1 (en) | Thermodynamic energy conversion system and method | |
RU2366821C1 (ru) | Теплотрубный осевой двигатель | |
EP3067652B1 (en) | Heat exchanger and method for exchanging heat | |
CA1264443A (en) | System for separating oil-water emulsion | |
RU2168136C2 (ru) | Мультиохлаждающее устройство | |
JPH02290478A (ja) | 直接接触型凝縮器およびこれを用いた熱サイクル装置 | |
RU84957U1 (ru) | Брызгальный бассейн | |
US3509730A (en) | Pressure modulated bubble stirring apparatus for freezing solute out of solution | |
RU2371612C1 (ru) | Теплотрубный насос | |
CN106885385A (zh) | 单井干热岩热能提取系统 | |
SU1270501A1 (ru) | Тепловой насос | |
CN102060345A (zh) | 新型高效海水淡化蒸发器 | |
KR101789090B1 (ko) | 배열회수용 열교환기 | |
RU2029214C1 (ru) | Теплообменный аппарат | |
RU2368793C1 (ru) | Теплотрубный двигатель возвратно-поступательного движения | |
SU816476A1 (ru) | Массообменный аппарат | |
RU2000451C1 (ru) | Парогазовый жидкопоршневой двигатель | |
RU1776876C (ru) | Парожидкостный двигатель |