Фильтр-теплообменник (варианты)

 

Фильтр-теплообменник предназначен для применения в промышленности, а именно в энергоснабжении. Фильтр-теплообменник включает в себя множество полых прутков, расположенных параллельно со щелью заранее определенной ширины, образованной между соседними полыми прутками. Каждый полый пруток имеет впускное и выпускное отверстия для нагревающей/охлаждающей текучей среды, благодаря чему нагревающая/охлаждающая текучая среда проходит по полым пруткам, а подлежащая фильтрованию текучая среда течет через щели от одной стороны параллельно расположенных полых прутков к другой их боковой стороне. Техническим результатом изобретения является создание устройства, которое может на одном этапе одновременно выполнять процессы фильтрования и теплообмена. 3 с. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 табл.

Изобретение касается фильтра-теплообменника для использования в промышленности, включая применение в обработке, энергоснабжении и трубопроводах.

В обрабатывающей промышленности, например, где необходимы нагрев или охлаждение подлежащей обработке текучей среды и фильтрование текучей среды, текучую среду обычно подвергают двум отдельным этапам обработки: 1) нагреву или охлаждению и 2) фильтрованию, и поэтому требуются две отдельные системы или два отдельных устройства для выполнения двух этапов. В некоторых случаях требование двух отдельных систем или устройств вызывает трудность в обеспечении пространства для установки, особенно когда имеющееся пространство для аппаратуры ограничено.

Известен фильтр-теплообменник, содержащий множество полых прутков, расположенных параллельно со щелью заранее определенной ширины, образованной между соседними полыми прутками, каждый из которых имеет впускное и выпускное отверстия, кроме того, фильтр-теплообменник содержит сосуд и полый пруток, расположенный в этом сосуде (WO 93/07434, 15.04.1993, F28F19/00).

Однако существует потребность в создании фильтра-теплообменника, который может выполнять нагрев или охлаждение и фильтрование в одном этапе вместо обычной обработки в два этапа.

Для решения вышеуказанной задачи создан фильтр-теплообменник, содержащий множество полых прутков, расположенных параллельно со щелью заранее определенной ширины, образованной между соседними полыми прутками, каждый из которых имеет впускное и выпускное отверстия, в котором согласно изобретению каждый из прутков имеет впускное и выпускное отверстия, предназначенные для прохождения нагревающей/охлаждающей текучей среды по полым пруткам, а подлежащая фильтрованию текучая среда проходит через упомянутые щели от одной боковой стороны параллельно расположенных полых прутков к другой их боковой стороне. При этом полые прутки могут быть расположены в общем в форме трубки или в общем в форме плоской пластины и изготовлены из фасонных прутков, желательно из клиновидных прутков.

Фильтр-теплообменник может дополнительно содержать полые опорные стержни, расположенные, по существу, в пересекающем направлении относительно полых прутков, где каждый полый стержень имеет впускное и выпускное отверстия для нагревающей/охлаждающей текучей среды, благодаря чему нагревающая/охлаждающая текучая среда течет также через полые опорные стержни.

Среди фасонных прутков предпочтительным является клиновидный пруток. Благодаря использованию фасонных прутков вместо круглой трубки (1) площадь поверхности каждого прутка, которая соприкасается с подлежащей фильтрованию текучей средой, увеличена по сравнению со случаем, когда используется круглая трубка; (2) можно более эффективно, чем в случае использования круглой трубки, предотвращать засорение щелей; и (3) облегчается приваривание опорных стержней к пруткам по сравнению со случаем использования круглой трубки.

Фильтр-теплообменник, содержащий полый пруток с впускным и выпускным отверстиями, может быть выполнен спиральным с винтовой щелью заранее определенной ширины, образованной между соседними в осевом направлении частями полого прутка, причем впускное и выпускное отверстия предназначены для прохождения через спиральный полый пруток нагревающей/охлаждающей текучей среды, а подлежащая фильтрованию текучая среда течет через щель от внешней стороны спирального полого прутка к его внутренней стороне, или наоборот.

В этом случае также целесообразно, чтобы спиральный полый пруток был изготовлен из фасонного прутка, желательно из клиновидного прутка.

Фильтр-теплообменник может дополнительно содержать полые опорные стержни, расположенные, по существу, в пересекающем направлении относительно спирального полого прутка, где каждый полый опорный стержень имеет впускное и выпускное отверстия для нагревающей/охлаждающей текучей среды, благодаря чему нагревающая/охлаждающая текучая среда течет также через полые опорные стержни.

Поставленная задача может решаться также тем, что в фильтре-теплообменнике, содержащем сосуд и полый пруток, расположенный в этом сосуде, имеющий впускное и выпускное отверстия, согласно изобретению сосуд имеет впускной канал для введения подлежащей фильтрованию текучей среды, а полый пруток выполнен спиральным и имеет винтовую щель заранее определенной ширины, образованную между соседними в осевом направлении частями полого прутка, причем впускное и выпускное отверстия предназначены для нагревающей/охлаждающей текучей среды, кроме того, фильтр-теплообменник содержит источник нагревающей/охлаждающей текучей среды, соединенный с впускным отверстием нагревающей/охлаждающей текучей среды спирального полого прутка для подачи нагревающей/охлаждающей текучей среды в спиральный полый пруток, трубку сбора нагревающей/охлаждающей текучей среды, подсоединенную к выпускному отверстию нагревающей/охлаждающей текучей среды спирального полого прутка для сбора нагревающей/охлаждающей текучей среды из спирального полого прутка.

Спиральный полый пруток изготовлен из фасонного прутка, желательно из клиновидного прутка.

Фильтр-теплообменник может дополнительно содержать средство управления температурой для управления температурой нагревающей/охлаждающей текучей среды с целью управления шириной щели спирального полого прутка.

Посредством управления температурой нагревающей/охлаждающей текучей среды, проходящей по полому прутку, вызывается расширение или сжатие полого прутка, и внешний диаметр полого прутка благодаря этому изменяется, в результате чего изменяется ширина щели. Таким способом видоизменяется фильтрующая способность фильтра-теплообменника с целью удаления более крупных или более мелких частиц, который действует в то же время в качестве теплообменника.

Эти и другие особенности изобретения станут более ясными из подробного описания, приведенного ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На прилагаемых чертежах: фиг. 1 представляет частичное изображение в перспективе полого прутка, который является элементом соответствующего изобретению фильтра-теплообменника; фиг. 2A-2F представляют изображения, иллюстрирующие различные сечения полых прутков; фиг. 3 представляет изображение в перспективе фильтра-теплообменника, изготовленного в соответствии с изобретением; фиг. 4 представляет пояснительное изображение состояния осаждения взвешенных твердых частиц в подлежащей обработке текучей среде на поверхность полого прутка; фиг. 5 представляет частичное изображение в перспективе другого варианта осуществления фильтра-теплообменника, изготовленного в соответствии с изобретением; фиг. 6 представляет изображение в перспективе еще одного варианта осуществления фильтра-теплообменника, изготовленного в соответствии с изобретением; фиг.7 представляет частичный вид полого прутка в виде петли; фиг. 8 представляет частичный вид полого прутка, имеющего выступы для образования щелей; фиг. 9 представляет изображение в перспективе, иллюстрирующее еще один вариант осуществления фильтра-теплообменника, изготовленного в соответствии с изобретением;
фиг. 10 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее еще один вариант осуществления, изготовленный в соответствии с изобретением;
фиг.11 представляет вид в разрезе, иллюстрирующий обычный способ производства тяжелого дизельного топлива, и
фиг. 12 представляет вид в разрезе другого варианта фильтра-теплообменника, изготовленного в соответствии с изобретением.

Фиг. 1 иллюстрирует полый клиновидный пруток 1 в качестве примера полого прутка, являющегося элементом изобретения. Нагревающая или охлаждающая текучая среда проходит по полому пространству 1а, образованному по всей длине полого прутка 1, тогда как подлежащая фильтрованию текучая среда проходит через щель, образованную между соседними полыми прутками 1. Полый пруток можно изготавливать из любого металла, или сплава, или керамики или полимерного материала или составного материала этих веществ.

Текучая среда, проходящая по полой трубке 1, представляет собой текучую среду теплопередачи или текучую среду передачи холода. Нагревающей или охлаждающей текучей средой и подлежащей фильтрованию текучей средой может быть либо жидкость, либо газ, либо может быть функциональная текучая среда, вода, органическое вещество, неорганическое вещество или комбинация любых из всех этих категорий. Текучие среды, которые проходят внутри и снаружи полого прутка 1, включают в себя следующие сочетания (см. таблицу 1 в конце описания).

Текучая среда, проходящая по внутренней или наружной стороне полого прутка, может представлять собой одно- или многокомпонентный и либо однофазный, двухфазный или многофазный поток. Вещество, которое составляет текучую среду, может перемещаться посредством естественного течения, насоса, воздуходувки, компрессора или пневматического устройства.

В этом описании термин "частицы" относится к одному или более из следующих элементов: твердая частица, гибкая или гелеобразная частица, масляная (или органическая) частица (в воде), водяная частица (в масле или органической текучей среде), коллоидная, эмульсионная частица или любая другая твердая или жидкая частица. Частицы включают в себя частицы всех размеров от субмикронного уровня до частиц больших размеров вплоть до двенадцати дюймов (30,5 cм) в диаметре или поперечном сечении. Для целей изобретения субмикронная частица может иметь ионную или атомную природу. Частица может представлять гелеобразную, или масляную, или маслоподобную, твердую, мягкую плотность и любой размер, который подходит для прохождения или проходит через любое отверстие устройства.

Частицы, охватывающие изобретением, могут иметь однородную или неоднородную природу (см. табл.2), но не ограниченных ими.

Разделение, которое выполняется фильтром-теплообменником, может происходить посредством фильтрования или другого способа разделения, например, просеивания, противодействия, соединения, центрифугирования или извилистого пути. Такое разделение можно выполнять с использованием давления или без него.

Скорость теплопередачи фильтра-теплообменника будет основана на используемых веществах, используемых конфигураций, размере компонентов и размере системы. Диапазон охватываемых изобретением температур составляет от -459,8^oF (-273,2^oС) до +4000^oF (+2204,4^oС). Этот диапазон температур включает в себя криогенный уровень жидкого водорода (N₂) (-180^oС, 0,1 МПа) до температур, применяемых при сверхкритическом окислении воды (650^oС, 24,8 МПа).

Важной особенностью настоящего изобретения является использование теплового расширения или сужения полого прутка 1 для управления шириной щели между соседними полыми прутками и, благодаря этому, управления размером подлежащей отфильтровыванию частицы. Все вещества, особенно металлы, имеют линейный или близкий к линейному коэффициент теплового расширения на безопасных рабочих температурах вещества. В этой простой форме используется следующая основная функция теплопередачи:
H = UAΔt,
где Н - передаваемое тепло, U - общий коэффициент передачи тепла, А - площадь поверхности полого прутка и Δt - средняя логарифмическая разность температур.

Правильно выбирая первоначальную ширину щели и температуры нагревающей или охлаждающей текучей среды и подлежащей фильтрованию текучей среды, можно осуществлять управление шириной щели до требуемой величины.

Эта особенность изобретения имеет тоже то преимущество, что посредством изменения температуры текучей среды, проходящей по полым пруткам, можно делать более широким или узким просвет щели, и во время расширения щели частицы, застрявшие в щели, могут становиться свободными, благодаря этому удаляться в любом направлении (по ходу потока или в обратном направлении потока) с целью очистки и(или) раскупоривания фильтра-теплообменника.

Кроме того, вещество с внешней стороны полого прутка может быть горячим или холодным, обеспечивающим поток нагревания или охлаждения по полому прутку и в текучую среду внутри полого прутка. В этом режиме блок может действовать как холодильник или испаритель, в то же время создавая фильтрование вещества с внешней стороны полого прутка, если это требуется (как в случае некоторых каталитических систем).

Форма полого прутка не ограничивается предпочтительной клиновидной формой прутка, показанной на фиг.1, полый пруток может быть в виде круглой трубки, показанной на фиг.2А, или образован в виде прутка с поперечным сечением, показанным на фиг.2В, который представляет собой видоизмененный полый клиновидный пруток с двумя прогнутыми поверхностями, поперечным сечением, показанным на фиг.2С, которое представляет собой полый квадрат с поперечным сечением, показанным на фиг.2Д, которое имеет форму полого X, поперечным сечением, показанным на фиг.2Е, которое представляет собой видоизмененный полый клиновидный пруток с одной вжатой поверхностью, поперечным сечением, показанным на фиг.2F, которое представляет собой полый четырехугольник. Форма может быть также овальной, эллиптической или другой конфигурации таким образом, чтобы добиться теплопередачи при облегчении удаления частиц.

Ширина щели между полыми прутками не должна быть больше ширины (или внешнего диаметра в случае круглого полого прутка) полого прутка. Чем больше ширина или внешний диаметр полого прутка, тем больше оказывается внутреннее пространство полого прутка и поэтому оказывается более высокая эффективность теплообмена. Если ширина щели превышает ширину полого прутка, то эффективность теплообмена снижается до неподходящей степени в отношении необходимой ширины щели, и это приводит к недостатку конструкции фильтра-теплообменника. Поэтому ширина щели должна предпочтительно составлять две третьих части или меньше ширины (или внешнего диаметра) полого прутка.

Теперь будут описаны некоторые применения соответствующего изобретению фильтра-теплообменника.

Одним применением фильтра-теплообменника является градирня (башенный холодильник). Градирня представляет собой хорошо знакомую конструкцию, связанную с охлаждающей аппаратурой. Градирня обычно перемещает текучую среду (например, воду) в рециркулирующем устройстве, действующем таким образом, чтобы выбрасывать тепло в атмосферу. В контуре текучей среды градирни обычно имеется аппаратура теплообмена при рециркулировании текучей среды через среду теплообмена. Устройство рециркулирующей градирни и теплообменника добавляет тепло и водяной пар в переносимый через них воздух и обычно требует систему свежей воды, когда испаряется большое количество охлаждающей текучей среды. Соответствующий изобретению фильтр-теплообменник в этой системе башенного холодильника (градирни) может действовать как теплообменник, а также как фильтр.

Таким образом, фильтр-теплообменник можно использовать в связи с системами градирни или охлаждения или в связи с нагреваемыми огнем нагревателями или паровыми котлами на основе систем полностью независимого низкого давления или замкнутого либо разомкнутого контура высокого давления для достижения нагрева, охлаждения, отделений частиц текучей среды или сочетаний этих операций. Это можно осуществлять посредством непрерывной циркуляции с изменением или без изменения фазы и с нагнетанием или без нагнетания вещества через или вокруг фильтра-теплообменника. Циркуляцию можно вызывать посредством конвекции, усиливаемой с помощью энальпии изменений фазы внутри фильтра-теплообменника.

Фильтр-теплообменник можно использовать также в качестве нагревателя-фильтра подачи воды в кипятильник с целью выполнения удаления частиц из воды перед поступлением воды в кипятильник для производства пара.

Фильтр-теплообменник можно также использовать в качестве сушильного аппарата для влажного воздуха или газов с влажным воздухом или других текучих сред и его можно прямо или косвенно связывать с испарительным охлаждением. В случае воздуха, в психометрической таблице отмечают точную характеристику или требуемые условия температуры или влажности воздуха. В этом отношении фильтр-теплообменник может действовать как фильтр или предварительный фильтр и холодильник для всасываемого воздуха, поступающего в газовые турбины, работающие на природном газе. Расчетной точкой газовой турбины является ИСО 59^oF (15^oC). Фильтр-теплообменник может действовать как устройство, сочетающее фильтр/охладитель для турбин, работающих на природном газе, улучшающее нормальные двухступенчатые операции фильтрования и охлаждения до одного этапа.

Фильтр-теплообменник можно вводить в систему труб или каналов для достижения удаления и(или) переноса частиц. Его можно использовать в виде сушильного аппарата в качестве типового физического процесса химической технологии в технологических устройствах для непрерывного процесса производства с целью дегидратации (водоотделитель) с введением или без введения наполнителя дессикатора для достижения просушивания и фильтрования.

Фильтр-теплообменник можно использовать в качестве коагулятора с добавлением насадки через боковую сторону оболочки аппарата (либо внутри полого прутка, либо с внешней стороны полого прутка, либо и с той, и с другой стороны) с целью выполнения коалесценции посредством конденсирования паров и(или) прохождения паров и частиц через систему.

Фильтр-теплообменник можно заполнять водой (закрытый сосуд), так что полые прутки, содержащие хладагент, могут замораживать воду с целью последующего использования льда для охлаждения. Таким образом, фильтр-теплообменник можно использовать в качестве морозильного аппарата. Это является экстраполяцией использования устройства для изотермического хранения (не в состоянии максимума энергии/охлаждения/кондиционирования воздуха).

Фильтр-теплообменник можно использовать для селективной обработки замораживающей кристаллизации любой из органической или неорганической жидкости (например, разделения ксилолов и морской воды, и питьевой воды, соответственно).

Фильтр-теплообменник можно также использовать для удаления частиц из горячих или холодных газов, включающих, но не ограничивающихся ими, дымовой газ от силовых аппаратов, сжигании отходящих газов в факеле, дымовых труб, дымоходов и любого потока выхлопного газа, требующих позволения осуществлять удаление частиц летучих органических соединений (ЛОС), требующего разрешения Управления по защите окружающей среды США. Это включает использование фильтра-теплообменника вместо или в качестве части системы какого-либо типа камеры с рукавным фильтром, или электростатического пылеосадителя, циклонной системы, муфельной печи, газоочистителя или другого типа устройства управления загрязнением воздуха.

Благодаря вышеупомянутой особенности изобретения, состоящей в том, что шириной щелей между полыми прутками можно управлять по желанию посредством управления температурой нагревающей/охлаждающей текучей среды, проходящей по полым пруткам, фильтр-теплообменник подходит для использования в тех системах, которые требуют жесткого температурного допуска, когда происходит фильтрация, например, многие фармацевтические применения, которые требуют чувствительных возможностей удаления флокулянтов, агломератов, биологических шламов, кристаллов и аналогичных твердых частиц мягкого или жесткого, гибкого или не гибкого, кристаллического или эластомерного характера.

По той же причине фильтр-теплообменник подходит для использования при манипулировании, и(или) отделении частиц катализатора, и(или) удалении мелкозернистого катализатора из аппарата, который можно рассматривать как реактор с фильтром-теплообменником.

Фильтр-теплообменник можно также использовать в нефтяной скважине для размягчения тяжелого дизельного топлива с помощью нагревания его посредством среды передачи тепла, проходящей по полому прутку, и благодаря этому облегчая нагнетание тяжелого дизельного топлива из нефтяной скважины.

Применения соответствующего изобретению фильтра-теплообменника не ограничиваются вышеописанным вариантом, также фильтр-теплообменник можно использовать также для различных других операций разделения текучей среды и частиц, и теплообмена при обработке и в других областях промышленности, трубопроводных системах и установках для обработки воды и сточных вод.

Теперь будет описан предпочтительный вариант осуществления изобретения со ссылкой на фиг.3-12.

На фиг. 3 показан вариант осуществления фильтра-теплообменника по изобретению. Фильтр-теплообменник 2 имеет полые клиновидные прутки 3, расположенные параллельно со щелью 4 заранее определенной ширины, образованной между соседними клиновидными прутками 3. Полые клиновидные прутки 3 расположены так, что их одна боковая сторона 3а обращена к находящейся выше по потоку текучей среды стороне, которая проходит с внешней стороны полых прутков 3, и две других боковых стороны 3в и 3с, образующие щель 4, которая расширяется в направлении потока текучей среды, проходящей по внешней стороне полых прутков 3. Таким образом, поверхности 3а полых клиновидных прутков 3 образуют общую площадь и фильтр-теплообменник 2 в целом показывает подобную плоской пластине конфигурацию. Параллельно расположенные прутки 3 приварены к опорным стержням 5, которые расположены с заранее определенным интервалом в пересекающем направлении относительно полых клиновидных прутков 3, благодаря чему сохраняются щели между этими полыми клиновидными прутками 3. Каждый из полых клиновидных прутков 3 имеет впускное отверстие 3d и выпускное отверстие 3е для прохождения нагревающей/охлаждающей текучей среды по полым клиновидным пруткам 3. Таким образом, нагревающая/охлаждающая текучая среда течет по полым клиновидным пруткам 3, а подлежащая фильтрованию текучая среда проходит через щели 4 от боковой стороны 3а полых клиновидных прутков 3 к другой боковой стороне полых клиновидных прутков 3.

Во время работы подлежащая обработке текучая среда, содержащая подлежащие отфильтровыванию частицы, проходит через щели полых клиновидных прутков 3 и, как показано на фиг.4, подлежащие отфильтровыванию частицы 10 оседают на поверхностях 3а полых клиновидных прутков 3.

Параллельно расположенные полые клиновидные прутки 3 можно располагать в общем в форме трубки вместо плоской пластины. В случае расположения полых клиновидных прутков 3 в форме трубки в качестве опорных стержней 5 можно использовать кольца.

На фиг. 5 показан другой вариант соответствующего изобретению фильтра-теплообменника. Такой фильтр-теплообменник 6 имеет спиральный полый клиновидный пруток. Фильтр-теплообменник 6 имеет опорные стержни 7, проходящие в осевом направлении фильтра-теплообменника 6, расположенные в общем цилиндрически с заранее определенным интервалом и имеющие выступающую часть 7а, идущую радиально наружу от концевой части, и полый клиновидный пруток 8, спирально намотанный на наружную сторону опорных стержней 7, по существу, в пересекающем направлении относительно опорных стержней 7. Полый клиновидный пруток 8 располагают так, что одна его боковая сторона 8а обращена наружу, а две других боковых стороны 8в и 8с образуют щель 11, которая расширяется радиально внутрь между соседними боковыми сторонами 8в и 8с клиновидных прутков, а внутренняя вершина 8d полого клиновидного прутка приварена к выступающим частям 7а опорных стержней 7 в точках 9 пересечения полых клиновидных прутков 8 и опорных стержней 7. Спиральный полый клиновидный пруток 8 имеет впускное 8е и выпускное (не показанное) отверстия для нагревающей/охлаждающей текучей среды, проходящей по полому клиновидному прутку 8. Впускное отверстие 8е может соединять источник нагревающей/охлаждающей текучей среды со спиральным полым клиновидным прутком 8. К выпускному отверстию полого клиновидного прутка 8 можно подсоединять трубку сбора нагревающей/охлаждающей текучей среды для сбора нагревающей/охлаждающей текучей среды из спирального полого клиновидного прутка 8. Таким образом, нагревающая/охлаждающая текучая среда течет по спиральному полому клиновидному прутку 8, а подлежащая обработке текучая среда, содержащая частицы, подлежащие отфильтровыванию, течет через щель 11 от внешней стороны спирального полого клина 8 к его внутренней стороне, оставляя подлежащие отфильтровыванию частицы, осажденные на стороне 8а спирального полого клиновидного прутка 8.

В показанных на фиг. 3 и 5 вариантах осуществления в качестве опорных стержней 5 и 7 использованы твердые стержни. В качестве альтернативы вместо опорных стержней 5 и 7 можно использовать полые опорные стержни. На фиг.6 показан видоизмененный вариант осуществления показанного на фиг.3 варианта. В показанном на фиг. 6 варианте фильтр-теплообменник 12 имеет параллельно расположенные полые клиновидные прутки 3, образующие щели 4 таким же образом, как в варианте на фиг.3, но вместо твердых стержней в качестве опорных стержней использованы круглые трубки 13, к которым приваривают полые клиновидные прутки 3. Каждый из этих полых опорных стержней имеет впускное отверстие 13а и выпускное отверстие (не показанное) для нагревающей/охлаждающей текучей среды и нагревающая/охлаждающая текучая среда может проходить не только по полым пруткам 3, но также по опорным стержням 13. Посредством такого расположения количество нагревающей/охлаждающей текучей среды, используемой для фильтра-теплообменника, можно увеличивать и, благодаря этому, можно улучшать эффективность теплообмена.

В вышеописанных вариантах осуществления опорные стержни 5 и 7 приварены к полым пруткам. В качестве альтернативы опорные стержни можно крепить к полым пруткам посредством герметика. В качестве дополнительной альтернативы полые прутки можно крепить к опорным стержням без использования сварки или герметика посредством использования петлеобразного полого клиновидного прутка 14, как показано на фиг.7. Полый клиновидный пруток 14 имеет петлеобразную часть 14а, и опорный стержень, вместо этого, может находиться в отверстии 14в для крепления полого клиновидного прутка 14 к опорному стержню.

В показанном на фиг.5 варианте, в котором используется спиральный полый клиновидный пруток, в качестве спирального полого клиновидного прутка можно использовать показанный на фиг. 8 спиральный полый клиновидный пруток 15. Полый клиновидный пруток 15 имеет множество выступов 15а, образованных на заранее определенном интервале по одному на одной его стороне, и необходимые щели 16 обеспечены посредством опоры этих выступов 15а на противолежащую поверхность прутка 15 без использования опорных стержней.

Устройство полых параллельных прутков или спиральных полых прутков не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, а можно использовать другое устройство типа вязаного прутка или плетеного прутка.

На фиг.9 показан другой вариант фильтра-теплообменника по изобретению. В этом фильтре-теплообменнике 17 спиральный полый клиновидный пруток 19, который имеет такие же конфигурацию и структуру, как спиральный полый клиновидный пруток 6 на фиг.5, заполнен полыми волокнами 18. Это полое волокно 18 функционирует так, чтобы отфильтровывать частицы малых диаметров, которые входят через щели спирального полого клиновидного прутка 19. Полое волокно 18 может обеспечить с внешней стороны спирального полого клиновидного прутка 19 таким образом, чтобы окружать спиральный полый клиновидный пруток 19 в случае, когда подлежащая обработке текучая среда течет от внутренней стороны спирального полого клиновидного прутка 19 к его внешней стороне.

На фиг.10 показан другой вариант соответствующего изобретению фильтра-теплообменника. Фильтр-теплообменник 20 имеет сосуд 21 с круглым поперечным сечением. Впускной канал 21а для введения подлежащей обработке текучей среды образован в нижней части сосуда 21. К фильтру-теплообменнику 20 подсоединен насос 25. Подлежащей обработке текучей средой заполняют сосуд 21 почти до верхней концевой стенки. Держатель 23 спиральных полых прутков короткой цилиндрической формы, закрытый в верхней и нижней торцевых частях верхней пластиной 23а и нижней пластиной 23в, подвешен в подлежащей обработке текучей среде в сосуде 21 посредством полого вала 24, который проходит вертикально через отверстие 21в, образованное в верхней стенке сосуда 21 и жестко прикреплен своей нижней концевой частью к верхней пластине 23а держателя 23 спиральных полых прутков, а верхней концевой частью соединен с подвешивающей секцией 26 рамы 27.

Множество (четыре в настоящем варианте) спиральных полых прутков 22, которые имеют такую же конструкцию, как конструкция фильтра-теплообменника 6 на фиг.5, состоят из спирального полого клиновидного прутка 8 и опорных стержней 7, жестко прикреплены к нижней пластине 23в держателя 23 спирального полого прутка и проходят вертикально вниз в погруженном в подлежащую обработке текущую среду состоянии. Нижний конец спирального полого прутка 22 закрыт уплотнительной пластиной 28. Открытая верхняя концевая часть спиральных полых прутков 22 связана с внутренним пространством держателя 23 спиральных полых прутков, а полый вал 24 также связан с внутренним пространством держателя 23 спиральных полых прутков. Полый вал 24 проходит через подвешивающую секцию 26, а гибкий шланг 29, который составляет выпускной канал обработанной текучей среды, соединен с верхней торцевой частью полого вала 24. В нижней части сосуда 21 предусмотрено выпускное отверстие 30 для удаления частиц, отфильтрованных из подлежащей обработке текучей среды. Обычно выпускное отверстие 30 закрыто.

Каждый спиральный полый пруток 22 имеет впускное 22а и выпускное 22в отверстия для нагревающей/охлаждающей текучей среды, которая проходит по спиральным полым пруткам 22. Источник 31 нагревающей/охлаждающей текучей среды, который включает в себя резервуар нагревающей/охлаждающей текучей среды и насос для подачи нагревающей/охлаждающей текучей среды в спиральные полые прутки 22, подсоединен к впускному отверстию 22а нагревающей/охлаждающей текучей среды спиральных полых прутков 22 через трубку 32 подачи нагревающей/охлаждающей текучей среды и подсоединен также к выпускному отверстию 22в нагревающей/охлаждающей текучей среды спиральных полых прутков 22 посредством трубки 33 сбора текучей среды. Таким образом, нагревающая/охлаждающая текучая среда подается от источника 31 нагревающей/охлаждающей текучей среды к спиральным полым пруткам 22 по трубке 32 подачи нагревающей/охлаждающей текучей среды, проходит по спиральным полым пруткам 22, собирается из спиральных полых прутков 22 через трубку 33 сбора нагревающей/охлаждающей текучей среды и возвращается в источник 31 нагревающей/охлаждающей текучей среды для рециркуляции.

В этом варианте осуществления в трубке 33 сбора нагревающей/охлаждающей текучей среды предусмотрено устройство 34 управления температурой для управления температурой нагревающей/охлаждающей текучей среды и благодаря этому управления шириной целей спиральных полых прутков 22.

Во время работы приводится в действие насос 25 для введения подлежащей обработке текучей среды из впускного 21а канала сосуда 21 в соответственные спиральные полые прутки 22. Подлежащая обработке текучая среда проходит в спиральные полые прутки 22, а фильтрованная текучая среда проходит вверх внутрь спиральных полых прутков 22 и выходит из шланга 29 через внутреннее пространство держателя 23 спиральных полых прутков и полый вал 24. Тем временем нагревающая/охлаждающая текучая среда течет по каналу рециркуляции, состоящему из источника 31 нагревающей/охлаждающей текучей среды, трубки 32 подачи, спиральных полых прутков 22 и трубки 33 сбора. Управление температурой нагревающей/охлаждающей текучей среды осуществляется посредством устройства 34 управления температурой на надлежащей температуре для поддержания требуемой ширины щелей между спиральными полыми прутками 22.

На фиг. 12 показан другой вариант осуществления изобретения, в котором показанный на фиг.5 фильтр-теплообменник применен к производственной скважине тяжелого дизельного топлива.

Обычный способ извлечения тяжелого дизельного топлива из производственной скважины, как показано на фиг.11, осуществляют посредством монтирования двух скважин, то есть производственной скважины 40 и скважины 41 нагнетания водяного пара под землей. Производственная скважина имеет участок 40а трубы и сеточную часть 40в, которая расположена ниже участка 40а трубы и в промышленной зоне 43 тяжелого дизельного топлива. Скважина 41 нагнетания водяного пара точно также имеет участок 41а трубы и сеточную часть 41в, которая расположена ниже участка 41а трубы и в промышленной зоне 43 тяжелого дизельного топлива.

Тяжелое дизельное топливо такое вязкое, что оно не течет в производственную скважину через щели сеточной части 40в производственной скважины 40, как это происходит в случае обычной нефти. Для решения этой проблемы через скважину нагнетания водяного пара нагнетают под высоким давлением и с высокой температурой водяной пар в промышленную зону 43 тяжелого дизельного топлива через сеточную часть 41в скважины 41 нагнетания водяного пара. Благодаря нагнетанию водяного пара вязкость тяжелого дизельного топлива в промышленной зоне 43 уменьшается и менее вязкое тяжелое дизельное топливо течет в производственную скважину 40 через сеточную часть 40в и ее можно выкачивать.

В соответствии с показанным на фиг.12 вариантом достаточна одна производственная скважина 44, а скважина 41 нагнетания водяного пара, используемая в обычном способе, может быть опущена. В показанном на фиг.12 варианте производственная скважина 44 имеет участок 44а трубы и сеточную часть 44в, которая одновременно служит в качестве нагревателя. В качестве сеточной части 44в используется показанный на фиг.5 фильтр-теплообменник. Сеточная часть 44в имеет впускной 45 и выпускной 46 каналы для нагревающей текучей среды типа водяного пара. Впускной 45 и выпускной 46 каналы соединены с источником 47 подачи нагревающей текучей среды по трубопроводу 48, так что нагревающая текучая среда рециркулирует между источником 47 подачи нагревающей текучей среды и сеточной частью 44в. Таким образом, тяжелое дизельное топливо, которое нагревается нагревающей текучей средой, циркулирующей через фильтр-теплообменник, составляющий сеточную часть 44в, становится менее вязким и течет в производственную скважину 44 через щели сеточной части 44в.

Формула изобретения

1. Фильтр-теплообменник, содержащий множество полых прутков, расположенных параллельно со щелью заранее определенной ширины, образованной между соседними полыми прутками, каждый из которых имеет впускное и выпускное отверстия, отличающийся тем, что впускное и выпускное отверстия прутков предназначены для прохождения нагревающей/охлаждающей текучей среды по полым пруткам, а подлежащая фильтрованию текучая среда проходит через упомянутые щели от одной боковой стороны параллельно расположенных полых прутков к другой их боковой стороне.

2. Фильтр-теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что полые прутки расположены в общем в форме трубки.

3. Фильтр-теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что полые прутки расположены в общем в форме плоской пластины.

4. Фильтр-теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что полые прутки изготовлены из фасонных прутков.

5. Фильтр-теплообменник по п. 4, отличающийся тем, что полые прутки изготовлены из клиновидных прутков.

6. Фильтр-теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит полые опорные стержни, расположенные, по существу, в пересекающем направлении относительно полых прутков, где каждый полый стержень имеет впускное и выпускное отверстия для нагревающей/охлаждающей текучей среды, благодаря чему нагревающая/охлаждающая текучая среда течет также через полые опорные стержни.

7. Фильтр-теплообменник, содержащий полый пруток с впускным и выпускным отверстиями, отличающийся тем, что он выполнен спиральным с винтовой щелью заранее определенной ширины, образованной между соседними в осевом направлении частями полого прутка, причем впускное и выпускное отверстия предназначены для прохождения через спиральный полый пруток нагревающей/охлаждающей текучей среды, а подлежащая фильтрованию текучая среда течет через щель от внешней стороны спирального полого прутка к его внутренней стороне, или наоборот.

8. Фильтр-теплообменник по п. 7, отличающийся тем, что спиральный полый пруток изготовлен из фасонного прутка.

9. Фильтр-теплообменник по п. 8, отличающийся тем, что спиральный полый пруток изготовлен из клиновидного прутка.

10. Фильтр-теплообменник по п. 7, отличающийся тем, что дополнительно содержит полые опорные стержни, расположенные, по существу, в пересекающем направлении относительно спирального полого прутка, где каждый полый опорный стержень имеет впускное и выпускное отверстия для нагревающей/охлаждающей текучей среды, благодаря чему нагревающая/охлаждающая текучая среда течет также через полые опорные стержни.

11. Фильтр-теплообменник, содержащий сосуд и полый пруток, расположенный в этом сосуде, имеющий впускное и выпускное отверстия, отличающийся тем, что сосуд имеет впускной канал для введения подлежащей фильтрованию текучей среды, а полый пруток выполнен спиральным и имеет винтовую щель заранее определенной ширины, образованную между соседними в осевом направлении частями полого прутка, причем впускное и выпускное отверстия предназначены для нагревающей/охлаждающей текучей среды, кроме того, фильтр-теплообменник содержит источник нагревающей/охлаждающей текучей среды, соединенный с впускным отверстием нагревающей/охлаждающей текучей среды спирального полого прутка для подачи нагревающей/охлаждающей текучей среды в спиральный полый пруток, трубку сбора нагревающей/охлаждающей текучей среды, подсоединенную к выпускному отверстию нагревающей/охлаждающей текучей среды спирального полого прутка для сбора нагревающей/охлаждающей текучей среды из спирального полого прутка.

12. Фильтр-теплообменник по п. 11, отличающийся тем, что спиральный полый пруток изготовлен из фасонного прутка.

13. Фильтр-теплообменник по п. 12, отличающийся тем, что спиральный полый пруток изготовлен из клиновидного прутка.

14. Фильтр-теплообменник по п. 11, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство управления температурой для управления температурой нагревающей/охлаждающей текучей среды с целью управления шириной щели спирального полого прутка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13