Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника



Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника
Система направляющих дисков для теплообменника, теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника

 


Владельцы патента RU 2517468:

СГЛ КАРБОН СЕ (DE)

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к системе направляющих дисков для теплообменника, к теплообменнику с применением системы направляющих дисков, к способу изготовления теплообменника, а также к комплекту для оборудования или дооборудования теплообменника. Система направляющих дисков согласно изобретению имеет множество направляющих дисков, которые предназначены для направления среды, протекающей в перекрестном противотоке в сердечнике теплообменника и в зоне кожуха между сердечником и окружающим сердечник кожухом. Каждый направляющий диск выполнен с возможностью насаживания на сердечник теплообменника. Технический результат - упрощение монтажа, снижение затрат на изготовление и дооборудование теплообменников. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 27 ил.

 

Данное изобретение относится к системе направляющих дисков для теплообменника, теплообменнику, в частности, с применением системы направляющих дисков согласно изобретению, способу изготовления теплообменника, а также комплекту для оборудования или дооборудования теплообменника. В частности, данное изобретение относится к каркасу из направляющих дисков или системе направляющих дисков для блочного теплообменника.

В технологических процессах и, в частности, в химических технологических процессах для темперирования текучих сред, будь ли они по существу жидкими, или газообразными, применяют теплообменники. В частности, это могут быть так называемые блочные теплообменники, которые состоят из сердечника теплообменника и окружающего сердечник кожуха, при этом сердечник имеет два вида отверстий: так называемые продольные отверстия или вертикальные отверстия и так называемые поперечные отверстия - радиальные или горизонтальные отверстия. При этом отверстия первого вида проходят по существу в первом направлении, например в продольном направлении Z сердечника теплообменника, и пронизывают его полностью. Отверстия второго вида проходят по существу перпендикулярно направлению Z отверстий первого вида и также пронизывают сердечник теплообменника полностью, однако, в поперечном направлении или радиальном направлении.

Отверстия первого вида и второго вида не сообщаются друг с другом. При работе через отверстия первого вида проходит первая среда, как правило, технологическая или обрабатываемая среда, которая подлежит темперированию. Через отверстия второго вида проходит вторая среда, часто служебная среда, которая служит для отдачи тепла в обрабатываемую среду или приема тепла от обрабатываемой среды.

Часто за счет выполнения геометрии кожуха, который окружает сердечник теплообменника, а также за счет наличия так называемой системы направляющих дисков или каркаса из направляющих дисков, в дальнейшем называемых в целом системой направляющих дисков, создают перекрещивающийся противоток обеих сред относительно друг друга. При этом между кожухом и сердечником теплообменника образуется зона кожуха или пространство кожуха, которое герметично закрыто относительно отверстий первого вида и относительно среды, которая проходит в этих отверстиях первого вида.

Система направляющих дисков расположена по существу в этом пространстве кожуха и состоит из направляющих дисков для вертикального разделения пространства кожуха в расположенные вертикально друг над другом отделения или объемные участки, а также из двух или более продольных пластин для горизонтального разделения расположенных горизонтально отделений пространства кожуха. За счет расположения направляющих дисков со смещением по вертикали в виде каскада получается во взаимодействии с отверстиями второго вида каскадное или террасное прохождение потока второй среды через сердечник теплообменника.

Способ перекрестного противотока приводит к особенно эффективному теплообмену между первой и второй средами, без непосредственного механического контакта их друг с другом.

При этом также важно, чтобы материал сердечника теплообменника имел особенно высокую теплопроводность. Для этого пригодны графитовые сердечники или сердечники на основе графита. Можно использовать и другие материалы, однако при этом необходимо учитывать свойства участвующих в теплообмене сред, например, относительно их абразивности, их химической агрессивности, их температур и другие параметры, которые определяют требования к структуре материала сердечника теплообменника, а также кожуха и направляющих дисков и продольных пластин.

Недостатком известных систем направляющих дисков является то, что они при создании блочного теплообменника монтируются на сердечнике теплообменника со значительными затратами труда, а затем должны быть окружены кожухом. Поскольку типичные теплообменники могут достигать высоты в несколько метров для соответствия требованиям к пропускной способности и коэффициенту полезного действия теплообменника, то после сборки состоящего из направляющих дисков и продольных пластин каркаса из направляющих дисков необходимо принимать меры для установки готового собранного каркаса направляющих дисков на сердечнике теплообменника, а именно, по существу с его окружением. Как правило, для этого требуются несколько человек и часто также соответствующие подъемные приспособления, например краны или т.п. Дополнительно к этому затрачивается значительное количество времени, поскольку при установке каркаса направляющих дисков на существующем сердечнике теплообменника обязательно необходимо исключать повреждения самого сердечника и каркаса направляющих дисков, так что, как правило, требуется осторожная установка каркаса направляющих дисков на сердечник теплообменника.

В основу изобретения положена задача создания системы направляющих дисков для сердечника теплообменника, теплообменника, способа изготовления теплообменника, а также комплекта для оборудования или дооборудования теплообменника, которые обеспечивают возможность монтажа системы направляющих дисков особенно простым и надежным образом с возможно меньшими затратами времени, труда и дополнительными приспособлениями.

Положенная в основу изобретения задача решена, согласно изобретению, в системе направляющих дисков с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, для решения задачи в пунктах 14, 15 и 17 формулы изобретения предлагаются теплообменник, способ изготовления теплообменника, а также комплект для оборудования или дооборудования теплообменника. Предпочтительные модификации являются предметом соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения.

Данное изобретение предлагает систему направляющих дисков для теплообменника, в которой предусмотрено множество направляющих дисков, которые предназначены для направления среды, протекающей в перекрестном противотоке в соответствующем теплообменнике, в сердечнике соответствующего теплообменника и в зоне кожуха соответствующего теплообменника между сердечником теплообменника и окружающим сердечник теплообменника кожухом. При этом согласно изобретению, каждый направляющий диск системы направляющих дисков предназначен для насаживания на сердечник соответствующего теплообменника.

Это означает, что в противоположность прежним способам, согласно которым, например, после предварительного монтажа системы направляющих дисков в виде каркаса направляющих дисков его необходимо со значительными затратами труда и возможно с применением машинных вспомогательных средств, например с использованием крана, надевать на сердечник соответствующего теплообменника, согласно изобретению, систему направляющих дисков можно создавать просто за счет того, что отдельные направляющие диски насаживают в соответствующем положении на сердечник соответствующего теплообменника. Таким образом, можно надежно, без больших затрат труда и без применения вспомогательных машинных средств создавать необходимую в теплообменнике систему направляющих дисков посредством простого насаживания направляющих дисков.

При этом особенно предпочтительно, когда каждый диск предназначен для разъемного насаживания на сердечник соответствующего теплообменника. А именно, в этом случае существует возможность замены отдельных направляющих дисков системы направляющих дисков или же всей системы направляющих дисков, например, при работах по техническому обслуживанию или чистке или при возникновении дефекта.

Каждый направляющий диск может быть выполнен с прохождением в плоскости или плоскости XY протяженности в виде плоской пластины с верхней и нижней стороной в плоскости XY или параллельно ей и может иметь в плоскости XY или параллельно ей зону с вогнутым внутренним контуром.

Вогнутый внутренний контур может быть согласован по форме и прохождению с, в частности, выпуклым наружным контуром сердечника соответствующего заданного теплообменника и выполнен, в частности, дополняющим образом к форме и прохождению наружного контура соответствующего сердечника теплообменника.

Таким образом, направляющие диски системы направляющих дисков оптимально согласованы с контуром, т.е. с формой и геометрией, сердечника соответствующего теплообменника.

Каждый направляющий диск может иметь одно или несколько первых насадочных средств для насаживания на сердечник соответствующего теплообменника. Это обеспечивает возможность особенно простого, но надежного крепления при насаживании на сердечник соответствующего теплообменника.

Одно или несколько первых средств насаживания могут быть предпочтительно образованы на нижней стороне каждого направляющего диска и дополнительно или в качестве альтернативного решения в удлиненном виде вдоль или параллельно направлению Y протяженности. За счет этого соответствующий направляющий диск пригоден для введения с помощью средств насаживания, например, в согласованные служебные отверстия сердечника соответствующего теплообменника. Служебные отверстия в сердечнике соответствующего теплообменника и без того уже имеются и их можно использовать также для вставления направляющих дисков системы направляющих дисков, так что в сердечнике теплообменника нет необходимости в дополнительных мерах для крепления направляющих дисков.

Поэтому возможно также дооборудование уже существующих теплообменников.

Кроме того, при изготовлении всего теплообменника можно отказаться от модификации сердечника теплообменника, поскольку направляющие диски системы направляющих дисков сами по себе обеспечивают все средства для крепления посредством насаживания на обычный сердечник теплообменника. Таким образом, обеспечивается возможность дальнейшего применения обычных сердечников теплообменника.

Одно или несколько первых средств насаживания могут быть образованы одинаковыми или одинаково действующими, в частности, в виде или с идентичными штифтами, трубками или с помощью других элементов продольно удлиненной формы. Наличие нескольких средств насаживания для каждого направляющего диска повышает стабильность каждого отдельного направляющего диска в насаженном на сердечник теплообменника состоянии.

Кроме того, наличие штифтов или трубок обеспечивает особенно простое решение без необходимости создания сложных механизмов.

Если в качестве средств насаживания предусмотрены трубки, то дополнительно обеспечивается, что используемые для насаживания направляющего диска соответствующие служебные отверстия сердечника соответствующего теплообменника закрываются не полностью и могут вносить еще свой вклад в теплообмен между служебной средой и технологической средой.

Каждый штифт или каждая трубка могут быть выполнены в поперечном сечении перпендикулярно направлению Y своей протяженности с наружным контуром, соответствующим внутреннему контуру служебного отверстия сердечника соответствующего заданного теплообменника. Это обеспечивает особенно надежное удерживание средства насаживания в служебном отверстии и тем самым надежную установку каждого направляющего диска на сердечнике соответствующего теплообменника.

Каждый направляющий диск может иметь открытую форму, например форму части кольца и, в частности, форму полукольца с первым и вторым концом, в частности, на основании круга, эллипса, прямоугольника или квадрата или многоугольника, предпочтительно правильной формы. За счет соответствующего выбора формы обеспечивается особенно плотный контакт внутреннего контура каждого направляющего диска с наружным контуром сердечника соответствующего теплообменника.

Могут быть образованы две или больше вертикальных пластин, которые служат для бокового ограничения зоны кожуха теплообменника и для расположения на сердечнике соответствующего заданного теплообменника на его наружном контуре и перпендикулярно плоскости XY протяженности каждого направляющего диска и в контакте с первым и вторым концом каждого направляющего диска.

Вертикальные пластины, с одной стороны, разделяют зону кожуха или пространство кожуха в горизонтальном направлении на соответствующие участки объема и обеспечивают возможность дополнительной опоры направляющих дисков системы направляющих дисков на сердечник соответствующего теплообменника своими концами в горизонтальном направлении. Это повышает стабильность системы направляющих дисков.

Каждый направляющий диск может иметь на своем первом и втором конце вторые средства насаживания.

Вертикальные пластины могут иметь выемки, которые предназначены для приема средств насаживания и тем самым для контакта с первыми и вторыми концами направляющих дисков.

Эти меры дополнительно повышают стабильность системы направляющих дисков в насаженном состоянии направляющих дисков, поскольку обеспечивается дополнительная возможность надежного насаживания и опоры не только в центральной зоне с помощью первых средств насаживания, но также в периферийной зоне с помощью вторых средств насаживания на вертикальную пластину.

Могут быть предусмотрены две вертикальные пластины в направлении Z протяженности сердечника соответствующего теплообменника.

В направлении Z протяженности сердечника теплообменника может быть расположено множество направляющих дисков и тем самым попеременно и в виде каскада по обе стороны от вертикальных пластин.

Это обеспечивает во взаимодействии с геометрией сердечника соответствующего теплообменника образование перекрестного противотока.

Направляющие диски и/или вертикальные пластины могут быть выполнены полностью или частично из одного или нескольких материалов, выбранных из группы, содержащей сталь, нержавеющую сталь, тантал, циркон, пластмассы, в частности, PTFE, PP, PE, PA6, PA66 и т.д., PVDF, графит, в частности, в непропитанном виде, и материалы CFC. Это обеспечивает оптимальный выбор и согласование свойств материала с термическими, механическими и химическими нагрузками, которые воздействуют на систему направляющих дисков при использовании в соответствующем теплообменнике.

Вертикальная пластина может быть выполнена в направлении Z протяженности в виде штекерной системы со скрепляемыми разъемно друг с другом вертикальными участками и тем самым с возможностью регулирования по длине. Таким образом, можно просто учитывать различную конструктивную высоту теплообменников.

Согласно другому аспекту данного изобретения, предлагается теплообменник и, в частности, блочный теплообменник, который имеет сердечник теплообменника и кожух, который окружает сердечник теплообменника так, что между сердечником теплообменника и кожухом образована зона кожуха или пространство кожуха, при этом между кожухом и сердечником теплообменника образована система направляющих дисков, согласно изобретению, для направления проходящих в теплообменнике, в сердечнике теплообменника и в зоне кожуха или пространстве кожуха в перекрестном противотоке среды.

Согласно дополнительному аспекту данного изобретения, предлагается способ изготовления теплообменника, в котором на предусмотренном сердечнике теплообменника образуют систему направляющих дисков посредством насаживания множества направляющих дисков на сердечник теплообменника.

При этом можно в существующем теплообменнике удалять существующую обычную систему направляющих дисков перед насаживанием направляющих дисков системы направляющих дисков, согласно изобретению. Таким образом, в данном случае обеспечивается также возможность переоборудования существующего теплообменника с использованием новой системы направляющих дисков.

Наконец, согласно данному изобретению предлагается комплект для оборудования или дооборудования теплообменника, состоящий из множества направляющих дисков и вертикальных пластин для создания системы направляющих дисков, согласно изобретению, на сердечнике соответствующего теплообменника.

Эти и другие аспекты изобретения поясняются ниже еще раз другими словами.

Изобретение относится, в частности, к новой системе направляющих дисков для блочного теплообменника.

Обычный или стандартный каркас направляющих дисков, например, для цилиндрических блочных теплообменников является сложным. Он состоит из множества компонентов. Система является сравнительно дорогой и трудной для монтажа и может быть стандартизована лишь в ограниченном объеме.

Эти недостатки, среди прочего, предотвращаются с помощью предлагаемой, согласно изобретению, системы направляющих дисков.

Один вариант выполнения новой системы направляющих дисков состоит из двух компонентов, а именно сегмента направляющего диска или направляющего диска и вертикальной пластины или крепежной пластины. Как сегмент направляющего диска, так и крепежная пластина направляют среду через служебные отверстия блока. Сегменты направляющих дисков соединяются, например, с помощью штекерного соединения с блоком сердечника теплообменника и, в частности, с крепежной пластиной.

Для этого на каждом сегменте могут быть установлены, например, 1-2 сплошных или полых цилиндра, которые можно вставлять в служебные отверстия блоков.

Крепежная пластина может быть выполнена различной длины. Она может также обеспечивать возможность удлинения с помощью штекерной системы.

Сегменты направляющих дисков и/или крепежные пластины могут быть изготовлены из различных материалов (например, углеродистой стали, нержавеющей стали, особых металлов, PTFE, PP, PE, PA6, PAG6 или других пластмасс).

Новая система направляющих дисков имеет, в частности, среди прочего следующие преимущества:

1) Она проста и надежна.

2) Она обеспечивает возможность стандартизации и тем самым снижения стоимости.

3) Она проста в монтаже, демонтаже и обслуживании, т.е. обеспечиваются преимущества для пользователей и конкурентоспособность.

4) Она обеспечивает возможность массового производства, что также приводит к уменьшению стоимости.

Эти и другие аспекты изобретения поясняются ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - вариант выполнения теплообменника согласно изобретению в виде блочного теплообменника с применением системы направляющих дисков согласно изобретению, в изометрической проекции в частичном разрезе, вид сбоку;

фиг. 2 - часть теплообменника согласно изобретению в виде блочного теплообменника в модульном виде с применением одного варианта выполнения системы направляющих дисков согласно изобретению;

фиг. 3А-3D - частичный разрез другого варианта выполнения теплообменника согласно изобретению в виде блочного теплообменника с применением одного варианта выполнения системы направляющих дисков согласно изобретению, при этом сердечник теплообменника имеет основную форму полого цилиндра, вид сбоку, соответственно, сверху;

фиг. 4А-4D - частичный разрез другого варианта выполнения теплообменника согласно изобретению в виде блочного теплообменника с применением одного варианта выполнения системы направляющих дисков согласно изобретению, при этом сердечник теплообменника имеет основную форму прямоугольного параллелепипеда, вид сбоку, соответственно, сверху;

фиг. 5А-5В - деталь варианта выполнения направляющего диска, применяемого в системе направляющих дисков согласно изобретению, вид сверху, соответственно, сбоку;

фиг. 6А-6Е - направляющий диск для одного варианта выполнения системы направляющих дисков согласно изобретению, для применения в блочном теплообменнике с сердечником теплообменника на основе формы кругового цилиндра, в различных проекциях;

фиг. 7А-7Е - направляющий диск для одного варианта выполнения системы направляющих дисков согласно изобретению, для применения в блочном теплообменнике с сердечником теплообменника на основе формы прямоугольного параллелепипеда, в различных проекциях;

фиг. 8А-8D - вариант выполнения крепежной пластины, применяемой в одном варианте выполнения системы направляющих дисков согласно изобретению;

фиг. 9А, 9В - частичный разрез другой крепежной пластины, которую можно применять в одном варианте выполнения системы направляющих дисков согласно изобретению, а именно, с изображением различных монтажных элементов для крепления направляющих дисков на крепежной пластине, вид сбоку.

Ниже приводится описание вариантов выполнения данного изобретения. Все варианты выполнения изобретения, а также их технические признаки и свойства можно комбинировать произвольно и без ограничения друг с другом по отдельности или в любой совокупности.

Структурно или функционально одинаковые, аналогичные или одинаково действующие признаки или элементы обозначены на фигурах одинаковыми позициями. Не всегда повторяется подробное описание этих признаков или элементов.

Сначала делаются ссылки на фигуры в целом. При этом сначала поясняется принципиальная конструкция и принцип действия блочного теплообменника и связанной с ним системы направляющих дисков, в частности, со ссылками на фиг. 1, а также 3А-4D, на которых показаны, в частности, соотношения потоков в показанных теплообменниках.

Теплообменники 10, в которых используется система 40 направляющих дисков, согласно изобретению, называется обычно также блочными теплообменниками 10 и имеют, среди прочего, сердечник 20 теплообменника из особенного пригодного для переноса тепла материала, например из графита. Такие блочные теплообменники 10 часто используются в химической промышленности и технологии, а именно, в частности, когда процессы теплообмена необходимо выполнять с использованием коррозийных сред. При этом обычно технологические среды или производственные среды, которые должны подвергаться тепловой обработке, отличаются от так называемых служебных сред, которые служат в качестве источника тепла или теплоотвода в стадии тепловой обработки или в стадии темперирования. Эти технологические или производственные среды, с одной стороны, и служебные среды, с другой стороны, направляются в так называемом перекрестном противотоке без непосредственного контакта друг с другом через соответствующий теплообменник 10.

На основной плите 14 внутри кожуха 30 расположены концентрично друг над другом, например, цилиндрические блочные модули 1 и образуют, соответственно, в целом сердечник 20 теплообменника 10. Сердечник 20 теплообменника и тем самым возможно предусмотренные блочные модули 1 имеют вдоль своего направления Z протяженности продольные отверстия 2 или продольные каналы 2, которые, если предусмотрены отдельные модули 1, соединены друг с другом между модулями. Таким образом, модули 1 выполнены примерно одинаково.

По существу перпендикулярно этим продольным каналам 2 предусмотрены поперечные каналы 4, которые называются также служебными отверстиями 4, с которыми не соединены продольные отверстия 2, а соединены исключительно участки объема или отделения зоны кожуха или пространства 30' кожуха на противоположных сторонах кожуха 30.

Через продольные каналы 2 протекает в качестве первой среды М1 обычно технологическая среда или получаемая среда, которая должна подвергаться тепловой обработке, будь то нагревание или охлаждение. Через поперечные каналы 4 протекает в качестве второй среды М2 служебная среда, которая служит для охлаждения или нагревания технологической или получаемой среды М1.

Поперечные каналы 4, которые расположены параллельно друг другу в лежащих друг над другом плоскостях и в стоящих рядом друг с другом рядах, входят, как уже указывалось выше, в зону или пространство 30' кожуха между кожухом 30 и сердечником 20 теплообменника.

Зона 30' кожуха или пространство 30' кожуха разделена с помощью системы 40 направляющих дисков на отдельные участки, отдельные объемы или отделения. В эти участки пространства 30' кожуха входят поперечные каналы 4. Каждый участок объема пространства 30' кожуха проходит через несколько рядов и плоскостей поперечных каналов 4.

При работе служебная среда М2 входит снаружи через предусмотренный в кожухе сбоку вход 9, на фиг. 1 на нижнем конце теплообменника 20, в пространство 30' кожуха и заполняет там при работе сначала первый участок объема, который ограничен частью системы 40 направляющих дисков. Система 40 направляющих дисков предотвращает за счет своей геометрии дальнейшее протекание в пространстве 30' кожуха. За счет выбранного расположения направляющих дисков 50 и предусмотренных вертикальных пластин 60 системы 40 направляющих дисков служебная среда М1 отклоняется во входящие в этот участок объема поперечные каналы 4 и тем самым от вертикального направления потока в направлении Z в проходящее поперек направление потока вдоль направления Y протяженности. После протекания через первую группу поперечных каналов в этом участке объема служебная среда М1 переходит затем в первый, противоположно лежащий участок объема пространства 30' кожуха. Там он снова отклоняется за счет выбранной геометрии системы 40 направляющих дисков для вынужденного протекания через следующую группу входящих в этот участок объема поперечных каналов 4 в горизонтальном противоположном направлении.

Таким образом, возникает каскадное движение потока служебной среды М2, при этом попеременно происходит в участках объема пространства 30' кожуха вертикальное протекание параллельно направлению Z и попеременно в промежутках горизонтальное протекание в поперечных каналах 4 параллельно направлению Y.

Таким образом, служебная среда М2 при протекании через пространство 30' кожуха и поперечные каналы 4 сердечника 20 теплообменника проходит через весь сердечник 20 теплообменника, на фиг. 1 снизу вверх и попеременно справа налево и слева направо, и при этом несколько раз отклоняется так, что технологическая среда М1 и служебная среда М2 по существу многократно перекрещиваются и участвуют в интенсивном теплообмене через материал сердечника 20 теплообменника.

На верхнем конце теплообменника 10 служебная среда М2 покидает пространство 30' кожуха через предусмотренный снова сбоку выход 8 для служебной среды М2.

Вместо получаемой или технологической среды М1 и служебной среды М2 речь может идти также в общем о первой среде М1 и второй среде М2. Хотя соответствующие роли распределяются указанным выше образом, однако это не обязательно необходимо.

Для входного потока Е и выходного потока А первой или технологической среды М1 технологические отверстия 2 или продольные каналы 2 объединены в верхней и в нижней головной части 5о, соответственно, 5u в соответствующие камеры.

Направления потока сред М1 и М2 могут быть также обратными, при этом, соответственно, изменяются соответствующие функции входа 8 и выхода 9 и соответствующих камер. Однако решающее значение при этом имеет то, что обе среды М1 и М2 направляются в противотоке относительно друг друга, так что холодная и горячая среда не направляются в теплообменник 10 с одной и той же стороны. Это отрицательно сказывалось бы на коэффициенте полезного действия и дополнительно к этому приводило к большим разницам температуры в приходящих в контакт со средами М1 и М2 материалах.

Головные части 5u и 5о могут быть также выполнены с несколькими частичными камерами.

В зависимости от варианта выполнения и геометрии могут возникать, в частности при модульной конструкции, зазоры между расположенными друг над другом блочными модулями 1, которые при необходимости могут быть закрыты частично или полностью с помощью уплотнений 3, например, из PTFE.

Зона или пространство 30' кожуха скреплено с собственно кожухом 30 через, соответственно, на основной плите 14. Для уплотнения между основной плитой 14 и нижней головной частью 5u может быть предусмотрено плоское уплотнение 15 или круглое уплотнение 15. Оно может состоять, например, из эластомера.

Для дальнейшего уплотнения можно выполнять (например, через верхнюю головную часть 5о) затягивание, в то время как собственно кожух 30 уплотнен с возможностью свободного движения с помощью круглого уплотнения 15 снизу и с помощью другого круглого уплотнения сверху в верхней головной части 5о. С помощью спиральных пружин образуется натяжение, которое учитывает и компенсирует различное тепловое расширение различных материалов.

Все эти аспекты показаны, в частности, на фиг. 1, однако также на других фигурах, в частности, на фиг. 3А-4D.

На фиг. 1 показаны также вертикальные пластины 60, соответственно, 60-1 и 60-2, на которых, наряду с креплением направляющих дисков 50 непосредственно за счет насаживания на сердечник 20 теплообменника, установлены направляющие диски 50 также своими первыми и вторыми концами 53-1 и 53-2, с целью разделения за счет этого во взаимодействии с вертикальными пластинами 60, 60-1, 60-2 пространства 30' кожуха на участки объема, а именно, в попеременном каскадном виде для реализации перекрестного противотока между обеими средами М1 и М2.

На фиг. 1 сердечник 20 теплообменника имеет форму вертикального кругового цилиндра. Однако возможны также другие основные формы. Отверстия или каналы 2 для технологической или получаемой среды М1 проходят вертикально на фиг. 1 и тем самым параллельно оси симметрии или оси Z протяженности основного тела сердечника 20 теплообменника, а именно вертикального кругового цилиндра.

На фиг. 2 показан схематично в изометрической проекции сбоку участок сердечника 20 теплообменника 10, согласно фиг. 1. Этот участок можно также рассматривать в качестве отдельного блочного модуля 1, при этом несколько включенных друг за другом в направлении Z протяженности модулей 1 образуют сердечник 20 соответствующего теплообменника 10.

Этот участок или модуль 1 имеет уже соответствующие направляющие диски 50, которые с помощью первых средств 54 насаживания, которые расположены на нижней стороне 50u каждого направляющего диска 50, насажены в служебных отверстиях 4, которые можно рассматривать также в качестве горизонтальных каналов или отверстий, и которые, с другой стороны, с помощью своих концов 53-1 и 53-2 и предусмотренных там вторых средств 55 насаживания опираются на выемки 61 предусмотренной вертикальной пластины 60, 60-1, 60-2.

Можно также видеть, что внутренний контур 50i каждого направляющего диска 50 согласован с наружным контуром 20а сердечника 20 теплообменника. В этом случае сердечник 20 теплообменника, соответственно, его модуль 1 имеет форму вертикального кругового цилиндра с осью Z симметрии, параллельно которой образованы вертикальные каналы или отверстия 2 для технологической среды М1.

Наружный контур 50а направляющего диска 50 проходит концентрично внутреннему контуру 50i, т.е. образован также круглым или кольцеобразным на основании круглой формы, однако наружный контур 50а может иметь также любую другую форму и, например, соответствовать внутреннему контуру кожуха 30 соответствующего теплообменника 10, даже когда он не имеет круглую цилиндрическую форму.

На фиг. 3А-3D показан вариант выполнения теплообменника 10, согласно изобретению, с применением системы 40 направляющих дисков, согласно изобретению, при этом теплообменник 10 и соединенный с ним сердечник 20 теплообменника снова имеют вертикальную и круглую цилиндрическую форму.

На фиг. 3А и 3С показаны частичные разрезы на виде сбоку. На фиг. 3В и 3D показаны разрезы в направлении, параллельном направлению Z протяженности теплообменника. Соответствующие плоскости разреза показаны с помощью осей А-А, В-В, С-С и D-D на соответствующих фиг. 3А-3D, на которых выполняются эти разрезы.

Показаны вертикальные протяженности теплообменника от нижней головной части 5u с выходом 7 и выходным потоком А для первой среды М1 или получаемой среды М1 до верхней головной части 5о с входом 6 и входным потоком для первой среды М1 или получаемой среды М1.

Наружная оболочка образована снова кожухом 30. Внутренняя зона образована сердечником 20 теплообменника, который проходит, как и весь теплообменник 10, в направлении Z протяженности. Сердечник 20 теплообменника выполнен в направлении Z протяженности с вертикальными отверстиями 2 или каналами 2 для первой среды М1 или получаемой среды М1.

Перпендикулярно направлению Z протяженности и тем самым в направлении Y протяженности сердечник 20 теплообменника имеет горизонтальные каналы 4 или отверстия 4, которые называются также служебными отверстиями 4 и служат для транспортировки второй среды М2 или служебной среды М2. Эта вторая среда М2 или служебная среда М2 входит через нижний вход 8 для входного потока е второй среды М2 или служебной среды М2 и выходит через предусмотренный в верхней зоне выход 9 для выходного потока второй среды М2 или служебной среды М2.

Между сердечником 20 теплообменника и кожухом 30 на основании выбранной геометрии образована зона кожуха или пространство 30' кожуха, в котором проходит поток второй среды М2 или служебной среды М2, в данном случае снизу вверх от входа 8 к выходу 9.

При этом зона 30' кожуха или пространство 30' кожуха разделено с помощью предусмотренной системы 40 направляющих дисков, которая образована из собственно направляющих дисков 50 и вертикальных пластин 60, на участки объема или отделения 31. За счет выбранного попеременного и каскадного расположения направляющих дисков 50 относительно вертикальных пластин 60 реализуется перекрестный противоток второй среды М2 относительно первой среды М1. Это означает, что после вхождения потока второй среды М2 через вход 8, вторая среда М2 сначала проходит через служебные отверстия 4 справа налево из первого отделения во второе отделение, затем заполняет вверх второе отделение, затем протекает снова слева направо в третье отделение на правой стороне, так что при таком каскадном прохождении снизу вверх и справа налево, соответственно, слева направо, проходит последовательно через все отделения пространства 30' кожуха и соединенные с отделениями служебные отверстия 4, до появления второй среды М2 на предусмотренном вверху выходе 9 в виде выходного потока а. Во время прохождения потока происходит теплообмен с первой средой или получаемой средой М1, т.е. отдача или прием тепла.

На фиг. 3А показано первое средство 54 насаживания на нижней стороне 50u направляющих дисков 50. Эти первые средства 54 насаживания вводятся до определенной глубины в служебные отверстия 4, сидят в них в соответствии с допуском и удерживают направляющие диски 50 в системе 40 направляющих дисков.

На фиг. 3С показано, что дополнительно к этому первые и вторые концы 53-1 и 53-2 выполненного в виде пластины направляющего диска 50 размещены в выемках 61 вертикальной пластины 60. При этом наиболее передняя зона первого и второго конца 53-1 и 53-3 выполненных в виде пластин направляющих дисков 50 образует второе средство 55 насаживания, которое размещается в соответствующей выемке 61 вертикальной пластины 60 и служит для периферийной опоры направляющих дисков 50 в зоне 30' кожуха.

На фиг. 4А-4D показана, аналогично фиг. 3А-3D, модифицированная форма теплообменника 10, согласно изобретению, с системой 40 направляющих дисков, согласно изобретению, при этом при аналогичной в остальном конструкции и одинаковой функции, предусмотрено основное тело в форме прямоугольного параллелепипеда как для сердечника 20 теплообменника, так и для кожуха 30. В соответствии с этим, как показано на фиг. 4В и 4D, направляющие диски 50 по их открытой форме и тем самым внутреннему контуру 50i согласованы с формой прямоугольного параллелепипеда и тем самым имеют многоугольную форму, которая соответствует наружному контуру 20а сердечника 20 теплообменника и внутреннему контуру кожуха 30.

На фиг. 5А-7Е показаны различные варианты выполнения направляющих дисков 50 для системы 40 направляющих дисков, согласно изобретению, при этом они имеют форму пластин 53.

В показанных на фиг. 5А-6Е вариантах выполнения направляющие диски 50 и соответствующие пластины 53 имеют форму кольцевого участка или части кольца на основе круговой формы. Такие направляющие диски 50 можно применять в вариантах выполнения теплообменника 10, показанных на фиг. 1-3D.

В противоположность этому, пластина 53 направляющего диска 50 в варианте выполнения, согласно фиг. 7А-7Е, имеет форму замкнутого многоугольника с прямыми углами, по существу на основе прямоугольника, и тем самым может применяться в теплообменнике 10, согласно фиг. 4А-4D.

Во всех случаях лежащая в основе соответствующего направляющего диска 50 пластина 53 имеет верхнюю сторону 50о и нижнюю сторону 50u, при этом на нижней стороне установлены первые средства 54 насаживания в виде штифтов или трубок. Соответствующие внутренние контуры 50i и наружные контуры 50а выполнены одинаковыми по форме и концентричными относительно друг друга и согласованы с соответствующим наружным контуром 20а сердечника 20 соответствующего теплообменника 10.

Направляющие диски 50 и соответствующие лежащие в основе пластины 53 имеют первый и второй концы 53-1, соответственно, 53-2, на которых с помощью выемок на самых наружных концах, в данном случае в наружной зоне, реализованы вторые крепежные средства 55, которые предназначены для введения с целью насаживания в соответствующих вертикальных пластинах или крепежных пластинах 60 в соответствующие выемки 61.

При этом первые и вторые средства 54, соответственно, 55, с одной стороны, и служебные отверстия 4 в сердечнике 20 соответствующего теплообменника 10 и выемки 61 в вертикальной пластине или крепежной пластине 60 имеют соответствующие размеры и подходящее положение по высоте, так что при насаживании направляющего диска 50 с помощью первых крепежных средств 54 в служебные отверстия 4, вторые крепежные отверстия 55 входят также на первых и вторых концах 53-1 и 53-2 в соответствующую выемку 61 крепежных пластин 60.

На фиг. 6А-7Е показаны соответствующие направляющие диски 50 в различных проекциях. Соответствующие плоскости разреза или плоскости проекции указаны на фигурах с помощью соответствующих линий А-А - D-D.

На фиг. 8А-9В показаны различные варианты выполнения вертикальных пластин или крепежных пластин 60 системы 40 направляющих дисков.

При применении вертикальные пластины или крепежные пластины 60 проходят параллельно направлению Z протяженности сердечника 20 соответствующего теплообменника 10.

В соответствии с предусмотренным попеременным каскадным расположением подлежащих насаживанию направляющих дисков 50 системы 40 направляющих дисков крепежная пластина 60 в направлении Z протяженности вертикальных пластин или крепежных пластин имеет попеременно на каждой стороне чередующиеся выемки 61, которые имеют такие размеры, что они могут входить в контакт с первыми и вторыми концами 53-1 и 53-2 направляющих дисков 50 посредством приема предусмотренных там вторых крепежных средств 55.

Кроме того, на фиг. 9А и 9В схематично показано, как можно вставлять посредством вдвигания направляющие диски 50 системы 40 направляющих дисков их первыми и вторыми концами 53-1 и 53-2 и предусмотренными там вторыми крепежными средствами 55 в выемки 61 крепежных пластин 60, при этом на фиг. 9А и 9В показана система и расположение в не насаженном и, соответственно, в насаженном состоянии.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Модуль теплообменника, блочный модуль сердечника теплообменника или блока теплообменника

2 Продольный канал или продольное отверстие, вертикальный канал, вертикальное отверстие, канал/отверстие для технологической среды, технологическое отверстие

3 Уплотнение

4 Поперечный канал, поперечное отверстие, радиальный канал, радиальное отверстие, канал/отверстие для служебной среды, служебное отверстие

4i Внутренний контур поперечного канала 4, поперечного отверстия 4, радиального канала 4, радиального отверстия 4, канала 4/отверстия 4 для второй служебной среды М2, служебного отверстия 4

5 Головная часть

5о Верхняя головная часть

5u Нижняя головная часть

6 Вход для технологической среды/первой среды М1

7 Выход для технологической среды/первой среды М1

8 Вход для служебной среды/второй среды М2

9 Выход для служебной среды/второй среды М2

10 Теплообменник, блочный теплообменник

14 Плита основания

15 Краевое уплотнение, круглое уплотнение

20 Сердечник теплообменника

20а Наружный контур сердечника 20 теплообменника

30 Кожух

30' Зона кожуха, пространство кожуха, промежуточное пространство между кожухом 30 и сердечником 20 теплообменника

40 Система направляющих дисков

50 Направляющий диск

50а Наружный контур

50i Внутренний контур

50о Верхняя сторона

50u Нижняя сторона

53 Пластина

53-1 Первый конец

53-2 Второй конец

54 Первое средство насаживания, штифт, трубка

55 Второе средство насаживания, выступ, цапфа

60 Вертикальная пластина, крепежная пластина

60-1 Первая вертикальная пластина/крепежная пластина

60-2 Вторая вертикальная пластина/крепежная пластина

61 Выемка

А Выходной поток первой среды/технологической среды М1

А Выходной поток второй среды/служебной среды М2

Е Входной поток первой среды/технологической среды М1

Е Входной поток второй среды/служебной среды М2

М1 Первая среда/технологическая среда

М2 Вторая среда/служебная среда

Х (Первое) направление протяженности первых крепежных средств 54 в плоскости Х протяженности или параллельно ей

XY Плоскость протяженности направляющих дисков 50

Y (Второе) направление протяженности первых крепежных средств 54 в плоскости XY протяженности или параллельно ей

Z Направление протяженности/ось симметрии сердечника теплообменника/технологических отверстий.

1. Система (40) направляющих дисков для теплообменника (10), которая содержит множество направляющих дисков (50) для направления среды (M1, M2), протекающей в перекрестном противотоке в теплообменнике (10) в сердечнике (20) теплообменника и в зоне (30') кожуха между сердечником (20) теплообменника и окружающим сердечник (20) теплообменника кожухом (30), и
в которой каждый направляющий диск (50) системы выполнен с возможностью насаживания на сердечник (20) теплообменника, соответственно, при небольших размерах дисков - на вертикальные ограничивающие пластины.

2. Система (40) направляющих дисков по п.1, в которой каждый направляющий диск (50) выполнен с возможностью разъемного насаживания на сердечник (20) теплообменника.

3. Система (40) направляющих дисков по п.1 или 2, в которой каждый направляющий диск (50) выполнен в виде плоской пластины с верхней стороной (50о) и нижней стороной (50u), причем эта плоская пластина проходит ровно в плоскости (XY) или параллельно ей и имеет в плоскости (XY) или параллельно ей зону с вогнутым внутренним контуром (50i).

4. Система (40) направляющих дисков по п.3, в которой вогнутый внутренний контур (50i) согласован по форме и прохождению, в частности, с выпуклым наружным контуром (20а) сердечника (20) соответствующего заданного теплообменника (10) и выполнен, в частности, ответным к форме и прохождению наружного контура (20а) соответствующего сердечника (20) теплообменника.

5. Система (40) направляющих дисков по любому из пп.1, 2 или 4, в которой каждый направляющий диск (50) имеет одно или несколько первых насадочных средств (54) для насаживания на сердечник (20) теплообменника.

6. Система (40) направляющих дисков по п.3, в которой каждый направляющий диск (50) имеет одно или несколько первых насадочных средств (54) для насаживания на сердечник (20) теплообменника.

7. Система (40) направляющих дисков по п.5, в которой одно или несколько первых средств (54) насаживания образованы на нижней стороне (50u) каждого направляющего диска (50) и имеют удлиненную форму вдоль направления (Y) протяженности или параллельно ему.

8. Система (40) направляющих дисков по п.6, в которой одно или несколько первых средств (54) насаживания образованы на нижней стороне (50u) каждого направляющего диска (50) и имеют удлиненную форму вдоль направления (Y) протяженности или параллельно ему.

9. Система (40) направляющих дисков по п.5, в которой одно или несколько первых средств (54) насаживания выполнены одинаковыми или одинаково действующими, в частности, в виде штифтов или трубок или с идентичными штифтами или трубками.

10. Система (40) направляющих дисков по любому из пп.6-8, в которой одно или несколько первых средств (54) насаживания выполнены одинаковыми или одинаково действующими, в частности, в виде штифтов или трубок или с идентичными штифтами или трубками.

11. Система (40) направляющих дисков по п.9, в которой каждый штифт или каждая трубка в перпендикулярном направлению (Y) протяженности сечении выполнены с наружным контуром (54а), соответствующим внутреннему контуру (4i) служебного отверстия (4) сердечника (20) заданного и соответствующего теплообменника (10).

12. Система (40) направляющих дисков по п.10, в которой каждый штифт или каждая трубка в перпендикулярном направлению (Y) протяженности сечении выполнены с наружным контуром (54а), соответствующим внутреннему контуру (4i) служебного отверстия (4) сердечника (20) заданного и соответствующего теплообменника (10).

13. Система (40) направляющих дисков по п.1, в которой каждый направляющий диск (50) имеет открытую форму в виде части кольца и, в частности форму полукольца с первым концом (53-1) и вторым концом (53-2), в частности, на основании круга, эллипса, прямоугольника или квадрата или многоугольника, предпочтительно правильной формы.

14. Система (40) направляющих дисков по п.1, в которой образованы две вертикальные пластины (60, 60-1, 60-2) или более, служащие для бокового ограничения зоны (30') кожуха теплообменника (10), выполненные с возможностью расположения на сердечнике (20) соответствующего заданного теплообменника на его наружном контуре (20а) и перпендикулярно плоскости (XY) протяженности каждого направляющего диска (50) и находящиеся в контакте с первым и вторым концами (53-1, 53-2) направляющих дисков (50).

15. Система (40) направляющих дисков по п.14, в которой каждый направляющий диск (50) имеет на своем первом и втором концах (53-1, 53-2) вторые средства (55) насаживания, и
при этом вертикальные пластины (60, 60-1, 60-2) имеют выемки (61), которые предназначены для приема вторых средств (55) насаживания и тем самым для контакта с первыми и вторыми концами (53-1, 53-2) направляющих дисков (50).

16. Система (40) направляющих дисков по п.14, в которой предусмотрены две вертикальные пластины в направлении (Z) протяженности соответствующего сердечника (20) соответствующего теплообменника (10), и
при этом в направлении (Z) протяженности сердечника (20) теплообменника и тем самым вертикальных пластин расположено попеременно и в виде каскада по обе стороны вертикальных пластин (60, 60-1, 60-2) множество направляющих дисков.

17. Система (40) направляющих дисков по п.14, в которой вертикальная пластина выполнена в направлении (Z) протяженности в виде штекерной системы с разделением на скрепляемые разъемно друг с другом вертикальные участки и тем самым с возможностью регулирования по длине.

18. Система (40) направляющих дисков по п.1 или 14, в которой направляющие диски (50) и/или вертикальные пластины (60, 60-1, 60-2) выполнены полностью или частично из одного или нескольких материалов, выбранных из группы, содержащей сталь, нержавеющую сталь, тантал, циркон, пластмассы, в частности, PTFE, РР, РЕ, РА6, РА66 и т.д., PVDF, графит, в частности в непропитанном виде, и материалы CFC.

19. Теплообменник (10), в частности блочный теплообменник, содержащий сердечник (20) теплообменника и кожух (30), который окружает сердечник (20) теплообменника так, что между сердечником (20) теплообменника и кожухом (30) образована зона (30') кожуха,
при этом между кожухом (30) и сердечником (20) теплообменника образована система (40) направляющих дисков по любому из пп.1-18 для направления проходящей в теплообменнике (10), в сердечнике (20) теплообменника и в зоне (30') кожуха в перекрестном противотоке среды (M1, M2).

20. Способ изготовления теплообменника (10), при котором на предусмотренном сердечнике (20) теплообменника (10) образуют систему (40) направляющих дисков по любому из пп.1-18 посредством насаживания множества направляющих дисков (50) на сердечник (20) теплообменника.

21. Способ по п.20, при котором в существующем теплообменнике (10) перед насаживанием направляющих дисков (50) удаляют существующую обычную систему направляющих дисков.

22. Комплект для оборудования или дооборудования теплообменника (10), состоящий из множества направляющих дисков (50) и вертикальных пластин (60) для создания системы (40) направляющих дисков по любому из пп.1-18 на сердечнике (20) соответствующего теплообменника (10).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам тепловой защиты из огнеупорного композитного материала, которые охлаждаются потоком жидкости, и более точно касается конструкции тепловой защиты для отражателя камеры удерживания плазмы в установке термоядерного синтеза, охлаждающего элемента, который использован в конструкции тепловой защиты, и способа изготовления такого охлаждающего элемента.

Изобретение предназначено для охлаждения электронных устройств бортовой аппаратуры космических аппаратов (КА). Технический результат - повышение эффективности охлаждения устройств, содержащих радиоэлектронные компоненты и силовые модули с различными тепловыделениями, в том числе предназначенных для эксплуатации в условиях невесомости. Это достигается тем, что конструкция размещена в герметичном корпусе, состоящем из двух частей. Первая (верхняя) часть является крышкой в виде полого металлического цилиндра с полусферической торцовой стенкой с закрытой стороны и снабженного фланцем - с открытой стороны. Вторая (нижняя) часть представляет собой основание, на котором крепятся все компоненты электронного устройства. Внутри корпуса размещены электронные компоненты следующим образом: на основании установлен групповой охладитель, на котором закреплены наиболее тепловыделяющие компоненты. На основании также установлены стойки, обеспечивающие крепеж над упомянутыми компонентами горизонтального перфорированного экрана, на котором смонтированы остальные компоненты с меньшими тепловыделениями - печатные платы с радиоэлементами. Входное отверстие, расположенное в крышке, предназначено для подачи внутрь корпуса диэлектрической охлаждающей жидкости, которая, проходя внутри корпуса, омывает все электронные компоненты, охлаждая их, и поступает в каналы, имеющиеся в теле группового охладителя, обеспечивая дополнительный съем тепла, затем сливается через выходное отверстие, расположенное в основании. Внутренние каналы увеличивают эффективность теплоотдачи установленных на групповом охладителе компонентов. Охлаждающая жидкость подается в корпус под большим давлением с помощью внешнего насоса и может входить в общий циркулирующий поток охладителя всего космического аппарата. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх