RU2465529C2

RU2465529C2 - Condenser with capillary head piece

Info

Publication number: RU2465529C2
Application number: RU2010144196/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов (RU); Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-10-27
Also published as: RU2010144196A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: condenser with capillary head piece includes housing with upper and lower cover plates, which is equipped with waste steam inlet and condensate outlet branch pipes, air branch pipe inside which a head piece is arranged on support grid and represents perforated caps laid in rows one on the other in a staggered order; their surface is covered with a layer of hydrophilic material or they are made from it; perforation in them is made in the form of conical capillaries located normally to surface of caps so that their small holes are situated on external surface of cap and large holes are provided on internal surface.

EFFECT: simpler design and higher operating efficiency of condenser with capillary head piece.

5 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к теплообменной аппаратуре, и может быть использовано для конденсации отработанного пара без использования хладоагента.The invention relates to power engineering, namely to heat exchange equipment, and can be used to condense exhaust steam without the use of a refrigerant.

Известен капиллярный водоохладитель, содержащий корпус с верхней и нижней крышками, штуцерами (патрубками) входа и выхода охлаждаемой жидкости (рабочего тела), воздушным патрубком, внутри которого помещены горизонтальные и вертикальные перегородки, соединенными поочередно своими кромками с поверхностью близлежащих перегородок с созданием щели между ними, образуя расположенные поочередно по ходу движения воды пустотелые ступени свободной поверхности и охлаждения, покрытые или изготовленные из гидрофильного и гидрофобного материалов и заполненные пористой насадкой [патент РФ №2227252, МПК F24F 3/14, 2004].Known capillary water cooler containing a housing with upper and lower covers, fittings (nozzles) of the inlet and outlet of the cooled fluid (working fluid), an air nozzle inside which are placed horizontal and vertical partitions, connected alternately by their edges with the surface of the adjacent partitions with the creation of a gap between them forming the hollow steps of the free surface and cooling, located alternately along the course of the movement of water, coated or made of hydrophilic and hydrophobic materials and filled with a porous nozzle [RF patent No. 2227252, IPC F24F 3/14, 2004].

Основными недостатками известного капиллярного водоохладителя являются громоздкость его конструкции, обусловленная необходимостью значительных пустот по ширине и высоте аппарата, что усложняет его конструкцию, заполнение их жидкостью при удалении из них воздуха, что приводит к прекращению работы и таким образом снижает его надежность, а также невозможность конденсации значительных количеств пара, что снижает его эффективность.The main disadvantages of the known capillary water cooler are the bulkiness of its design, due to the need for significant voids in the width and height of the apparatus, which complicates its design, filling them with liquid when removing air from them, which leads to cessation of operation and thus reduces its reliability, as well as the impossibility of condensation significant quantities of steam, which reduces its effectiveness.

Более близким к предлагаемому изобретению является капиллярный конденсатор, включающий корпус с верхней и нижней крышками, снабженный патрубками входа отработанного пара и выхода конденсата (рабочего тела), воздушным патрубком, внутри которого между верхней и нижней крышками размещены вертикальные прямоугольные перегородки, соединенные между собой через одну попарно снизу и сверху горизонтальными полосами-днищами, образуя паровые камеры и камеры сбора конденсата (насадку), причем каждая вертикальная перегородка состоит из нескольких вертикальных перфорированных пластин, размещенных с зазором между собой, покрытых слоем гидрофильного материала или изготовленных из него, отверстия в которых выполнены в виде горизонтальных конических капилляров, расположенных таким образом, что малые отверстия конических капилляров предыдущей пластины располагаются против больших отверстий конических капилляров последующей пластины, при этом в полость каждой паровой камеры пластины вертикальных перегородок обращены большими отверстиями конических капилляров, а в полость каждой камеры сбора конденсата, наоборот, пластины вертикальных перегородок обращены малыми отверстиями конических капилляров [патент РФ №2390688, МПК F22B 37/26, B01D 5/00, 2010].Closer to the present invention is a capillary capacitor comprising a housing with upper and lower covers, equipped with exhaust steam inlet and condensate outlet (working fluid) pipes, an air pipe, inside which vertical rectangular partitions are placed between the upper and lower covers, interconnected through one in pairs from below and from above with horizontal stripes and bottoms, forming steam chambers and condensate collecting chambers (nozzle), each vertical partition consisting of several vertical perforated plates placed with a gap between each other, covered with a layer of hydrophilic material or made of it, the holes in which are made in the form of horizontal conical capillaries, arranged so that the small holes of the conical capillaries of the previous plate are located against the large holes of the conical capillaries of the next plate, this, in the cavity of each steam chamber, the plates of the vertical partitions face the large openings of the conical capillaries, and in the cavity of each of the condensate collecting chamber, on the contrary, the plates of the vertical partitions face the small openings of the conical capillaries [RF patent No. 2390688, IPC F22B 37/26, B01D 5/00, 2010].

Основными недостатками известного капиллярного конденсатора являются недостаточная удельная поверхность паровых камер, размещение в них значительного количества рядов пластин с узкими щелями между ними, что уменьшает площадь контакта пара с входными отверстиями капилляров, конденсата с гидрофильными поверхностями, создает высокое гидравлическое сопротивление паровых камер, снижает скорость фильтрации пара и конденсата через конические капилляры и, в конечном итоге, усложняет конструкцию известного устройства и снижает его эффективность.The main disadvantages of the known capillary condenser are the insufficient specific surface of the steam chambers, the placement of a significant number of rows of plates with narrow slots between them, which reduces the contact area of steam with the inlet openings of the capillaries, condensate with hydrophilic surfaces, creates a high hydraulic resistance of the steam chambers, reduces the filtration rate steam and condensate through conical capillaries and, ultimately, complicates the design of the known device and reduces its effect vnost.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции и повышение эффективности работы конденсатора с капиллярной насадкой.The technical result, the solution of which the invention is directed, is to simplify the design and increase the efficiency of the capacitor with a capillary nozzle.

Технический результат достигается в конденсаторе с капиллярной насадкой, включающем корпус с верхней и нижней крышками, снабженный патрубками входа отработанного пара и выхода конденсата, воздушным патрубком, внутри которого на опорной решетке размещена насадка, представляющая собой перфорированные колпачки, уложенные рядами друг на друга в шахматном порядке, поверхность которых покрыта слоем гидрофильного материала или изготовленные из него, перфорация в которых выполнена в виде конических капилляров, расположенных по нормали к поверхности колпачков таким образом, что их малые отверстия находятся на наружной поверхности колпачка, а большие отверстия - на внутренней.The technical result is achieved in a condenser with a capillary nozzle, including a housing with upper and lower covers, equipped with exhaust steam inlet and condensate outlet nozzles, an air nozzle inside which a nozzle is placed on the support grid, which consists of perforated caps stacked in rows in a checkerboard pattern , the surface of which is covered with a layer of hydrophilic material or made of it, the perforation in which is made in the form of conical capillaries located normal to the erhnosti caps so that they are small holes on the outer surface of the cap, and the large opening - on the inside.

На фиг.1 представлен общий вид, на фиг.2 - разрез, на фиг 3-6 основные узлы предлагаемого конденсатора с капиллярной насадкой (ККН).In Fig.1 shows a General view, in Fig.2 is a section, in Fig.3-6 the main nodes of the proposed capacitor with a capillary nozzle (KKN).

ККН содержит корпус 1 с верхней и нижней крышками 2 и 3, снабженный патрубками входа отработанного пара 4 и выхода конденсата 5, воздушным патрубком 6, внутри которого на решетке 7, помещенной на опоры 8, размещена насадка 9, представляющая собой перфорированные колпачки 10, уложенные рядами друг на друга в шахматном порядке, поверхность которых покрыта слоем гидрофильного материала 11 или изготовленные из него, перфорация - выполнена в виде конических капилляров 12, расположенных по нормали к поверхности колпачков 10 таким образом, что их малые отверстия 13 находятся на наружной поверхности колпачка 10, а большие отверстия 14 - на внутренней.KKN contains a housing 1 with upper and lower covers 2 and 3, equipped with nozzles for the input of exhaust steam 4 and the outlet of condensate 5, an air pipe 6, inside of which on the grate 7 placed on the supports 8, there is a nozzle 9, which is a perforated cap 10, laid in rows in a staggered manner, the surface of which is covered with a layer of hydrophilic material 11 or made of it, perforation is made in the form of conical capillaries 12 located normal to the surface of the caps 10 so that their small holes The holes 13 are on the outer surface of the cap 10, and the large holes 14 are on the inside.

В основу работы предлагаемого ККН положены особенности движения жидкости (пара) в конических капиллярах, а именно: движение осуществляется от большего сечения к меньшему, при этом в широкой части капилляра происходит испарение жидкости, в узкой части капилляра - конденсация пара [Лыков А.В. Тепломассообмен: (Справочник). 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1978, с.365, 366].The proposed KKN’s work is based on the peculiarities of the movement of liquid (steam) in conical capillaries, namely: the movement is from larger to smaller sections, while liquid is evaporated in the wide part of the capillary, and steam condensation occurs in the narrow part of the capillary [A. Lykov. Heat and mass transfer: (Reference). 2nd ed., Revised. and add. - M .: Energy, 1978, p. 365, 366].

ККН работает следующим образом. Отработанный пар после турбин при температуре насыщения через патрубок 4 подают в нижнюю зону ККН, откуда он через решетку 7 распределяется по всему сечению аппарата, причем его большая часть поступает в полости колпачков 10 первого ряда, считая от низа, а меньшая часть поступает в полости следующего ряда колпачков 10. Далее из полостей колпачков 10 первого ряда пар поступает через большие отверстия 14 в конические капилляры 12, в которых под действием капиллярных сил перемещается к их малым отверстиям 13, где происходит его частичная конденсация с выделением тепла конденсации Q_ri. Мениски образовавшейся жидкости (конденсата) в капиллярах 12 соприкасаются с гидрофильным материалом 11, свободно распределяются на внешней поверхности колпачков 10, благодаря наличию пространства между соседними колпачками 10 и гидрофильных свойств материала 11, затрачивая при этом выделившееся тепло конденсации Q_ri на образование свободной поверхности, после чего образовавшийся конденсат под действием силы тяжести стекает вниз. При этом несконденсировавшийся пар, выходящий вместе с конденсатом из малых отверстий 13 капилляров 12 колпачков 10 первого ряда смешивается с паром, прошедшим мимо предыдущего ряда колпачков 10, унося вместе собой некоторую часть образовавшегося конденсата в виде мелких капель, после чего большая часть образовавшейся парожидкостной смеси поступает в полости колпачков 10 второго ряда, а меньшая часть поступает в полости третьего ряда колпачков 10, где происходят вышеописанные процессы конденсации пара в конических капиллярах 12 с выделением тепла конденсации Q_ri и образования свободной поверхности жидкости на гидрофильных поверхностях колпачков 10 с затратой этого тепла, к которым добавляются процессы испарения частиц вносимого с паром конденсата в широких сечения капилляров 12. Аналогичные процессы испарения конденсата с образованием пара в широких сечениях, конденсации пара с образованием конденсата в узких сечениях капилляров 12 и образования свободной поверхности жидкости на гидрофильном материале 11 наружной поверхности колпачков 10 происходят при поступлении несконденсировавшегося пара с уносимым конденсатом в вышеследующие ряды колпачков 10 до полной конденсации большей части исходного отработанного пара. Образовавшийся конденсат из малых отверстий 13 конических капилляров 12 всех рядов колпачков 10 под действием сил тяжести стекает на днище, образованное нижней крышкой 3, откуда выводится из ККН через патрубок 5, а несконденсировавшийся пар и газы (O₂, CO₂, N₂) выводятся через воздушный патрубок 4. Количество уносимого конденсата, образовавшегося на нижележащих рядах колпачков 10, с паром и попадающего в капилляры 12 вышерасположенных рядов колпачков 10 значительно меньше, чем в известном устройстве, так как его основная масса под действием силы тяжести стекает вниз, что позволяет снизить гидравлическое сопротивление капилляров 12 и увеличить их производительность. При этом многократное взаимное фазовое превращение и преодоление сил трения при перемещении парожидкостной смеси по капиллярам 12 многочисленных рядов колпачков 10 в предлагаемом ККН позволяет проводить процесс конденсации пара без использования хладоагента.KKN works as follows. The exhaust steam after the turbines at a saturation temperature through the nozzle 4 is fed into the lower KKN zone, from where it is distributed through the grate 7 over the entire cross section of the apparatus, with most of it coming into the cavity of the caps 10 of the first row, counting from the bottom, and a smaller part coming into the cavity of the next a number of caps 10. Next, from the cavities of the caps 10 of the first row, pairs enter through large openings 14 into conical capillaries 12, in which under the action of capillary forces it moves to their small openings 13, where it partially condensates with the evolution of heat of condensation Q _ri. The menisci of the resulting liquid (condensate) in the capillaries 12 are in contact with the hydrophilic material 11, are freely distributed on the outer surface of the caps 10, due to the presence of space between adjacent caps 10 and the hydrophilic properties of the material 11, while expending the liberated condensation heat Q _ri to form a free surface, after whereby the condensate formed under the action of gravity flows down. In this case, non-condensing steam leaving the condensate from the small holes 13 of the capillaries 12 caps 10 of the first row is mixed with the steam that passed the previous row of caps 10, taking together some of the condensate formed in the form of small drops, after which most of the vapor-liquid mixture flows in the cavity of the caps of the second row 10, and a smaller part enters the cavity of the third row of the caps 10, where the above-described processes of vapor condensation in the conical capillaries 12 with the allocation condensation heat Q _ri and the formation of the free surface of the liquid on the hydrophilic surfaces of the caps 10 with the expense of this heat, to which are added the processes of evaporation of particles introduced with steam from the condensate in the wide sections of the capillaries 12. Similar processes of evaporation of the condensate with the formation of steam in wide sections, the condensation of steam with the formation condensate in narrow sections of the capillaries 12 and the formation of the free surface of the liquid on the hydrophilic material 11 of the outer surface of the caps 10 occur upon receipt nsirovavshegosya steam condensate entrained in vyshesleduyuschie rows of caps 10 to complete condensation of most of the original spent steam. Condensate formed from small openings 13 of conical capillaries 12 of all rows of caps 10 flows under the action of gravity onto the bottom formed by the bottom cover 3, from where it is discharged from the SCC through pipe 5, and non-condensed vapor and gases (O ₂ , CO ₂ , N ₂ ) are discharged through the air pipe 4. The amount of entrained condensate formed on the underlying rows of caps 10, with steam and falling into the capillaries 12 of the upper rows of caps 10 is much less than in the known device, since its bulk under the action of force t drains downwards, which reduces the hydraulic resistance of the capillaries 12 and increase their productivity. In this case, multiple mutual phase transformation and overcoming of the friction forces when moving the vapor-liquid mixture through the capillaries 12 of the numerous rows of caps 10 in the proposed KKN allows the process of steam condensation without the use of a refrigerant.

Количество рядов колпачков 10 в ККН и, соответственно, его высоту принимают такими, чтобы обеспечить конденсацию большей части исходного отработанного пара, поступившего в аппарат. Размеры колпачков 10 (ширину и высоту) можно принимать исходя из стандартных размеров кольцевой насадки (например, 100×100 мм, 50×50 мм и т.д.) [Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971, с.572], размеры конических капилляров 12 и их конусность зависят от свойств жидкости и определяются опытным путем.The number of rows of caps 10 in the KKN and, accordingly, its height is taken so as to ensure condensation of most of the original exhaust steam entering the apparatus. The sizes of the caps 10 (width and height) can be taken based on the standard sizes of the annular nozzle (for example, 100 × 100 mm, 50 × 50 mm, etc.) [Kasatkin A.G. Basic processes and apparatuses of chemical technology. - M .: Chemistry, 1971, p.572], the dimensions of the conical capillaries 12 and their taper depend on the properties of the liquid and are determined empirically.

Таким образом, конструкция предлагаемого ККН обеспечивает увеличение площади контакта пара с входными отверстиями капилляров, а конденсата с гидрофильными поверхностями, снижает гидравлическое сопротивление капилляров, увеличивает скорость фильтрации пара и конденсата через конические капилляры что, в конечном итоге повышает его эффективность.Thus, the design of the proposed KKN provides an increase in the contact area of steam with the inlet openings of the capillaries, and condensate with hydrophilic surfaces, reduces the hydraulic resistance of the capillaries, increases the filtration rate of steam and condensate through the conical capillaries, which ultimately increases its efficiency.

Claims

A condenser with a capillary nozzle, comprising a housing with upper and lower covers, equipped with exhaust steam inlet and condensate outlet nozzles, an air nozzle inside which a perforated nozzle is placed, the perforation of which is made in the form of conical capillaries, characterized in that the nozzle is located on the support grid and represents perforated caps stacked in rows on top of each other in a checkerboard pattern, the surface of which is covered with a layer of hydrophilic material or made of it, and the horses RP G the capillaries are arranged along the normal to the surface of the caps so that they are small holes on the outer surface of the cap, and the large opening - on the inside.