Регенеративный теплообменник
Владельцы патента RU 2299390:
Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" (RU)
Изобретение относится к теплообменной технике, в частности к теплообменным аппаратам, работающим по принципу невращающегося регенеративного теплообменника, и может быть использовано для нагрева или охлаждения газов и при их поочередном и однонаправленном движении, а также в качестве накопителей тепла или холода и их высвобождении по мере необходимости. Теплообменник, содержащий вертикально расположенный, теплоизолированный с верхним и нижним днищами корпус, заполнен тепло-хладоаккумулирующим материалом шаровой или гранульной формы различного диаметра, в массиве которого расположены подводящее и отводящее устройства и выполненные концентрично с корпусом цилиндрические перегородки, формирующие между собой и корпусом кольцевые каналы на всю высоту теплообменника, на входе и выходе которых выполнены соединительные окна, образующие единый сквозной канал для прохода теплоносителей от подводящего устройства к отводящему. Подводящее и отводящее устройства установлены внутри корпуса на всю высоту теплообменника, окружены аккумулирующим материалом и представляют собой распределяющий и собирающий коллекторы для газовой среды, боковые стенки которых частично перфорированы отверстиями различного диаметра. Соединительные окна в перегородках выполнены таким образом, что выходное окно, расположенное в конце предшествующего канала, одновременно является входным окном и началом следующего канала. В массиве аккумулирующего материала образован канал для течения рабочей среды, последовательно соединяющий центрально-расположенное подводящее устройство через соединительные окна с кольцевыми каналами, образованными цилиндрическими перегородками, с отводящим устройством. Такое выполнение теплообменника позволяет повысить его эффективность при более простой и компактной конструкции. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к теплообменной технике, в частности к теплообменным аппаратам (ТА), работающим по принципу невращающегося регенеративного теплообменника, и может быть использовано для нагрева или охлаждения газов и газовых смесей при их поочередном и однонаправленном движении по тракту, а также в качестве накопителей тепла или холода и их высвобождении по мере необходимости.
Известен теплоаккумулирующий теплообменник регенеративного типа, содержащий вертикально расположенный корпус, устройства подвода и отвода теплоносителей с патрубками, матрицу из теплоаккумулирующего материала, выполненную из большого числа расположенных по радиусу соосных витков из неразъемной проволоки, где навитые на сердечник витки каждой катушки разделены в радиальном и осевом направлениях прямолинейными отрезками проволоки, а проставочная и основная проволоки сварены между собой. Движение теплоносителей осуществляется последовательными осевыми потоками из входного коллектора к выходному коллектору с патрубком (патент США №3477496, МПК F28D 17/00, F28F 27/00, 1969 г.).
Основными недостатками данного устройства являются сложность конструкции и трудность обеспечения гидравлического профилирования тракта, по которому протекает рабочая среда, и относительно низкий термический коэффициент полезного действия η=0,6. Задача изобретения - устранение указанных недостатков и создание более простого, компактного и эффективного теплообменного аппарата.
Поставленная задача достигается тем, что в предложенном регенеративном теплообменнике, содержащем вертикально расположенный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, заполненный тепло-хладоаккумулирующим материалом (в дальнейшем аккумулирующим), последним являются элементы шаровой или гранульной формы различного диаметра, в массиве которого размещены подводящее и отводящее газовую среду устройства и цилиндрические перегородки, выполненные в виде коаксиально расположенных между собой и корпусом тонкостенных цилиндров, формирующих кольцевые каналы на всю высоту теплообменника, на входе и выходе которых выполнены соединительные окна, образующие единый сквозной канал для прохода рабочей среды от подводящего устройства к отводящему.
Для уменьшения высоты теплообменного аппарата и снижения гидравлических потерь подводящее и отводящее устройства установлены внутри массива аккумулирующего материала теплообменника на всю его высоту и представляют собой распределяющий и собирающий коллекторы для газовой среды, в боковых стенках которых выполнены отверстия различной формы или пазы.
Для ликвидации застойных зон в канале течения рабочей среды соединительные окна в перегородках выполнены так, что выходное окно, расположенное в конце предшествующего канала, одновременно является входным окном и началом следующего канала.
Для уменьшения диаметра ТА и увеличения расчетного значения термического коэффициента полезного действия устройства в массиве аккумулирующего материала создан канал для течения рабочей среды, последовательно соединяющий центрально-расположенное подводящее устройство через соединительные окна с кольцевыми каналами, образованными цилиндрическими перегородками, с отводящим устройством.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез ТА, на фиг.2 - разрез А-А (на фиг.1).
Основными составляющими элементами предложенного устройства являются:
1 - корпус;
2 - верхнее днище;
3 - нижнее днище;
4 - подводящее устройство;
5 - отводящее устройство;
6, 7, 8 - цилиндрические перегородки;
9, 10, 11 - соединительные окна;
12, 13, 14, 15 - кольцевые каналы;
16 - аккумулирующий материал;
17 - компенсирующий элемент.
Теплообменник состоит из корпуса 1 и образует с днищами 2 и 3 замкнутый объем, в котором размещены подводящее и отводящее устройства 4, 5 и цилиндрические перегородки 6, 7, 8.
Подводящее и отводящее устройства представляют собой частично перфорированные отверстиями различного диаметра трубы, один выход у которых закрыт, а другой служит для подвода или отвода газовой среды. Подводящее устройство установлено в центре ТА, а отводящее - в кольцевом канале, образованном внутренней поверхностью корпуса и периферийной цилиндрической перегородкой. Цилиндрические перегородки выполнены в виде концентрично расположенных сплошных тонкостенных цилиндров, последовательно соединенных между собой с помощью окон 9, 10, 11 и образующих кольцевые каналы 12, 13, 14, 15 по всей высоте теплообменника.
Пространство между корпусом и подводящим и отводящим устройствами и между цилиндрическими перегородками заполнено аккумулирующим материалом 16 шаровой или гранульной формы. Для компенсации линейных перемещений составных частей ТА, вызванных изменениями температурного режима, служит элемент 17. Гидравлическое профилирование тракта течения газовой среды по высоте и радиусу ТА осуществляется использованием аккумулирующего материала различных линейных размеров.
Подводящее и отводящее устройства 4, 5 установлены внутри массива аккумулирующего материала 16 теплообменника на всю его высоту и представляют собой распределяющий и собирающий коллекторы для газовой среды, в боковых стенках которых выполнены отверстия различной формы или пазы.
Соединительные окна 9, 10, 11 в перегородках 6, 7, 8 выполнены таким образом, что выходное окно, расположенное в конце предшествующего канала, одновременно является входным окном и началом следующего канала.
В массиве аккумулирующего материала образован канал, для течения рабочей среды, показанного стрелками на фиг.2, последовательно соединяющий центрально-расположенное подводящее устройство 4 через соединительные окна 9, 10, 11 с кольцевыми каналами 12, 13, 14, 15, образованными цилиндрическими перегородками 6, 7, 8, с отводящим устройством 5.
Теплообменник работает циклами при последовательном и однонаправленном движении рабочих сред.
В первой половине цикла теплоноситель или охладитель подается в центральную часть ТА в подводящее и распределяющее устройство 4 и через отверстия в его перфорированной части поступает в кольцевой канал 12, проходит его, омывая аккумулирующий материал 16, и последовательно через соединительные окна 9, 10, 11 перетекает по кольцевым каналам 13, 14, 15, заполненным аккумулирующим материалом, выходит в отводящее устройство 5, по пути нагревая или охлаждая аккумулирующий материал до заданной температуры.
Во второй половине цикла, в той же последовательности, что и в первой половине цикла, на вход в теплообменник подается газовая среда, которая после контакта с аккумулирующим материалом нагревается или охлаждается до рабочей температуры и подается потребителю.
1. Регенеративный теплообменник, содержащий вертикально-расположенный цилиндрический корпус с верхним и нижним днищами, заполненный аккумулирующим материалом, отличающийся тем, что аккумулирующим материалом являются элементы шаровой или гранульной формы, в массиве которого размещены подводящее и отводящее газовую среду устройства и цилиндрические перегородки, выполненные в виде коаксиально расположенных между собой и корпусом сплошных тонкостенных цилиндров, формирующие кольцевые каналы на всю высоту теплообменника, на входе и выходе которых выполнены соединительные окна, образующие последовательный единый сквозной канал для протока газовой среды от подводящего устройства к отводящему.
2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что подводящее и отводящее устройства установлены внутри массива аккумулирующего материала теплообменника на всю его высоту и представляют собой распределяющий и собирающий коллекторы для газовой среды, в боковых стенках которых выполнены отверстия различной формы или пазы.
3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что соединительные окна в перегородках выполнены таким образом, что выходное окно, расположенное в конце предшествующего канала, одновременно является входным окном и началом следующего канала.
4. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что в массиве аккумулирующего материала образован канал для течения рабочей среды, последовательно соединяющий центрально-расположенное подводящее устройство через соединительные окна с кольцевыми каналами, образованными цилиндрическими перегородками, с отводящим устройством.
