Радиационно-конвективный теплообменник спирального типа "самовар"

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, преимущественно для утилизации тепла отходящих газов с высокой степенью запыленности. Технической задачей изобретения является повышение эффективности с одновременным уменьшением засоряемости поверхностей теплопередающих стенок и облегчением их зачистки в процессе эксплуатации. Поставленная задача решается в теплообменнике спирального типа, содержащем конусообразный корпус спирально-ступенчатой формы с патрубками подвода и отвода греющей и нагреваемой сред, в стенке которого имеется канал L-образного сечения в виде конической спирали, а внутренняя поверхность корпуса сформирована двумя ленточными поверхностями в виде конических спиралей, образующие которых соответственно параллельны образующим двух смежных теплоотдающих спиральных поверхностей, принадлежащих указанному каналу L-образного сечения. Теплообменник снабжен дополнительной внутренней, соосной с корпусом ступенью теплообмена, состоящей из сочлененных между собой спирально оребренных полого закручивающегося сердечника в виде опрокинутого усеченного конуса в основании внутренней ступени с патрубком подвода в его полость нагреваемой среды и фасонного патрубка, сообщающегося через соединительные фитинги с каналом L-образного сечения в корпусе наружной ступени теплообмена, при этом фасонный патрубок снабжен и внутренним спиральным оребрением, а наружное спиральное оребрение сердечника и фасонного патрубка согласуется по направлению винтовой линии со спиральными поверхностями внутреннего профиля конусообразного корпуса спирально-ступенчатой формы наружной ступени теплообмена. Внутренняя ступень опирается своим сердечником на крыльчатообразную конструкцию, имеющую пропеллерообразные несущие элементы, прикрепленные своими концами к стенкам патрубка-основания подвода в теплообменник греющей среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, преимущественно для утилизации тепла отходящих топочных и печных газов (дымов) с высокой степенью запыленности.

Известен радиационно-конвективный теплообменник спирального типа, содержащий корпус конусообразной, спирально-ступенчатой формы с патрубками подвода и отвода греющей и нагреваемых сред, в теле стенки которого имеется канал L-образного (уголкового) сечения в виде конической спирали, при этом внутренняя поверхность корпуса сформирована двумя ленточными поверхностями в виде конических спиралей, образующие которых соответственно параллельны образующим двух смежных теплоотдающих поверхностей, принадлежащих указанному каналу L-образного сечения в стенке корпуса (патент №2219437, зарегистрирован в Госреестре изобретений РФ, г.Москва, 20 декабря 2003 г., бюл. №35, 2003 г.).

Недостатком конструкции известного теплообменника является то, что она не обеспечивает активного участия в конвективном теплообмене срединной части потока греющей среды в связи с недостаточной турбулизацией в этой зоне теплообменника.

Задачей предлагаемого технического решения является создание конструкции радиационно-конвективного теплообменника спирального типа, обеспечивающей более глубокую утилизацию тепла отходящих газов за счет интенсификации конвективной составляющей теплообмена в срединной части потока греющей среды. Задача решается тем, что радиационно-конвективный теплообменник спирального типа содержит корпус конусообразной, спирально-ступенчатой формы с патрубками подвода и отвода греющей и нагреваемой сред, в теле стенки которого имеется канал L-образного (уголкового) сечения в виде конической спирали, а внутренняя поверхность корпуса сформирована двумя ленточными поверхностями в виде конических спиралей, образующие которых соответственно параллельны образующим двух смежных теплоотдающих спиральных поверхностей, принадлежащих указанному каналу L-образного сечения. Теплообменник снабжен дополнительной внутренней, соосной с корпусом ступенью теплообмена, состоящей из сочлененных между собой спирально оребренных полого закручивающегося сердечника в виде опрокинутого усеченного конуса в основании внутренней ступени с патрубком подвода в его полость нагреваемой среды и фасонного патрубка, сообщающегося через соединительные фитинги с каналом L-образного сечения в корпусе наружной ступени теплообмена, при этом фасонный патрубок снабжен и внутренним спиральным оребрением, а наружное спиральное оребрение сердечника и фасонного патрубка согласуется по направлению винтовой линии со спиральными поверхностями внутреннего профиля конусообразного корпуса спирально-ступенчатой формы наружной ступени теплообмена. Внутренняя ступень опирается своим сердечником на крыльчатообразную конструкцию, имеющую пропеллерообразные несущие элементы, прикрепленные своими концами к стенкам патрубка-основания подвода в теплообменник греющей среды. При этом опорная конструкция для установки дополнительной внутренней ступени теплообмена совмещает в себе и попутную функцию предварительного закручивания потока греющей среды благодаря крыльчатообразной форме этой опоры с пропеллерообразными несущими элементами, прикрепленными своими торцами к стенкам основания-патрубка, являющегося продолжением газохода, подводящего к теплообменнику греющую среду.

На фиг.1 показан в частичном разрезе радиационно-конвективный теплообменник спирального типа, снабженный дополнительной внутренней ступенью теплообмена с его опорной конструкцией; на фиг.2 - вид А на фиг.1 (вариант с внутренней ступенью в качестве первой ступени теплообмена, имеющий преимущество в части повышения огнестойкости закручивающего сердечника благодаря подводу в его полость холодной нагреваемой среды).

Представленный на фиг.1 и 2 теплообменник содержит:

- корпус 1 теплообменника наружной ступени теплообмена с каналом L-образного сечения в его теле и теплопередающими ленточно-спиральными поверхностями 2;

- корпус 3 теплообменника внутренней ступени теплообмена, состоящий из полого закручивающего сердечника 4 с ленточно-спиральным оребрением и фасонного патрубка 5 с наружным и внутренним оребрением;

- основание-патрубок 6 подвода греющей среды;

- патрубок 7 подвода нагреваемой среды во внутреннюю ступень теплообмена;

- фитинг-отвод 8;

- фитинг-переход 9 от сечения кольцевого в L-образное;

- патрубок 10 подвода нагреваемой среды в L-образный спиральный канал наружной ступени теплообмена;

- патрубок 11 отвода нагреваемой среды;

- патрубок 12 отвода греющей среды в вытяжную трубу или в газоочистное устройство;

- опорную крыльчатообразную конструкцию 13 с пропеллерообразными несущими элементами.

Теплообменник работает следующим образом: поток греющей среды, проходя на пути из газохода через основание-патрубок 6, встречается с опорной конструкцией 13, которая сообщает потоку предварительное закручивание своими пропеллерообразными несущими элементами; далее срединная часть потока, взаимодействуя с оребренной теплопередающей поверхностью сердечника 4, уже интенсивнее закручивается его спиральным оребрением и оттесняется к внутренним теплопередающим поверхностям 2 корпуса 1 наружной ступени теплообменника.

Миновав сердечник 4, поток продолжает завихряться вследствие одновременного взаимодействия со спиральными поверхностями внутреннего профиля корпуса 1 и согласующимся с ними по направлению винтовой линии спиральным оребрением теплопередающей поверхности патрубка 5 внутренней ступени теплообмена, что обеспечивает искомую интенсификацию конвективной теплопередачи с одновременным увеличением радиационно облучаемой теплопередающей поверхности (на величину наружной поверхности корпуса 3 внутренней ступени теплообмена). Сохраняется (практически не экранируется) и присущая известной конструкции теплообменника спирального типа предрекуператорная радиационная теплоотдача от греющей среды к внутренней поверхности наружной ступени через ленточно-спиральные поверхности ее корпуса с горизонтальными образующими.

Нагреваемая среда через патрубок 7 поступает в полость сердечника 4, далее поток ее, сужаясь и закручиваясь, проходит через фасонный патрубок 5, снабженный внутренним спиральным оребрением, затем через отвод 8, переход 9 и патрубок 10 входит в L-образный канал корпуса 1 следующей (наружной) ступени обогрева до выхода из патрубка 11.

Разборная конструкция предлагаемого двухступенчатого теплообменника спирального типа обеспечивает незатрудненный доступ для зачистки его теплопередающих со стороны греющей среды поверхностей в процессе эксплуатации. Со значительным в сравнении с прототипом возрастанием окружных скоростей в завихрении относительно крупных твердых частиц в потоке греющей среды (50 мкм мм и выше) проявится эффект их абразивного воздействия на теплопередающие поверхности теплообменника, препятствующий их загрязнению (оседание, налипание от возгонов и пр.) Практическая возможность изготовления всех элементов такого теплообменника в литом исполнении из жаростойких сплав, т.е. без сварных швов, делает его приспособленным для эксплуатации при переменном тепловом режиме (термостойкость) и высоких давлениях (прочность и гидроплотность).

1. Радиационно-конвективный теплообменник спирального типа, содержащий корпус конусообразной, спирально-ступенчатой формы с патрубками подвода и отвода греющей и нагреваемой сред, в теле стенки которого имеется канал L-образного (уголкового) сечения в виде конической спирали, а внутренняя поверхность корпуса сформирована двумя ленточными поверхностями в виде конических спиралей, образующие которых соответственно параллельны образующим двух смежных теплоотдающих спиральных поверхностей, принадлежащих указанному каналу L-образного сечения, отличающийся тем, что теплообменник снабжен дополнительной внутренней, соосной с корпусом известного теплообменника ступенью теплообмена, состоящей из сочлененных между собой спирально оребренных полого закручивающегося сердечника в виде опрокинутого усеченного конуса в основании внутренней ступени с патрубком подвода в его полость нагреваемой среды и фасонного патрубка, сообщающегося через соединительные фитинги с каналом L-образного сечения в известном корпусе наружной ступени теплообмена, при этом фасонный патрубок снабжен и внутренним спиральным оребрением, а наружное спиральное оребрение сердечника и фасонного патрубка согласуется по направлению винтовой линии со спиральными поверхностями внутреннего профиля конусообразного корпуса спирально-ступенчатой формы наружной ступени теплообмена.

2. Радиационно-конвективный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что внутренняя ступень опирается своим сердечником на крыльчатообразную конструкцию, имеющую пропеллерообразные несущие элементы, прикрепленные своими концами к стенкам патрубка-основания подвода в теплообменник греющей среды.