Теплообменный аппарат

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к теплообменным аппаратам. Теплообменный аппарат содержит цилиндрический корпус с патрубками подвода компонента внутрь корпуса и его отвода из корпуса, расположенными во входной и выходной частях корпуса соответственно, теплообменные трубы, установленные внутри корпуса в трубных досках, профилированные крышки с присоединительными фланцами, установленные на торцах корпуса и образующие с трубными досками полости подвода и отвода компонента, подаваемого через теплообменные трубы, внутри каждой теплообменной трубы дополнительно коаксиально установлена внутренняя труба с образованием кольцевого радиального зазора между стенками труб, при этом во входной и выходной частях корпуса теплообменника установлены дополнительные днища, образующие с трубными досками и профилированными крышками полости подвода и отвода компонентов, при этом полость кольцевого радиального зазора между стенками теплообменных и внутренних дополнительных труб соединена с полостью, образованной трубной доской и дополнительным днищем, а полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостями внутренних дополнительных трубок и с полостью корпуса. Технический результат – интенсификация теплообмена. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к теплообменным аппаратам с трубами с развитой поверхностью теплообмена, и может быть использовано в аппаратах воздушного охлаждения, теплообменниках, холодильниках, рекуператорах, печах, которые применяются в различных отраслях промышленности.

Известны теплообменные аппараты, содержащие корпус, входной и выходной коллекторы и пучок теплообменных прямых труб (А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Альянс, 2008, с. 326-333).

Основными недостатками указанных конструкций является недостаточно интенсивный теплообмен в связи с низким коэффициентом теплопередачи из-за слабой турбулизации потоков, проходящих как внутри труб, так и в межтрубном пространстве, высокая материалоемкость и значительные габариты.

Известны теплообменные аппараты, содержащие корпус, входной и выходной коллекторы и пучок теплообменных труб в виде пространственно-спиральных змеевиков, установленных в зазорах между витками друг друга (Патенты РФ №2152574, МПК F28D 7/02 от 16.09.1999 и №2238500, МПК F28D 7/02 от 27.12.2002).

Основными недостатками указанных конструкций является сложность изготовления змеевиков, формирование трубных пучков в межтрубном пространстве теплообменного аппарата, теплообмен между средами недостаточно интенсивный, особенно в межтрубном пространстве, низкий коэффициент теплопередачи на уровне 150 ккал/ч⋅м2 («Теплообменное оборудование ООО «АНОД-ТЦ»»).

Известны теплообменные аппараты, содержащие корпус, входной и выходной коллекторы и змеевиковые элементы из труб, установленных в зазорах между витками змеевиковых элементов (Патент РФ №2451875, МПК F22B 37/00, F28D 7/02 от 14.10.2010).

Основным недостатком указанной конструкции является недостаточно интенсивный теплообмен между средами, особенно при движении теплопередающей среды снаружи змеевиковых элементов поперек оси пучка труб и изготовления змеевиковых пучков труб вложением одного пучка труб в другие пучки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является теплообменный аппарат с оребренными теплообменными трубами, в частности аппарат воздушного охлаждения, содержащий корпус, входной и выходной коллекторы с устройствами ввода и вывода горячего и холодного потоков и пучок теплообменных прямых оребренных труб (Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения. Справочник. А.Н. Бессонов, Г.А. Дрейцер, В.Б. Кунтыш и др. СПб, Недра, 1996, с. 89-104).

Основными недостатками указанной конструкции является недостаточно интенсивный теплообмен из-за слабой турбулизации потока, проходящего внутри прямых труб, и низкого коэффициента теплоотдачи от стенки к потоку внутри труб, лимитирующего общий коэффициент теплопередачи.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в интенсификации теплообмена как в трубном, так и межтрубном пространствах пучков теплообменных оребренных труб с одновременным увеличением удельной площади теплообмена.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном теплообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус с патрубками подвода компонента внутрь корпуса и его отвода из корпуса, расположенными во входной и выходной частях корпуса соответственно, теплообменные трубы, установленные внутри корпуса в трубных досках, профилированные крышки с присоединительными фланцами, установленные на торцах корпуса и образующие с трубными досками полости подвода и отвода компонента, подаваемого через теплообменные трубы, согласно изобретению внутри каждой теплообменной трубы дополнительно коаксиально установлена внутренняя труба с образованием кольцевого радиального зазора между стенками труб, при этом во входной и выходной частях корпуса теплообменника установлены дополнительные днища, образующие с трубными досками и профилированными крышками полости подвода и отвода компонентов, при этом полость кольцевого радиального зазора между стенками теплообменных и внутренних дополнительных труб соединена с полостью, образованной трубной доской и дополнительным днищем, а полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостями внутренних дополнительных трубок и с полостью корпуса.

В варианте исполнения полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостью корпуса при помощи полых втулок, равномерно расположенных в периферийной зоне трубных досок и дополнительных днищ.

В варианте исполнения полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостью корпуса при помощи полых втулок, установленных в трубных досках и дополнительных днищах, при этом одна втулка расположена по оси корпуса, а остальные равномерно расположены в периферийной зоне трубных досок и дополнительных днищ.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез предложенного теплообменного аппарата, на фиг. 2 показано поперечное сечение предложенного теплообменного аппарата, на фиг. 3 показан продольный разрез предложенного теплообменного аппарата в варианте с центральными втулками.

Теплообменный аппарат содержит цилиндрический корпус 1 с патрубками подвода 2, 3 компонента внутрь корпуса и его отвода 4, 5 из корпуса, расположенными во входной и выходной частях корпуса соответственно. Теплообменные трубы 6 установлены внутри корпуса 1 в трубных досках 7. Внутри каждой теплообменной трубы 6 дополнительно коаксиально установлена внутренняя труба 8 с образованием кольцевого радиального зазора 9 между стенками труб 6 и 8. Во входной и выходной частях корпуса теплообменника установлены дополнительные днища 10 и 11, образующие с трубными досками 7 и профилированными крышками 12 и 13 полости подвода и отвода компонентов. Полость кольцевого радиального зазора между стенками теплообменных 6 и внутренних дополнительных труб 8 соединена с полостями, образованными трубными досками 7 и дополнительными днищами 10 и 11, а полости между профилированными крышками 12 и 13 и дополнительными днищами 10 и 11 соответственно соединены с полостями внутренних дополнительных трубок 8 и с полостью корпуса 1 при помощи полых втулок 14, равномерно расположенных в периферийной зоне трубных досок 7 и дополнительных днищ 10 и 11.

В варианте исполнения полость между профилированной крышкой 12 и дополнительным днищем 10 соединена с полостью корпуса 1 при помощи полых втулок 14, установленных в трубных досках 7 и дополнительных днищах 10 и 11, при этом втулки 15 и 16 расположены по оси корпуса 1.

Предложенный теплообменный аппарат работает следующим образом.

Во входные 2, 3 патрубки подается горячий и холодный потоки, которые, после теплообмена, отводятся через выходные патрубки 4 и 5 соответственно.

Из полости, образованной трубной доской 7 и дополнительным днищем 10, компонент попадает в кольцевой радиальный зазор 9, образованный трубами 6 и 8, где изменяет свою форму со сплошной круглой на кольцевую, с полой центральной частью.

Из полости, образованной профилированной крышкой 12 и дополнительным днищем 10, компонент поступает в полости дополнительных внутренних труб 8, а также через втулки 14 поступает в полость корпуса 1.

Такое воздействие на струю позволяет реализовать схему «первый компонент - второй компонент - первый компонент» в одной теплообменной трубе, т.е. теплообмен будет происходить не только по наружной поверхности теплообменной трубы 6, но и по поверхности дополнительных внутренних труб 8.

Такое видоизменение формы поперечного сечения трубы позволяет при неизменной площади поперечного сечения трубы и, следовательно, при неизменном перепаде давления на трубе примерно в 1,8…2,2 раза увеличить периметр поверхностей теплообмена с одновременным уменьшением характерного поперечного размера - размера центральной части струи.

Такое изменение формы поперечного сечения - со сплошного круглого на профилированное кольцеобразное с одновременным уменьшением толщины струи - позволит улучшить условия теплообмена, т.к. будет нагреваться/отдавать тепло не только периферийная часть струи, а вся струя. Также такое видоизменение формы струи приводит к ее дополнительной турбулизации за счет того, что в местах разделения сплошной струи на полую кольцевую и в местах слияния полой струи в сплошную струю будет возникать турбулизация потока, что приведет к дополнительному перемешиванию слоев потока между собой и позволит улучшить условия теплообмена и теплопередачи.

В варианте исполнения полость между профилированной крышкой 12 и дополнительным днищем 10 соединена с полостью корпуса 1 при помощи полых втулок 14, установленных в трубных досках 7 и дополнительных днищах 10 и 11, при этом втулки 15 и 16 расположены по оси корпуса 1.

Использование предложенного технического решения позволит интенсифицировать теплообмен как в трубном, так и межтрубном пространствах пучков теплообменных труб с одновременным увеличением удельной площади теплообмена, что в конечном итоге позволит уменьшить габаритные размеры теплообменного аппарата либо увеличить площадь теплообмена при неизменных габаритных размерах теплообменного аппарата.

1. Теплообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с патрубками подвода компонента внутрь корпуса и его отвода из корпуса, расположенными во входной и выходной частях корпуса соответственно, теплообменные трубы, установленные внутри корпуса в трубных досках, профилированные крышки с присоединительными фланцами, установленные на торцах корпуса и образующие с трубными досками полости подвода и отвода компонента, подаваемого через теплообменные трубы, отличающийся тем, что внутри каждой теплообменной трубы дополнительно коаксиально установлена внутренняя труба с образованием кольцевого радиального зазора между стенками труб, при этом во входной и выходной частях корпуса теплообменника установлены дополнительные днища, образующие с трубными досками и профилированными крышками полости подвода и отвода компонентов, при этом полость кольцевого радиального зазора между стенками теплообменных и внутренних дополнительных труб соединена с полостью, образованной трубной доской и дополнительным днищем, а полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостями внутренних дополнительных трубок и с полостью корпуса.

2. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостью корпуса при помощи полых втулок, равномерно расположенных в периферийной зоне трубных досок и дополнительных днищ.

3. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостью корпуса при помощи полых втулок, установленных в трубных досках и дополнительных днищах, при этом одна втулка расположена по оси корпуса, а остальные равномерно расположены в периферийной зоне трубных досок и дополнительных днищ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании и модернизации пластинчатых теплообменников. Матрица пластинчатого теплообменника цилиндрической формы представляет собой систему продольных концентрических кольцевых каналов прямоугольного сечения, образованных чередующимися в радиальном направлении гладкими и расположенными между ними с плотным термическим контактом дистанционирующими пластинами-турбулизаторами с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами с шахматной схемой расположения.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках, применяемых в различных областях техники. Вихревой теплообменный элемент содержит соосно расположенные одна в другой теплообменные цилиндрические трубы большего диаметра и внутреннюю трубу с цилиндрическими поверхностями, при этом труба большего диаметра разделена на участки, внутри каждой из труб установлены, по крайней мере, два завихрителя одинакового или разного типов, при этом каждый завихритель выполнен в виде суживающегося сопла, а внутренняя поверхность его покрыта нанообразной стеклоподобной пленкой из оксида тантала.

Изобретение относится к устройству для тепловой подготовки и поддержания теплового режима коробки перемены передач (КПП) и редукторов ведущих мостов. Система подогрева включает теплоизолированный глушитель-рекуператор, выполненный в виде теплообменника типа «труба в трубе».

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для нагревания высоковязкой и парафинистой нефти непосредственно в скважине. Скважинный подогреватель содержит корпус, состоящий из наружной и внутренней стенок, установленных коаксиально с кольцевым зазором и образующих полость для греющего теплоносителя, подводящего и отводящего коллектора с патрубками.

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для нагревания высоковязкой и парафинистой нефти непосредственно в скважине. Устройство для предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых и гидратных отложений в нефтяных скважинах содержит теплогенератор, соединенный с помощью всасывающего и напорного трубопровода циркуляционного насоса со скважинным подогревателем, который является составной частью насосно-компрессорной трубы.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов. Теплообменник содержит корпус, состоящий из наружной и внутренней стенок, установленных коаксиально с кольцевым зазором и образующих полость для рабочего тела, подводящего и отводящего коллекторов с патрубками, теплообменные элементы, выполненные в виде двухслойных цилиндрических оболочек, соединенные между собой и корпусом при помощи пилонов, установленных на концах теплообменных элементов, при этом в пилонах выполнены каналы для подвода и отвода рабочего тела, в варианте исполнения на наружной поверхности теплообменных элементов выполнены ребра.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в коаксиально-вихревых теплообменниках различного назначения. В теплообменнике, содержащем коаксиальные трубы со спиральными многозаходными канавками, имеющими взаимно противоположное направление закрутки, образующими на каждой трубе пересекающиеся спиральные гофры, гофры выполнены трапецеидальной формы, а в местах пересечения противоположно направленных спиральных гофр выполнены полусферические (чашеобразные) лунки, причем, по меньшей мере, две смежные в радиальном направлении трубы установлены таким образом, что их спиральные гофры образуют между собой замкнутые спиральные пересекающиеся каналы, имеющие в сечении форму неправильного шестигранника.

Изобретение относится к области машиностроения, теплотехники, холодильной промышленности и компрессоростроения и может быть использовано в производстве бытовых, промышленных холодильников, конденсаторов, теплообменников и компрессоров.

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 теплообменной технике и может быть использовано в теплообменниках ядерных энергетических установок с трубами Фильда в составе паропроизводящей ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе (ЖМТ) в режиме переменных нагрузок.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в реакторах реформинга. Проволочная проставка включает в себя участок или сегмент, установленный между внешней трубой реактора и одним или несколькими компонентами реактора, расположенными внутри трубы. Компоненты реактора и внешняя труба предотвращены от вхождения в непосредственный контакт друг с другом расположением проволочной проставки. Проволочная проставка может быть закреплена к компоненту реактора на одном из ее концов или кольцевой прокладке, расположенной между компонентами реактора, установленными друг над другом. Предотвращение компонентов реактора от контакта с внешней трубой способствует потоку текучей среды через реактор и может улучшить теплоотдачу и эффективность реактора для проведения каталитических реакций. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках, применяемых в различных отраслях техники, в частности в регенеративных теплообменниках газотурбинных установок. Изобретение заключается в том, что в вихревом теплообменном элементе, содержащем пакеты ребер, расстояние между ребрами в каждом пакете уменьшается, при этом на вертикальной поверхности каждого ребра пакета, расположенного на цилиндрической трубе большего диаметра, выполнены винтообразные канавки, причем направление касательной винтообразной канавки на вертикальной поверхности одного ребра имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а направление касательной винтообразной канавки на противоположной вертикальной поверхности рядом расположенного ребра имеет направление против хода движения часовой стрелки. Технический результат - обеспечение постоянства теплоотдающей способности пакета ребер при длительной эксплуатации. 5 ил.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в кожухотрубных теплообменниках. Работающий на ОГ теплообменник (1), в частности для использования в автомобиле, содержащий, по меньшей мере, один направляющий первую текучую среду первый проточный канал (2), концы которого размещены в трубной доске (3), кожух (4), окружающий первый проточный канал (2), причем кожух (4) имеет входное и выходное отверстия и образует второй проточный канал (10) для второй текучей среды, причем через кожух (4) протекает вторая текучая среда, а первый проточный канал (2) обтекается ею, трубные доски (3) установлены в кожухе (4) так, что первый проточный канал (2) герметизирован от второго проточного канала (10), первый диффузор (5.1), подающий первую текучую среду в первый проточный канал (2), и второй диффузор (5.2), выводящий ее из него. Теплообменник (1) содержит, по меньшей мере, один первый экранирующий элемент (6.1), по меньшей мере, с одним первым проходом (7) и с, по меньшей мере, одним первым дистанционным элементом (8), который надет на трубную доску (3) с обращенной от первого проточного канала (2) стороны. Технический результат – предотвращение процессов кипения и исключение образования или передачи конденсата от выходной стороны в зону всасывания двигателя теплообменника. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в трубчатых теплообменниках пищевой промышленности. Трубчатое устройство для термообработки содержит некоторое количество труб, расположенных в виде некоторого количества групп. Каждая из данного количества групп выполнена с возможностью обработки продукта в заданном интервале температур. По меньшей мере, одна из групп охвачена листом так, что передача тепла к данной группе или от данной группы уменьшается. Технический результат - обеспечение возможности выполнения термообработки способом, более благоприятным для окружающей среды. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к теплообменникам типа «труба в трубе» для проведения теплообменных процессов между теплоносителями с использованием подвижных каналов (вращающихся труб) и может быть использовано в газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Теплообменник состоит из двух концентрических труб: внутренней трубы и внешней трубы, радиальной турбины, осевой турбины, турбулизатора в виде спиральной ленты, двух подшипников, уплотнений и патрубков для входа и выхода высокоскоростного теплоносителя. Радиальная турбина устанавливается на внутренней трубе и крепится на ней с натягом. Радиальная турбина располагается напротив патрубка для входа высокоскоростного теплоносителя. Во внутреннюю трубу устанавливается с натягом осевая турбина. Технический результат: увеличение интенсивности процессов теплообмена; снижение затрат металла на изготовление теплообменника; снижение гидравлического сопротивления теплообменника. 4 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть применено в отопительных котлах. У трубы (5) теплообменника отопительного котла (2), имеющей наружную трубу (10), по которой могут протекать уходящие газы топки котла, и которая может быть окружена с наружной стороны греющей водой, и вдвинутую в наружную трубу профильную вставку (11), которая для увеличения внутренней поверхности наружной трубы (10) имеет ребра (14), проходящие в ее продольном направлении (12), и находится в теплопроводящем контакте с наружной трубой (10), первый продольный участок (22) наружной трубы (10) выполнен в виде гладкостенного цилиндра, а второй продольный участок (23) наружной трубы (10) имеет по меньшей мере один элемент (24) для сужения поперечного сечения, сужающий проточное поперечное сечение, при этом профильная вставка (11) распространяется исключительно по первому продольному участку (22) наружной трубы (10). Технический результат – повышение мощности передачи тепла газообразных продуктов сгорания греющей воде в отопительном котле. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть применено в отопительных котлах. У трубы (5) теплообменника отопительного котла (2), имеющей наружную трубу (10), по которой могут протекать уходящие газы топки котла, и которая может быть окружена с наружной стороны греющей водой, и вдвинутую в наружную трубу профильную вставку (11), которая для увеличения внутренней поверхности наружной трубы (10) имеет ребра (14), проходящие в ее продольном направлении (12), и находится в теплопроводящем контакте с наружной трубой (10), первый продольный участок (22) наружной трубы (10) выполнен в виде гладкостенного цилиндра, а второй продольный участок (23) наружной трубы (10) имеет по меньшей мере один элемент (24) для сужения поперечного сечения, сужающий проточное поперечное сечение, при этом профильная вставка (11) распространяется исключительно по первому продольному участку (22) наружной трубы (10). Технический результат – повышение мощности передачи тепла газообразных продуктов сгорания греющей воде в отопительном котле. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.
Наверх