Теплообменник с изменяемой площадью поверхности

 

Изобретение предназначено для применения в теплотехнике, а именно может быть использовано при проектировании и эксплуатации теплообменников, энергетических установок, отопительных, технологических установок и в конструкциях автотракторных ДВС. Теплообменник содержит камеры, патрубки, трубы и уплотнительные устройства, причем согласно изобретению теплообменник состоит из подвижной и неподвижной камер с подсоединенными к ним патрубками и жестко закрепленными трубами с оребрением или без него, вставленными друг в друга, имеющими внутреннее и наружное уплотнение, с управлением работой теплообменника, осуществляемым исполнительным механизмом через кронштейн, прикрепленный к подвижной камере. Заявленное изобретение позволяет улучшить температурно-динамические характеристики работы, интенсифицировать теплообмен и возможность автоматического регулирования тепловых процессов, протекающих в теплообменных аппаратах рекуперативного типа. 3 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при проектировании и эксплуатации теплообменников энергетических установок, отопительных и технологических установок, а также в конструкциях автотракторных ДВС.

Известен теплообменник (А.С. №200610, СССР, МКИ F 28 F 13/06, 1966) с регулируемым теплосъемом, содержащий две соосно расположенные одна в другой камеры, выполненные с возможностью перемещения внутренней камеры относительно неподвижной наружной.

Недостатком данного теплообменника является сложность конструкции и недостаточная интенсивность регулирования процесса теплообмена.

Известен теплообменник (А.С. №769288, СССР, МКИ F 28 D 15/00, 1978), содержащий тепловые трубы, размещенные в трубных решетках.

Недостатком этого теплообменника является низкая надежность и отсутствие возможности регулирования температуры вторичного теплоносителя при изменяющихся параметрах первичного.

Известен также теплообменник (А.С. №987355, СССР, МКИ F 28 D 15/00, 1981), содержащий камеры для теплоотделяющей и тепловоспринимающей сред, разделенные составной трубной решеткой, в которой закреплен пакет тепловых труб.

Недостатком теплообменника является недостаточная интенсивность теплообмена.

Известен теплообменник (А.С. №1101661, СССР, МКИ F 28 D 15/00, F 28 F 27/00, 1984), содержащий камеры для теплоотдающей и тепловоспринимающей сред, разделенные составной трубной решеткой, в которой закреплены пакеты тепловых труб, а для интенсификации теплообмена путем регулирования температуры тепловоспринимающей среды трубная решетка снабжена направляющими и пакет установлен в них с возможностью осевого перемещения при помощи привода, а камера теплоотдающей среды на выходе снабжена электроконтактным термометром, соединенным через регулятор с приводом перемещения пакета тепловых труб.

Недостатком данного теплообменника является то, что он представляет собой кожухотрубный аппарат, область применения которого ограничена, кроме того, конструкция аппарата громоздка и обеспечивает интенсификацию процесса теплообмена только по одному рабочему телу.

Известен теплообменник (А.С. №1160223, СССР, МКИ F 28 D 7/00, F 28 D 15/02, F 28 F 27/00, 1985), содержащий камеры для теплоотдающей и тепловоспринимающей сред, разделенные составной трубной решеткой, в которой закреплены пакеты тепловых труб, а для интенсификации теплообмена при изменении расхода теплоотдающей среды теплообменник содержит пучок стержней, установленных в межтрубном пространстве с возможностью перемещения при помощи привода, при этом камера для тепловоспринимающей среды снабжена установленным на входе последней электроконтактным манометром, соединенным через регулятор с приводом перемещения пучка стержней.

Недостатком данного теплообменника является то, что он представляет собой кожухотрубный аппарат, область применения которого ограничена, кроме того, конструкция аппарата громоздка, обеспечивает интенсификацию процесса теплообмена только по одному рабочему телу и не позволяет интенсифицировать теплообмен путем оребрения поверхности теплообменника.

Наиболее близким прототипом является теплообменный аппарат системы смазки ДВС (Патент РФ №2149268, F 01 М 5/00, 2000), представляющий теплообменник с регулируемой площадью поверхности теплообмена, в масляном контуре которого помещен механизм, состоящий из пружины, телескопического штока и поршня, образующий камеру, соединенную с выпускным коллектором двигателя через электромагнитный клапан, управляемый термореле от датчика температуры масла. В жидкостном контуре теплообменника, параллельно включенного в систему охлаждения двигателя посредством электромагнитных клапанов, управляемых термореле от датчика температуры охлаждающей жидкости, помещены трубки газового контура, сообщенные с воздухозаборником через обратный клапан, а с впускным и выпускным коллектором через электромагнитные клапаны, управляемые от датчика температуры масла.

Недостатком прототипа является сложность конструкции теплообменника с изменяемой площадью поверхности, большое количество электромагнитных клапанов, управляющих его работой, а также наличие других элементов, снижающих надежность работы системы. Кроме того, недостатком является то, что в качестве теплообменника с регулируемой площадью поверхности используется теплообменник типа "труба в трубе", имеющий ограниченную суммарную площадь поверхности теплообмена.

Целью изобретения является улучшение температурно-динамических характеристик работы, интенсификация теплообмена и возможность автоматического регулирования тепловых процессов, протекающих в теплообменных аппаратах рекуперативного типа.

Заявленный теплообменник содержит камеры, патрубки, трубы и уплотнительные устройства, причем согласно изобретению теплообменник состоит из подвижной и неподвижной камер с подсоединенными к ним патрубками и жестко закрепленными трубами с оребрением или без него, вставленными друг в друга, имеющими внутреннее и наружное уплотнение, с управлением работой теплообменника, осуществляемым исполнительным механизмом через кронштейн, прикрепленный к подвижной камере.

Теплообменник состоит (фиг.1) из подвижной камеры 1 и неподвижной 2, к которым подсоединены патрубки 3а и 3б. К камере 1 приварены (или припаяны) трубы 4 с внутренним оребрением или без него и вставлены в трубы 5, имеющие внешнее оребрение и жестко прикрепленные к камере 2. Внутреннее уплотнение труб 4 и 5 (фиг.2) осуществляется посредством поршней 6, имеющих проточки под уплотнительные фторопластовые или резиновые кольца 7 и обратные клапаны, состоящие из запорных шариков 8 и пружин 9, служащие для предотвращения накапливания теплоносителя за поршнями 6.

Наружное уплотнение труб 4 и 5, размещенное в области II (фиг.1), осуществляется посредством крышек 10 (фиг.3), которые навернуты на резьбу, выполненную на концах труб 5, уплотнительных шайб 11 и уплотнительных колец 12.

Для обеспечения работы теплообменника (фиг.1) его неподвижная камера 2 крепится с помощью кронштейна 13, а привод теплообменника в работу от исполнительного механизма осуществляется через кронштейн 14, прикрепленный к подвижной камере 1.

Работает теплообменник следующим образом. Теплоподводящая среда, проходя через патрубок 3а, попадает в неподвижную камеру 2, где, заполняя ее внутренний объем, растекается по трубам 5, а затем, встречая на своем пути сопротивление в виде поршней 6, направляется внутрь труб 4. После чего теплоподводящая среда поступает в подвижную камеру 1, откуда через патрубок 3б уходит из теплообменника. При этом теплоотводящая среда омывает трубы 4 и 5 с наружной поверхности, обеспечивая отвод тепла от теплоподводящей среды.

Регулирование температуры происходит следующим образом. В случае, если температура теплоподводящей среды ниже предела регулирования, исполнительный механизм, в качестве которого можно использовать, например, гидроцилиндр, воздействует на кронштейн 14, а через него на камеру 1. При этом трубы 4 входят в трубы 5, и теплообмен между средами прекращается, так как в полости между трубками образуется вакуум, препятствующий процессу теплообмена. По мере перегрева теплоподводящей среды исполнительный механизм раздвигает камеры 1 и 2 теплообменника, при этом трубы 4 выходят из труб 5 и увеличивают теплоотводящую поверхность теплообменника, в результате чего между теплоподводящей и теплоотводящей средой интенсифицируется процесс теплообмена.

Формула изобретения

Теплообменник, содержащий камеры, патрубки, трубы и уплотнительные устройства, отличающийся тем, что состоит из подвижной и неподвижной камер с подсоединенными к ним патрубками и жестко закрепленными трубами с оребрением или без него, вставленными друг в друга, имеющими внутреннее и наружное уплотнение с управлением работой теплообменника, осуществляемым исполнительным механизмом через кронштейн, прикрепленный к подвижной камере.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3