Регулируемый теплообменник

Изобретение предназначено для теплообмена и может быть использовано в парогенераторах и теплообменных аппаратах. Теплообменник содержит внутренний и наружный корпуса, установленные между ними в кольцевом зазоре по их торцам входную и выходную кольцевую заглушки, входной и выходной фланцы соответственно со входным и выходным отверстиями, входное и выходное отверстия на наружном корпусе, расположенные соответственно вблизи выходного и входного фланцев. Во внутреннем корпусе установлен полый обтекатель, состоящий из корпуса и торцевой стенки с перепускным отверстием, расположенным со стороны входного фланца. В кольцевом зазоре между наружным и внутренним корпусами расположена наружная теплообменная структура. В кольцевом зазоре между внутренним корпусом и обтекателем установлена внутренняя теплообменная структура. Проходное сечение перепускного отверстия может быть изменено либо регулирующей иглой, укрепленной в полости обтекателя вдоль его продольной оси с помощью рамки с резьбовым отверстием и обращенной острой частью в сторону перепускного отверстия обтекателя, либо установкой в перепускном отверстии сменного жиклера с калиброванным отверстием. Изобретение расширяет функциональные возможности регулируемого теплообменника. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в парогенераторах и теплообменных аппаратах.

Известен теплообменник, содержащий зону отвода тепла от теплоотдающего теплоносителя и зону подвода тепла к теплопринимающему теплоносителю, а также теплообменные устройства для осуществления передачи тепла (Патент на изобретение РФ №2037121, МПК 6 F 28 D 15/02, Бюллетень Изобретения 16, 1995 г.).

Недостатком данного теплообменника является невозможность регулирования его тепловой мощности при заданных входных параметрах теплоотдающего и теплопринимающего теплоносителей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является теплообменник "газ-вода", содержащий внутренний корпус с теплообменной структурой на внутренней и внешней поверхностях внутреннего корпуса, заглушенного с одной стороны верхним фланцем со входным отверстием и с противоположной стороны - выходным фланцем с выходным отверстием, а также расположенный с зазором вокруг внутреннего корпуса наружный корпус с кольцевыми заглушками по торцам, входное отверстие на наружном корпусе вблизи выходного фланца и выходное отверстие на наружном корпусе вблизи входного фланца (Патент на изобретение США 4098325, МПК F 28 F 3/08, 1978 г.).

Недостатком такого теплообменника является невозможность регулирования температуры теплопринимающего теплоносителя и тепловой мощности при заданных входных параметрах (давлении, температуре, расходе) теплоотдающего и теплопринимающего теплоносителей.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка, а именно осуществление регулирования температуры теплопринимающего теплоносителя и мощности теплообменника при заданных входных параметрах (давлении, температуре, расходе) теплоотдающего и теплопринимающего теплоносителей.

Для решения указанной задачи в регулируемом теплообменнике первого типа, содержащем внутренний и наружный корпуса, входную и выходную кольцевые заглушки, установленные в кольцевом зазоре между внутренним и наружным корпусами по их торцам, входной и выходной фланцы, имеющие соответственно входное и выходное отверстия, входное и выходное отверстия на наружном корпусе, расположенные соответственно вблизи выходного и входного фланцев, предлагается:

- во внутреннем корпусе установить полый обтекатель, состоящий из корпуса и торцевой стенки с перепускным отверстием, которое расположено со стороны входного фланца;

- в кольцевом зазоре между наружным и внутренним корпусами расположить наружную теплообменную структуру;

- в кольцевом зазоре между внутренним корпусом и корпусом обтекателя установить внутреннюю теплообменную структуру;

- входной и выходной фланцы расположить у торцевых частей внутреннего корпуса;

- регулирующую иглу укрепить в полости обтекателя вдоль его продольной оси с помощью рамки с резьбовым отверстием и ориентировать острой частью в сторону перепускного отверстия обтекателя.

В частных случаях выполнения регулируемого теплообменника первого типа предлагается:

- во-первых, рамку с резьбовым отверстием закрепить на внутренней поверхности обтекателя;

- во-вторых, рамку с резьбовым отверстием закрепить на выходном фланце;

- в-третьих, на выходном фланце установить терморегулирующее устройство для перемещения регулирующей иглы в перепускном отверстии.

Для решения поставленной задачи в регулируемом теплообменнике второго типа, содержащем внутренний и наружный корпуса, входную и выходную кольцевые заглушки, установленные в кольцевом зазоре между внутренним и наружным корпусами по их торцам, входной и выходной фланцы, имеющие соответственно входное и выходное отверстия, входное и выходное отверстия на наружном корпусе, расположенные соответственно вблизи выходного и входного фланцев, предлагается:

- во внутреннем корпусе установить полый обтекатель, состоящий из корпуса и торцевой стенки с перепускным отверстием, которое расположено со стороны входного фланца;

- в кольцевом зазоре между наружным и внутренним корпусами расположить наружную теплообменную структуру;

- в кольцевом зазоре между внутренним корпусом и корпусом обтекателя установить внутреннюю теплообменную структуру;

- входной и выходной фланцы расположить у торцевых частей внутреннего корпуса;

- в перепускном отверстии установить сменный жиклер с калиброванным отверстием.

Сущность регулируемого теплообменника поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен теплообменник с регулирующей иглой, закрепленной в полости обтекателя, а на фиг.2 - теплообменник со сменным жиклером.

На фиг.1, 2 приняты следующие обозначения:

1 - внутренний корпус; 2 - внутренняя теплообменная структура; 3 - входная кольцевая заглушка; 4 - входное отверстие входного фланца; 5 - входное отверстие наружного корпуса; 6 - входной фланец; 7 - выходная кольцевая заглушка; 8 - выходное отверстие выходного фланца; 9 - выходное отверстие наружного корпуса; 10 - выходной фланец; 11 - калиброванное отверстие жиклера; 12 - кольцевой зазор между внутренним и наружным корпусами; 13 - кольцевой зазор между внутренним корпусом и обтекателем; 14 - корпус обтекателя; 15 - наружная теплообменная структура; 16 - наружный корпус; 17 - перепускное отверстие; 18 - рамка; 19 - регулирующая игла; 20 - сменный жиклер; 21 - торцевая стенка обтекателя; 22 - центральный канал.

Регулируемый теплообменник первого типа содержит внутренний 1 и наружный 16 корпуса, входную 3 и выходную 7 кольцевые заглушки (фиг.1).

Входная 3 и выходная 7 кольцевые заглушки установлены в кольцевом зазоре 12 между внутренним 1 и наружным 16 корпусами по их торцам.

Входной 6 и выходной 10 фланцы имеют соответственно входное 4 и выходное 8 отверстия.

На наружном корпусе 16 выполнены входное 5 и выходное 9 отверстия, расположенные соответственно вблизи выходного 10 и входного 6 фланцев.

Во внутреннем корпусе 1 установлен полый обтекатель 14.

Обтекатель состоит из корпуса 14 и торцевой стенки 21 с перепускным отверстием 17.

Перепускное отверстие 17 расположено со стороны входного фланца 6.

В кольцевом зазоре 12 между наружным 16 и внутренним 1 корпусами расположена наружная теплообменная структура 15.

В кольцевом зазоре 13 между внутренним корпусом 1 и корпусом обтекателя 14 установлена внутренняя теплообменная структура 2.

Входной 6 и выходной 10 фланцы расположены у торцевых частей внутреннего корпуса 1.

Регулирующая игла 19 укреплена в полости обтекателя вдоль его продольной оси с помощью рамки 18 с резьбовым отверстием. Регулирующая игла 19 обращена острой частью в сторону перепускного отверстия 17 обтекателя.

Возможны следующие варианты исполнения регулируемого теплообменника первого типа.

Рамка 18 с резьбовым отверстием закреплена на внутренней поверхности обтекателя.

Рамка 18 с резьбовым отверстием закреплена на выходном фланце 10.

На выходном фланце 10 установлено терморегулирующее устройство, перемещающее регулирующую иглу 19 в перепускном отверстии 17.

Регулируемый теплообменник второго типа содержит внутренний 1 и наружный 16 корпуса, входную 3 и выходную 7 кольцевые заглушки (фиг.2).

Входная 3 и выходная 7 кольцевые заглушки установлены в кольцевом зазоре 12 между внутренним 1 и наружным 16 корпусами по их торцам.

Входной 6 и выходной 10 фланцы имеют соответственно входное 4 и выходное 8 отверстия.

На наружном корпусе 16 выполнены входное 5 и выходное 9 отверстия, расположенные соответственно вблизи входного 6 и выходного 10 фланцев.

Во внутреннем корпусе 1 установлен полый обтекатель. Обтекатель состоит из корпуса 14 и торцевой стенки 21 с перепускным отверстием 17.

Перепускное отверстие 17 расположено со стороны входного фланца 6.

В кольцевом зазоре 12 между наружным 16 и внутренним 1 корпусами расположена наружная теплообменная структура 15.

В кольцевом зазоре 13 между внутренним корпусом 1 и обтекателем установлена внутренняя теплообменная структура 15.

Входной 6 и выходной 10 фланцы расположены у торцевых частей внутреннего корпуса 1.

В перепускном отверстии 17 расположен сменный жиклер 20 с калиброванным отверстием 11.

Устройства работают следующим образом.

Теплоотдающий теплоноситель через входное отверстие 4 во входном фланце 6 при заданных параметрах (давлении, температуре, расходе) поступает в центральный канал 22, где разделяется на два потока.

Первый поток теплоносителя направляется в кольцевой зазор 13 между внутренним корпусом 1 и обтекателем. В наружной теплообменной структуре 15, расположенной в кольцевом зазоре 13 между наружным 16 и внутренним 1 корпусами, имеет место интенсивный отвод тепла от теплоносителя.

Второй поток через перепускное отверстие 17 в торцевой стенке 21 обтекателя проходит внутри обтекателя и в теплообмене не участвует.

За обтекателем потоки теплоносителя смешиваются между собой и через выходное отверстие 8 в выходном фланце 10 уходят из теплообменника.

Теплопринимающий теплоноситель при заданных параметрах (давлении, температуре, расходе) поступает через входное отверстие 5 на наружном корпусе 16 в кольцевой зазор 12 между наружным 16 и внутренним 1 корпусами.

Проходя через расположенную в кольцевом зазоре 12 наружную теплообменную структуру 15, теплоноситель принимает тепло, передаваемое через внутренний корпус 1.

Через выходное отверстие 9 на наружном корпусе 16 теплопринимающий теплоноситель уходит из теплообменника.

Температура теплоносителей на выходе и мощность теплообменника зависят от расхода теплоотдающего теплоносителя через внутреннюю теплообменную структуру 2. Этот расход регулируют путем изменения проходного сечения перепускного отверстия 17 в торцевой стенке 21 обтекателя.

Проходное сечение перепускного отверстия 17 меняют, например, путем перемещения вдоль продольной оси обтекателя регулирующей иглы 19, острие которой входит в перепускное отверстие 17.

Регулирующая игла 19 снабжена резьбой и ввернута в резьбовое отверстие рамки 18.

В случае, если рамка 19 закреплена на обтекателе, она может быть выполнена в виде перфорированного кольца с резьбой на внутренней поверхности.

Вращение регулирующей иглы 19 осуществляется через выходное отверстие 8 выходного фланца 10.

Хвостовая часть регулирующей иглы 19 может быть герметично выведена за пределы теплообменника.

При вращении регулирующая игла 19 перемещается вдоль оси теплообменника, полностью или частично перекрывая сечение перепускного отверстия 17 торцевой стенки 21 обтекателя.

Чем больше перекрыто сечение перепускного отверстия 17, тем больше расход теплоотдающего теплоносителя через внутреннюю теплообменную структуру 2 и, соответственно, выше мощность теплообменника и температура теплопринимающего теплоносителя на выходе из теплообменника.

Для автоматического регулирования тепловой мощности теплообменника может быть применен терморегулятор, установленный в центральном канале 22 на выходном фланце 10.

В этом случае резьбу на регулирующей игле 19 не выполняют, а продольное перемещение регулирующей иглы 19 осуществляют активным элементом терморегулятора, например биметаллической пластиной.

Если требуется настроить теплообменник на определенную мощность для работы в течение продолжительного периода времени, вместо регулирующей иглы 19 в перепускное отверстие 17 устанавливают сменный жиклер 20 с калиброванным отверстием 11.

Размер калиброванного отверстия 11 выбирают таким, чтобы обеспечить необходимую мощность теплообменника.

Смену жиклеров 20 осуществляют через входное отверстие 4 во входном фланце 6.

Оба типа устройства позволяют регулировать температуру теплопринимающего теплоносителя и мощность теплообменника при заданных входных параметрах (давлении, температуре, расходе) теплопринимающего и теплоотдающего теплоносителей.

Изобретение расширяет функциональные возможности регулируемого теплообменника.

1. Регулируемый теплообменник, содержащий внутренний и наружный корпуса, входную и выходную кольцевые заглушки, установленные в кольцевом зазоре между внутренним и наружным корпусами по их торцам, входной и выходной фланцы, имеющие соответственно входное и выходное отверстия, входное и выходное отверстия на наружном корпусе, расположенные соответственно вблизи выходного и входного фланцев, отличающийся тем, что во внутреннем корпусе установлен полый обтекатель, состоящий из корпуса и торцевой стенки с перепускным отверстием, которое расположено со стороны входного фланца, в кольцевом зазоре между наружным и внутренним корпусами расположена наружная теплообменная структура, в кольцевом зазоре между внутренним корпусом и корпусом обтекателя установлена внутренняя теплообменная структура, входной и выходной фланцы установлены у торцевых частей внутреннего корпуса, регулирующая игла укреплена в полости обтекателя вдоль его продольной оси с помощью рамки с резьбовым отверстием и обращена острой частью в сторону перепускного отверстия обтекателя.

2. Регулируемый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что рамка с резьбовым отверстием закреплена на внутренней поверхности обтекателя.

3. Регулируемый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что рамка с резьбовым отверстием закреплена на выходном фланце.

4. Регулируемый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что на выходном фланце установлено терморегулирующее устройство, перемещающее регулирующую иглу в перепускном отверстии.

5. Регулируемый теплообменник, содержащий внутренний и наружный корпуса, входную и выходную кольцевые заглушки, установленные в кольцевом зазоре между внутренним и наружным корпусами по их торцам, входной и выходной фланцы, имеющие соответственно входное и выходное отверстия, входное и выходное отверстия на наружном корпусе, расположенные соответственно вблизи входного и выходного фланцев, отличающийся тем, что во внутреннем корпусе установлен полый обтекатель, состоящий из корпуса и торцевой стенки с перепускным отверстием, которое расположено со стороны входного фланца, в кольцевом зазоре между наружным и внутренним корпусами расположена наружная теплообменная структура, в кольцевом зазоре между внутренним корпусом и корпусом обтекателя установлена внутренняя теплообменная структура, входной и выходной фланцы установлены у торцевых частей внутреннего корпуса, а в перепускном отверстии расположен сменный жиклер с калиброванным отверстием.