Теплообменник

Рекуперативный теплообменник, в котором один из теплоносителей, прежде чем попасть в теплообменник, проходит через смеситель, в котором смешивается с этим же теплоносителем, но уже прошедшим через теплообменник, нагнетаемым компрессором. Теплообменник, будучи рекуперативным, по эффективности (способности к выравниванию температур теплоносителей) соответствует смесительному теплообменнику. Технический результат - повышение эффективности теплообменника. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике.

Известны рекуперативные, регенеративные и смесительные теплообменники (БЭС, том 25, издание третье, Москва: Советская энциклопедия, 1976. С. 455).

Рекуперативные теплообменники - аппараты, в которых теплоносители с различной температурой разделены твердой стенкой. Недостатком рекуперативных теплообменников является значительное термическое сопротивление, которое препятствует передаче теплоты от одного теплоносителя к другому.

Смесительные теплообменники - аппараты, в которых теплообмен идет при непосредственном соприкосновении теплоносителей, что обеспечивает максимально возможную передачу теплоты от одного теплоносителя к другому. Недостатком смесительных теплообменников является то, что физические свойства теплоносителей при смешении изменяются.

Целью изобретения является обеспечение максимально возможной передачи теплоты от одного теплоносителя к другому (как в смесительных теплообменниках) при сохранении физических свойств теплоносителей (как в рекуперативных теплообменниках).

Известен теплообменник, в котором теплоносители с различной температурой разделены твердой стенкой, при этом один из теплоносителей, прежде чем попасть в теплообменник, проходит через смеситель, в котором смешивается с этим же теплоносителем, прошедшим через теплообменник, нагнетаемым насосом (CN 103415538 А, МПК C08F 2/01, C08F 2/18, опуб. 27.11.2013).

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, в котором теплоносители с различной температурой разделены твердой стенкой, один из теплоносителей, прежде чем попасть в теплообменник, проходит через смеситель, в котором смешивается с этим же теплоносителем, прошедшим через теплообменник. При этом расход теплоносителя, поступающего из теплообменника в смеситель, составляет более 90 процентов от расхода теплоносителя, поступающего из смесителя в теплообменник. Для подачи теплоносителя из теплообменника в смеситель используется компрессор. В качестве теплоносителя используется газ или жидкость.

Сущность изобретения заключается в том, что изменение температуры одного из теплоносителей и теплообмен между теплоносителями осуществляются раздельно. Изменение температуры теплоносителя осуществляется в смесительном теплообменнике (смесителе), а теплообмен между теплоносителями - в рекуперативном теплообменнике. Обмен теплотой в рекуперативном теплообменнике ведет к изменению температуры теплоносителя, которое усиливается в смесительном теплообменнике, и так до тех пор, пока на разделительной стенке рекуперативного теплообменника не установится минимальный перепад температур. Перепад температур тем меньше, чем больше теплоносителя из рекуперативного теплообменника возвращается в смесительный теплообменник: при 90 процентном возврате теплоносителя эффективность теплообмена рекуперативного теплообменника практически не отличается от эффективности теплообмена смесительного теплообменника, и при этом сохраняются физические свойства теплоносителей.

На фиг. 1 изображен теплообменник;

на фиг. 2 изображен термодинамический цикл, реализуемый в теплообменнике;

на фиг. 3 показаны характеристики эффективности теплообменника.

Теплообменник (фиг. 1) состоит из рекуперативного теплообменника 1, компрессора 2, смесителя 3, входного канала 4.

Работа теплообменника осуществляется следующим образом. Теплоноситель (газ) под давлением через входной канал 4 поступает в смеситель 3 и далее в теплообменник 1. Охлажденный (нагретый) в теплообменнике 1 теплоноситель частично отводится потребителю. Оставшаяся часть теплоносителя поступает в компрессор 2, из которого - в смеситель 3. В смесителе 3 охлажденный (нагретый) теплоноситель перемешивается с теплоносителем, поступающим в смеситель через канал 4. В результате смешения температура теплоносителя понижается (повышается). Образовавшаяся смесь поступает в теплообменник, и цикл повторяется. Изменение температуры теплоносителя будет продолжаться до тех пор, пока не произойдет выравнивание тепловых потоков в теплообменнике 1 и смесителе 3.

На фиг. 2 изображен термодинамический цикл, реализуемый в теплообменнике. Рабочим телом цикла является газ (теплоноситель), циркулирующий внутри теплообменника 1 (температура газа внутри теплообменника выше температуры газа снаружи теплообменника). Газ (процесс а-б) расширяется и охлаждается в теплообменнике (отводится теплота q2). Охлажденный газ сжимается до исходного давления (процесс б-с). К газу при постоянном давлении подводится теплота q1 (процесс с-а). Цикл повторяется. Количество подведенной и отведенной теплоты равны (q1=q2), так как вся работа расширения газа (процесс а-б) преобразуется в теплоту.

Количество подведенной (отведенной) теплоты в цикле (фиг. 2) зависит от интенсивности теплообменных процессов и массы рабочего тела цикла.

Интенсивность теплообменных процессов характеризуется коэффициентом интенсивности охлаждения газа

,

где Та и Тб - температуры газа в точках а и б цикла,

Т2 - исходная температура наружного газа (второй теплоноситель).

Масса рабочего тела, участвующего в теплообмене, характеризуется коэффициентом циркуляции газа (теплоносителя)

,

где G* - расход газа, поступающего из теплообменника в смеситель,

G - расход газа, поступающего из смесителя в теплообменник.

Температуры газа в цикле а-б-с определяются как

,

,

,

где T1 и Т2 - исходные температуры внутреннего и наружного газа (первый и второй теплоносители, соответственно);

π - степень повышения давления в компрессоре;

ηс - к.п.д. в процессе сжатия;

к - показатель адиабаты.

На фиг. 3 показано изменение температуры газа на выходе из теплообменника (точка б на фиг. 2) в зависимости от коэффициента интенсивности охлаждения газа ϑ и коэффициента циркуляции δц при исходных температурах газов: T1=900 К, Т2=300 К и степени повышения давления в компрессоре π=1,1. Видно, что при коэффициентах циркуляции δц>0,9 температура газа на выходе из теплообменника (независимо от коэффициента ϑ) приближается к исходной температуре наружного газа Т2.

Изобретение позволяет приблизить эффективность рекуперативного теплообменника (способность к выравниванию температур теплоносителей) к эффективности смесительного теплообменника, что открывает новые возможности для повышения к.п.д. энергетических установок, например авиационных двигателей, в которых использование подобных теплообменников позволит в разы уменьшить расходы воздуха на охлаждение двигателей.

1. Теплообменник, в котором теплоносители с различной температурой разделены твердой стенкой, при этом один из теплоносителей, прежде чем попасть в теплообменник, проходит через смеситель, в котором смешивается с этим же теплоносителем, прошедшим через теплообменник, нагнетаемым компрессором, отличающийся тем, что расход теплоносителя, поступающего из теплообменника в смеситель, составляет более 90 процентов от расхода теплоносителя, поступающего из смесителя в теплообменник.

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что теплоноситель - газ.

3. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что теплоноситель - жидкость.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплообменной технике и может использоваться в микроканальных теплообменниках. Микроканальный теплообменник состоит из жесткого корпуса, содержащего теплообменную матрицу, образованную из спаянных между собой тонких гладких теплопроводных пластин одинаковой конструкции, патрубков для подвода и отвода горячего и холодного теплоносителей, теплообменная матрица крепится к расположенным на входе и выходе теплоносителей пластинам с отверстиями, обеспечивающими подачу каждого из теплоносителей к коллекторным каналам горячего и холодного теплоносителей, расположенным противоположно друг другу, далее подачу теплоносителя к основным каналам горячего и холодного теплоносителей, при этом соседние пластины теплообменной матрицы по-разному ориентированы, что обеспечивает возможность подвода и отвода потока теплоносителя с разных сторон, при этом гладкие теплопроводные пластины спаяны между собой с помощью тонкой проволоки, образуя микроканалы.

Изобретение относится к способу изготовления охлаждающего модуля (10) в виде корпуса с внутренним пространством (24) для размещения батарейных ячеек (22), причем корпус имеет между впускной и выпускной зонами один или несколько параллельных друг другу охлаждающих каналов (20) и выполняется, по меньшей мере, частично из одного или нескольких отрезков полого профиля (30).

Изобретение относится к реактору со стационарным слоем катализатора, состоящему из многосекционного корпуса, крышки и днища, штуцеров для подачи и вывода продуктов реакции, каждая секция которого состоит из реакционной зоны - цилиндрического корпуса с устройством для удержания мелкозернистого катализатора, и теплообменной зоны - кожухотрубного теплообменника, в трубки которого подается реакционная смесь, а в межтрубное пространство - теплоноситель.

Группа изобретений относится к способам отвода низкопотенциального тепла от энергетических систем космических аппаратов (КА). Способ работы капельного холодильника-излучателя (КХИ) включает нагрев теплоносителя, его преобразование в поток капель, охлаждающихся излучением в космическом пространстве, сбор капель и подачу конденсата в энергетическую систему.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. В теплообменнике, содержащем пакет теплообменных пластин (1, 1а, 1b, 1с), образованных из листового металла, имеющего трехмерный рельеф (2, 3), каждая пластина (1, 1а, 1b, 1с) теплообменника имеет канавку (10), в которой расположена прокладка (9), причем указанная канавка (10) имеет днищевую внутреннюю поверхность (11), при этом указанная днищевая внутренняя поверхность (11) имеет по меньшей мере один выступ (14, 15), направленный к указанной соседней теплообменной пластине (1а).

Нагреватель предназначен для подогрева магистральных трубопроводов, транспортирующих нефть и газ с морских платформ ледового класса, в том числе использующих в качестве источника энергии атомные реакторы.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в системах теплообмена, предназначенных для восстановления и использования отработанного тепла.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в охлаждающих башнях с теплообменниками сухого типа. Теплообменник для охлаждения жидкости, направленный вертикально вдоль продольной оси, включает в себя первую охладительную дельту, установленную в первой точке вдоль продольной оси и содержащую первый впускной трубопровод для впуска потока жидкости, соединенный по текучей среде с первым подающим магистральным трубопроводом, и первый выпускной трубопровод для выпуска потока жидкости, соединенный по текучей среде с первым впускным трубопроводом и первым отводящим магистральным трубопроводом; и вторую охладительную дельту, установленную во второй точке вдоль продольной оси над первой охладительной дельтой, содержащую второй впускной трубопровод для впуска потока жидкости, соединенный по текучей среде со вторым подводящим магистральным трубопроводом, и второй выпускной трубопровод для выпуска потока жидкости, соединенный по текучей среде со вторым впускным трубопроводом и вторым отводящим магистральным трубопроводом.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к аппаратам воздушного охлаждения (АВО), применяемым для охлаждения природного газа. Охлаждаемый газ из магистрального газопровода после компрессорной станции подается в теплообменные трубы теплообменной секции.

Изобретение относится к конструкции теплообменника, в частности к теплообменнику металлическому системы отопления помещения. Теплообменник содержит трубопровод в виде стенки сквозной полости с внешней поверхностью, концевыми участками, а также внешние элементы теплопередачи, которые закреплены к одному концевому участку.

Изобретение относится к способу производства углеводородов посредством термического разложения углеводородсодержащего загружаемого материала в печи для крекинга. При этом печь для крекинга имеет зону излучения и зону конвекции, где термический крекинг углеводородсодержащего загружаемого материала осуществляют в зоне излучения, и дымовой газ зоны излучения в зоне конвекции используют как теплоноситель для предварительного нагрева различных загружаемых материалов, углеводородсодержащий загружаемый материал предварительно нагревают и/или преобразуют в пар посредством расположенного в зоне конвекции теплообменника, и питательную воду котла посредством по меньшей мере одного расположенного в зоне конвекции теплообменника предварительно нагревают и/или преобразуют в пар. Способ характеризуется тем, что независимо от агрегатного состояния углеводородсодержащего загружаемого материала, температура дымового газа при выходе из зоны конвекции варьируется в диапазоне 30°С и является меньшей чем 150°С, и технологический режим потоков в теплообменниках зоны конвекции регулируют таким образом, что при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале почти 100% всей площади теплообмена всех теплообменников в зоне конвекции участвует в теплообмене с дымовым газом, в то время как при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале в теплообмене с дымовым газом участвует только заданная доля от 100% площади поверхности теплообмена теплообменника в зоне конвекции, которая не служит для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала. По меньшей мере один теплообменник для нагрева и/или преобразования в пар питательной воды котла, который при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале обтекается питательной водой котла, при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале не обтекается питательной водой котла, в частности, шунтируется или обходится посредством байпасного регулирования, и причем по меньшей мере один теплообменник с по меньшей мере одним другим, расположенным в зоне конвекции теплообменником может соединяться последовательно по потоку, при этом при жидком углеводородсодержащем загружаемом материале питательная вода котла пропускается в обход по меньшей мере одного теплоносителя, и только по меньшей мере один последующий другой теплоноситель обтекается для нагрева и/или преобразования в пар питательной водой котла, а при газообразном углеводородсодержащем загружаемом материале в первую очередь по меньшей мере один теплоноситель, а затем по меньшей мере один другой теплоноситель обтекаются питательной водой котла для нагрева и/или преобразования в пар питательной воды котла, и причем теплообменник для предварительного нагрева и/или преобразования в пар углеводородсодержащего загружаемого материала расположен на более холодном конце зоны конвекции, а по меньшей мере один теплообменник для нагревания и/или преобразования в пар питательной воды котла расположен в зоне более высокой температуры дымового газа. Предлагаемый способ позволяет оптимизировать работу печи и оптимизировать термический общий кпд для изменяющихся углеводородных загружаемых материалов. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к устройству для извлечения тепловой энергии из отходящих газов. Предлагаемое устройство установлено в контакте с отходящими газами (2) внутри вмещающей камеры (22) или внутри одной или большего числа труб, относящихся к установке, на которой осуществляются упомянутые производственные или вспомогательные процессы. Устройство содержит по меньшей мере две секции (4), каждая из которых оснащена по меньшей мере одним теплообменным модулем (5), имеющим теплообменник (6), находящийся по меньшей мере частично в контакте с отходящими газами (2) с целью обмена с ними тепловой энергией. Предусмотрен первый материал (7), изменяющий свое агрегатное состояние, и расположен внутри упомянутого теплообменника (6). Предусмотрен экстракционный теплообменник (8), находящийся в контакте с упомянутым первым материалом (7), изменяющим свое агрегатное состояние, оснащенный приточными и рециркуляционными трубами (9), в которых циркулирует теплонесущая текучая среда (10). Кроме того, предусмотрены средства перемещения (14, 15), предназначенные для продвижения теплонесущей текучей среды (10) и управления ее расходом для выборочного задания для каждой секции (4) вариантов величины теплового потока, извлекаемого из отходящих газов (2) и участвующего в теплообмене с первым материалом (7), изменяющим свое агрегатное состояние. Изобретение направлено на эффективное извлечение тепловой энергии из отходящих газов и подачу постоянного теплового потока потребителю. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 22 ил..

Изобретение относится к энергетике. Подогреватель жидких или газообразных сред содержит дымовую трубу и корпус, в котором расположены теплообменник, выполненный в виде U-образных трубок с входом и выходом нагреваемого продукта, и теплогенератор, снабженный выходным фланцем и включающий горелочное устройство, жаровую трубу и пучок дымогарных труб, общий линзовый компенсатор дымогарных труб и второй съемный теплообменник, расположенный в корпусе симметрично с первым теплообменником относительно теплогенератора. Каждый из теплообменников закреплен к корпусу через общий фланец, снабженный полнопроходными входным и выходным патрубками. Пучок дымогарных труб теплогенератора соединен с выходным фланцем через общий линзовый компенсатор дымогарных труб. Изобретение направлено на повышение удобства его обслуживания за счет увеличения поверхности теплообмена и максимального использования теплового потока от горелочного устройства, а также в расширении арсенала средств аналогичного назначения. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаются теплообменное устройство и блок источника тепла, предназначенные для применения в блоке охладителя. Теплообменное устройство содержит по меньшей мере один модуль (100) теплообменника. Модуль (100) теплообменника содержит два теплообменных блока (10 и 20), которые совмещены друг с другом в противоположной ориентации. По меньшей мере один из двух теплообменных блоков (10 и 20) согнут таким образом, что угол между двумя смежными краями (с и d) на по меньшей мере одном конце двух теплообменных блоков (10 и 20) меньше, чем угол между основными частями (12 и 22) двух теплообменных блоков (10 и 20), благодаря чему увеличивается поверхность теплообмена. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 7 ил.

Теплообменник (10) теплообменного устройства, применяемого для водоохладителей с воздушным охлаждением или промышленных расположенных на крыше машин, способ изготовления теплообменника (10), теплообменный модуль, теплообменное устройство и блок источника тепла. Теплообменник (10) содержит: основную часть (ab) корпуса; согнутую часть (cd) с трапецеидальным поперечным сечением, согнутую часть (cd) и основную часть (ab) корпуса, соединенные и приблизительно перпендикулярные друг другу; два собирающих трубопровода (11, 12), расположенных на противоположных сторонах теплообменника (10); и множество теплообменных трубок (13), каждая из которых проходит от одного собирающего трубопровода (11) из двух собирающих трубопроводов (11, 12) до второго собирающего трубопровода (12), проходя через основную часть (ab) корпуса и согнутую часть (cd), при этом верхний край согнутой части (cd) и верхний край основной части (ab) корпуса теплообменника (10) расположены приблизительно на одном уровне высоты. 6 н. и 21 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области энергосбережения, в частности к устройствам для рекуперации тепловой энергии в сушильных установках, и может быть использовано, главным образом, в бытовых электросушителях для овощей, ягод, фруктов и прочей продукции с обеспечением резкого сокращения расхода электроэнергии. Все известные бытовые электросушилки для пищевых продуктов в процессе работы сбрасывают с влажным воздухом в окружающее пространство и все тепло, полученное от электронагревателя. Предлагаемый теплообменник снижает в несколько раз расход электроэнергии при сохранении качества и продолжительности сушки продуктов. Он не требует какой-либо сборки с сушилками, компактен и удобен в пользовании. Теплообменник представляет собой насадку, состоящую из концентрически расположенных разных по форме оболочек из различных по теплопроводности материалов, образующих каналы для входных и отходящих потоков воздуха с их оптимальным теплообменом, при этом внутренняя оболочка выполнена с изменяющейся высотой. Такая конструкция заявляемого теплообменника позволяет легко устанавливать и снимать его без всяких соединительных операций и приспособлений для подключения к сушилкам, а внутренняя оболочка с изменяющейся высотой позволяет использовать его при разном числе установленных в сушилке секций (поддонов) и даже с разными моделями сушилок (при их одинаковом диаметре). Встречное движение по поверхностям средней оболочки двух потоков создает оптимальный режим теплообмена, обеспечивая необходимую предельно возможную рекуперацию тепла. При этом затраты электроэнергии снижаются в несколько раз, что в общем масштабе массового использования электросушилок обеспечит энергосбережение в бытовом секторе в значительных размерах. 1 ил.

Рекуперативный теплообменник, в котором один из теплоносителей, прежде чем попасть в теплообменник, проходит через смеситель, в котором смешивается с этим же теплоносителем, но уже прошедшим через теплообменник, нагнетаемым компрессором. Теплообменник, будучи рекуперативным, по эффективности соответствует смесительному теплообменнику. Технический результат - повышение эффективности теплообменника. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх