RU2435100C1

RU2435100C1 - Multi-wick steam generator-condenser

Info

Publication number: RU2435100C1
Application number: RU2010123775/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов (RU); Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2011-11-27

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: multi-wick steam generator-condenser includes housing equipped with high pressure steam and waste steam connection pipes, the cover of which and bottom are covered from inside with the grid made of strips of capillary-porous material, which form cells; grid is connected to lifting wicks covered with casings with gaps at cover and bottom, and separating device. Housing is separated on inner side with horizontal heat-insulating partition into evaporation and condensation chambers; inside them there located are lifting wicks located in staggered order, passing through the above horizontal heat-insulating partition, connected with strips of capillary-porous material of grids of cover and bottom and covered with casings with gaps made in the form of triangular slots on their upper and lower edges attached to inner surface of cover and bottom; at that, separating device consists of inner surface of sidewalls of housing, horizontal heat-insulating partition and casings in evaporation chamber covered with grids made of capillary-porous material strips forming cells and connected to similar grid on cover. ^ EFFECT: improving efficiency and reliability. ^ 7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к гелиотехнике, в частности к средствам получения тепла, холода и электричества с помощью солнечной энергии, и может быть использовано для одновременного получения пара и конденсации отработанного пара.The present invention relates to solar technology, in particular to means for generating heat, cold and electricity using solar energy, and can be used to simultaneously produce steam and condensation of exhaust steam.

Известен солнечный энергетический комплекс, содержащий гелиоприемник (парогенератор), выполненный из гелиопокрытия, ступеней подъема, выполненных из пористого материала, и полые паровые камеры, нижний коллектор и верхний барабан, конденсатор, соединенные с потребителями пара [патент РФ №2213912, М. кл. 7 F24J 2/04, 2/28, 2003].Known solar energy complex containing a solar collector (steam generator) made of heliocover, lifting steps made of porous material, and hollow steam chambers, lower collector and upper drum, condenser connected to steam consumers [RF patent No. 2213912, M. cl. 7 F24J 2/04, 2/28, 2003].

Недостатками известного устройства являются низкая производительность по пару гелиоприемника (парогенератора), обусловленная ограниченной производительностью ступеней подъема, и сложность конструкции, что не позволяет увеличить мощность, снижая таким образом эффективность и надежность устройства.The disadvantages of the known device are the low productivity of a pair of solar collectors (steam generator), due to the limited performance of the lifting stages, and the complexity of the design, which does not allow to increase power, thus reducing the efficiency and reliability of the device.

Более близким к предлагаемому изобретению является теплотрубный энергетический комплекс, включающий гелиоприемник (парогенератор), состоящий из гелиопокрытия, покрытого изнутри решеткой из полос пористого материала, закрывающего короб (корпус), снабженный паровым и конденсатным патрубками, внутри которого помещены подъемные фитили, соединенные с решеткой из полос пористого материала и фитилем-коллектором, закрытые обечайками (кожухами) с зазорами у гелиопокрытия и соединенными с рубашкой, закрывающей фитиль-коллектор, уложенный на перфорированную плиту, полость между которой и днищем короба образует картер, полностью заполненный рабочей жидкостью, сепарационный щит (сепарирующее устройство), конденсатор, связанные трубопроводами с потребителями пара [патент РФ №2381425, М. кл. F24J 2/42, 2/32, 2010].Closer to the proposed invention is a heat pipe energy complex, including a solar receiver (steam generator), consisting of a solar coating, coated inside with a grid of strips of porous material, covering the duct (housing), equipped with steam and condensate pipes, inside which are placed lifting wicks connected to the grid of strips of porous material and a wick-collector, closed by shells (covers) with gaps at the solar coating and connected to a shirt covering the wick-collector, laid on p rforirovannuyu plate, the space between which and the bottom of the box forms a casing, completely filled with hydraulic fluid separation shield (separating device), a condenser associated with the pipeline consumers pair [RF patent №2381425, M. Cl. F24J 2/42, 2/32, 2010].

Основными недостатками известного устройства является сложность конструкции гелиоприемника (парогенератора), ограничивающая производительность, размещение конденсатора в отдельном корпусе и наличие сепарационного щита перед паровым патрубком, создающие значительное аэродинамическое сопротивление, что уменьшает давление получаемого пара, снижая тем самым надежность и эффективность устройства.The main disadvantages of the known device is the design complexity of the solar collector (steam generator), limiting performance, placing the capacitor in a separate housing and the presence of a separation shield in front of the steam pipe, creating significant aerodynamic drag, which reduces the pressure of the resulting vapor, thereby reducing the reliability and efficiency of the device.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности мультифитильного парогенератора-конденсатора.The technical result of the invention is to increase the efficiency and reliability of a multifilament steam condenser-generator.

Технический результат достигается в мультифитильном парогенераторе-конденсаторе, содержащем корпус, снабженный патрубками пара высокого давления и отработавшего пара, крышка которого, представляющая собой гелиопокрытие, и днище, покрыты изнутри решеткой, выполненной из полос капиллярно-пористого материала, образующих ячейки, соединенной с подъемными фитилями, закрытыми кожухами с зазорами у крышки и днища, сепарирующее устройство. Корпус разделен внутри горизонтальной теплоизоляционной перегородкой на испарительную и конденсационную камеры, внутри него помещены подъемные фитили, расположенные в шахматном порядке, проходящие через вышеупомянутую горизонтальную теплоизоляционную перегородку, соединенные с полосами капиллярно-пористого материала решеток крышки и днища и закрытые кожухами с зазорами, выполненными в виде треугольных прорезей на их верхних и нижних кромках, прикрепленных к внутренней поверхности крышки и днища, причем сепарирующее устройство состоит из внутренней поверхности бортовых стенок корпуса, горизонтальной теплоизоляционной перегородки и кожухов в испарительной камере, покрытой решетками, выполненными из полос капиллярно-пористого материала, образующих ячейки и соединенных с аналогичной решеткой на крышке.The technical result is achieved in a multi-filter steam condenser-generator, comprising a housing provided with high pressure steam nozzles and exhaust steam, the cover of which, which is a solar coating, and the bottom, are coated on the inside with a grating made of strips of capillary-porous material forming cells connected to lifting wicks closed casings with gaps at the cover and bottom, the separating device. The housing is divided inside a horizontal heat-insulating partition into an evaporation and condensation chamber; inside it are placed wicks arranged in a checkerboard pattern passing through the aforementioned horizontal heat-insulating partition connected to strips of capillary-porous material of the lid and bottom gratings and closed by casings with gaps made in the form of triangular slots on their upper and lower edges attached to the inner surface of the lid and bottom, and the separating device with Toit from the inner wall surface of the board body, and the horizontal insulating baffle shells in the evaporation chamber, covered bars, made of bands of capillary-porous material forming the cell and are connected with the same grating on the lid.

Устройство предлагаемого мультифитильного парогенератора-конденсатора (МФПК) приведено на фиг.1-7 (фиг.1, 2, 5 - разрезы, фиг.3, 4, 6, 7 - узлы МФПК).The device of the proposed multifitilny steam generator-condenser (MFPK) is shown in Fig.1-7 (Fig.1, 2, 5 - sections, Fig.3, 4, 6, 7 - nodes MFPK).

МФПК включает корпус 1, снабженный патрубками пара высокого давления 2 и патрубком отработавшего пара 3, крышка 4 которого, представляющая собой гелиопокрытие, и днище 5, покрыты изнутри решеткой 6, выполненной из полос капиллярно-пористого материала, образующих ячейки 7, разделенный внутри горизонтальной теплоизоляционной перегородкой 8 на испарительную и конденсационную камеры 9 и 10 соответственно, внутри которого также помещены подъемные фитили 11, расположенные в шахматном порядке, проходящие через горизонтальную теплоизоляционную перегородку 8, соединенные с полосами капиллярно-пористого материала решеток 6 крышки 4 и днища 5 и закрытые кожухами 12 с зазорами, выполненными в виде треугольных прорезей 13 на их верхних и нижних кромках, прикрепленных к внутренней поверхности крышки и днища 4 и 5 соответственно, причем сепарирующее устройство состоит из внутренней поверхности бортовых стенок корпуса 1, горизонтальной теплоизоляционной перегородки 8 и кожухов 12 в испарительной камере 9, покрытой решетками 14, 15 и 16 соответственно, выполненными из полос капиллярно-пористого материала, образующих ячейки 7 и соединенных с аналогичной решеткой 6 на крышке 4.MFPK includes a housing 1 equipped with high-pressure steam nozzles 2 and an exhaust steam nozzle 3, the cover 4 of which, which is a solar coating, and the bottom 5, are internally coated with a grating 6 made of strips of capillary-porous material forming cells 7, which is divided inside a horizontal thermal insulation the partition 8 on the evaporation and condensation chambers 9 and 10, respectively, inside which are also placed lifting wicks 11, located in a checkerboard pattern, passing through a horizontal heat-insulating lane town 8, connected to the strips of capillary-porous material of the gratings 6 of the cover 4 and the bottom 5 and closed by casings 12 with gaps made in the form of triangular slots 13 on their upper and lower edges attached to the inner surface of the cover and the bottom 4 and 5, respectively, the separating device consists of the inner surface of the side walls of the housing 1, a horizontal heat-insulating partition 8 and casings 12 in the evaporation chamber 9, covered with gratings 14, 15 and 16, respectively, made of strips of a capillary-porous mat rial, forming cells 7 and connected to a similar lattice 6 on the cover 4.

Предлагаемый МФПК работает следующим образом.The proposed IFPC works as follows.

Предварительно, перед началом работы из полости испарительной и конденсационной камер 9 и 10 удаляют воздух и в фитили 11, полосы капиллярно-пористого материала решеток 6, 14, 15 и 16 закачивают рабочую жидкость, которую выбирают в зависимости от температурного потенциала холодной и горячей сред и требуемого давления пара, до их полного насыщения (штуцера для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг.1-7 не показаны) в количестве, достаточном для заполнения объема их пор и образования пара в паровом пространстве испарительной камеры 9. Затем МФПК устанавливают таким образом, чтобы гелиопокрытие крышки 4 контактировало с горячей средой (например, солнечным излучением), а днище 5 с холодной средой (например, водой) и соединяют патрубки пара высокого давления 2 и отработавшего пара 3 с коммуникациями потребителя пара рабочей жидкости. При нагреве гелиопокрытия крышки 4 происходит испарение рабочей жидкости в ячейках 7, транспортируемой из подъемных фитилей 11 через треугольные прорези 13 полосами капиллярно-пористого материала решетки 6 в зону испарения (внутренняя поверхность крышки 4, находящаяся в ячейках 7), в результате чего образуется пар. Покрытие решетки 6, выполненной из полос капиллярно-пористого материала и образующей ячейки 7 на внутренней поверхности крышки 4, предотвращает образование паровой пленки на ней, что уменьшает термическое сопротивление теплопередаче, и таким образом интенсифицирует процесс испарения. При этом уносимые потоком образовавшегося пара капли неиспарившейся рабочей жидкости при проходе через паровое пространство испарительной камеры 9 сталкиваются на своем пути с сепарирующим устройством, а именно с внутренней поверхностью бортовых стенок корпуса 1, горизонтальной теплоизоляционной перегородки 8 и наружной поверхностью кожухов 12, расположенных в шахматном порядке, поглощаются капиллярно-пористым материалом решеток 14, 15 и 16, в результате чего пар высокого давления освобождается от уносимых капель рабочей жидкости без использования специального сепарационного устройства на выходе из испарительной камеры 9. Очищенный от капель рабочей жидкости пар высокого давления удаляется из испарительной камеры 9 через патрубок 2 и подается потребителю пара (не показан). Отработавший пар низкого давления от потребителя (например, паровой турбины) через патрубок отработавшего пара 3 поступает в конденсационную камеру 10, в которой конденсируется в ячейках 7, находящихся на внутренней поверхности днища 5, покрытой решеткой 6, выполненной из полос капиллярно-пористого материала, что уменьшает толщину пленки конденсата на ней и, таким образом, интенсифицирует процесс конденсации. Образовавшийся конденсат поглощается капиллярно-пористым материалом полос решетки 6, соединенной с фитилями 11 через треугольные прорези 13 на нижних кромках кожухов 12, поднимается по фитилям 11 к крышке 4, распределяется решеткой 6 по внутренней поверхности крышки 4, после чего цикл повторяется. [В.В.Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, с.106; Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. трудов. М.: - 1990, с.22]. Покрытие фитилей 11 кожухами 12, прикрепленных к крышке 4 и днищу 5, придает конструкции МФПК механическую прочность, что позволяет повысить давление получаемого пара, выполнение на их кромках прорезей 13 обеспечивает непрерывное и равномерное поступление (или отвод) рабочей жидкости в решетки 6 (или из решеток 6), а возможность размещения неограниченного числа фитилей 11 в полости испарительной и конденсационной камер 9 и 10 позволяет также неограниченно увеличивать площадь теплообмена МФПК и, следовательно, его производительность по пару.Previously, before starting work, air is removed from the cavity of the evaporation and condensation chambers 9 and 10 and into the wicks 11, strips of capillary-porous material of the gratings 6, 14, 15 and 16 pump the working fluid, which is selected depending on the temperature potential of cold and hot media and the required steam pressure, until they are completely saturated (the nozzle for removing air and supplying the working fluid are not shown in Figs. 1-7) in an amount sufficient to fill their pore volume and generate steam in the vapor space of the evaporation chamber 9. Zat m MFPK adjusted so that geliopokrytie lid 4 is contacted with a hot medium (e.g., solar radiation), and the bottom 5 with the cold medium (e.g., water) and connecting tubes of high-pressure steam 2 and exhaust steam 3 with communications consumer steam working fluid. When the solar coating of the lid 4 is heated, the working fluid evaporates in the cells 7, transported from the lifting wicks 11 through the triangular slots 13 with strips of capillary-porous material of the grating 6 into the evaporation zone (the inner surface of the lid 4 located in the cells 7), as a result of which steam is generated. The coating of the lattice 6, made of strips of capillary-porous material and forming a cell 7 on the inner surface of the lid 4, prevents the formation of a vapor film on it, which reduces the thermal resistance to heat transfer, and thus intensifies the evaporation process. At the same time, droplets of non-evaporating working fluid carried away by the flow of steam generated when passing through the vapor space of the evaporation chamber 9 collide on their way with a separating device, namely, the inner surface of the side walls of the housing 1, the horizontal heat-insulating partition 8 and the outer surface of the casings 12, staggered are absorbed by the capillary-porous material of the gratings 14, 15 and 16, as a result of which high-pressure steam is freed from entrained drops of the working fluid without the use of a special separation device at the outlet of the evaporation chamber 9. The high pressure steam purified from drops of the working fluid is removed from the evaporation chamber 9 through the pipe 2 and is supplied to the consumer (not shown). The spent low pressure steam from the consumer (for example, a steam turbine) through the exhaust pipe 3 enters the condensation chamber 10, in which it condenses in the cells 7 located on the inner surface of the bottom 5, covered with a grid 6 made of strips of capillary-porous material, which reduces the thickness of the condensate film on it and, thus, intensifies the condensation process. The condensate formed is absorbed by the capillary-porous material of the strips of the grating 6 connected to the wicks 11 through the triangular slots 13 on the lower edges of the casings 12, rises along the wicks 11 to the cover 4, is distributed by the grating 6 along the inner surface of the cover 4, after which the cycle repeats. [V.V. Kharitonov et al. Secondary heat and energy resources and environmental protection. - Minsk: Ab. school, 1988, p. 106; Heat pipes and heat exchangers: from science to practice. Collection of scientific labor. M .: - 1990, p.22]. Coating the wicks 11 with casings 12, attached to the cover 4 and the bottom 5, gives the MPPK structure mechanical strength, which allows increasing the pressure of the resulting steam, making slots 13 on their edges provides a continuous and even supply (or discharge) of the working fluid to the gratings 6 (or from gratings 6), and the possibility of placing an unlimited number of wicks 11 in the cavity of the evaporation and condensation chambers 9 and 10 also allows you to unlimitedly increase the heat transfer area of the MPPC and, therefore, its performance in pairs.

Таким образом, устройство предлагаемого МФПК значительно упрощает конструкцию и повышает производительность за счет возможности многократного увеличения площади контакта с горячей и холодными средами, обеспечивает уменьшение аэродинамического сопротивления, что позволяет повысить давление получаемого пара, увеличивая тем самым его надежность и эффективность.Thus, the device of the proposed MFPC significantly simplifies the design and improves productivity due to the possibility of repeatedly increasing the contact area with hot and cold environments, provides a decrease in aerodynamic drag, which allows to increase the pressure of the resulting steam, thereby increasing its reliability and efficiency.

Claims

A multi-filament steam generator-condenser comprising a housing provided with nozzles of high-pressure steam and exhaust steam, the cover of which, which is a solar coating, is coated on the inside with a grating made of strips of capillary-porous material forming cells connected to lifting wicks, closed casings with gaps, at lids and bottoms, a separating device, characterized in that the housing is divided inside a horizontal heat-insulating partition into an evaporation and condensation chamber, lifting fittings or inside it are staggered, passed through the aforementioned horizontal heat-insulating partition, connected to strips of capillary-porous material of the grating and the bottom, and closed by casings with gaps made in the form of triangular slots on their upper and lower edges attached to the inner surface of the lid and bottom moreover, the separating device consists of an inner surface of the side walls of the housing, a horizontal heat-insulating partition and casings in an evaporation chamber covered with a solution Kami made of strips of a capillary-porous material forming the cell and are connected with the same grating on the lid.