Змеевик сухого теплообменника с двойными стенками с одностенными обратными коленами

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.

 

Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №61/638275, раскрытие которой включено в настоящий документ во всей своей полноте.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к неиспарительным или «сухим» теплообменникам, в частности к таким, которые используют для охлаждения судовых силовых трансформаторов, хотя настоящее изобретение можно использовать в любой среде или ситуации, где «сухие» решения по охлаждению требуются или желательны.

Уровень техники

Согласно предшествующему уровню техники, воздух, используемый для охлаждения трансформатора, пропускают вокруг ряда змеевиков, по которым циркулирует вода. Охлаждающие змеевики сухих трансформаторов уровня техники состоят из ряда прямых трубок с двойными стенками, которые заканчиваются на каждом конце в герметичных разделенных на камеры коллекторах. Внутренние трубки прямых трубок заканчиваются в одной камере коллектора, а наружные трубки заканчиваются в отдельной герметичной камере коллектора. Охлаждающая жидкость циркулирует по внутренним трубкам и по соответствующим камерам коллекторов на каждом конце. Воздух проходит только вокруг трубок, и разделенные на камеры коллекторы расположены за пределами потока воздуха. Любая утечка в одной из внутренних трубок улавливается в ее соответствующей наружной трубке и поступает в отдельную камеру коллектора, в которой заканчиваются наружные трубки. Таким образом, любое количество воды из мест утечки во внутренних трубках поступает в камеру для наружных трубок в одном из коллекторов. Индикатор утечки находится на днище каждой из камер для наружных трубок для определения наличия какой-либо воды. Коллекторы отделены друг от друга и от окружающей среды уплотнениями, но могут быть открыты для осмотра. Недостатки такой системы включают материальные затраты и сложную конструкцию разделенных на камеры коллекторов, причем наружные трубки оканчиваются в одной камере, а внутренние трубки оканчиваются в другой камере. Кроме того, разделенные на камеры коллекторы ограничивают возможность эффективной циркуляции в змеевике.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает простую, безопасную и экономически эффективную альтернативу по сравнению с уровнем техники.

Хотя оно и не предназначено для ограничения объема изобретения, описание настоящего изобретения в настоящем документе представлено в контексте сухого решения по охлаждению для судовых и других «сухих» применений, где критичной является необходимость предотвращения контакта с водой или загрязнения воды. В частности, настоящее изобретение особенно хорошо подходит для использования в холодильной установке, используемой для охлаждения трансформаторов на кораблях. «Сухое» решение по охлаждению требуется для судовых трансформаторов вследствие того, что, если контакт с водой вызывает короткое замыкание и выход из строя корабельного или другого судового трансформатора, корабль может остаться на мели без энергии. Таким образом, охлаждающие системы судовых трансформаторов должны быть «отказоустойчивыми» системами, которые не допускают воду в трансформатор и которые обеспечивают изоляцию и определение любых потенциальных утечек в системе.

Таким образом, согласно варианту осуществления настоящего изобретения представлен неиспарительный змеевик теплообменника с множеством прямых внутренних трубок, соединенных множеством обратных колен. Обратные колена позволяют жидкости двигаться вперед и назад по прямым внутренним трубкам змеевика. Обратные колена предпочтительно расположены за пределами потока воздуха, проходящего вокруг змеевика. Каждый из прямых участков внутренних трубок размещен в соответствующей наружной или «защитной» трубке. Наружные трубки предпочтительно заканчиваются в или перед обратными коленами, которые соединяют внутренние трубки друг с другом, однако в любом случае концы наружных трубок расположены за пределами пути потока воздуха. Таким образом, прямые участки теплообменного змеевика представляют собой трубки с двойными стенками или двойные трубки (внутренняя трубка внутри наружной трубки), но обратные колена представляют собой трубки с одной стенкой или одну трубку. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения внутренние поверхности наружных трубок волнистые, рифленые, ребристые или иным образом сформованы для создания как контактных точек, так и пустот между внутренней и наружной трубками. Утечки, происходящие в прямых внутренних трубках, улавливаются наружными трубками, и просачивающаяся жидкость будет течь в пространстве между внутренней и наружной трубками, капать или вытекать из конца наружной трубки за пределами пути потока воздуха так, чтобы быть уловленной в каплесборнике или приемнике индикатора утечки на днище кожуха змеевика. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения утечки, возникающие в обратных коленах, будут также улавливаться в каплесборнике или приемнике индикатора утечки. Днище кожуха змеевика может быть наклонено для того, чтобы требовался только один индикатор утечки.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения улавливание утечек за пределами потока воздуха позволяет сухому трансформатору продолжать работать, несмотря на наличие утечки. В случае судового трансформатора на корабле данный вариант осуществления обеспечивает продолжение функционирования корабля достаточно долго для того, чтобы вернуться в порт для ремонта.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения не используют разделенные на камеры коллекторы, а также ни обратные колена, ни концы наружных трубок не должны содержаться в специальных водонепроницаемых кожухах.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения соединение внутренних трубок при помощи обратных колен, таким образом избегая разделенных на камеры коллекторов, обеспечивает большую гибкость конструкции контура змеевика.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения обратные колена внутренних трубок расположены за пределами и отделены от пути потока воздуха вокруг змеевика.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения концы наружных трубок расположены снаружи и отделены от пути потока воздуха вокруг змеевика.

Согласно варианту осуществления обратные колена и концы наружных трубок расположены в ящике для обратных колен или другой части кожуха, которая выступает, но присоединена к исходному кожуху. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения ящик для обратных колен может не быть водонепроницаемым.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения жидкость может также поступать в и возвращаться из змеевика в один из ящиков для обратных колен. Индикаторы утечки могут располагаться на днище ящиков для обратных колен. Согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения наклоненный дренажный поддон можно обеспечить на днище змеевика с тем, чтобы вода, собранная из утечек с одной стороны змеевика, сливалась на другую сторону змеевика для определения при помощи одного индикатора утечки. Предпочтительно, когда утечка обнаружена, трансформатор можно выключить, или автоматически, или вручную, с тем, чтобы утечку можно было устранить.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения пространство между наружными трубками и внутренними трубками может быть герметизировано или иным образом закрыто на одном конце змеевика с тем, чтобы любая утечка во внутренних трубках выходила только в ящик для обратных колен на противоположной стороне змеевика. Согласно предпочтительному варианту осуществления пространство между внутренними и наружными трубками остается открытым с конца, на котором расположен коллектор змеевика, и герметично на противоположном конце змеевика, так что вода из утечек во внутренних трубках перемещается вниз внутри наружных трубок и в ящик для обратных колен на конце, на котором расположен коллектор, где она определяется индикатором утечки. Согласно данному варианту осуществления нет необходимости в наклонном дренажном поддоне.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения змеевики могут располагаться в нижней части кожуха или «ящика», который присоединен к кабельному ящику трансформатора. Вентиляторы, расположенные в верхней части кожуха, вытягивают воздух из кабельного ящика и проталкивают его вниз вокруг змеевиков, где он охлаждается, и охлажденный воздух затем выходит из кожуха и возвращается в кабельный ящик. Перенос тепла облегчается использованием ребер, закрепленных на наружных поверхностях наружных/защитных трубок.

Согласно настоящему изобретению змеевики могут представлять собой открытую систему, в которой вода втягивается из источника, циркулирует по змеевикам и возвращается в источник, или закрытой системой, в которой одна и та же вода циркулирует по змеевикам. В случае закрытой системы вода, нагреваемая воздухом, проходящим вокруг нее, будет охлаждаться в отдельной системе перед возвратом в змеевики настоящего изобретения.

Хотя настоящее изобретение описано в контексте теплообменника, в котором вода используется для охлаждения воздуха, который в свою очередь используют для охлаждения силового трансформатора, настоящее изобретение в равной степени подходит для других типов теплообмена. Например, специалисты в данной области техники легко поймут, что настоящее изобретение можно в равной степени использовать для выполнения теплообмена в обратном направлении, при котором воздух, проходящий вокруг змеевиков, можно использовать для получения тепла от технологической/рабочей жидкости, содержащейся в змеевике, таким образом охлаждая технологическую жидкость.

Краткое описание чертежей

Последующее описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения относится к приложенным графическим материалам, на которых:

на Фиг. 1А представлено схематическое изображение разреза теплообменного змеевика согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 1В является представлением принципов настоящего изобретения, осуществленных с использованием прямых трубок с двойными стенками/двойных трубок, соединенных обратными коленами с одной стенкой/обратными коленами из одной трубки.

На Фиг. 2А представлен схематический вид спереди теплообменника, содержащего теплообменный змеевик согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 2В представлен схематический вид сбоку теплообменника, показанного на Фиг. 2А.

На Фиг. 3 представлен вид спереди в перспективе установки охлаждения воздуха трансформатора, содержащей теплообменник согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 4 представлен вид сзади в перспективе установки охлаждения воздуха трансформатора, показанной на Фиг. 3.

На Фиг. 5 представлен другой вид сзади в перспективе установки охлаждения воздуха трансформатора, показанной на Фиг. 3.

Осуществление изобретения

В следующем описании ряд подробностей изложен для обеспечения более полного объяснения настоящего изобретения. Будет очевидно, однако, специалистам в данной области техники, что настоящее изобретение можно применять без этих конкретных элементов.

На Фиг. 1А показан теплообменный змеевик 10 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Теплообменный змеевик 10 получает жидкость из коллектора 12 по соединительной трубке 14. Соединительная трубка 14 соединена с внутренней трубкой 16а. Жидкость проходит через теплообменный змеевик по внутренним трубкам 16а, 16b и 16с при помощи обратных колен 18а и 18b. Внутренние трубки 16а, 16b и 16с проходят в наружных трубках 20а, 20b и 20с соответственно. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения внутренние поверхности наружных трубок 20а, 20b и 20с имеют впадины, ребра или другие элементы 21 поверхности для создания как контакта между, так и пустот между внутренними и наружными трубками для обеспечения прохождения жидкости между ними (см. Фиг. 1В). Согласно альтернативному варианту осуществления наружная поверхность внутренних трубок может иметь распорные элементы или быть оборудована распорными устройствами для осуществления этой же цели. Ребра 22 закреплены на наружных поверхностях наружных трубок для увеличения теплообмена. Поток воздуха проходит только вокруг центральной части 24 змеевика. Обратные колена 18а, 18b и концы 26 наружных трубок 20а, 20b и 20с расположены снаружи пути потока воздуха.

Согласно одному способу производства змеевика согласно настоящему изобретению наружные трубки вставлены в основу из ребер и вдавлены в ребра. Внутренние трубки затем вставляют в наружные трубки и расширяют для обеспечения контакта на контактных поверхностях и пустот в неконтактных местах. Обратные колена можно затем напаивать на внутренние трубки.

Если утечка происходит в любой из внутренних трубок 16а, 16b или 16с, она будет улавливаться в соответствующей наружной трубке 20а, 20b или 20с, перемещаться вниз по длине трубки, в которой ее уловили, посредством пустот, созданных между трубками посредством элементов 21 внутренней поверхности наружных трубок 20а, 20b и 20с, затем вытекать из конца наружной трубки под действием силы тяжести в каплесборник/дренажный поддон 28 в ящике 30а, 30b для обратных колен (Фиг. 2) снаружи пути потока воздуха. Таким образом, путь потока воздуха (и, следовательно, трансформатор или любое другое устройство, в которое воздух в конце направляют) защищен от попадания воды, происходящего в результате утечек в теплообменном змеевике, и утечки быстро и легко определяются, все это без сложных составных и герметичных конструкций разделенного на камеры коллектора. Альтернативно, пространство между наружными трубками и внутренними трубками на одном конце змеевика можно запять или иным образом герметично закрыть. Согласно данному варианту осуществления вода из утечек во внутренних трубках вытекает из наружных трубок только в ящик для обратных колен на конце змеевика, который находится напротив конца, где пространство между внутренними и наружными трубками герметично закрыто.

На Фиг. 2А и 2В показаны схематические изображения теплообменной установки 34, содержащей теплообменный змеевик согласно настоящему изобретению. Ящики 30а и 30b для обратных колен расположены снаружи основного кожуха теплообменной установки и содержат обратные колена (не показаны) на обоих концах внутренних трубок (также не показаны). Показаны ребра 22, такие как описанные выше, закрепленные на наружных поверхностях наружных трубок теплообменного змеевика. Коллектор 12 содержит впускные/выпускные отверстия 32 для жидкости. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения дренажный поддон 28 может иметь наклон между ящиками для обратных колен так, что воду из утечек, собранную в одном резервуаре для обратных колен, заставляют перетекать на другой конец змеевика, где ее можно определить при помощи индикатора утечки. Альтернативно, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, где пространства между внутренними трубками и наружными трубками закрыты, не требуется наклонный дренажный поддон между ящиками для обратных колен, поскольку вода из любых утечек будет попадать только в один ящик для обратных колен на конце змеевика, противоположном концу, где пространства между внутренними и наружными трубками герметично закрыты.

На Фиг. 3-5 показаны различные виды установки 36 охлаждения воздуха трансформатора, содержащей теплообменник согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Установка 36 охлаждения воздуха трансформатора, содержит ящик 38 для вентилятора, установленный сверху теплообменной установки 34. Вентиляторы внутри ящика 38 для вентилятора выталкивают воздух из раздаточной коробки трансформатора (не показана) через вентиляционные решетки 39 и направляют воздух вниз через теплообменную установку 34. Воздух проходит вокруг трубок (не видно на Фиг. 3-5) и ребер 22 для выхода из днища агрегата. Обратные колена и концы наружных защитных труб содержатся в ящиках 30а и 30b для обратных колен за пределами пути потока воздуха, и путь потока воздуха предпочтительно проходит в пределах теплообменной установки 34. Вода входит в одно из впускных/выпускных отверстий 32 для жидкости и выходит через другое в соответствии с желаемыми клапанными системами/параметрами потока воды. Индикатор 40 утечки определяет наличие воды в днище ящика 30а для обратных колен.

Конструкцию, показанную на Фиг. 3-5, не следует рассматривать как ограничивающую настоящее изобретение, и, принимая во внимание настоящее раскрытие, специалисты в данной области техники легко оценят то, что особенности настоящего изобретения, описанные в настоящем документе, можно использовать для любого числа теплообменных применений и конструкций. Теплообменный змеевик настоящего изобретения можно использовать в соответствии с любым числом конструкций, где воздух, проходящий вокруг змеевика, необходимо защитить от жидкости, содержащейся в змеевиках, при условии, что обратные колена и торцы наружных «защитных» трубок расположены за пределами пути потока воздуха.

1. Теплообменный змеевик, содержащий:

множество трубок с двойными стенками, пересекающих заданный путь потока воздуха,

множество одностенных обратных трубок, соединяющих указанные трубки с двойными стенками;

причем указанные трубки обратных колен расположены снаружи указанного заданного пути потока воздуха;

причем каждая из указанных трубок с двойными стенками содержит внутреннюю трубку и наружную трубку;

указанные внутренние трубки соединены с указанным множеством трубок обратных колен для определения пути жидкости через указанный теплообменный змеевик; и

соответствующие концы указанных наружных трубок расположены снаружи указанного заданного пути потока воздуха.

2. Теплообменный змеевик по п. 1, дополнительно содержащий элементы поверхности на внутренних поверхностях указанных наружных трубок для создания контактных точек и пустот между указанными внутренними трубками и наружными трубками.

3. Теплообменный змеевик по п. 1, дополнительно содержащий:

ребра, закрепленные на указанных наружных трубках, для увеличения производительности по теплообмену указанного теплообменного змеевика.

4. Теплообменный змеевик по п. 1, в котором указанный теплообменный змеевик представляет собой охлаждающий змеевик для судового трансформатора.

5. Теплообменный змеевик по п. 1, в котором концы указанных наружных трубок на одном конце указанного змеевика припаяны к наружным поверхностям соответствующих внутренних трубок с тем, чтобы вода из утечек в указанных внутренних трубках выходила из указанных наружных трубок только на другом конце указаного змеевика.

6. Теплообменник, содержащий теплообменный змеевик по п. 1.

7. Теплообменник по п. 6, дополнительно содержащий ящики для обратных колен, сконфигурированные для вмещения указанных трубок обратных колен и концов указанных наружных трубок.

8. Теплообменник по п. 7, в котором по меньшей мере один из указанных ящиков для обратных колен содержит каплесборник.

9. Теплообменник по п. 8, дополнительно содержащий индикатор утечки для определения наличия воды в указанном каплесборнике.

10. Система охлаждения трансформатора, содержащая:

систему перемещения воздуха для перемещения воздуха вокруг теплообменного змеевика,

теплообменный змеевик, содержащий:

множество трубок с двойными стенками, пересекающих заданный путь потока воздуха,

множество одностенных трубок обратных колен, соединяющих указанные трубки с двойными стенками;

указанные трубки обратных колен расположены снаружи указанного заданного пути потока воздуха;

причем каждая из указанных трубок с двойными стенками содержит внутреннюю трубку и наружную трубку;

указанные внутренние трубки соединены с указанным множеством трубок обратных колен для определения пути жидкости через указанный теплообменный змеевик; и

соответствующие концы указанных наружных трубок расположены снаружи указанного заданного пути потока воздуха.

11. Система охлаждения трансформатора по п. 10, дополнительно содержащая элементы поверхности на внутренних поверхностях указанных наружных трубок для создания контактных точек и пустот между указанными внутренними трубками и наружными трубками.

12. Система охлаждения трансформатора по п. 10, дополнительно содержащая: ребра, закрепленные на указанных наружных трубках для увеличения производительности по теплообмену указанного теплообменного змеевика.

13. Система охлаждения трансформатора по п. 10, дополнительно содержащая ящики для обратных колен, сконфигурированные для вмещения указанных трубок обратных колен и концов указанных наружных трубок.

14. Система охлаждения трансформатора по п. 13, дополнительно содержащая каплесборник, помещенный для сбора просачивания воды с одного или нескольких концов указанных наружных трубок.

15. Система охлаждения трансформатора по п. 13, дополнительно содержащая индикатор утечки для определения наличия воды в указанном каплесборнике.

16. Система охлаждения трансформатора по п. 10, в которой концы указанных наружных трубок на одном конце указанного змеевика припаяны к наружным поверхностям соответствующих внутренних трубок так, что вода из утечек в указанных внутренних трубках вытекает из указанных наружных трубок только на другом конце указанного змеевика.