ПЛАСТИНЧАТЫЙ КАПИЛЛЯРНЫЙ КОНДЕНСАТОР

Предлагаемая полезная модель относится к энергомашиностроению, а именно, к теплообменной аппаратуре и может быть использовано для конденсации отработанного пара без использования хладоагента.
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 перегородки со щелями, вертикальные перегородки, размещенные между каждыми двумя близлежащими горизонтальными перегородками, соединенными поочередно своей верхней или нижней кромкой с поверхностью близлежащей верхней или нижней горизонтальной перегородки с созданием щели между своей нижней или верхней кромкой и поверхностью нижней или верхней горизонтальной перегородки, образуя, расположенные поочередно по ходу движения воды: n пустотелых ступеней свободной поверхности, n-1 ступеней охлаждения и одну ступень подъема и охлаждения, покрытых или изготовленных из гидрофильного и гидрофобного материалов и заполненных пористой насадкой [Патент РФ №2227252, МПК 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.
Более близким к предлагаемой полезной модели 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 горизонтальными полосами-днищами, образуя паровые камеры, а сверху, соединенные между собой в шахматном порядке через одну также попарно горизонтальными полосами-крышками, образуя камеры сбора конденсата, 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].
Основными недостатками известного капиллярного конденсатора являются заполнение зазоров между перфорированными пластинами конденсатом пара в нижней их части и покрытие им же наружной поверхности последних по ходу пара перфорированных пластин, особенно в нижней их части, что приводит к закупорке выходных отверстий их капилляров жидкостью и фактическому прекращению конденсации пара в них и, таким образом, снижает надежность и эффективность капиллярного конденсатора.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемая полезная модель, является повышение надежности и эффективности работы пластинчатого капиллярного конденсатора.
Технический результат достигается в пластинчатом капиллярном конденсаторе, включающем 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 горизонтальными полосами-днищами, образуя паровые камеры, а сверху, соединенные между собой в шахматном порядке через одну также попарно горизонтальными полосами-крышками, образуя камеры сбора конденсата, 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 и обращены в полость камеры сбора конденсата и, наоборот, большие отверстия капилляров обращены в сторону паровой камеры, причем внутренняя поверхность всех пластин за исключением последней в каждой вертикальной перегородке снабжена горизонтальными буртиками высотой равной ширине зазора и длиной равной ширине перфорированной пластины, а наружная поверхность каждой последней перфорированной пластины покрыта вертикальными и горизонтальными канавками, соединенными друг с другом.
На фиг. 1-6 представлен предлагаемый пластинчатый капиллярный конденсатор.
Пластинчатый капиллярный конденсатор 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 между верхней и нижней крышками 2 и 3 размещены вертикальные прямоугольные перегородки 7, соединенные между собой через одну попарно снизу горизонтальными полосами-днищами 8, образуя паровые камеры 9, а сверху, соединенные между собой в шахматном порядке через одну попарно горизонтальными полосами-крышками 10, образуя камеры сбора конденсата 11, причем каждая вертикальная перегородка 7 состоит из нескольких вертикальных перфорированных пластин 12, размещенных с зазором 13 между собой, покрытых слоем гидрофильного материала 14 или изготовленных из него, отверстия в которых выполнены в виде горизонтальных конических капилляров 15, расположенных таким образом, что малые отверстия конических капилляров 15 предыдущей пластины 12 располагаются против больших отверстий конических капилляров 15 последующей пластины 12, при этом в полость каждой паровой камеры 9 пластины 12 вертикальных перегородок 7 обращены большими отверстиями конических капилляров 14, а в полость каждой камеры сбора конденсата 11, наоборот, пластины 12 вертикальных перегородок 7 обращены малыми отверстиями конических капилляров 15, причем внутренняя поверхность всех пластин 12 за исключением последней каждой вертикальной перегородки 7 снабжена горизонтальными буртиками 16 высотой равной ширине зазора 13 и длиной равной ширине перфорированной пластины 12, а наружная поверхность каждой последней перфорированной пластины 12 покрыта вертикальными и горизонтальными канавками 17, соединенными друг с другом.
В основу работы предлагаемого пластинчатого капиллярного конденсатора 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].
r1
r1
r2
2
2
2
Пластинчатый капиллярный конденсатор работает следующим образом. Отработанный пар после турбин при температуре насыщения через патрубок 4 подают в верхнюю зону капиллярного конденсатора, откуда он распределяется по паровым камерам 9. Из камер 9 пар поступает в большие отверстия конических капилляров 15 первых пластин 12 вертикальных перегородок 7, в которых под действием капиллярных сил перемещается к их малым отверстиям, где происходит его частичная конденсация с выделением тепла конденсации Q. Мениски образовавшейся жидкости в капиллярах 15 соприкасаются с гидрофильным материалом 14, распределяются на его поверхности, благодаря зазорам 13 и поверхности слоя гидрофильного материала 14 следующих пластин 12, откуда попадают в большие отверстия их капилляров 15, куда также поступает несконденсировавшийся пар из предыдущих пластин 12. В больших отверстиях конических капилляров 15 происходит частичное испарение образовавшейся жидкости в конических капиллярах 15, на которое используется тепло конденсации Q предыдущей пластины 12 и тепло самого пара, парожидкостная смесь под действием капиллярных сил перемещается к малым отверстиям конических капилляров 15, где также происходит частичная конденсация меньшего количества пара с выделением уже меньшего количества тепла Q. Образовавшееся жидкость, как и в первой пластине 12 распределяется по поверхности гидрофильного материала 14 в зазорах 13 следующих пластин 12, смешивается с несконденсировавшимся паром, поступающим из конических капилляров 15 предыдущих пластин 12 и процесс повторяется аналогично вышеописанному во всех последующих пластинах 12. При этом буртики 16 преграждают стекание конденсата вниз по пластинам 12 и, тем самым, предотвращают заполнение нижеследующих участков зазоров 13 конденсатом и закупорку отверстий капилляров 15 жидкостью, что ведет к фактическому прекращению конденсации пара в них. По мере перемещения парожидкостной смеси от одной пластины 12 к другой влагосодержание ее увеличивается. Конденсат из малых отверстий конических капилляров 15 последних по ходу пара пластин 12 распределяется по поверхности гидрофильного материала 14 и под действием сил тяжести стекает на днище, образованное нижней крышкой 3, откуда выводится из конденсатора через патрубок 5, а несконденсировавшийся пар и газы (O, CO, N) выводятся через воздушный патрубок 6. При этом канавки 17 играют роль сборников конденсата с поверхности наружных пластин 12, который стекает по ним вниз, что также предотвращает покрытие всей поверхности этих пластин конденсатом, закупорке отверстий капилляров 15 жидкостью и прекращению процесса конденсации пара в них.
Количество пластин 12 в одной перегородке 7 принимают таким, чтобы обеспечить конденсацию большей части пара, поступившего в конические капилляры 15 первых по его ходу пластин 12. Ширина зазора 13 между пластинами 12 зависит от свойств жидкости и определяется опытным путем. Высоту буртиков 16 принимают равной ширине зазора 13, расстояние между ними по вертикали принимают из условия предотвращения заполнения полости нижеследующего участка зазора 13 конденсатом и определяется экспериментально. Размеры вертикальных и горизонтальных канавок 17 и их количество находят из условия предотвращения покрытия всей поверхности этих пластин конденсатом и также находят экспериментальным путем.
r1
Количество конденсата, транспортируемого с паром по коническим капиллярам 15 пластин 12 увеличивается по мере перемещения от одной пластины 12 к другой, а количество пара, соответственно, уменьшается. Аналогично этому количество тепла конденсации Q также уменьшается по мере перемещения парожидкостной смеси от одной пластины 12 к другой, так как энергия большей части этого тепла тратится на создание поверхности жидкости на гидрофильной поверхности 14 пластин 12, капиллярных сил, взаимное фазовое превращение и преодоление сил трения при перемещении парожидкостной смеси по капиллярам 15, в связи с чем предлагаемая конструкция пластинчатого капиллярного конденсатора позволяет проводить процесс конденсации пара без использования хладоагента.