Пластинчатый испаритель - RU2067275C1
Код документа: RU2067275C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в различных областях промышленности.
Известен пластинчатый испаритель (1), содержащий блок расположенных практически вертикально теплопередающих пластин с промежуточными пространствами между ними, каждое второе из которых образует испарительное пространство для, по крайней мере, частичного выпаривания жидкости, а остальные промежуточные пространства между пластинами образуют конденсационные пространства для, по крайней мере, частичной конденсации теплоизлучающего пара, и дополнительно содержащий уплотнительные средства, которые в верхних частях этих промежуточных пространств между пластинами, образующих испарительные пространства, образуют распределительные камеры, каждая из которых имеет несколько отдельных соединений с, по крайней мере, одним испарительным пространством, при этом теплопередающие пластины имеют сквозные отверстия, образующие в совокупности входной канал для выпариваемой жидкости, который проходит сквозь блок пластин и сообщается с распределительными камерами.
При этом теплоизлучающий пар переносится к различным конденсационным пространствам в блоке пластин таким же образом, как выпариваемая жидкость переносится к испарительным пространствам, т.е. сквозь канал, образованный расположенными в одну линию отверстиями в теплопередающих пластинах.
Перенос теплоизлучающего пара таким образом сквозь канал, проходящий через блок теплопередающих пластин, имеет несколько недостатков. Один из них состоит в том, что отверстия в теплопередающих пластинах должны быть очень значительными во избежании ненужного падения давления подаваемого пара, что означает, что много материала из пластин должно быть удалено. Другой недостаток заключается в том, что площадь ввода пара в каждое промежуточное пространство между пластинами, образующее конденсационное пространство, становится относительно малой, что создает нежелательное падение давления подаваемого пара. Третий недостаток заключается в том, что условия давления на входных отверстиях для пара к pазличным конденсационным пространствам в блоке пластин станут разными вдоль входного канала сквозь блок пластин. Это приводит к различным температурам в различным конденсационных пространствах, и все они поэтому не могут использоваться с такой же эффективностью.
Все эти недостатки можно исключить, если вместо этого теплоизлучающий пар вводить в конденсирующие пространства непосредственно из окружающего пространства блока пластин сквозь прорези, образованные между кромочными участками теплопередающих пластин.
Известен пластинчатый конденсатор, в котором подлежащий конденсации пар вводят в каждое второе промежуточное пространство между пластинами через пазы, образованные между кромочными участками пластин (2). В этом случае остальные промежуточные пространства между пластинами не образуют испарительных пространств, а узкие каналы для охлаждающей жидкости. Таким образом, эти каналы закрыты от окружающего пространства блока пластин с помощью прокладок, проходящих вдоль кромок пластин вокруг их периферии.
Целью изобретения является создание пластинчатого испарителя, в котором подлежащая выпариванию жидкость может быть эффективно распределена между различными испарительными пространствами в блоке пластин так же, как и внутри каждого испарительного пространства по всей поверхности теплопередающих пластин. Кроме того, предлагаются средства, необходимые для получения такого распределения жидкости.
Кроме того, целью изобретения является также создание устройства для распределения жидкости, которое упрощает и удешевляет изготовление пластинчатых испарителей данного типа и которое обеспечивает безопасную работу и простое обслуживание этого вида пластинчатых испарителей.
Эти цели могут быть достигнуты в пластинчатом испарителе вышеуказанного типа тем, что по крайней мере два уплотнительных средства размещены в верхней части каждого конденсационного пространства с интервалом относительно друг друга в горизонтальной плоскости, если смотреть вдоль теплопередающих пластин, при этом каждое из уплотнительных средств образует между теплопередающими пластинами передающую камеру, изолированную от сообщения с другими частями конденсационного пространства, а конденсационные пространства сообщены с окружающей средой блока пластин через зазоры, образованные между указанными уплотнительными средствами для приема сверху теплоизлучающего пара, причем теплопередающие пластины имеют сквозные отверстия, сообщающиеся с передающими камерами, для каждой из которых по крайней мере одно первое отверстие сообщает передающую камеру с распределительной камерой, и по крайней мере одно второе отверстие сообщает передающую камеру с испарительным пространством.
Можно достичь определенных выше целей изобретения, если каждая передающая камера между двумя теплопередающими пластинами сообщается с распределительной камерой через отверстие в одной из теплопередающих пластин и с испарительным пространством через отверстие в другой теплопередающей пластине. Однако, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения по крайней мере каждая вторая теплопередающая пластина имеет сквозные отверстия, выполненные попарно, при этом одно отверстие из пары отверстий сообщает передающую камеру с распределительной камерой, а другое отверстие сообщает ту же самую передающую камеру с испарительным пространством.
Если потребуется, каждая передающая камера может сообщаться с двумя различными распределительными камерами и одним или двумя разными испарительными пространствами, или только с одной распределительной камерой и с двумя разными испарительными пространствами.
Для распределения выпариваемой жидкости через ширину теплопередающих пластин в каждом испарительном пространстве распределительная камера в каждом втором промежуточном пространстве между пластинами может, если это будет признано необходимым, проходить только через одну половину ширины теплопередающих пластин, в то время как распределительные камеры в остальных промежуточных пространствах испарения между пластинами проходят через другую половину ширины теплопередающей пластины. Однако, предпочтительно каждая из распределительных камер проходит горизонтально через всю ширину теплопередающих пластин, т. е. между участками вертикальных кромок теплопередающих пластин, при этом ранее упомянутый входной канал для выпариваемой жидкости проходит через блок пластин практически в середине между вертикальными участками кромки.
Для достижения минимально возможного падения давления в линии связи с потоком теплоизлучающего пара в конденсационные пространства последние предпочтительно сообщаются с окружающей средой блок пластин вдоль вертикальных кромок так же, как и вдоль верхних горизонтальных кромок теплопередающих пластин.
На фиг. 1 представлены резервуар и пластинчатый теплообменник, размещенный в нем; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 сечение В-В через верхнюю часть пластинчатого теплообменика на фиг. 2 и 3; на фиг. 5 технологическая схема установки для получения пресной воды из морской воды.
На фиг. 1 показан замкнутый резервуар 1 в форме цилиндрического сосуда давления, снабженный торцевыми стенками и пластинчатым теплообменником, размещенным внутри резервуара. Пластинчатый теплообменник содержит две торцевые пластины 2 и 3 и блок теплопередающих пластин 4, которые зажаты обычным образом между торцевыми пластинами. Торцевые пластины 2 и 3 так же, как и теплопередающие пластины 4, опираются внутрь резервуара на раму (не показана) с тем, чтобы они были вытянуты вертикально. Дистанционные элементы, предпочтительно полученные прессованием в теплопередающих пластинах обычным образом, удерживают теплопередающие пластины на расстоянии одна от другой с тем, чтобы между пластинами были образованы промежуточные пространства, через которые протекали бы теплообменные текучие среды.
Горизонтальная перегородка 5 проходит внутри резервуара 1 вокруг всего пластинчатого теплообменника, с тем, чтобы она делила внутреннюю часть резервуара на верхнюю камеру 6 и на нижнюю камеру 7. Верхняя камера 6 имеет входное отверстие 8 для тепловыделяющего пара, а нижняя камера 7 имеет выпускное отверстие 9 для пара, который был ранее образован в пластинчатом теплообменнике. На своем днище резервуар 1 имеет дополнительное выпускное отверстие 10 из нижней камеры 7, которое предназначено для жидкости, которая ранее была туда подана, но не была выпарена в пластинчатом теплообменнике.
Через одну торцевую стенку резервуара проходят трубка 11 и две трубки 12, при этом указанная трубка 11 образует входное отверстие в пластинчатый теплообменник для выпариваемой в нем жидкости, а трубки 12 образуют выходные отверстия для конденсата, образованного в пластинчатом теплообменнике.
Между теплообмеными пластинами 4 размещены уплотнительные элементы различных видов. Они описаны ниже со ссылкой на фиг. 2 и 3.
На фиг. 2 показана одна сторона теплопередающей пластины 4. Теплопередающая пластина имеет удлиненную прямоугольную форму и выполнена в резервуаре 1 таким образом, чтобы ее длинные стороны были вытянуты вертикально, а ее короткие стороны были вытянуты горизонтально. Перегородка 5 проходит на определенном уровне в резервуаре 1 от каждой из длинных сторон передающих пластин 4 горизонтально к окружающей стенке резервуара 1.
На ее стороне (фиг. 2) теплопередающая пластина 4 имеет первую прокладку 13, проходящую вдоль кромки теплопередающей пластины кверху от уровня перегородки 5 по одной длинной стороне пластины, потом вдоль верхней короткой стороны пластины и вновь книзу вдоль другой длиной стороны пластины до уровня перегородки 5.
Уплотнение 13 (фиг. 2) проходит по длинным сторонам теплопередающей пластины горизонтально до соответствующих частей перегородки 5.
Второе уплотнение 14 вытянуто параллельно верхней короткой стороне теплопередающей пластины между вертикальными участками уплотнения 13 так, что область 15 верхней части теплопередающей пластины полностью ограничена уплотнения 13 и 14. Когда уплотнения 13 и 14 упираются в пластину (фиг. 2) так же, как и в смежную пластину в пластинчатом теплообменнике, будет образована закрытая, так называемая распределительная камера в промежуточном пространстве пластин в зоне 15, которая проходит по всей ширине теплопередающих пластин.
В области 15 теплопередающая пластина 4, как и все теплопередающие пластины в пластинчатом теплообменнике, имеет сквозное отверстие 16. Все отверстия 16 образуют входной канал через блок теплопередающих пластин 4, сообщающийся как с ранее указанным входным отверстием 11 (фиг. 1) для выпариваемой жидкости, так и с каждой из указанных распределительных камер.
В дополнение к отверстию 16 каждая теплопередающая пластина имеет в области 15 и вблизи от уплотнения 14 четыре меньших отверстия 17, распределенных по ширине пластины. Вертикально под каждым из отверстий 17 на противоположной стороне уплотнения 14 имеется дополнительное небольшое сквозное отверстие 18. Вблизи от большого отверстия 16, но под уплотнением 14, имеются два небольших сквозных отверстия 19.
Каждая теплопередающая пластина имеет на своем нижнем углу два сквозных отверстия 20 и 21, которые на боковой поверхности пластины (фиг. 2), окружены соответственно двумя кольцевыми уплотнениями 22 и 23. Отверстия 20 и 21 в теплопередающих пластинах образуют два канала сквозь блок пластин, которые сообщаются с выходными отверстиями 12 пластинчатого теплообменника для жидкости, которая была сконденсирована, но которые закрываются уплотнениями 22 и 23, соответственно, от соединения с промежуточными пространствами между пластинами, в которых эти уплотнения размещены.
На фиг. 3 показана одна боковая сторона теплопередающей пластины 4, которая предназначена для установки позади теплопередающей пластины согласно фиг. 2. Как можно видеть, пластина на фиг. 3 имеет на своей верхней части относительно широкое отвеpстие 16 и существенно меньшие отверстия 17, 18 и 19. Пластина на фиг. 3 также имеет сквозные отверстия 20 и 21 в своих нижних углах. В связи с этим пластины на фиг. 2 и 3 являются, таким образом, одинаковыми. Пластина согласно фиг. 3, однако, имеет иное расположение уплотнений, чем пластина на фиг. 2.
В верхней части пластины на фиг. 3 отверстие 16 и два небольших отверстия 19 окружены первым уплотнением 24. Кроме того, в верхней части пластины имеется четыре горизонтально смещенных друг от друга уплотнения 25. Каждое из них охватывает небольшую область пластины, в которой располагаются как одно отверстие 17, так и одно отверстие 18.
В нижней части пластины на фиг. 3 уплотнение 26 проходит вдоль кромки пластины книзу от уровня перегородки 5 на одной длинной боковой стороне пластины, потом вдоль нижней короткой боковой стороны пластины и вновь кверху вдоль другой длинной боковой стороны пластины до уровня перегородки 5. Уплотнение 26 проходит на уровне перегородки 5 горизонтально до соответствующих участков перегородки 5. Отверстия 20 и 21 на нижних углах пластины размещены внутри, т.е. выше, уплотнения 26.
На фиг. 4 показано сечение через верхние части ряда теплопередающих пластин, причем это сечение взято вдоль линии IV-IV на фиг. 2 и вдоль соответствующей линии IV-IV на фиг. 3.
В каждом втором промежуточном пространстве между пластинами на фиг. 4 показано сечение через верхнюю часть уплотнения 13 (фиг. 2) и сечение через уплотнение 14 (фиг. 2). Между уплотнениями 13 и 14 образована в каждом таком промежуточном пространстве между пластинами распределительная камера 27, которая проходит через всю ширину теплопередающих пластин 4. Распределительная камера 27 сообщается с каналом сквозь блок пластин, который образован отверстиями 16 в пластинах.
Ниже уплотнения 14 в каждом из этих промежуточных пространств между пластинами образовано испарительное пространство 28, в котором жидкость должна выпариваться. Каждое испарительное пространство 28 закрыто от связи с верхней камерой 5 в резервуаре 1 вертикальными частями уплотнения 13 (фиг. 2), но сообщается с нижней камерой 7 в резервуаре 1 сквозь пазы между кромками теплопередающих пластин вдоль нижних частей длинных сторон пластин так же, как и вдоль нижних коротких сторон пластин. Это иллюстрируется с помощью стрелок на фиг. 2.
В каждом из остальных промежуточных пространств между пластинами на фиг. 4 показано сечение через уплотнение 25 (фиг. 3), которое вместе с обеими теплопередающими пластинами, которые оно уплотняет, образует передающую камеру 29. Снаружи от уплотнения 25 в промежуточном пространстве между обеими теплопередающими пластинами образовано конденсирующее пространство 30. Конденсирующее пространство 30 сообщается с верхней камерой 6 в резервуаре 1 через прорези между обеими теплопередающими пластинами вдоль верхних коротких боковых сторон последних, так же как и вдоль верхних частей их длинных боковых сторон. Это иллюстрируется с помощью стрелок на фиг. 3. Таким образом пар в камере 6 может течь в каждое конденсирующее пространство 30 как от обеих боковых сторон блока пластин, так и сверху через промежуточные пространства между смежными уплотнениями 25.
Каждое конденсационное пространство 30 закрыто уплотнением 26 (фиг. 3) от сообщения с нижней камерой 7 в резервуаре 1.
Все промежуточные пространства между пластинами, образующие конденсационные пространства 30, также как и верхняя камера 6 в резервуаре 1, закрыты уплотнениями 24 (фиг. 3) от сообщения с каналом сквозь блок пластин, который образован отверстиями 16 в теплопередающих пластинах.
Как изображено стрелками на фиг. 4, каждая распределительная камера 27 сообщается через противолежащие отверстия 17 в двух смежных теплопередающих пластинах с двумя передающими камерами 29. Через противолежащие отверстия 18 в тех же самых теплопередающих пластинах обе указанные передающие камеры 29 сообщаются с испарительным пространством 28, которое образовано между обеими теплопередающими пластинами. Отверстия 18 имеют несколько большую площадь протока, чем отверстия 17.
Пластинчатый испаритель (фиг. 1 4) работает следующим образом.
Подлежащую выпариванию жидкость перекачивают в подогретом состоянии через входную трубу 11 (фиг. 1) в канал сквозь блок теплопередающих пластин, который образован отверстиями 16 в пластинах. Из этого канала жидкость далее вытекает в разные распределительные камеры 27 (фиг. 4), которые проходят по всей ширине теплопередающих пластин (см. область 15 на фиг. 2). Из распределительных камер 27 жидкость течет сквозь отверстия 17 в пластинах в различные передающие камеры 29 и затем через отверстия 18 наружу в испарительные пространства 28. Одновременно жидкость течет в испарительные пространства 28 непосредственно через отверстия 19 из промежуточных пространств между пластинами, в которых уплотнения 24 (фиг. 3) охватывают отверстия 16 и отверстия 19. В испарительных пространствах 28 жидкость затем бежит книзу тонкими слоями вдоль теплообменных пластин, покрывая их противолежащие поверхности.
Одновременно в верхнюю камеру 6 в резервуаре 1 через входное отверстие 8 подается теплоизлучающий пар, который течет в конденсационные пространства 30 через пазы между кромками теплопередающих пластин, как изображено на фиг. 3. Пар-источник тепла конденсируется в конденсационных пространствах 30 после его контакта с теплопередающими пластинами, которым он таким образом отдает тепло. Это тепло приводит к испарению жидкости, текущей книзу вдоль противолежащих сторон пластин в испарительных пространствах 28. Пар, образовавшийся в испарительных пространствах 28, уходит и вытекает в нижнюю камеру 7 резервуара 1 как сбоку, так и вниз, как изображено с помощью стрелок на фиг. 2. Полученный пар выходит из камеры 7 через выходное отверстие 9, в то время как неиспарившаяся жидкость собирается в донной части резервуара и выводится непрерывно или с промежутками через донное выпускное отверстие 10 (фиг. 1).
Конденсат, образованный паром-источником тепла в конденсационном пространстве 30, течет книзу вдоль теплопередающих пластин и выходит из конденсационных пространств чрез оба канала, образованных отверстиями 20 и 21 в нижних частях теплопередающих пластин. Эти каналы закрыты от сообщения с испарительными пространствами 28 с помощью уплотнений 22 и 23 (фиг. 2). Таким же образом неконденсированные части пара-источника тепла покидают конденсационные пространства 30 через указанные каналы и выводятся вместе с конденсатом через выходные отверстия 12 (фиг. 1).
Как упомянуто ранее, отверстия 18 несколько больше, чем отверстия 17. Размеры отверстий выбраны так, что во время работы аппарата получают частичное испарение испаряющейся жидкости, когда жидкость проходит через отверстия 17. Отверстия 18 выполнены достаточно широкими, чтобы давление пара, которое будет преобладать в передающих камерах 29, не превысило давление пара в паре-источнике тепла в конденсационных пространствах 30. Цель этого заключается в обеспечении того, чтобы при возможной утечке за уплотнениями 25 такая утечка была направлена в передающие камеры 29, а не из этих камер. В частности, если аппарат согласно изобретению используют для получения пресной воды из морской воды, в частности, лучше, если пар вытекает в морскую воду, чем если морская вода затекает в пресную воду.
В варианте выполнения теплопередающих пластин 4 (фиг. 2 и 3) каждая пластина имеет отверстия 17 19 на обеих сторонах (как влево, так и вправо) от отверстия 16. При необходимости отверстия 17 19 могут быть исключены в каждой второй пластине на стороне отверстия 16, а в остальных пластинах на другой стороне их отверстия 16. В качестве альтернативы отверстия 17 могут быть исключены в каждой второй пластине на стороне отверстия 16, а отверстия 18 и 19 могут быть исключены на другой стороне отверстия 16, в то время как в каждой из остальных пластин отверстия 17 могут быть исключены на указанной другой стороне, а отверстия 18 и 19 могут быть исключены на указанной одной стороне от отверстия 16. Даже в этих случаях жидкость будет распределяться через всю ширину пластин в каждом из испарительных пространств 28.
Выше было предложено, чтобы уплотнительные элементы, размещенные между теплопередающими пластинами, были выполнены в виде уплотнений из эластичной резины или пластмассы, относящихся к типу уплотнений, обычно используемых в соединении с теплопередающими пластинами из тонкого прессованного металлического листа. Разумеется, любые другие подходящие типы уплотнительных элементов могут быть использованы. В качестве уплотнительных элементов также могли бы быть выбраны элементы постоянной связи теплопередающих пластин вдоль линий, которые показывают на фиг. 2 и 3, как проходят различные уплотнения. Теплопередающие пластины могут быть получены прессованием таким образом, чтобы они упирались друг в друга вдоль этих линий в соответствующих промежуточных пространствах между пластинами, так, чтобы облегчить герметизацию между пластинами и, возможно, взаимосвязь между ними.
Благодаря конструкции вышеописанного аппарата получают минимально возможное падение давления для рабочих паров при их входе в пластинчатый теплообменник, и, соответственно, при их выходе из него. Это делает аппарат эффективным и недорогим в работе.
На фиг. 5 показана технологическая схема установки, в которую включен описанный аппарат. Эта установка предназначена для получения пресной воды из морской воды. Таким образом, на фиг. 5 показан резервуар 1 с его входным отверстием 8 для пара-источника тепла, его входным отверстием 11 для выпариваемой жидкости, т.е. морской воды, с его выходным отверстием 9 для выработанного пара, с его выходным отверстием 10 для концентрированной жидкости, т. е. морской воды, которая не была выпарена, так называемого рассола, и с его выпускным отверстием 12 для конденсата, т.е. пресной воды, и неконденсированных частей пара-источника тепла.
Морскую воду перекачивают с помощью насоса 31 в установку. После насоса 31 морскую воду разделяют в точке 32 на два потока-разветвления. Один проходит через теплообменник 33, а другой через теплообменник 34. Разветвленные потоки затем соединяют в точке 35 и далее перекачивают через другой теплообменник 36 ко входу 11 резервуара 1. Образовавшийся пар, выходящий из резервуара через выходное отверстие 9, перемещается через компрессор 37 ко входному отверстию 8 для пара-источника тепла. В качестве компрессора может служить обычный вентилятор высокого давления.
Так называемый рассол, т.е. морская вода, которая не была выпарена в резервуаре 1, перекачивается с помощью насоса 38 из резервуара 1 через его выпускное отверстие 10 в дне и разделяется в точке 39 на два разветвленных потока. Один разветвленный поток возвращают ко входному отверстию 11 для подлежащей выпариванию жидкости, в то время как другой разветвленный поток перекачивают с помощью насоса 40 через теплообменник 33 и из установки. В теплообменнике 33 этот разветвленный поток передает часть своего тепла к одному из разветвленных потоков поступающей морской воды.
Смесь пресной воды, т.е. конденсат из пара-источника тепла, подаваемый через впускное отверстие 8, и несконденсированные остатки этого пара удаляются из резервуара 1 через выпускное отверстие 12. В разделителе 41 газообразные части смеси отделяются и с помощью вакуумного насоса 42 они всасываются через теплообменник 36 и из установки. В теплообменнике 36 они выделяют часть своего тепла к уже частично подогретой поступающей морской воде.
Пресная вода перекачивается из разделителя 41 с помощью насоса 43 через теплообменник 34 и из установки. В теплообменнике 34 пресная вода выделяет часть своего тепла разветвленному потоку поступающей морской воды.
В описываемой установке поступающую морскую воду предпочтительно предварительно подогревают почти до температуры, соответствующей ее температуре кипения при давлении испарения, которое должно присутствовать в испарительных пространствах пластинчатого теплообменника. В частности, морская вода может быть предварительно подогрета так, чтобы она имела температуру в 55oС во впускном канале 11 резервуара. Полученный пар в выпускном отверстии 9 резервуара может иметь температуру, только незначительно превышающую 55oC, и давление в частности 0,15 бар. После этого пар может быть сжат до давления во впускном канале 8 резервуара и в камере 6 примерно 0,19 бар и температуры примерно 59oC. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4
Реферат
Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: в пластинчатом испарителе каждое второе промежуточное пространство между пластинами 4 образует испарительное пространство 28, в котором испаряемая жидкость распределяется по ширине пластин 4, в то время как остальные промежуточные пространства между пластинами 4 образуют конденсационные пространства между пластинами 4 образуют конденсационные пространства 30 для тепловыделяющего пара. Распределительная камера 27 образована внутри самой верхней части каждого промежуточного пространства между пластинами 4, образующего испарительное пространство 28. Эта распределительная камера 27 проходит через всю ширину пластин 4 и сообщается со входным каналом для жидкости, проходящим через блок пластин 4 и образованным расположенными в одну линию отверстиями в пластинах 4. В верхней части каждого конденсационного пространства 30 размещено несколько уплотнительных средств 25, расположенных с интервалом относительно друг друга. Каждое уплотнительное средство образует вместе с обеими смежными пластинами 4 передающую камеру 29, которая закрыта от сообщения с конденсационным пространством 30, но через небольшие отверстия 17, 18 в пластинах 4 сообщается с, по крайней мере, одной распределительной камерой 27 и одним испарительным пространством 28. Тепловыделяющий пар может затекать в каждое конденсационное пространство 30 сверху через зазоры, выполненные между горизонтально смешенными между собой уплотнительными средствами 25. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
