СТУПЕНЬ ИСПАРИТЕЛЯ МГНОВЕННОГО ВСКИПАНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно, к устройствам, предназначенным для осуществления термическим способом обессоливания и опреснения  воды, используемой для подпитки паровых котлов, тепловых сетей, и может быть использована в  нефтехимической, фармацевтической, электронной отраслях промышленности и водоснабжения, где требуется преобразование теплоты в другие виды энергии.
Термическое обессоливание осуществляется в испарительных установках, состоящих из испарителя, в котором генерируется пар из химически очищенной воды, и конденсатора испарителя, в котором конденсируется пар, полученный в испарителе. Конденсат пара испарителя называется дистиллятом (Гиршфельд В.Я., Морозов Г.Н. Тепловые электрические станции. Учебник для техникумов и вузов / 2-е издание перераб., М.: Энергоатомиздат, 1986. - 226 с.).
Из предшествующего уровня техники известна ступень испарителя мгновенного вскипания, содержащая разделительную перегородку, герметично закрепленную в корпусе с образованием испарительной и конденсационной камер, при этом корпус выполнен, по крайней мере, из двух составных частей, высота перегородки больше размеров корпуса, а каждая часть корпуса приварена отдельно к перегородке с наружной стороны корпуса (А.С № 1733032 на изобретение «Ступень испарителя мгновенного вскипания», дата подачи 25.12.1989 г., опубликовано 15.05.1992 г.).
Недостатки данного технического решения связаны с тем, что разбрызгиваемые капли воды беспрепятственно и в большом объеме попадают на сепаратор, снижая эффективность его работы и качество получаемого дистиллята.
Кроме того, известна ступень испарителя мгновенного вскипания, содержащая корпус, разделительную стенку, разделяющую ступень испарителя на камеры конденсации и расширения, вертикальный жалюзийный сепаратор, закрепленный в разделительной стенке, патрубки для подвода и отвода испаряемой воды, патрубки для отвода дистиллята, вертикальную перегородку, расположенную вдоль разделительной стенки и образующую две полости, сообщающиеся между собой по пару в нижней части камеры расширения, причем полость, образованная вертикальной перегородкой и корпусом ступени, в верхней части снабжена, по крайней мере, одним водораспределительным насадком с каналом для подвода перегретой воды, при этом вертикальная перегородка в своем основании снабжена уголковым элементом, образующим наклонную плоскость и параллельную основанию корпуса горизонтальную плоскость, при этом наклонная плоскость уголкового элемента обращена к торцевой стенке корпуса ступени и образует с вертикальной перегородкой тупой угол, равный 135-170°, а водораспределительный насадок выполнен с косым срезом, также обращенным к торцевой стенке корпуса ступени, при этом угол среза водораспределительного насадка составляет 10-45° (патент № 51347 на полезную модель «Ступень испарителя мгновенного вскипания», дата подачи 26.08.2005 г., опубликовано 10.02.2006 г.).
Известна ступень испарителя мгновенного вскипания, состоящая из корпуса, разделительной перегородки, разделяющей ступень на камеру испарения и камеру конденсации с горизонтальным трубным пучком и трубными досками, окон, выполненных в верхней части разделительной перегородки, сепаратора, патрубков для отвода, подвода испаряемой воды, при этом камера конденсации снабжена взаимопересекающимися горизонтальной и вертикальной перегородками, плотно соединенными в месте пересечения, причем горизонтальная перегородка со стороны противоположной месту пересечения соединена с разделительной перегородкой вдоль окон, а вертикальная установлена с зазором к потолочной части камеры конденсации и отделяет часть труб трубного пучка, прилегающих к окнам, обе перегородки боковыми сторонами плотно соединены с трубными досками (патент     № 2218972 на изобретение «Ступень испарителя мгновенного вскипания», дата подачи 10.10.2002 г., опубликовано 20.12.2003 г.).
Известное решение направлено на повышение качества получаемого дистиллята и не влияет на производительность собственно сепаратора, при этом производительность самой ступени снижается по дистилляту на величину отводимого грязного дистиллята. В случае превышения критической нагрузки сепаратора  качество дистиллята резко снижается (в 10-100 раз), причем сепарация на трубном пучке не решает проблему качества.
Наиболее близко по технической сущности к заявляемому устройству является ступень испарителя мгновенного вскипания, содержащая корпус, разделительную стенку, разде-ляющую ступень испарителя на камеры конденсации и расширения, вертикальный жалюзийный сепара-тор, патрубки для подвода и отвода испаряемой воды, патрубки для отвода дистиллята, вертикальную перегородку, расположенную вдоль разделительной стенки и образующую две полости, сообщающиеся между собой по пару в нижней части камеры, причем полость, образованная вертикальной перегородкой и корпусом ступени, в верхней части снабжена по крайней мере одним каналом для подвода перегретой воды, при этом канал для подвода перегретой воды снабжен водораспределительным на-садком, а в вертикальной перегородке в ее верхней части выполнено отверстие, высота которого не пре-вышает длины водораспределительного насадка и составляет 0,05-0,5 от ширины полости, образованной вертикальной перегородкой и разделительной стенкой ( Евразийский патент № 006523 на изобретение «Ступень испарителя мгновенного вскипания», дата подачи заявки 01.10.2004 г., дата публикации 24.02.2006 г.).
Наличие отверстия в верхней части вертикальной перегородки обеспечивает двусторонний подвод пароводной смеси к сепаратору: как через верхнюю часть, так и через нижнюю часть полости камеры расширения, что позволяет снизить скорость потока и, тем самым, предотвратить унос и захват влаги  и ее заброс в сепаратор. Таким образом, происходит снижение влажности пара, что способствует повышению качества пара и, соответственно, качества получаемого дистиллята.
Помимо этого, возможность подвода пароводной смеси к сепаратору с двух сторон снижает аэродинамическую неравномерность потока и гидравлическое сопротивление в самом сепараторе, что влияет на повышение производительности не только сепаратора, но и ступени испарителя в целом.
Однако при больших нагрузках поток пароводной смеси, направляющийся к верхнему отверстию вертикальной перегородки, захватывает большой объем влаги, поступающей из патрубка подвода перегретой жидкости, которая забрасывается на верхнюю стенку корпуса ступени (потолок) и, перемещаясь по нему, захватывается паром, который двигается с большой скоростью и попадает в жалюзийный сепаратор, тем самым, перегружая его. Для предотвращения захвата воды паром необходимо снизить скорость потока. Однако такое снижение скорости возможно за счет увеличения расстояния между вертикальной перегородкой и торцовой стенкой корпуса, что, в свою очередь, приводит к увеличению габаритных размеров испарителя и, соответственно, повышению металлоемкости.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении  качества дистиллята за счет снижения влажности пара, поступающего на сепаратор при сохранении малых габаритов ступени испарителя мгновенного вскипания.
Указанный технический результат достигается тем, что ступень испарителя мгновенного вскипания, включающая корпус, разгороженный внутри разделительной стенкой со встроенным жалюзийным сепаратором на камеру конденсации и камеру расширения и снабженный патрубком для подвода перегретой воды, поступающей в камеру расширения через снабженный водораспределительным насадком канал, а также патрубками отвода дистиллята и неиспарившейся воды, при этом внутри корпуса установлен козырек, а камера расширения посредством вертикальной перегородки, в которой выполнено сквозное отверстие, разделена на полости, сообщающиеся между собой в верхней и нижней частях, согласно полезной модели козырек установлен в полости камеры расширения, образованной между разделительной стенкой и вертикальной перегородкой, прикреплен к потолку корпуса и снабжен лотком, к которому присоединена труба для отвода влаги с него, заведенная под уровень неиспарившейся воды, осевшей на дно камеры расширения, при этом расстояние между лотком и вертикальной перегородкой превышает высоту сквозного отверстия вертикальной перегородки.
Полезная модель поясняется чертежами, где
фиг. – ступень испарителя мгновенного вскипания в разрезе.
Заявляемое устройство содержит корпус 1, разделенный посредством разделительной стенки  2 на камеру конденсации 3, в которой размещены теплообменные трубы 4, и камеру расширения 5. В разделительную стенку 2 встроен жалюзийный сепаратор 6, под которым расположена труба отвода 7 сепарированной воды, проходящая вдоль разделительной стенки 2. В камере расширения 5 параллельно разделительной стенке 2 расположена вертикальная перегородка 8, в верхней части которой выполнено сквозное отверстие 9, служащее для прохода части пароводяной смеси на сепаратор 6. Жалюзийные сепараторы являются наилучшим типом устройств вторичной сепарации, т.к. пароводяная смесь, проходя между его пластинами, резко поворачивается, в результате чего капли влаги под действием инерционных сил попадают на стенки и стекают вниз. Сепаратор такого типа прост по конструкции и не загромождает проходного сечения аппарата.
Вертикальная перегородка условно делит камеру расширения на две полости: 10 и 11, сообщающиеся между собой в верхней и нижней частях камеры 5, благодаря чему обеспечивается двухсторонний подвод пароводяной смеси к сепаратору. Двухсторонний подвод позволяет обеспечить заход пара параллельно оси сепаратора. При этом полость 10 образована торцовой стенкой корпуса и вертикальной перегородкой, полость 11 находится между разделительной стенкой и вертикальной перегородкой.
С корпусом 1 жестко связан   козырек 12, расположенный в полости, образованной разделительной стенкой и вертикальной перегородкой. Козырек прикреплен к потолку корпуса и снабжен лотком 13, к которому подведена труба  14, служащая для отвода из него осаждаемой воды. Козырек с лотком создают сложную профильную структуру, не допускающую сквозного прохода пароводяной смеси на сепаратор. При изменении направления движения потока, капли воды, захваченные потоком, за счет инерционных сил отбрасываются на потолок, под действием потока продолжают движение по нему, а после осаждения в лоток отводятся на дно камеры расширения. Часть капель воды отделяется от общего потока и за счет поворота потока, возникающего в профильной системе «козырек-лоток», попадают и осаждаются на них, а затем отводятся.
В корпусе над полостью 10 смонтирован подводящий патрубок 15, через канал 16 сообщающийся с указанной полостью 10. Канал 16 предназначен для подвода перегретой воды и оснащен водораспределительным насадком 17, с помощью которого достигается более равномерное распределение пароводяной смеси при небольших энергозатратах и не создаются ощутимые препятствия для ее прохода.
Неиспарившаяся вода удаляется из нижней части камеры расширения 5 через патрубок 18, закрепленный в ее дне.
Отвод полученного дистиллята из камеры конденсации осуществляется через патрубок 19, проходящий по всей нижней части камеры конденсации 3 с выходом в торцовой стенке корпуса.
Расстояние между лотком 13 и вертикальной перегородкой 8 должно быть больше высоты сквозного  отверстия 11, т.к. в противном случае скорость потока может возрасти  и из-за этого ухудшится равномерность захода потока в сепаратор.
Труба 14 для отвода воды с лотка 13 должна быть заведена под уровень воды, скапливающейся на дне камеры расширения. Такое размещение трубы 14 предотвращает попадание в нее пара и, соответственно, создание в ней противотока пар-вода, который, в свою очередь, может препятствовать отводу воды с лотка и, следовательно, негативно влиять на качество пароводной смеси и, соответственно, получаемого дистиллята.
Полезная модель осуществляется следующим образом.
Перегретая вода через патрубок 15 проходит в канал 16 и далее через водораспределительный насадок 17 поступает в камеру расширения 5, а именно, в полость 10, в которой происходит вскипание и разбрызгивание воды образовавшимся паром. Неиспарившаяся вода оседает под действием гравитационных сил на дно камеры расширения, и через патрубок 18 выводится наружу.
Пар, с капельками  захваченной воды через отверстие 9 в вертикальной перегородке и проход под вертикальной перегородкой направляется в сепаратор. Основной объем крупнодисперсной влаги, содержащийся в паре, проходящем через сквозное отверстие 11 в вертикальной перегородке, попадает на лоток 13 и затем по трубе 14 отводится в нижнюю часть камеры расширения. Часть влаги в паре проходящем под перегородкой отбрасывается на разделительную перегородку 2 и также стекает на дно корпуса.  За счет отвода излишней крупнодисперсной влаги сепаратор не заливается большим объемом воды.
После этого пар с оставшейся мелкодисперсной влагой поступает на сепарацию на жалюзийный сепаратор 6. Поступление на сепаратор пароводяной смеси, состоящей из  мелкодисперсной влаги и пара обеспечивает более эффективную работу устройства и способствует повышению качества получаемого дистиллята. Кроме того, эффективность и качество сепарации улучшается и за счет траектории движения  пара, которая максимально приближена к оси сепаратора.
Пар, очищенный на пластинах жалюзийного сепаратора от мелкодисперсных капель воды, поступает в камеру конденсации 3, в которой при прохождении по межтрубному пространству, он равномерно омывает все теплообменные трубы 4, конденсируется на них в виде чистого дистиллята, стекающего на дно камеры конденсации 3. Чистый дистиллят со дна камеры конденсации 3 отводится по патрубку 19 и направляется или потребителю, или на следующую ступень испарителя мгновенного вскипания.
Предлагаемая к защите конструкция ступени испарителя мгновенного вскипания предотвращает захват потоком крупных капель воды, их заброс в сепаратор, обеспечивает поступление пара в сепаратор по траектории, максимально приближенной к оси сепаратора, что позволяет не только повысить производительность аппарата, но и снизить влажность пароводяной смеси и, следовательно, повысить качество получаемого дистиллята.