Патент на изобретение №2341747

(54) ПЛЕНОЧНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ А.Д. КОРНЕЕВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к вертикальным пленочным теплообменным аппаратам, и может быть использовано в микробиологической, химической и медицинской отраслях промышленности для отвода тепла в процессах биосинтеза в биореакторах. Задачей изобретения является повышение коэффициента теплопередачи за счет обеспечения более равномерного образования пленки по всей длине теплопередающего канала. Поставленная задача решается за счет того, что в пленочном теплообменном аппарате, содержащем теплообменное устройство, подключенное к патрубкам подвода и отвода охлаждающей воды, снабженное пленкообразователями, установленными под патрубком подвода воды, и заключенное в емкость, заполненную рабочей средой с расположенным в ее нижней части аэратором, теплообменное устройство образовано соосно размещенными обечайками, образующими между собой закрытый с торцов кольцевой канал с теплопередающими стенками, которыми являются обечайки, а пленкообразователи установлены в кольцевом канале друг под другом с зазором относительно теплопередающих стенок и выполнены в виде размещенных под углом друг к другу кольцевых пластин с образованием кольцевого элемента в сечении V-образной формы с вершиной, направленной навстречу потоку воды, при этом первый по ходу потока воды пленкообразователь выполнен со сквозными переливными отверстиями, размещенными на вершине кольцевого элемента, и содержит уравнительные каналы, образованные боковыми и нижней стенками, причем нижняя стенка этих каналов расположена вблизи нижнего основания V-образного кольцевого элемента. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к вертикальным пленочным теплообменникам, и может быть использовано в микробиологической, химической и медицинской отраслях промышленности для отвода тепла в процессах биосинтеза в биореакторах.

Известен теплообменный аппарат пленочного типа, включающий вертикальный корпус, содержащий теплопередающий канал, подключенный к патрубкам подвода и отвода охлаждающей воды, в верхней части которого под патрубком подвода охлаждающей воды установлены конусные пленкообразователи (см., например, пат. РФ 2053290, публ. 27.01.1996). Недостатком известного устройства являются низкие значения коэффициента теплопередачи из-за возможности перелива хладагента внутрь пленочного распределителя. При этом перелившийся хладагент просто “проваливается” по центру теплопередающей трубы и не принимает участия в процессе теплосъема, что уменьшает суммарный коэффициент теплопередачи и приводит к увеличению расхода хладагента.

Наиболее близким по достигаемому результату и технической сущности к предлагаемому устройству является теплообменный аппарат, включающий емкость, заполненную рабочей средой с размещенным в ее нижней части аэратором, и вертикально установленное в емкости теплообменное устройство, подключенное к патрубкам подвода и отвода охлаждающей воды и снабженное пленкообразователями, установленными в верхней части под патрубком подвода воды (см., например, а.с. СССР 1000717, публ. 28.02.1983).

Недостатком данного устройства также являются низкие значения коэффициента теплопередачи из-за неравномерного распределения жидкости при засорении каналов в случае использования загрязненной жидкости.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение коэффициента теплопередачи за счет обеспечения более равномерного образования пленки по всей длине теплопередающего канала.

Поставленная задача решается за счет того, что в пленочном теплообменном аппарате, содержащем теплообменное устройство, подключенное к патрубкам подвода и отвода охлаждающей воды, снабженное пленкообразователями, установленными под патрубком подвода воды и заключенное в емкость, заполненную рабочей средой с расположенным в ее нижней части аэратором, теплообменное устройство образовано соосно размещенными обечайками, образующими между собой закрытый с торцов кольцевой канал с теплопередающими стенками, которыми являются обечайки, а пленкообразователи установлены в кольцевом канале друг под другом с зазором относительно теплопередающих стенок и выполнены в виде размещенных под углом друг к другу кольцевых пластин с образованием кольцевого элемента в сечении V-образной формы с вершиной, направленной навстречу потоку воды, при этом первый по ходу потока воды пленкообразователь выполнен со сквозными переливными отверстиями, размещенными на вершине кольцевого элемента, и содержит уравнительные каналы, образованные боковыми и нижней стенками, причем нижняя стенка этих каналов расположена вблизи нижнего основания V-образного кольцевого элемента.

Величина зазора, образованного нижним пленкообразователем с теплопередающими стенками, превышает величину зазора, образованного верхним пленкообразователем.

Пленкообразователи размещены в корпусе в горизонтальной плоскости относительно его вертикальной оси.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид пленочного теплообменного аппарата.

На фиг.2 изображен продольный разрез верхней части теплообменного устройства.

На фиг.3 изображено расположение пленкообразователей в кольцевом канале.

На фиг.4 изображены отверстия в пленкообразователях.

Пленочный теплообменный аппарат содержит теплообменное устройство, подключенное к патрубкам 1 и 2 соответственно подвода и отвода охлаждающей воды, снабжено пленкообразователями 3 и 4, установленными под патрубком 1 подвода воды, встроено в емкость 5, заполненную рабочей средой с расположенным в ее нижней части аэратором 6, и образовано соосно размещенными обечайками 7 и 8, образующими между собой закрытый с торцов кольцевой канал 9 с теплопередающими стенками, которыми являются обечайки 7 и 8, а пленкообразователи 3 и 4 установлены в кольцевом канале 9 друг под другом с зазором относительно теплопередающих стенок и выполнены в виде кольцевых пластин, размещенных под углом друг к другу и соединенных между собой с образованием кольцевого элемента в сечении V-образной формы с вершиной, направленной навстречу потоку воды, при этом первый по ходу потока воды пленкообразователь 3 выполнен со сквозными переливными отверстиями 10, размещенными на вершине кольцевого элемента, и содержит уравнительные каналы 11, образованные боковыми 12 и нижней 13 стенками, причем нижняя стенка этих каналов расположена вблизи нижнего основания V-образного кольцевого элемента.

Величина зазора b₂, образованного нижним пленкообразователем с теплопередающими стенками, превышает величину зазора b₁, образованного верхним пленкообразователем.

Пленкообразователи размещены в корпусе в горизонтальной плоскости относительно его вертикальной оси.

Работает пленочный теплообменный аппарат следующим образом.

Для отвода тепла из рабочей емкости 5 через патрубок подвода 1 кольцевой канал 9 теплообменного аппарата над пленкообразователями 3 и 4 подается охлаждающая вода. Далее через уравнительные каналы 11 жидкость равномерно распределяется с обеих сторон верхнего пленкообразователя 3 и через зазор b₁ стекает по теплопередающим стенкам канала 9, реализуя предварительное равномерное по периметру смачивание охлаждающей жидкостью теплопередающих поверхностей. Величина зазора b₁ при этом не превышает 1-2 мм и образующаяся жидкостная пленка, гравитационно стекающая в нижнюю часть теплообменного аппарата, самотеком вытекает из него.

При увеличении расхода охлаждающей жидкости другая часть потока попадает в сквозные переливные отверстия 10 и далее на нижний пленкообразователь 4 и отбивается от его боковых пластин к теплопередающим стенкам обечаек, равномерно распределяясь по уже смоченной поверхности. Это позволяет избежать появления «салитонов» – волновых образований на стекающей жидкостной пленке, не принимающих участия в теплообмене. Так как величина зазора b₂ между вторым пленкообразователем и теплопередающими стенками канала превышает величину вышерасположенного зазора b₁ первого пленкообразователя, то даже в случае забивки узкого зазора b₁ работоспособность теплообменного аппарата не нарушается, т.к. охлаждающая вода, попадая в сквозные переливные отверстия 10, попадает на нижний пленкообразователь и далее, соответственно, в зазор b₂, превосходящий по размерам вышерасположенный зазор b₁, и самотеком стекает вниз.

Уравнительные каналы 11 позволяют добиться равенства жидкостных потоков по обе стороны пленкообразователей внутри кольцевого канала 9.

Установка пленкообразователей в горизонтальной плоскости позволяет достичь равномерного распределения охлаждающей жидкости по всему периметру кольцевого канала 9.

Теплообмен к жидкостной пленке внутри теплообменного устройства является высокоинтенсивным. Увеличение же интенсивности теплообмена с наружной стороны теплообменного устройства достигается за счет создания организованной циркуляции вокруг него путем подачи воздуха в аэратор 6 в нижней части объема, занимаемого внутренней обечайкой теплообменного аппарата.

Таким образом, описываемая конструкция пленочного теплообменного аппарата позволяет гарантированно сформировать жидкостную пленку, улучшить распределение жидкости по его поверхности теплопередающих стенок и благодаря этому интенсифицировать процесс теплообмена.

Формула изобретения

1. Пленочный теплообменный аппарат, содержащий теплообменное устройство, подключенное к патрубкам подвода и отвода охлаждающей воды, снабженное пленкообразователями, установленными под патрубком подвода воды, и заключенное в емкость, заполненную рабочей средой с расположенным в ее нижней части аэратором, отличающийся тем, что теплообменное устройство образовано соосно размещенными обечайками, образующими между собой закрытый с торцов кольцевой канал с теплопередающими стенками, которыми являются обечайки, а пленкообразователи установлены в кольцевом канале друг под другом с зазором относительно теплопередающих стенок и выполнены в виде размещенных под углом друг к другу кольцевых пластин с образованием кольцевого элемента в сечении V-образной формы с вершиной, направленной навстречу потоку воды, при этом первый по ходу потока воды пленкообразователь выполнен со сквозными переливными отверстиями, размещенными на вершине кольцевого элемента, и содержит уравнительные каналы, образованные боковыми и нижней стенками, причем нижняя стенка этих каналов расположена вблизи нижнего основания V-образного кольцевого элемента.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что величина зазора, образованного нижним пленкообразователем с обечайками, превышает величину зазора, образованного верхним пленкообразователем.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что пленкообразователи размещены в корпусе в горизонтальной плоскости относительно его вертикальной оси.

РИСУНКИ