Конденсатор-испаритель
CONDENSER-EVAPORATOR

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплообменной аппаратуре, работающей в условиях кипения и конденсации рабочих сред, и может быть использовано в установках низкотемпературного разделения воздуха.
Известен конденсатор-испаритель по патенту RU 2100715 С1, опубл. 27.12.1997 г., размещенный в ректификационной колонне, содержащий пластинчато-ребристый теплообменный элемент, состоящий из теплообменной секции с чередующимися каналами кипения и конденсации и с боковыми проходными сечениями, с узлом подвода и отвода конденсирующейся среды с распределительным коллектором, коллектора с патрубком для отвода неконденсирующегося газа, размещенного под верхним торцом теплообменного элемента, коллектора с патрубком для подвода и отвода конденсирующейся среды, размещенного на нижнем торце теплообменного элемента.
Недостатком данной конструкции является ограниченная возможность реализации в ней больших тепловых нагрузок при применении в технологических схемах установок повышенной производительности.
Известен теплообменник по патенту RU 1677478 А1, опубл. 15.09.1991 г., работающий в режиме конденсатора-испарителя с охлаждением конденсата, содержащий корпус с теплообменным пакетом, включающим каналы кипения, образующие с корпусом полость кипения, и чередующиеся с каналами кипения каналы конденсации, соединенные с патрубками входа и выхода, вынесенными за пределы корпуса, с гидрозатвором, с пластиной, установленной между корпусом и теплообменным пакетом, и брусками, разделяющими каналы кипения на верхнюю и нижнюю секции, при этом выход из нижней секции расположен в верхней части последней, вход гидрозатвора соединен с патрубками выхода каналов конденсации, а его выход расположен над перегородкой.
Недостатком данной конструкции является ограниченная возможность реализации в ней больших тепловых нагрузок в случае применения ее в технологических схемах установок повышенной производительности.
Наиболее близким к изобретению является конденсатор-испаритель по патенту RU 1815552 А1, опубл. 15.05.1993 г. (принят за прототип), содержащий корпус с размещенными в нем коллекторами; одним или несколькими пластинчато-ребристыми теплообменными элементами, выполненными в форме параллелограмма, с каналами конденсации с углом наклона к горизонтали 5-15° и каналами кипения с углом наклона к вертикали 0-15°, коллекторы с патрубками для ввода и вывода конденсирующейся среды, вынесенные в плоскости входа и выхода кипящей среды, с сохранением площадей боковых сечений для циркулирующей кипящей среды, равновеликими площадям сечений, занятых коллекторами, а насадка, установленная в зоне боковых сечений каналов кипения, выполнена перфорированной.
Недостатком данного конденсатора-испарителя является применение в нем нескольких полностью разделенных между собой паянных пластинчато-ребристых теплообменных элементов, требующих применения разделяющих их перегородок-днищ для образования ванн с кипящей средой, в которые должен быть полностью погружен каждый паянный теплообменный элемент, что значительно удорожает конструкцию конденсатора-испарителя.
Цель изобретения - разработка компактной конструкции конденсатора-испарителя, позволяющей применять ее в технологических схемах установок низкотемпературного разделения воздуха высокой производительности.
Технический результат - снижение металлоемкости.
Указанный технический результат достигается тем, что конденсатор-испаритель, содержащий корпус с размещенными на нем патрубками для ввода и вывода рабочих потоков, с одним или несколькими пластинчато-ребристыми теплообменными элементами с чередующимися каналами кипения и конденсации, с коллекторами для ввода и вывода конденсирующейся среды, каждый теплообменный элемент выполнен цельнопаяным с секционированной полостью кипения, в которой каналы каждой секции разделены между собой проставочными брусками. Нижняя секция пластинчато-ребристого теплообменного элемента представляет собой паяную часть с чередующимися каналами кипения и конденсации с коллектором и патрубком для вывода конденсата, а вышерасположенные секции с двух сторон снабжены полостями для приема жидкости, поступающей в каналы кипения через патрубки ввода или переливаемой с вышерасположенной секции через переливные трубы.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 - схема конденсатора-испарителя с пластинчато-ребристым теплообменным элементом с секционированной полостью кипения; на фиг. 2 - канал полости конденсации теплообменного элемента.
Конденсатор-испаритель (фиг. 1 и фиг. 2) содержит корпус 1 с размещенными на нем патрубками для ввода и вывода кипящих 2 и конденсирующихся 3 рабочих потоков, с одним пластинчато-ребристыми теплообменным элементом 4 с чередующимися каналами кипения 5 и конденсации 6, с коллекторами для ввода 7 и вывода 8 конденсирующейся среды. Каналы полости кипения теплообменного элемента разделены на секции проставочными брусками 9, а каждая секция снабжена с двух сторон полостями 10 для накопления жидкости и подачи ее в каналы кипения, при этом полости кипения каждой секции по высоте сообщены переливными трубами 11.
Секционирование полости кипения теплообменного элемента 4 позволяет максимально исключить влияние давления столба кипящей жидкости на величину средней разности температур между кипящей и конденсирующейся средами по высоте теплообменного элемента, что в свою очередь дает возможность выполнить теплообменный элемент одной пайкой без разделения его на отдельные составляющие с применением дополнительных днищ для накопления кипящей жидкости, что приводит к снижению металлоемкости аппарата.
Применение полостей 10 обеспечивает работу каждой секции в режиме кипения с циркуляцией кипящей жидкости без применения дополнительных накопительных корпусных днищ, что приводит к снижению металлоемкости конденсатора-испарителя.
Конденсатор-испаритель работает следующим образом: пар на конденсацию через патрубки ввода 3 подается в полость конденсации через коллектор ввода 7. Образующийся конденсат самотеком движется вниз, собирается в коллекторе вывода 8 и сливается через патрубок 3 вывода конденсата. Жидкость на кипение через патрубок ввода 2 подается в полости 10 верхней секции для подачи ее в каналы кипения, где осуществляется процесс парообразования, в результате чего образовавшийся пар выводится за пределы теплообменного элемента 4, а неиспарившаяся жидкость переливается через переливные трубы 11 в полости кипения 10 нижерасположенной секции, в которой процесс парообразования осуществляется аналогично. Нижняя секция полости кипения теплообменного элемента погружена в объем жидкости, накопленной в нижней части корпуса 1 конденсатора-испарителя, из которой поступает в каналы кипения. Образовавшийся в нижней полости кипения пар выводится за пределы теплообменного элемента, а неиспарившаяся жидкость возвращается в объем жидкости, накопленной в корпусе 1 конденсатора-испарителя.