HU206408B

HU206408B - Horizontally arranged condenser for liquefying vapours of cooling apparatuses

Info

Publication number: HU206408B
Application number: HU26688A
Authority: HU
Inventors: Jozsef Kertesz
Original assignee: Energiagazdalkodasi Intezet
Priority date: 1988-01-25
Filing date: 1988-01-25
Publication date: 1992-10-28
Also published as: PL277348A1; DE3901493A1; HUT49694A; DD278638A5

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rohrbuendelkondensator mit erhoehtem Waermeuebertragungsfaktor zum Verfluessigen von Daempfen, der gekuehlte Roehren enthaelt, die in einem mittels einem Mantel und Roehrenwaenden begrenzten Dampfraum angeordnet sind und der ueber Anschlussstutzen fuer die Dampfeinfuehrung, die Fluessigkeitsabfuehrung und die Abfuehrung von nicht kondensierbaren Gasen verfuegt. Erfindungsgemaess sind in dem Dampfraum des Kondensators Ablenkplatten entweder parallel, oder senkrecht zu den gekuehlten Roehren eingebaut. Fig. 3The invention relates to a Rohrbuendelkondensator with increased heat transfer factor for liquefaction of Daempfen, the cooled tubes contained, which are arranged in a limited by a jacket and Roehrenwaenden steam room and over the connecting piece for steam introduction, the Fluentigkeitsabfuehrung and the removal of non-condensable gases. According to the invention, baffles are installed in the vapor space of the condenser either parallel or perpendicular to the cooled tubes. Fig. 3

Description

A találmány tárgya fekvő elrendezésű kondenzátor hűtőberendezések gőzeinek cseppfolyósítására, amelynek fajlagos hőteljesítménye (hőátadást tényezője) az ismert csőköteges kondenzátorokhoz képest jelentősen nagyobb.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a liquefied condenser for liquefying vapors of refrigeration equipment having a specific heat output (heat transfer coefficient) significantly higher than that of known tubular capacitors.

A csőköteges kondenzátorokat - mint ismeretes - az ipar számos területén, a legkülönbözőbb anyagok gőzeinek hűtéssel való cseppfolyósítására alkalmazzák. Példaként említjük, hogy a hűtőberendezéseknél az elpárologtatott hűtőközeg cseppfolyósítását, miután a kompresszor azt nagyobb nyomásra sűríti, vízhűtésű csőköteges kondenzátorban végzik.Batch condensers are known to be used in many industries to liquefy the vapors of a variety of materials by cooling. By way of example, in refrigerating equipment, liquefaction of the evaporated refrigerant, after it is compressed by a compressor, is carried out in a water-cooled tubular condenser.

Az ismert csőköteges kondenzátorok kapcsolási elrendezését és működési módját leírásunk további részében az 1. és 2. ábra kapcsán fogjuk részletesebben ismertetni. E helyütt röviden azt említjük, hogy a cseppfolyósítandó gőz belépő csonkon át jut egy gőztérbe, ahol csőfalakba erősített, vízzel hűtött csövek felületére csapódik le. A lecsapódott folyadék a csövekről lecsöpögve a gőztér burkolatának alján gyűlik össze, majd onnan egy kilépő csonkon át távozik. A hűtővíz a berendezés ún. vízfedelének belépő csonkján lép be, és a vízfedélbe épített terelőlemezek útján irányítva áramlik át a csöveken, miközben felmelegszik, majd a vízfedél kilépő csonkján át távozik. A berendezés rendelkezik a nemkondenzálódó gázok eltávolítására szolgáló csonkkal is. A cseppfolyósításhoz szükséges hőelvonás a gőztéren átvezetett csövek falán keresztül történik. A hőteljesítmény a csövek felületétől, a hőmérsékletkülönbségtől és a hőátbocsátási tényezőtől függ. A hőátbocsátási tényező ismert, alább megadott összefüggésből számítható.The circuit arrangement and mode of operation of the known tubular capacitors will be described in more detail below with reference to Figures 1 and 2. Here, it is briefly mentioned that the vapor to be liquefied enters a vapor space through an inlet, where it condenses on the surface of water-cooled pipes mounted in tubular walls. The condensed liquid gathers from the pipes and collects at the bottom of the vapor chamber cover and exits through an outlet. Cooling water is the so-called cooling system. it enters at the inlet of the water cover and flows through the pipes through the baffles built into the water cover as it heats up and then exits through the outlet of the water cover. The unit also has a manifold for removing non-condensable gases. The heat necessary for liquefaction is carried out through the wall of the pipes passing through the steam chamber. The heat output depends on the surface of the pipes, the temperature difference and the heat transfer coefficient. The heat transfer coefficient is known from the following equation.

A továbbiakban néhány olyan szakirodalmi forrást említünk, amelyek a hűtőberendezéseknél használt csőköteges kondenzátorok korszerű kiviteleit ismertetik, és egyben megadják azok ún. „k” tényezőit, amely „k” tényező a hőteljesítmény számításához szükséges.Reference is made hereafter to a number of references in the literature which describe the state-of-the-art embodiments of tubular capacitors used in refrigeration equipment, as well as their so-called prior art designs. 'K', which is the 'k' factor needed to calculate the heat output.

a) MAAKE-ECKERT: Pohlmann Taschenbuch dér Káltetechnik, Verlag C. F. Müller, 1978, 7.5.2.1 fej., 281-282. old.a) MAAKE-ECKERT: Pohlmann Taschenbuch dér Káltetechnik, Verlag C.F. Müller, 1978, Chapter 7.5.2.1, pp. 281-282. p.

b) H. L. von CUBE: Lehrbuch dér Káltetechnik, Verlag C. F. Müller, 1981, Bánd 1,4.3.1.1 fej., 36. old.(b) H.L. von CUBE: Lehrbuch Dér Káltetechnik, Verlag C.F. Müller, 1981, Bánd Chapter 1.4.3.1.1, p.

c) DVORAK-CERVENKA: Ipari hűtőberendezések, Műszaki Könykiadó, 1964,145-152. old.(c) DVORAK-CERVENKA: Industrial Refrigeration Equipment, Technical Book Publisher, 1964,145-152. p.

Az ismert csőköteges kondenzátorok konstrukciójának hátránya, hogy a gőzbevezető csonkon belépő gőz sebessége a kondenzáló térben nagymértékben lecsökken, a kondenzáló csőfelületek mentén egyes pontokban az áramlási sebesség megközelíti a nulla értéket. Ennek következménye, hogy egyrészt a nemkondenzálódó gázok vastag rétegben tapadnak a csőfelületekre, másrészt, hogy a nemkondenzálódó gázok koncentrációja (parciális nyomása) is igen nagy a gőztérben, ennek következtében a nemkondenzálódó gázok jelenlétéből adódó, a kondenzációt rontó tényező igen jelentős.A disadvantage of the construction of known tubular condensers is that the velocity of the vapor entering the condensation nozzle in the condensation space is greatly reduced, and at some points along the condensation tube surfaces the flow velocity approaches zero. As a consequence, non-condensable gases are adhered to the pipe surfaces in a thick layer, and on the other hand, the concentration (partial pressure) of the non-condensable gases in the vapor space is also very high, resulting in significant condensation degradation.

A találmányunk szerinti, gőzök cseppfolyósítására szolgáló, növelt hőátadási tényezőjű csőköteges kondenzátor azt a célt szolgálja, hogy a gőz kondenzációjánál fellépő, a nemkondenzálódó gázok (többnyire levegő) jelenlétéből eredő - hőátadásrontó tényezőt nagymértékben csökkentsük, és ezáltal a csőköteges kondenzátorok teljesítményét növeljük. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy amennyiben a csőköteges kondezátorban a kondenzáló csövek között a csövekkel párhuzamosan olyan terelőlemezeket építünk be, amelyek az áramlási keresztmetszetet az áramlás irányában csökkentik, a gőzök áramlási viszonyait jelentősen és a kondenzáció szempontjából igen előnyösen tudjuk megváltoztatni.The tubular condenser with an increased heat transfer coefficient for vapor liquefying of the present invention is intended to greatly reduce the heat transfer coefficient of steam condensation resulting from the presence of non-condensable gases (mostly air) and thereby reduce the condenser power. The invention is based on the discovery that by incorporating baffles in the tubular condenser between the condensation tubes in parallel with the tubes, which reduce the flow cross-section in the flow direction, the vapor flow conditions can be significantly altered and very advantageously condensed.

A találmány szerint javasolt terelőlemezek alkalmazása azt biztosítja, hogy a gőztérbe bevezetett gőz lényegesen sebesebb áramlásra kényszerül, és ily módon egyrészt a nemkondenzálódó gáz a csövek felületén vékonyabb réteget képez, másrészt a nemkondenzálódó gáz koncentrációja a gőztérben kisebb lesz, mert a gáz nem tud összegyülemleni. Ennek következtében a nemkondenzálódó gázok káros hatása nagymértékben csökken.The use of baffles according to the invention ensures that the vapor introduced into the vapor space is forced to flow much faster, thereby making the non-condensable gas a thinner layer on the surface of the tubes and reducing the concentration of non-condensable gas in the vapor space. As a result, the harmful effects of non-condensable gases are greatly reduced.

A találmány tehát fekvő elrendezésű kondenzátor hűtőberendezések gőzeinek cseppfolyósítására, amelynek önmagában ismert módon köpennyel határolt és a cseppfolyósítandó gőzöket fogadó gőztere, valamint ebben elrendezett, hűtőközeget vezető csövekből álló csőkötege van. A találmány abban van, hogy a gőzteret a csőköteg csöveivel párhuzamos legalább egy terelőlemez oly járatokra osztja, amelyeknek áramlási keresztmetszete az áramlás irányában járatonként csökken.Accordingly, the present invention relates to a liquefied condenser for liquefying vapors of condenser refrigeration equipment, which in a manner known per se has a jacketed vapor compartment receiving the vapors to be liquefied, and a bundle of conduits conducting refrigerant therein. It is an object of the present invention to divide the vapor space into at least one baffle parallel to the pipes of the bundle into passageways whose flow cross-section is reduced per passageway.

A találmány szerinti kialakítás azzal az előnnyel jár, hogy a gőztérben jelen lévő nemkondenzálódó gázok koncentrációja a nagyobb áramlási sebesség folytán az ismert kondenzátorokhoz viszonyítva kisebb, továbbá vékonyabb rétegben tapadnak a hűtőcsövek felületére, vagyis kevésbé rontják a hőátadást. Ehhez járul, hogy a hűtő csövekkel párhuzamos terelőlemezek a lecsöpögő kondenzátumot felfogják, és ezzel az alattuk lévő hűtő csöveket mentesítik a lecsöpögő kondenzátum rétegnövelő hatásától. Mindkét tényező azt eredményezi, hogy növekszik a kondenzátor hőátadási tényezője.The design according to the invention has the advantage that the concentration of non-condensable gases present in the vapor chamber is lower due to the higher flow rate compared to the known condensers and also in a thinner layer, thus reducing the heat transfer. In addition, the baffles parallel to the cooling conduits catch the dripping condensate, thereby relieving the cooling conduits underneath from the effect of dripping condensate. Both of these factors result in an increase in the heat transfer coefficient of the capacitor.

A találmány szerinti, növelt hőátadási tényezőjű csőköteges kondenzátor példakénti kiviteli alakját rajz alapján ismertetjük részletesebben, ahol azAn exemplary embodiment of a tubular capacitor with an increased heat transfer coefficient according to the invention will be described in more detail by reference to the drawing, wherein

1. ábrán önmagában ismert csőköteges kondenzátor látható a 2. ábra B-B vonala mentén vett metszeti rajzban, a1 is a sectional view taken along line B-B in FIG.

2. ábra az 1. ábra szerinti kondenzátor A-A vonal menti metszeti rajzát szemlélteti, aFigure 2 is a sectional view taken along line A-A of the capacitor of Figure 1, a

3. ábra a találmány szerinti terelőlemezekkel kialakított növelt hőátadási tényezőjű csőköteges kondenzátor vázlatos képét szemlélteti a D-D vonala mentén vett metszetben, és aFigure 3 is a schematic view of a tubular condenser with an increased heat transfer coefficient according to the present invention, taken along the line D-D, and

4. ábra a 3. ábra szerinti kondenzátor C-C vonal mentén vett metszeti rajzát mutatja.Figure 4 is a sectional view taken along the line C-C of the capacitor of Figure 3.

Az 1. és 2. ábra hűtőberendezések ismert fekvőhengeres csőköteges kondenzátorának kiviteli alakját szemlélteti. A cseppfolyósítandó gőz (1) csonkon lép be (2) köpennyel határolt (12) gőztérbe, ahol (4) csőfalba erősített, vízzel hűtött (3) csövek külső felületére csapódik le. A lecsapódott folyadék a (3) csövekrőlFigures 1 and 2 illustrate an embodiment of a known lying cylinder tubular condenser for refrigeration equipment. The vapor to be liquefied enters at the nozzle (1) into a vapor space (12) enclosed by a jacket (2) where it is deposited on the outer surface of water cooled tubes (3) mounted on a tube wall (4). The condensed liquid from the tubes (3)

HU 206 408 Β lecsöpögve a (2) köpeny alján gyűlik össze és (5) csonkon át távozik. A hűtővíz a készülék (6) vízfedelének belépő (7) csonkján lép be és a (6) vízfedélbe épített (8) terelőlemezek által irányítva átáramlik a (3) csöveken, majd felmelegedve kilépő (9) csonkon át távozik. A (2) köpenyen lévő (10) csonk a nemkondenzálódó gázok eltávolítására szolgál.EN 206 408 Β Drips at the bottom of the sheath (2) and leaves through the stub (5). The cooling water enters at the inlet (7) on the water cover (6) of the device and is guided through the tubes (3) and guided by the baffles (8) in the water cover (6) and then exits at the outlet (9). The nozzle (10) on the shroud (2) serves to remove non-condensable gases.

A cseppfolyósításhoz szükséges hőelvonás tehát a (3) csövek falán keresztül történik. A Q hőteljesítmény a Q - kxFx At összefüggés szerint a (3) csövek F felületétől, a At hőmérsékletkülönbségtől és a k hőátbocsátási tényezőtől függ. A k hőátbocsátási tényező az ismert k a_t λ α₂ összefüggésből számítható ki, ahol a_t a gőz kondenzációjának hőátadási tényezője, <*2 a (3) csövekben áramló víz hőátadási tényezője, δ a csőfal vastagsága, λ a csőfal anyagának hővezetési tényezője.The heat removal required for liquefaction is thus through the walls of the tubes (3). The heat output Q is dependent on the surface area F of the tubes (3), the temperature difference At and the heat transfer coefficient k, according to the relationship Q - kxFx At. The heat transfer coefficient k can be calculated from the known relation ka _t λ α ₂ , where _{t is} the heat transfer coefficient of steam condensation, <* 2 is the heat transfer coefficient of water flowing in pipes (3), δ is the thickness of the pipe wall, λ is the thermal conductivity of the pipe wall material.

A leírásunk bevezető részében említett szakirodalmak a csőköteges kondenzátor ismert konstrukcióinak hőátbocsátási tényezőjét például ammónia kondenzációjánál k- 800-1200 W/m²K értékben adják meg. Ez lényegesen kisebb a hőátadási folyamat elemző számítása során az (1) összefüggésből nyerhető 1500-2000 W/m²K értéknél. Ez a különbség azzal magyarázható, hogy az (1) összefüggés nem veszi figyelembe a gyakorlatban fellépő, a hőátadást rontó tényezőket, nevezetesen a csövek külső és belső felületén képződő szennyező rétegeket (olaj, vízkő, stb.), valamint a nemkondenzálódó gázok jelenlétét a gőzoldalon.The literature cited in the introductory part of this specification gives the heat transfer coefficient of known designs of tubular condenser, for example, for the condensation of ammonia in the range k-800-1200 W / m ² K. This is significantly less than 1500-2000 W / m ² K obtained from equation (1) in the analytical calculation of the heat transfer process. This difference can be explained by the fact that equation (1) does not take into account the practical factors that impede the heat transfer, namely the contaminant layers (oil, limescale, etc.) on the outer and inner surfaces of the pipes and the presence of non-condensing gases on the vapor side. .

A nemkondenzálódó gázok két okból rontják a kondenzációs hőátadást:Non-condensable gases reduce condensation heat transfer for two reasons:

-a nemkondenzálódó gáz a hőátadó felületet az áramlási viszonyok által meghatározott vastagságban veszi körül, és ezen a rétegen a gőzmolekulák csak diffúzió útján kerülhetnek közvetlen érintkezésbe a kondenzáló felülettel;- the non-condensing gas surrounds the heat transfer surface to a thickness determined by the flow conditions, and vapor molecules can only come into direct contact with the condensation surface by diffusion;

-a (12) gőztérben jelenlévő nemkondenzálódó gáz parciális nyomása a kondenzátor nyomását növeli, ezért a kondenzációs hőmérséklet kisebb, mint a gőznek a kondenzátor nyomáshoz tartozó telítési hőmérséklete, tehát a hőátadás a kisebb At érték miatt csökken.The partial pressure of the non-condensable gas present in the vapor space (12) increases the pressure of the condenser, so that the condensation temperature is less than the saturation temperature of the vapor at the condenser pressure;

A 3. és 4. ábra szemlélteti a találmány szerint kivitelezett csőköteges kondenzátor szerkezeti elrendezését, amely abban különbözik az 1. és 2. ábrán szemléltetett ismert csőköteges kondenzátor szerkezettől, hogy a (12) gőztérben (11) terelőlemezek vannak, amelyek a (12) gőzteret az ábrázolt példaként! kiviteli alak esetén négy (a, b, c és d) járatra osztják. Minthogy az (a, b, c és d) járatok áramlási keresztmetszete a 4. ábrán látható módon a gőz áramlásának (13) nyilakkal jelzett irányában járatonként csökken, a kondenzálódás okozta sebességcsökkenés kiegyenlítődik, és a kondenzálódó gőz vízszintesen áramolva a (13) nyilakkal jelzett út megtételére kényszerül, miközben lecsapódik. A gőzzel együtt áramlanak a nemkondenzálódó gázok is, amelyek a (10) csonkon át távoznak, míg a kondenzálődott folyadék az (5) csonkon lép ki.Figures 3 and 4 illustrate a structural arrangement of a tubular capacitor according to the invention, which differs from the known tubular capacitor structure shown in Figures 1 and 2 in that the steam chamber (11) has baffles (12). steam room as an example! In the embodiment, it is divided into four (a, b, c and d) flights. As the flow cross-section of the passages (a, b, c and d) decreases per passage as shown by the arrows (13) of the steam flow, the velocity decrease due to condensation is compensated and the condensing steam flows horizontally with the arrows (13). is forced to take the road while it collapses. Non-condensable gases are also flowing with the steam and are discharged through the nozzle (10), while the condensed liquid exits the nozzle (5).

A 4. ábrán az is látható, hogy a (11) terelőlemezek a rajzon jobbról balra lejtenek, vagyis a (3) csövekkel párhuzamos (11) terelőlemezek a (14) szimmetriavonallal érzékeltetett vízszintessel szöget zárnak be. A fentiekben említett folyadékátbocsátó nyílások célszerűen a (11) terelőlemeznek a (2) köpenyhez csatlakozó alsó, vagyis a rajzon bal oldali szélén helyezhetők el.Figure 4 also shows that the baffles (11) are inclined from right to left in the drawing, i.e. the baffles (11), which are parallel to the tubes (3), form an angle with the horizontal (14). The aforementioned fluid-through openings are conveniently located at the lower edge of the baffle plate (11), which is connected to the jacket (2), i.e. to the left of the drawing.

A (11) terelőlemezek elhelyezéséből az a további már említett - előny is származik, hogy a (3) csövek felületén lecsapódó folyadék nem csurog végig az alacsonyabban elhelyezkedő (3) csöveken, hanem a (11) terelőlemez azt felfogja és annak szélein, a rajzon nem ábrázolt nyílásokon keresztül folyik le a hengeres (2) köpeny aljára. Ezáltal is javul a hőátadási tényező, minthogy a (3) csöveken keletkező, a hőátadást akadályozó folyadékfilm vastagsága csökken.The positioning of the baffles (11) also has the additional advantage that the liquid condensing on the surface of the tubes (3) does not run down the lower tubes (3), but is held by the baffle (11) and its edges, flows through the openings (not shown) to the bottom of the cylindrical shell (2). This also improves the heat transfer coefficient as the thickness of the liquid film impeding the heat transfer on the tubes (3) is reduced.

Claims

A lying condenser for liquefying vapors of refrigeration equipment having a jacketed and receiving receptacle for vapors to be liquefied and a bundle of conduits for condensing refrigerant therein, characterized in that the vapor space (12) is connected to at least one 11) divides into passageways (a, b, c, d), the flow cross-section of the passageways (a, b, c, d) decreasing per passageway.

A capacitor according to claim 1, characterized in that the baffle plate (11) parallel to the tubes (3) has an angle transverse to the tubes (3) and that the baffle plate (11) is liquid-permeable at the lower edge of the jacket (2). has an opening.