Теплообменник



Теплообменник
Теплообменник
Теплообменник

 


Владельцы патента RU 2484405:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, преимущественно к кожухотрубным воздухоподогревателям котельных агрегатов. Теплообменник содержит теплообменную поверхность, устройство для подачи теплоносителя с отверстиями, причем теплообменная поверхность включает расширяющийся патрубок ввода нагревающего теплоносителя и трубчатую решетку, между которыми расположен термоэлектрический генератор, выполненный в виде корпуса с проходным каналом для нагревающего теплоносителя и комплектом дифференциальных термопар, при этом вход проходного канала для нагревающего теплоносителя соединен с входом расширяющегося патрубка ввода нагревающего теплоносителя теплообменной поверхности, а его выход соединен с выходом расширяющегося патрубка ввода нагревающего теплоносителя перед трубчатой решеткой, кроме того, «горячие» концы комплекта дифференциальных термопар термоэлектрического генератора расположены внутри проходного канала для нагревающего теплоносителя, а их «холодные» концы укреплены на поверхности корпуса термоэлектрического генератора вдали от проходного канала для нагревающего теплоносителя. Технический результат - снижение энергоемкости при длительной эксплуатации теплообменника, особенно в темное время суток. 3 ил.

 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, преимущественно к кожухотрубным воздухоподогревателям котельных агрегатов.

Известен теплообменник (см. патент РФ №2161764, МПК F28D 3/00, F28F 13/12,2001), содержащий теплообменную поверхность, устройство для подачи теплоносителя с отверстиями, в которых расположены сопла с жестко закрепленными внутри завихрителями в виде четырех полос, развернутых по ходу сопла на 90° и имеющих лотки, соединенные с кольцевой канавкой и установленным в нижней ее части устройством для удаления загрязнений.

Недостатком является залипание твердых и каплеобразных загрязнений на внутренней поверхности кольцевой канавки, что приводит к возрастанию толщины слоя загрязнений и последующему срыву его потоком воздуха, поступающего в сопло, а это интенсифицирует бомбардировку теплообменной поверхности, снижая эксплуатационные показатели теплообменников за счет увеличения частоты замены пучка труб. Кроме этого, возрастание концентрации загрязнений по проходному сечению сопла увеличивает его гидравлическое сопротивление и, как следствие, приводит к дополнительным энергозатратам при транспортировке теплоносителя в теплообменник.

Известен теплообменник (см. патент РФ на полезную модель №75884, МПК F28D 3/00, F28F 13/12, 2008), содержащий теплообменную поверхность, устройство для подачи теплоносителя с отверстиями, в которых расположены сопла с жестко закрепленными внутри завихрителями в виде четырех полос, развернутых по ходу сопла на 90° и имеющих лотки, соединенные с кольцевой канавкой и установленным в нижней ее части устройством для удаления загрязнений, отличающийся тем, что кольцевая канавка выполнена из биметалла, при этом материал биметалла на внутренней поверхности кольцевой канавки имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза превышающий коэффициент теплопроводности материала на внешней поверхности кольцевой канавки.

Недостатком является энергоемкость эксплуатации в качестве воздухоподогревателей котельных агрегатов в темное время суток, когда необходимо осуществлять дежурное освещение помещения, в котором расположен теплообменник, что требует наличие источника электрической энергии, а это в целом удорожает процесс подогрева воздуха окружающей среды, нагнетаемого вентилятором, например, в топку котельного агрегата.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат при эксплуатации теплообменника, особенно в темное время суток, путем применения теплового потенциала нагревающего теплоносителя для производства электрической энергии, обеспечивающей дежурное освещение процесса теплообмена, посредством использования термоэлектрического генератора, выполненного в виде корпуса с проходным каналом для нагревающего теплоносителя и комплектом дифференциальных термопар, при этом «горячие» концы расположены внутри проходного канала для нагревающего теплоносителя.

Технический результат по снижению энергоемкости при длительной эксплуатации теплообменника достигается тем, что теплообменник содержит теплообменную поверхность, устройство для подачи теплоносителя с отверстиями, в которых расположены сопла с жестко закрепленными внутри завихрителями в виде четырех полос, развернутых по ходу сопла на 90° и имеющих лотки, соединенные с кольцевой канавкой и установленным в нижней ее части устройством для удаления загрязнений, причем кольцевая канавка выполнена из биметалла, при этом материал биметалла на внутренней поверхности кольцевой канавки имеет коэффициент теплопроводности, в 2,0-2,5 раза превышающий коэффициент теплопроводности материала на внешней поверхности кольцевой канавки, причем теплообменная поверхность включает расширяющийся патрубок ввода нагревающего теплоносителя и трубчатую решетку, между которыми расположен термоэлектрический генератор, выполненный в виде корпуса с проходным каналом для нагревающего теплоносителя и комплектом дифференциальных термопар, при этом вход проходного канала для нагревающего теплоносителя соединен с входом расширяющегося патрубка ввода нагревающего теплоносителя теплообменной поверхности, а его выход соединен с выходом расширяющегося патрубка ввода нагревающего теплоносителя перед трубчатой решеткой, кроме того, «горячие» концы комплекта дифференциальных термопар термоэлектрического генератора расположены внутри проходного канала для нагревающего теплоносителя, а их «холодные» концы укреплены на поверхности корпуса термоэлектрического генератора вдали от проходного канала для нагревающего теплоносителя.

На фиг.1 изображен теплообменник, общий вид, на фиг.2 - завихритель суживающегося сопла с лотками на каждой из четырех полос, на фиг.3 - поперечный разрез кольцевой канавки.

Теплообменная поверхность 1 включает расширяющийся патрубок 11 ввода нагревающего теплоносителя и трубчатую решетку 12, между которыми расположен теплоэлектрический генератор 13, выполненный в виде корпуса 14 с проходным каналом 15 для нагревающего теплоносителя, который своим входом 16 соединен с входом 17 расширяющегося патрубка 11 ввода нагревающего теплоносителя теплообменной поверхности 1, а его выход 18 соединен с выходом 19 расширяющегося патрубка 11 ввода нагревающего теплоносителя перед трубчатой решеткой 12 и комплекта дифференциальных термопар 20. «Горячие» концы 21 комплекта дифференциальных термопар 20 теплоэлектрического генератора 13 расположены внутри проходного канала 15 для нагревающего теплоносителя, а «холодные» их концы 22 укреплены на поверхности 23 корпуса 14 теплоэлектрического генератора 13 вдали от проходного канала 15 для нагревающего теплоносителя.

Теплообменник работает следующим образом.

При поступлении нагревающего теплоносителя, например отработанных газов котельных агрегатов с температурой от 140°С и выше, на вход 17 расширяющегося патрубка 11 он разделяется на два потока: один направляется в к входу 16 проходного канала 15 для нагревающего теплоносителя корпуса 14 теплоэлектрического генератора 13, а другой (основной) - к трубчатой решетке 12 и далее к пучку труб теплообменной поверхности 1 для передачи тепла нагреваемому теплоносителю, т.е. воздуху окружающей среды. Отработанные газы котельных агрегатов от входа 16 перемещаются по проходному каналу 15, где контактируют с «горячими» концами 21 комплекта дифференциальных термопар 20 теплоэлектрического генератора 13, и далее через выход 18 поступают на вход 19 расширяющегося патрубка 11 ввода нагревающего теплоносителя перед трубчатой решеткой 12.

Данное техническое решение по соединению входа 16 и выхода 18 проходного канала 15 для нагревающего теплоносителя соответственно к входу 17 и выходу 19 расширяющегося патрубка 11 позволяет, используя скоростной напор вводимого нагревающего теплоносителя, без дополнительных энергозатрат преодолевать аэродинамическое сопротивление проходного канала 15 при перемещении потока отработанных газов, направляемых в корпус 14 теплоэлектрического генератора 13.

«Холодные» концы 22 комплекта дифференциальных термопар 20 контактируют с воздухом окружающей среды, имеющим температуру до 20°С в зависимости от условий эксплуатации котельных агрегатов. При выполнении комплекта дифференциальных термопар 20, например из хромель-копеля, температурный перепад (около 100°С) дает возможность на каждой термопаре получать термо-эдс до 6,96 мВ (см., например, Иванова Г.М. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергоатомиздат, 1984. 230 с.). А это позволяет получить напряжение на выходе термоэлектрического генератора 13 в пределах 12÷36 В (см., например, Технические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент.

Справочник / под. общ. ред. В.М.Зорина. - М.: Энергоатомиздат, 1980. 560 с.), что вполне достаточно для питания дежурного освещения помещения, в котором расположен теплообменник. А это в конечном итоге позволяет снизить энергозатраты на нагрев воздуха окружающей среды при длительной эксплуатации теплообменника.

Теплоноситель, например воздух из окружающей среды, в которой практически всегда наблюдается наличие во взвешенном состоянии мелких твердых частиц и каплеобразных загрязнений, нагнетается вентилятором (не показан) и поступает на входное устройство 2 и далее к соплам 3. В суживающихся соплах 3 поток ускоряется и, перемещаясь по полосам завихрителя 4, закручивается и в виде двух струй подается на теплообменную поверхность 1. Твердые частицы и каплеобразные загрязнения, поступая на полосы завихрителя 4, за счет центробежных сил смещаются в лотки 5, здесь сталкиваются, слипаются, коагулируют и, укрупняясь, перемещаются по внутренней полости лотков 5 и входному отверстию 6 устройства 2, где выполнена смесь, состоящая из каплеобразной влаги и смоченных твердых частиц, перемещаются из лотков 5 в кольцевую канавку 7, где в результате контакта на внутренней ее поверхности 9 образуется слой загрязнений, изменяющийся по толщине в направлении к нижней части. Здесь размещено устройство для удаления загрязнений 8. Интенсивность роста слоя загрязнений на внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7 определяется концентрацией твердых частиц, смоченных пылеобразной влагой и обладающих высокой степенью слипаемости с материалом внутренней поверхности 9. При толщине загрязнений, превышающей глубину кольцевой канавки 7, особенно ближе к ее нижней части, наблюдается постоянный срыв и витание каплеобразных и твердых частиц под воздействием непрерывно поступающего потока теплоносителя, т.е. воздуха, и, как следствие данного явления, концентрация загрязнений в объеме суживающихся сопл 3 резко возрастает и часть их бомбардирует теплообменную поверхность, снижая эксплуатационные показатели теплообменников за счет увеличения частоты замены пучка труб в период работы.

Выполнение кольцевой канавки 7 из биметалла при наличии разности температур между температурой воздуха окружающей среды, примерно равной температуре наружной поверхности устройства 2, соответственно, наружной поверхности 10 кольцевой канавки 7, и температурой воздуха, перемещающегося по завихрителям 4 (см., например, Вихревой эффект и его применение в технике. - А.П.Меркулов. М.: 1969, 387 с.), соответственно, внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7, приводит к образованию термовибраций, которые практически устраняют налипание смоченных каплеобразной влагой твердых частиц на внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7. Т.к. температурный напор, как показала практика эксплуатации кожухотрубных воздухонагревателей котельных агрегатов, колеблется от 10 до 15°С, то предлагается в составе биметалла использовать материал внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7 с коэффициентом теплопроводности, превышающим в 2,0-2,5 раза коэффициент теплопроводности материала наружной поверхности 10. В результате градиент температур, получаемый по условиям эксплуатации, поддерживает стабильную термовибрацию (см., например, Дмитриев А.Н. Биметаллы. Пермь, 1991, 416 с.), обеспечивающую постоянное стряхивание налипающих твердых и каплеобразных загрязнений с внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7 в устройство удаления загрязнений 8 и, как следствие, устраняются возможность образования утолщенного слоя загрязнений и, соответственно, срыва его с внутренней поверхности 9 кольцевой канавки 7 и последующая бомбардировка теплообменной поверхности.

Оригинальность технического решения заключается в том, что снижение эксплутационных энергозатрат при работе теплообменника достигается использованием теплового потенциала отработанных газов котельных агрегатов для производства электрической энергии для дежурного освещения в темное время суток помещения, в котором расположен теплообменник, путем выполнения термоэлектрического генератора с проходным каналом для нагревающего теплоносителя и комплектом дифференциальных термопар, «горячие» концы которых контактируют с нагревающим теплоносителем, а «холодные» их концы контактируют с воздухом окружающей среды.

Теплообменник, содержащий теплообменную поверхность, устройство для подачи теплоносителя с отверстиями, в которых расположены сопла с жестко закрепленными внутри завихрителями в виде четырех полос, развернутых по ходу сопла на 90° и имеющих лотки, соединенные с кольцевой канавкой и установленным в нижней ее части устройством для удаления загрязнений, причем кольцевая канавка выполнена из биметалла, при этом материал биметалла на внутренней поверхности кольцевой канавки имеет коэффициент теплопроводности, в 2,0-2,5 раза превышающий коэффициент теплопроводности материала на внешней поверхности кольцевой канавки, отличающийся тем, что теплообменная поверхность включает расширяющийся патрубок ввода нагревающего теплоносителя и трубчатую решетку, между которыми расположен термоэлектрический генератор, выполненный в виде корпуса с проходным каналом для нагревающего теплоносителя и комплектом дифференциальных термопар, при этом вход проходного канала для нагревающего теплоносителя соединен с входом расширяющегося патрубка ввода нагревающего теплоносителя теплообменной поверхности, а его выход соединен с выходом расширяющегося патрубка ввода нагревающего теплоносителя перед трубчатой решеткой, кроме того, «горячие» концы комплекта дифференциальных термопар термоэлектрического генератора расположены внутри проходного канала для нагревающего теплоносителя, а их «холодные» концы закреплены на поверхности корпуса термоэлектрического генератора вдали от проходного канала для нагревающего теплоносителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при изготовлении теплообменников. .

Изобретение относится к холодильной установке. .

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к теплообменному оборудованию, и может использоваться в энергетической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к вертикальным теплообменникам, и может быть использовано в микробиологической, химической и медицинской промышленности для отвода тепла в процессах биосинтеза в биореакторах.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к вертикальным пленочным теплообменным аппаратам, и может быть использовано в микробиологической, химической и медицинской отраслях промышленности для отвода тепла в процессах биосинтеза в биореакторах.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, более конкретно к теплообменным аппаратам с падающей пленкой жидкости, в которых осуществляются одновременно и массообменные процессы, например дистилляция, ректификация, выпаривание, абсорбция, конденсация, и может быть использовано в энергетике, химической и других отраслях промышленности, например в производстве карбамида.

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее к сборочной оснастке для фиксации крупногабаритных изделий, и может быть использовано для изготовления теплообменной секции аппарата воздушного охлаждения (АВО) газа.

Изобретение относится к конструкции элементов системы отопления жилых и других зданий, в частности, к теплообменнику металлическому системы отопления помещения и может быть использовано при изготовлении системы отопления помещения

Изобретение относится к технологии изготовления элементов системы отопления жилых и других зданий, в частности к способу изготовления теплообменника металлического системы отопления помещения, и может быть использовано при изготовлении элементов системы отопления помещения

Теплообменник содержит корпус с первым и вторым каналами для теплоносителей и сферические теплопередающие элементы, размещенные в сферических лунках. Каналы разделены теплопередающей поверхностью, входными и выходными патрубками первого канала, входными и выходными патрубками второго канала. Сферические теплопередающие элементы размещены в сферических лунках на теплопередающей поверхности и на внутренней поверхности корпуса. Изобретение позволяет улучшить теплоотдачу от разделяющей каналы теплообменника теплопередающей поверхности. 2 ил.

Изобретение относится к аппаратурному оформлению тепломассообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость, а именно к устройству пленочных тепломассобменных аппаратов, и может быть использовано в различных установках нефтеперерабатывающей промышленности, в частности, для переработки тяжелых нефтяных остатков, например мазута, а также химической и других отраслях промышленности. Пленкообразователь трубчатой насадки пленочного аппарата, установленный в верхней части труб, расположенных в верхней и нижней трубных решетках, выполнен в виде огибающего торец трубы вкладыша, проходное сечение которого по длине трубы увеличивается книзу. На входе вкладыша пленкообразователя соосно с ним и с зазором относительно трубной решетки и верхней части вкладыша установлен охватывающий верхнюю часть вкладыша колпачок, в верхней части которого на его боковой поверхности выполнены отверстия, а на верхней части вкладыша выполнено не менее двух кольцевых впадин. Технический результат: повышение эффективности проведения тепломассобменных процессов за счет равномерного и стабильного по периметру трубы распределения жидкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ подогрева в паровых теплообменниках путем ступенчатого подогрева нагреваемой среды в теплообменниках в несколько ступеней паром с повышающимся на каждой ступени давлением, подводимого к теплообменникам по паропроводам, и отвода конденсата пара из теплообменников по трубопроводам на каждой ступени через устройства отвода конденсата, при этом для обогрева теплообменников на каждой ступени используется пар котельной или ТЭЦ, который перед поступлением в теплообменник смешивается посредством струйной инжекции в струйном компрессоре с паром от самоиспарения конденсата, отводимого из этого же теплообменника в устройство отвода конденсата, причём конденсат выводится из установки из устройства отвода конденсата первой ступени подогрева, а часть отводимого конденсата впрыскивается в пар после струйной инжекции. Также представлена установка для осуществления способа. Изобретение позволяет снизить затраты пара котельной или ТЭЦ на подогрев нагреваемой среды, получить конденсат высокой чистоты и увеличить срок службы теплообменных трубок. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к кожухотрубным теплообменникам для теплообмена жидких и газообразных сред. Теплообменник содержит кожух, снабженный штуцерами для ввода и вывода теплоносителя, крышки со штуцерами для входа и выхода теплообменивающейся среды и пучок теплообменных труб, зафиксированных в отверстиях трубных решеток, состоящих из внутренней и последующей перфорированных пластин с уплотнительным материалом между ними. Каждая трубная решетка снабжена по меньшей мере одной дополнительной последующей перфорированной пластиной. Кожух выполнен с внутренними выемками по торцам. Внутренняя и последующие пластины трубных решеток зажаты крышками в выемках кожуха. Теплообменные трубы снабжены бандажами. Технический результат - упрощение изготовления, повышение надежности теплообменника. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Теплообменное устройство содержит элементы в виде спирально навитых труб с чередующимися прямыми и кольцеобразными участками, расположенными напротив друг друга. Элементы внедрены друг в друга кольцеобразными участками. Прямые участки смежных элементов в теплообменном устройстве располагаются с одной стороны, а кольцеобразные - с другой, при этом элементы в поперечном сечении теплообменного устройства расположены вокруг его оси по окружности, с ориентацией кольцеобразных участков на указанную ось. Прямые участки в элементах могут располагаться в разных плоскостях, под углом друг к другу. В этом случае кольца у кольцеобразных участков имеют различные диаметры, наибольшие в середине элементов, и наименьшие на его концевых участках. При совпадении направления навивок у смежных элементов плоскости, прилегающие к внешней стороне кольцеобразных участков, пересекаются под острым углом с осью теплообменного устройства. При взаимно противоположном направлении навивок у смежных элементов упомянутые плоскости и ось параллельны. Достигается значительное уменьшение габаритов теплообменного устройства за счет плотной компоновки смежных элементов в нем, а также возможность размещать его в цилиндрических, кольцевых, торообразных и сферических полостях. 3 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменных аппаратах, преимущественно в кожухотрубных воздухоподогревателях котельных агрегатов. Изобретение заключается в том, что теплообменник содержит теплообменную поверхность, которую с наружной стороны покрывают теплоизолирующим и теплоаккумулирующим тонковолокнистым материалом в виде пучков вытянутых тонких волокон из базальта, расположенных вертикально от устройства для подачи теплоносителя с отверстиями до расширяющегося патрубка ввода нагревающего теплоносителя. Технический результат - снижение энергозатрат при эксплуатации теплообменника, особенно при отрицательных температурах окружающей среды, путем устранения потерь тепла с теплообменной поверхности. 3 ил.

Изобретение относится к теплообменнику с падающей пленкой и к абсорбционной холодильной системе и может использоваться на судне, морской конструкции, подводном оборудовании и подобном, по своей природе вовлекающемся в качательное движение. Направляющая пластина (22A, 22B), содержащая углубленные части (22), расположена между решетками труб (21) теплообменника, расположенных бок о бок в горизонтальном направлении, и расположена нижними частями углубленных частей (22a) рядом с вершинами соответствующих нижних труб (21) теплообменника. Направляющая пластина выполнена таким образом, чтобы транспортировать жидкость (D), стекающую по внешним поверхностям соответствующих верхних труб (21) теплообменника, на нижние трубы (21) теплообменника, равномерно распределяя охлаждающее средство или поглотитель, на вершины труб теплообменника, даже когда происходит наклон или качание судна, на котором установлен теплообменник. Технический результат - сохранение эффективности теплообмена при наклоне или качании судна и т.п. морских конструкций. 5 н. и 6 з.п. ф-лы, 19 ил.
Наверх