Конденсационный теплообменник с фальштрубками

Настоящее изобретение относится к конденсационному теплообменнику с фальштрубками, в котором множество конденсационно-теплообменных трубок, соединённых через водяные рубашки, служат для рекуперации скрытой теплоты циркулирующей воды, а фальштрубки, введённые между конденсационно-теплообменными трубками сквозь водяные рубашки, обеспечивают равномерность распределения давления, действующего на водяные рубашки, и потока циркулирующей воды. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к конденсационному (конденсатному) теплообменнику с фальштрубками, а именно к конденсационному теплообменнику, снабжённому глухими фальштрубками, в котором множество конденсационно-теплообменных трубок, соединённых через водяные рубашки, служат для рекуперации скрытой теплоты циркулирующей воды, а глухие фальштрубки, введённые между конденсационно-теплообменными трубками сквозь водяные рубашки, обеспечивают распределение давления, действующего на водяные рубашки, и равномерность потока циркулирующей воды.

Известный уровень техники

В общем смысле теплообменник - это устройство, предназначенное для взаимного обмена теплом двух текучих сред, имеющих разные температуры. Теплообменники используют в различных устройствах охлаждения/нагрева, таких как водонагреватели, кондиционеры воздуха, электрогенераторы, холодильники, рециркуляторы отработанного тепла и т.п.

В конструкцию конденсационного водонагревателя, как показано на фиг. 1, входят, в частности, теплообменник ощутимой (явной) теплоты 1 пламени и газообразных продуктов сгорания топлива и теплообменник скрытой теплоты 2 продуктов горения.

В патентах Республики Корея № 390521, 386717 и др. предложен компактный теплообменник, в котором теплообменные трубки размещены внутри корпуса теплообменника и соединены через водяные ёмкости или тому подобные элементы (далее здесь называемые „водяные рубашки“), установленные на внешних сторонах корпуса.

Однако при подобной традиционной компоновке возникают проблемы, связанные с тем, что к водяным ёмкостям подсоединено одновременно всё множество теплообменных трубок, в результате чего давление воды, проходящей через теплообменные трубки, воздействующее на указанные ёмкости, возрастает, что может вызвать их деформацию, нарушение целостности или другое повреждение.

Другая проблема возникает вследствие самого факта сообщения теплообменных трубок через водяные ёмкости, при котором вода, поступая одновременно через множество теплообменных трубок в соответствующие ёмкости, создаёт в них односторонний приток, препятствуя равномерному току воды, затрудняя её циркуляцию и, как следствие, замедляя скорость подачи пользователю горячей воды или теплоносителя.

Раскрытие изобретения

Техническая задача

С учётом обозначенных выше проблем на существующем уровне техники предложено настоящее изобретение конденсационного теплообменника, снабжённого фальштрубками, в котором множество трубок конденсационного теплообмена соединено посредством водяных рубашек, за счёт чего достигается рекуперация скрытой теплоты циркулирующей воды, при этом глухие фальштрубки, проходящие сквозь водяные рубашки между конденсационно-теплообменными трубками, обеспечивают равномерность распределения давления, действующего на водяные рубашки, и тока циркулирующей воды.

Техническое решение

Для достижения поставленной выше цели в настоящем изобретении разработан конденсационный теплообменник, включающий: рабочую секцию агрегата, закрытую боковыми экранами и открытую сверху и снизу; множество теплообменных трубок, расположенных внутри пространства рабочей секции агрегата между взаимно противоположными боковыми экранами близко друг к другу с просветом для прохождения горячих газообразных продуктов горения; водяные рубашки, смонтированные на внешних торцовых плоскостях противоположных боковых экранов и соединяющие теплообменные трубки вместе таким образом, что они сообщаются между собой для пропуска потока воды; и фальштрубка, проходящая вдоль между теплообменными трубками сквозь противоположные боковые экраны рабочей секции агрегата и сквозь смонтированные на их внешних плоскостях водяные рубашки.

Предпочтительно, если теплообменные трубки разделены на множество обособленных групп, объединяемых водяными рубашками, при этом фальштрубкой может быть снабжена одна или более таких групп.

Фальштрубка предпочтительно размещается в центре соответствующей группы.

Преимущества конструкции

Согласно настоящему изобретению теплообменные трубки, горизонтально расположенные в рабочей секции теплообменника, соединены водяными рубашками для рекуперации скрытой теплоты из воды, циркулирующей в водяных рубашках. Благодаря этому возможна регенерация скрытой теплоты с использованием только теплообменных трубок без какого-либо оребрения.

Фальштрубка, проходящая между теплообменными трубками и сквозь водяные рубашки, обеспечивает равномерное распределение потока и давления воды в водяных рубашках.

Описание фигур

На фиг. 1 дан вид в поперечном разрезе конденсационного водонагревателя (водогрейного котла) с традиционным теплообменником; на фиг. 2 представлен вид в перспективе конденсационного теплообменника с фальштрубкой по изобретению; на фиг. 3 дан вид сбоку варианта реализации конденсационного теплообменника с фальштрубкой по изобретению; и на фиг. 4 даны вид спереди и вид в разрезе по линии А - А варианта реализации конденсационного теплообменника с фальштрубкой по изобретению.

Предпочтительное осуществление изобретения

Далее даётся описание предпочтительного варианта осуществления конденсационного (конденсатного) теплообменника с фальштрубкой согласно изобретению со ссылкой на сопроводительные фигуры.

В настоящем описании место нахождения горелки определено как верхняя часть теплообменника, противоположное местонахождение определено как нижняя часть теплообменника, при этом понятно, что в контексте верхняя и нижняя части могут меняться в зависимости от местоположения горелки.

Также понятно, что подача и отвод (воды), указанные в описании, могут меняться с изменением направления тока воды в зависимости от конструкции.

Конденсационный теплообменник, изображённый на фиг. 2, включает рабочую секцию агрегата 110, конденсационно-теплообменные трубки 120, через которые проходит вода, водяные рубашки 130, соединяющие теплообменные трубки 120, и фальштрубка 140, предназначенная для равномерного распределения потока и давления воды в водяных рубашках 130.

Теплообменные трубки 120 установлены горизонтально в рабочей части агрегата 110 теплообменника и соединены посредством водяных рубашек 130, обеспечивая рекуперацию скрытой теплоты из циркулирующей в водяных рубашках воды. Благодаря этому возможна регенерация скрытой теплоты только с помощью теплообменных трубок 120 без какого-либо оребрения.

В дополнение к этому, фальштрубка 140, проходящая сквозь водяные рубашки 130 между теплообменными трубками 120, обеспечивает равномерное распределение потока и давления воды внутри водяных рубашек 130.

В этих целях рабочая секция 110 теплообменника окружена спереди/сзади/справа/слева боковыми экранами и открыта сверху и снизу. Таким образом, за счёт окружения спереди/сзади/слева/справа боковыми экранами обеспечивается прохождение горячих продуктов сгорающего в топке топлива через рабочую секцию сверху вниз или наоборот.

Каждая из множества конденсатно-теплообменных трубок 120 расположена горизонтально между противоположными боковыми экранами рабочей секции агрегата 110, проходя сквозь эти боковые экраны.

Теплообменные трубки 120 размещены близко друг к другу на расстоянии, обеспечивающем при прохождении через них отработанных газов передачу тепла всем теплообменным трубкам.

Понятно, что теплообменная трубка 120 может иметь любой профиль, например, круглый, как показано на прилагаемых фигурах, или овальный.

Также, теплообменные трубки 120 могут быть как одинакового диаметра, как показано на фигурах, так и разных диаметров в зависимости от местонахождения теплообменных трубок в пределах рабочего пространства агрегата 110.

Водяные рубашки 130 смонтированы на внешних поверхностях противоположных боковых экранов рабочей секции агрегата 110 с тех сторон, куда обращены противоположные открытые концы теплообменных трубок 120. Следовательно, как показано на фиг. 2 и 3, водяные рубашки 130 размещены на противоположных боковых экранах.

Водяная рубашка 130 смонтирована таким образом, что накрывает боковой экран и открытые торцы теплообменных трубок 120, образуя замкнутый объём для циркуляции воды. За счёт этого поток воды последовательно проходит через все теплообменные трубки 120.

В одном из вариантов исполнения водяная рубашка 130, смонтированная на одном из боковых экранов, снабжена водоподводящим патрубком (IN), а водяная рубашка 130, смонтированная на противоположном боковом экране, снабжена водоотводящим патрубком (OUT).

Таким образом, вода, поступая через водоподводящий патрубок (IN), проходит внутри теплообменных трубок 120 и подаётся на водоотводящий патрубок (OUT). Вода на выходе из водоотводящего патрубка (OUT), приняв теплоту в результате теплообмена, используется как горячая вода для бытовых целей или как теплоноситель для отопления.

Фальштрубка 140 проходит вдоль между теплообменными трубками 120 сквозь противоположные боковые экраны 110 и сквозь противоположные водяные рубашки 130. Противоположные торцы фальштрубки проходят сквозь водяные рубашки и выступают вовне, исключая попадание воды.

Противоположные концы фальштрубки 140 могут быть открытыми или глухими.

Благодаря этому при замене некоторых теплообменных трубок 120 фальштрубкой, по которой вода не циркулирует, объём перетекающей воды соответственно уменьшается, снижая гидравлическое давление в водяных рубашках. Таким образом, фальштрубка служит для распределения гидравлического давления.

В дополнение к этому фальштрубка 140, проходя сквозь водяную рубашку 130, выступает вовне и таким образом делит внутреннее пространство водяной рубашки 130.

Соответственно, поток воды также разбивается на струи, обеспечивая равномерность водотока. То есть фальштрубка служит для рассечения потока воды на более мелкие струи.

Одновременно, как показано на фиг. 4, теплообменные трубки 120 предпочтительно разделены на обособленные группы G. Каждая группа G включает множество теплообменных трубок 120.

Кроме того, обособленные группы G обеспечивают равномерное прохождение отработанных газов через рабочую секцию 110 теплообменника сверху вниз и обратно.

При этом за счёт снижения скорости прохождения продуктов горения увеличивается время теплообмена, что повышает термический КПД, в то время как возможный перегрев теплообменных трубок 120 и рабочей секции 110 теплообменника создаёт опасность нарушения нормальной работы теплообменника.

Из этого следует, что теплообменные трубки предпочтительно разбивают на множество групп G, разделённых между собой некоторым просветом, обеспечивающим одновременно равномерное прохождение отходящих газов и достаточное время для теплообмена.

Если выполнен принцип разделения теплообменных трубок на множество групп G, размеры и конфигурация водяной рубашки 130 могут быть выбраны из расчёта соединения двух смежных групп G.

При этом фальштрубка 140 может быть размещена в одной или более группах G. В одну группу G могут быть включены одна или более фальштрубок 140, а при необходимости, в любой из групп G фальштрубка 140 может отсутствовать.

На фиг. 4 показан вариант компоновки с одной фальштрубкой в каждой группе G.

Причём, если фальштрубка 140 предпочтительно расположена в центре группы G, логично, если она проходит сквозь центр водяных рубашек 130, равномерно рассеивая водяные потоки во всех направлениях.

Конструкция рабочей секции 110 теплообменника рассчитана на эффект уменьшения объёма отходящих газов по мере снижения температуры при теплообмене таким образом, что площадь просвета газохода 111 постепенно сужается книзу.

Наличием сужения газохода 111 обусловлено изменение количества теплообменных трубок 120 в группах G, в силу чего фальштрубки 140 предпочтительно располагают как можно ближе к центру теплообменных трубок 120.

Промышленная применимость

Представляемое изобретение раскрыто на примере предпочтительного варианта его осуществления, при этом специалистам в данной области понятно, что модификации, дополнения и замены могут быть внесены без выхода за пределы объёма правовой защиты и технической сущности изобретения.

Таким образом, описанные выше конструктивные решения представлены для полного понимания специалистами объёма данного изобретения и во всех аспектах являются исключительно иллюстративными, но не ограничительными, при этом объём притязаний определяется формулой настоящего изобретения.

1. Конденсационный теплообменник, включающий: рабочую секцию (110), закрытую боковыми экранами и открытую сверху и снизу; множество теплообменных трубок (120), расположенных вдоль рабочей секции между взаимно противолежащими боковыми экранами на близком расстоянии друг от друга с просветом, обеспечивающим прохождение горячих газообразных продуктов сгорания; комплект водяных рубашек (130), смонтированных на внешних поверхностях противоположных боковых экранов рабочей секция (110) и соединяющих вместе теплообменные трубки (120), обеспечивая прохождение через них потока воды; и фальштрубку (140), проходящую между теплообменных трубок (120) сквозь противоположные боковые экраны рабочей секции (110) и сквозь смонтированные на их внешних плоскостях водяные рубашки [130].

2. Конденсационный теплообменник по п. 1, характеризующийся тем, что теплообменные трубки (120) разделены на множество обособленных групп (G); при этом водяные рубашки (130) соединяют группы (G) вместе и при этом фальштрубка (140) включена в одну или более групп (G).

3. Конденсационный теплообменник по п. 2, характеризующийся тем, что фальштрубка (140) размещена в центре соответствующей группы (G).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, в которых осуществляется конденсация паров в межтрубном пространстве, и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к охладителю (1) отработавших газов, содержащему наружный корпус (2) и расположенную в нем вставку (3) теплообменника, которая во внутреннем корпусе (4) содержит обтекаемые отработавшими газами в поперечном направлении трубы (5), через которые протекает охлаждающее средство первого циркуляционного контура (11) охлаждения.

Изобретение относится к теплотехнике и предназначено для утилизации тепла. Проточный кожухотрубный теплообменник для жидких и газообразных сред цилиндрической формы с соосными патрубками по торцам для входа и выхода основной нагревающей или охлаждаемой среды, с однорядным расположением профильных труб вдоль боковой цилиндрической поверхности, с вводом и выводом нагреваемой или охлаждающей среды через отверстия по кольцевым окружностям торцов между боковой стенкой теплообменника и патрубком, являющимися элементами трубной доски, при этом теплообменные трубы по основной длине имеют сечение клиновидной формы, обращенные острыми углами к центральной оси, тем самым равномерно заполняя теплообменник, и к местам ввода и вывода нагреваемой или охлаждающей среды сечение труб уменьшается до возможности их присоединения к отверстиям в кольцевых торцах теплообменника.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов, основу которых составляют гладкие трубчатые поверхности.

Теплообменник, в частности, для использования в контактной группе установки по производству серной кислоты, содержит камеру (2), в которой пучок (12) трубок расположен по круговому кольцу, причем между пучком (12) трубок и окружающим его корпусом (13) камеры образовано газовое пространство (15), отверстие (6) для подачи газа, выполненное в корпусе (13) камеры и предназначенное для введения газа, по существу, в радиальном направлении относительно пучка (12) трубок, и газовыпускное отверстие, примыкающее к внутреннему пространству (16), окруженному пучком (12) трубок, по существу, в осевом направлении.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для установки труб в теплообменных аппаратах. Подогреватель воздуха топочным газом и способ установки воздушных труб для подогревателя воздуха топочным газом, в котором комплект воздушных труб соединен с указанным подогревателем воздуха, при этом способ заключается в обрезке воздушной трубы, присоединенной к подогревателю, и в отделении указанной части воздушной трубы, которая подлежит удалению из подогревателя воздуха для замены; далее указанный способ заключается в установке отдельной новой воздушной трубы взамен удаленной части воздушной трубы и в плотном присоединении указанной новой воздушной трубы к оставшейся части в качестве ее продолжения.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в устройствах для осуществления взаимодействия двух теплоносителей без их непосредственного контакта, в частности в парогенераторах.

Изобретение относится к одноходовым кожухотрубчатым теплообменным аппаратам и может быть использовано в химической, нефтегазовой и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к теплоэнергетической, химической и нефтехимической промышленности и предназначено для использования в многотоннажных промышленных установках.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при изготовлении трубчатых теплообменников. Трубчатый теплообменник для теплообмена между двумя текучими средами содержит корпус (2), внутри которого между входной и выходной камерами (5, 6) проходит одна или несколько труб (8) для первой текучей среды.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для теплообмена жидких сред (вода-вода) в технологических процессах любой отрасли народного хозяйства, преимущественно нефтеперерабатывающей, нефтехимической или смежных с ними областях. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник содержит корпус с трубными решетками и трубным пучком, связанным с коллекторной камерой, в которой с образованием полости установлена кольцевая обечайка, причем кольцевая обечайка выполнена перфорированной и расположена между трубной решеткой и дополнительно смонтированной сепарационно-разделительной решеткой, на которой размещена снабженная турбулизирующими направляющими и отбойным днищем конусная обечайка, образующая со стенками коллекторной камеры полость. Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности теплообменника. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области нефтехимической промышленности и теплоэнергетики. Кожухотрубный теплообменник содержит корпус с встроенной в него поверхностью теплообмена в виде прямотрубного пучка с подвижной нижней трубной решеткой с коллектором, патрубки для ввода и вывода газожидкостных теплоносителей, расположенные на корпусе. Прямотрубный пучок содержит центральную трубу, имеющую наружную кольцевую полость, замкнутую внизу. Верхняя часть труб прямотрубного пучка на стороне конденсации ограничена перегородкой-фартуком с патрубком для вывода несконденсированного газа за пределы корпуса аппарата. Технический результат - повышение надежности работы теплообменника. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к теплообменным устройствам, применяемым в химической и других отраслях промышленности, и предназначено для охлаждения жидких сред. В теплообменном аппарате, содержащем корпус, впускные и выпускные патрубки охлаждающей и охлаждаемой среды, размещенный внутри корпуса набор труб, на поверхности корпуса установлены держатели, к которым присоединены пластины оребрения с возможностью поворота относительно поверхности корпуса на угол от 0 до 90 градусов, причем при угле наклона 0 градусов между корпусом и пластинами оребрения имеются полости, а для фиксирования пластин оребрения в промежуточных положениях на держателях установлены фиксаторы. Технический результат – возможность регулирования теплоотдачи от корпуса и пластин оребрения. 2 ил.

Изобретение относится к энергетике. Теплообменный змеевик сухого теплообменника с множеством прямых внутренних трубок, соединенных множеством обратных колен. Обратные колена расположены снаружи потока воздуха, проходящего вокруг змеевика. Внутренние трубки расположены внутри соответствующих наружных или «защитных» трубок. Наружные трубки не содержат и не соединены с обратными коленами, но концы наружных трубок расположены снаружи пути потока воздуха. Утечки во внутренних трубках улавливаются наружными трубками, и просачивающаяся жидкость будет течь в пространстве между внутренними и наружными трубками, вытекать из конца наружной трубки, чтобы быть уловленной в каплесборнике на днище кожуха змеевика. Утечки, возникающие в обратных коленах, будут также улавливаться в каплесборнике. Также представлены теплообменник и система охлаждения трансформатора, содержащие теплообменный змеевик. Изобретение позволяет избежать разделения коллекторов теплообменного змеевика на камеры, а также позволяет обеспечить большую гибкость конструкции контура змеевика. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для нагрева и охлаждения газов и жидкостей в различных отраслях народного хозяйства. В самоочищающемся кожухотрубном теплообменнике, содержащем кожух, в котором размещен пучок труб, соединенных с трубными решетками, и патрубки ввода и вывода трубной среды, турбулизаторы, размещенные внутри каждой трубы соосно по всей ее длине и представляющие собой металлический прут или проволоку, к которым по всей длине на расстоянии Δ друг от друга прикреплены турбулизирующие элементы, турбулизирующие элементы выполнены в виде лепестков в форме пропеллера или скрутки проволоки, при этом концы прутьев или проволоки прикреплены к опорным стержням, вставленным в пазы между буртиками, прикрепленными к наружной поверхности трубных решеток. Технический результат - интенсификация процесса теплопередачи и снижение скорости образования накипи. 5 ил.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в вентиляционных системах. В теплообменнике (10) воздух-воздух для вентиляционных систем, содержащем пучок (30) прямых, параллельно расположенных труб (32), расположенный в цилиндрическом корпусе (12), и вентилятор (14), расположенный на конце цилиндрического корпуса (12), причем этот вентилятор (14) включает в себя внутреннее кольцо (18) и наружное кольцо (20), транспортирующие потоки теплоносителя во встречном направлении, при этом пространства наружного кольца (20) и внутреннего кольца (18) отделены друг от друга цилиндрической стенкой (22), концевые части (34) труб (32) плотно прилегают друг к другу, на обращенной к вентилятору (14) стороне заключены в кольцевой конец (42) цилиндрической стенки (22), а на противоположной стороне - в конец (44) цилиндрического патрубка (46), и которые между своими концевыми частями (34) сходят на конус к средним участкам (36), между которыми внутри пучка (30) имеются промежутки (40), при этом внутренняя стенка (24) корпуса (12) в области средних участков (36) снабжена изолирующей вставкой (50) в форме втулки или оболочки, которая облицовывает и сужает внутренний диаметр корпуса (12). 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к кожухотрубному противоточному теплообменнику для нагрева паров сырья в процессах дегидрирования парафиновых углеводородов Сз-С5 теплом контактного газа, выходящего из реактора дегидрирования, содержащему вертикальный цилиндрический кожух (1), пучок теплообменных труб (2) с верхней (4) и нижней (3) трубными решетками, патрубок (5) и раздающую камеру (6) для ввода контактного газа в верхнюю часть трубного пространства (2) теплообменника (11), собирающую камеру (7) и патрубок (8) для вывода охлажденного контактного газа из нижней части трубного пространства, а также патрубки (9) для ввода паров сырья в межтрубное пространство теплообменника (11), разделенное на секции поперечными горизонтальными перегородками сегментного типа (13), и вывода (10) из него нагретых паров сырья. Теплообменник характеризуется также тем, что теплообменник (11) содержит штуцера (12) для подачи в теплообменник (11) части подаваемого сырья в жидком виде в межтрубное пространство пучка теплообменных труб (2) и/или в межтрубное пространство пучка теплообменных труб (2), разделенных на сектора (17), которые ограничены верхними (4) и нижними (3) трубными решетками и вертикальными каналами (18) между секторами (17). Предложен также вариант кожухотрубного теплообменника для охлаждения контактного газа. Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение производительности установок дегидрирования углеводородов С3-С5 и уменьшение затрат в производстве. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил., 8 пр., 2 табл.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменных аппаратах с поперечными перегородками в межтрубных полостях. Изобретение заключается в том, что в теплообменном аппарате, содержащем корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителей трубной и межтрубной полостей и расположенный в нем пучок труб с по крайней мере одной имеющей свободные проходы в заданных местах для перетока среды межтрубной полости поперечной перегородкой, цилиндрическая поверхность которой снабжена дугообразным упругим уплотнительным элементом, охватывающим эту поверхность и входящим в контакт с внутренней поверхностью корпуса, упругий уплотнительный элемент выполнен из сетчатого материала, а свободный объем под дугообразным элементом заполнен эластичным материалом. Технический результат – повышение надежности. 3 ил.

Настоящее изобретение относится к конденсационному теплообменнику с фальштрубками, в котором множество конденсационно-теплообменных трубок, соединённых через водяные рубашки, служат для рекуперации скрытой теплоты циркулирующей воды, а фальштрубки, введённые между конденсационно-теплообменными трубками сквозь водяные рубашки, обеспечивают равномерность распределения давления, действующего на водяные рубашки, и потока циркулирующей воды. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх