ТЕРМОСИФОННЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ
THERMOSYPHON HEAT EXCHANGE DEVICE

Изобретение относится к термосифонным теплообменным аппаратам, которые могут использоваться в качестве теплообменников, холодильников, регуляторов температуры, конденсаторов и испарителей в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения, а холодильники для охлаждения (водой или другим нетоксичным, непожаро- и невзрывоопасным хладагентом) жидких и газообразных сред.
Известен теплообменный аппарат по патенту RU 954779 A, F28D 15/02, 30.08.1982, содержащий нижнюю часть - зону нагрева и испарения и верхнюю часть - зону охлаждения и конденсации, корпус с теплоизолированными стенками и патрубками для ввода и вывода обогреваемого раствора (прототип).
Недостатком известного теплообменника является невысокая надежность и большие эксплуатационные затраты.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является теплообменник для подогрева жидкости, содержащий нижнюю часть - зону нагрева и испарения и верхнюю часть - зону охлаждения и конденсации, корпус с теплоизолированными стенками и тремя патрубками для ввода и вывода обогреваемого раствора, продольно-оребренную трубу, находящуюся в смесительной камере топки, манометр, предохранительный клапан и кран для залива теплоносителя, линию компенсации избыточного давления для залива теплоносителя при работающем аппарате, оснащенную вентилем, и расширитель с патрубком для вывода раствора в циркуляционный контур (RU 2473856 C1, F28D 7/00, F28D 15/02, 27.01.2013).
Недостатком известного теплообменного аппарата является сравнительно невысокая эффективность его работы, а также высокая стоимость и сложность изготовления.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности и экономичности работы аппарата, а также упрощение процесса изготовления.
Это достигается тем, что термосифонный теплообменный аппарат, содержащий нижнюю часть - зону нагрева и испарения и верхнюю часть - зону охлаждения и конденсации, корпус с теплоизолированными стенками и тремя патрубками для ввода и вывода обогреваемого раствора, продольно-оребренную трубу, находящуюся в смесительной камере топки, манометр, предохранительный клапан и кран для залива теплоносителя, линию компенсации избыточного давления для залива теплоносителя при работающем аппарате, оснащенную вентилем, и расширитель с патрубком для вывода раствора в циркуляционный контур, содержит оребренную трубу, которая, выходя из топки, переходит в теплообменник, состоящий из трубы большего диаметра (выходящей из оребренной трубы) и выходящих из нее четырех продольно-оребренных труб одинакового диаметра, наклонных под углом 60-80°, причем трубы расположены перпендикулярно друг к другу.
На фиг.1 изображен общий вид теплообменного аппарата, на фиг.2 представлен продольный разрез термосифонной части теплообменного аппарата, на фиг.3 представлен разрез А-А фиг.2; на фиг.4 представлен разрез Б-Б фиг.2; на фиг.5 изображен разрез В-В фиг.1.
Термосифонный теплообменный аппарат, являясь герметично закрытым теплообменником, содержит нижнюю часть 1 - зону нагрева и испарения и верхнюю часть 2 - зону охлаждения и конденсации, корпус 6 с теплоизолированными стенками и патрубками 7 и 8 соответственно для ввода и вывода обогреваемого раствора. В нижней части 1 теплообменного аппарата размещена продольно оребренная труба 3, находящаяся в смесительной камере топки 16, при этом оребренная труба 3, выходя из топки 16, переходит в теплообменник, который состоит из корпуса 6, трубы 4, большего диаметра, чем оребренная труба 3, выходящих из трубы 4 четырех наклонных под углом 60-80° труб 5, расположенных перпендикулярно друг к другу, причем стенки корпуса 6 теплоизолированы теплоизоляционным материалом, например пенофолом. Корпус 6 имеет четыре патрубка: патрубок 7 для ввода обогреваемого раствора, патрубок 8 для вывода обогреваемого раствора в дальнейший производственный процесс, патрубок 9 в нижней части корпуса 6, предназначенный для опорожнения емкости корпуса 6, и расширитель 10 с патрубком 11 для вывода раствора в циркуляционный контур (не показан). Кроме того, аппарат оснащен манометром 13, предохранительным клапаном 12 и краном 14 для залива теплоносителя и имеет линию 15 компенсации избыточного давления для залива теплоносителя при работающем аппарате, снабженную вентилем.
Термосифонный теплообменный аппарат работает следующим образом.
Находящаяся в смесительной камере топки 16, в зоне нагрева и испарения теплообменного аппарата, оребренная труба 3 заполняется водой (около 11 л). Под действием высоких температур (около 600°С) в смесительной камере топки 16 вода нагревается, закипает и превращается в пар (испаряется). При этом она поглощает большое количество теплоты (теплота парообразования), которое переносится паром к другой, более холодной, части 2 теплообменного аппарата в зону охлаждения и конденсации, где пар конденсируется и отдает поглощенную теплоту обогреваемому раствору. Далее сконденсированная жидкость опять возвращается в зону нагрева и испарения. Благодаря тому, что трубы 5 расположены под наклоном и в зоне конденсации отсутствуют горизонтальные участки, не создается застойных зон конденсата. Раствор непрерывно поступает в корпус 6 через патрубок 7 и далее либо отбирается в процесс через патрубок 8, либо возвращается в обратную линию циркуляционного контура через расширитель 10 и патрубок 11. Конструкция верхней части теплообменного аппарата позволяет равномерно обогревать раствор, не прибегая к принудительному перемешиванию, при этом теплообменный аппарат работает в экономичном режиме, т.к. за счет компактной конструкции нижней части перекрывает поток газа лишь на 3%, не создавая тем самым ощутимых препятствий для прохождения газа в сушилку и не влияя на расход газа.
Термосифонный теплообменный аппарат представляет собой аппарат, совмещающий в себе собственно герметично закрытый теплообменник - термосифон, заполняемый дистиллированной водой; и емкость для нагрева рабочих растворов до температуры кипения, работающую в проточном режиме.
В рабочем режиме установки температурный напор в нижней части теплообменника составляет 420÷480°C, в верхней части 40÷60°C.
Производительность по теплопереносу составляет 90÷100 кВт.
Таким образом, конструкция заявленного термосифонного теплообменного аппарата позволяет повысить эффективность и экономичность его работы и упростить процесс его изготовления.