Противоточный рекуператор для высокоэффективного теплообмена

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в рекуперативных теплообменных аппаратах. В противоточном рекуператоре для высокоэффективного теплообмена, состоящем из внутренней(-их) и внешней труб произвольной формы сечения, находящихся одна(-и) в другой, а также подводящих и отводящих коллекторов к ним для горячего и холодного теплоносителей, трубы состоят из теплопроводящих трубных отрезков и расположенных между ними теплоизолирующих прокладок, препятствующих распространению тепла вдоль труб, причем его внешняя труба либо дополнительно теплоизолирована снаружи, либо полностью выполнена из теплоизолирующего материала. Технический результат – повышение эффективности теплопередачи. 3 ил.

 

Противоточный рекуператор для высокоэффективного теплообмена. Областью преимущественного применения данного теплообменного аппарата по типу «труба(-ы) в трубе» является теплотехника, тепловые двигатели и т.п.

Из уровня техники известны рекуперативные теплообменные аппараты (ТОА) такого же типа в которых, движущиеся в противоположных направлениях вдоль друг друга, горячий (Г.Т.) и холодный (Х.Т.) теплоносители разделены между собой теплопроводящей поверхностью, и отличительно характеризуются: температурой Х.Т. на выходе выше температуры на выходе Г.Т., меньшей площадью теплообменника и более высоким температурным напором, чем при прямоточной схеме (- прототип). См. «Теплотехника», 2012 г., Москва, Изд. ц. «Академия»

Задача, решаемая предлагаемым изобретением - это создание более высокоэффективной теплопередачи от Г.Т. к Х.Т.

Техническим результатом является получение температуры Х.Т. в выходном коллекторе приближающейся к температуре Г.Т. во входном коллекторе, и наоборот для температуры Г.Т. в выходном коллекторе, приближающейся к температуре Х.Т. во входном, с любым, наперед заданным, приближением (точностью) - одновременно (при необходимом соотношении масс Г.Т. и Х.Т., находящихся в тепловом контакте). Технический результат достигается тем, что в противоточном рекуператоре для высокоэффективного теплообмена, состоящем из внутренней(-их) и внешней труб произвольной формы сечения, находящихся одна(-и) в другой, а также подводящих и отводящих коллекторов к ним для горячего и холодного теплоносителей, трубы состоят из теплопроводящих трубных отрезков и расположенных между ними теплоизолирующих прокладок, препятствующих распространению тепла вдоль труб, причем его внешняя труба либо дополнительно теплоизолирована снаружи, либо полностью выполнена из теплоизолирующего материала.

На чертежах изображены: Фиг. 1 - труба в трубе, Фиг. 2 - теплоизолирующая прокладка, Фиг. 3 - Трубы в трубе.

Рекуператор представляет собой теплообменник, состоящий из внутренней(-их) 1 и внешней 2 труб, находящихся одна(-и) в другой, а так же подводящих и отводящих коллекторов к ним, для противоположно движущихся горячего и холодного теплоносителей.

Труба в данном контексте есть понятие условное: в поперечном ее сечении может быть любая замкнутая кривая, которая может меняться вдоль трубы - как по форме, так и по величине охватываемой площади. Очевидно, что трубы должны быть одинаковой длины, и каждая из них на одном из своих концов соединена: либо с входным, либо с выходным коллектором, в зависимости от того, пропускником какого теплоносителя она является - и наоборот на другом конце. Необходимо различать внутреннюю(-ие) 1 и внешнюю 2 трубы рекуператора. Внутренняя труба разделяет между собой противоточные Х.Т. и Г.Т. Внешняя же труба (либо ее части, сами по себе) разделяет (-ют) какой либо теплоноситель (Х.Т. или Г.Т.) и окружающую среду. Причиной, препятствующей прототипу достигать заявленный технический результат, является хорошая теплопроводность труб вдоль движения теплоносителей - при ее безусловной необходимости в поперечном (кроме внешней трубы) направлении, так как это противодействует созданию и поддержанию градиента температур на концах труб. Поэтому отличительными признаками для заявляемого изобретения является то, что трубы рекуператора от входного до выходного коллектора разделены на части (отрезки, в общем случае, поперечного отреза от прототипных монотруб) с теплоизолирующими прокладками 3 между ними, препятствующих распространению тепла по составу (металлу) труб по их длине, и способных на основе отрезков и прокладок формировать теплообменные камеры, обладающих любой степенью тепловой обособленности друг от друга, а так же то что внешняя труба дополнительно теплоизолируется снаружи, либо полностью выполняется из теплоизолирующего материала. При установившемся процессе теплопередачи, каждый отрезок трубы будет обладать своей постоянной (средней) температурой, отличающейся от температуры соседнего. Необходимым условием получения техрезультата будет то, что соотношение масс теплоносителей, одновременно проходящих через рекуператор должно быть обратно пропорционально соотношению их теплоемкостей. Регулируя соотношение теплопередающей поверхности к объему теплоносителя, время его контакта с ней, его скорость, величину и количество отрезков и размер проходов 4 в прокладках, достигаем необходимой полноты теплопередачи, которая в конечном счете определяется количеством отрезков. Передающаяся от Г.Т. к Х.Т. энергия стремится с ростом количества отрезков к превышающей Uпр=Uг.т.-Uх.т.=m1(2)*C1(2)*(T2-T1), где m1(2) - массы теплоносителей проходящих через рекуператор за один и тот же промежуток времени, C1(2) - их теплоемкости, Т1 и Т2 - температуры Х.Т. и Г.Т. на входе, m1*C1=m2*C2 - необходимое условие.

Создавая проходы 4 необходимых размеров в перпендикулярно расположенных теплоизолирующих прокладках и формируя тем самым череду, последовательно располагающихся и равного объема, теплообменных камер, состоящих из двух подобъемов для теплоносителей - создаем процесс теплообмена со ступенчатым (либо плавным), от камеры к камере, уменьшением температуры для Г.Т. и ее увеличением для Х.Т., при их дискретно-импульсном (либо плавном) движении. При импульсном движении в проходах необходимо устанавливать «обратные» клапана из теплоизолирующего материала. Применяя несколько, параллельно работающих в импульсном режиме и со сдвигом в фазе, рекуператоров, несложно добиться непрерывности (плавности) движения теплоносителей в более общих, подводящем и отводящем, руслах. При непрерывном режиме работы рекуператора роль теплозапирающего клапана между камерами будет играть теплоноситель в проходах, скорость которого должна быть больше, скорости существенного значимого распространения тепла в нем (скорости в проходах и камерах соотносятся обратно пропорционально площадям их сечений). Очевидно (и согласно закона Фурье), с уменьшением разницы температур между Г.Т. и Х.Т. в выходном и входном коллекторах будет возрастать время выравнивания температур теплоносителей в камерах, т.е. в них необходимо увеличивать теплообменную поверхность. Согласно расчетам разница температур между участками (отрезками) равна (Т2-Т1)/(n+1), где n - их количество во внутренней трубе. Передающаяся энергия равна Uп.р.*n/(n+1). При n=99 передается 99%, а при n=999-99,9% всей превышающей (Uг.т. - Uг.т.) тепловой энергии от Г.Т. к Х.Т. и т.д.

Противоточный рекуператор для высокоэффективного теплообмена, состоящий из внутренней(-их) и внешней труб произвольной формы сечения, находящихся одна(-и) в другой, а также подводящих и отводящих коллекторов к ним для горячего и холодного теплоносителей, отличающийся тем, что его трубы состоят из теплопроводящих трубных отрезков и расположенных между ними теплоизолирующих прокладок, препятствующих распространению тепла вдоль труб, причем его внешняя труба либо дополнительно теплоизолирована снаружи, либо полностью выполнена из теплоизолирующего материала.



 

Похожие патенты:

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.

В данном документе раскрыт теплообменник, включающий в себя множество труб, расположенных горизонтально, пару вертикальных коллекторов и по меньшей мере одну распределяющую поток направляющую перегородку, закрепленную в одном коллекторе на впуске одной группы из групп коллекторов так, что распределяющая поток направляющая перегородка установлена между трубами одной группы, причем каждая из по меньшей мере одной распределяющей поток направляющей перегородки снабжена по меньшей мере одним распределительным отверстием, обеспечивающим проход холодильного агента через нее.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано на плавучих установках транспортировки сжиженного газа. Предложены устройства и способы для подавления колебаний текучей среды в корпусном теплообменнике с внутрикорпусными теплообменными элементами.

Изобретения относятся к химической, нефтяной, газовой и другим отраслям промышленности, а именно к технологии и оборудованию, предназначенным для охлаждения влажного природного газа.

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 области теплотехники и может быть применено в кожухотрубных теплообменниках. В кожухотрубном теплообменнике, содержащем соединенные между собой идентичные секции, каждая из которых содержит размещенный в кожухе пучок труб, закрепленных с противоположных торцов в трубных решетках, и коллекторные камеры трубной и межтрубной сред с перегородками, образующими пространственные соединения между секциями и задающими направления течения сред в них, коллекторные камеры трубной и межтрубной сред содержат участки, в которых перегородки установлены после каждых двух или более входов сред в секции, образуя последовательно соединенные группы, соответственно, двух и более секций с параллельным движением сред в каждой группе, при этом в коллекторной камере трубной среды может быть установлена дополнительная перегородка перед входами среды в секции одной из групп с параллельным движением среды.

Изобретение относится к газовой технике, в частности к газораспределительным станциям для снижения давления газа в газопроводе. .

Дроссель // 2428644
Изобретение относится к энергетике и предназначено для использования в качестве дросселирующего устройства U-образного трубного пучка теплообменника ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе в режиме переменных нагрузок.

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к теплообменным аппаратам, и может использоваться в различных трубчатых теплообменных аппаратах промышленности, энергетики, жилищного хозяйства, электроподогревателях, а также в различных теплообменных поверхностях, где используется оребрение.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в качестве устройства для интенсификации теплообмена в теплообменном трубном пучке теплообменника ядерной энергетической установки.

Способ определения жесткости теплообменника (1) с пучком труб, который включает трубу-сердечник (2) и змеевиковые трубы (3), навитые вокруг трубы-сердечника (2) с образованием пучка труб, причем змеевиковые трубы (3) навиты в несколько слоев (5, 6) змеевика и при соответствующем угле (α) навивки слоя вокруг трубы-сердечника (2), включающий следующие стадии: определение геометрического параметра прочности соответствующего слоя (5) змеевика, где геометрический параметр прочности включает отношение площади (Аr) поперечного сечения змеевиковой трубы к площади (Ар) поперечного сечения ячейки, где площадь (Ар) поперечного сечения ячейки получена из осевого расстояния (Т) змеевиковых труб (3) и внешнего диаметра (da) змеевиковых труб (3); корректировка отношения площадей с помощью поправочного коэффициента с целью учета ориентации змеевиковых труб (3) соответствующего слоя змеевика относительно силы тяжести (Fg), действующей на змеевиковые трубы; и определение жесткости соответствующего слоя (5) змеевика в зависимости от скорректированного отношения площадей и модуля упругости материала змеевиковой трубы.

Изобретение относится к области теплообменного оборудования, используемого в различных отраслях промышленности, в частности к змеевиковым теплообменникам, которые могут быть применены в системах аварийного расхолаживания ядерных энергетических установок.

Описан теплообменник, содержащий сосуд для холодильного агента, при этом указанный сосуд имеет камеру, ограниченную поверхностью стенок сосуда, а также содержит впускной патрубок и выпускной патрубок для транспортировки холодильного агента в указанную внутреннюю камеру и из нее.

Теплообменный аппарат, изготовленный с использованием аддитивных технологий (3D печати), содержит корпус, патрубки подвода и отвода теплообменивающихся сред, теплопередающий блок с продольно ориентированными и имеющими общие стенки каналами, причем на каждом конце теплопередающего блока каналы одной среды выступают относительно торцов каналов другой среды, при этом концы выступающих каналов являются частями трубных решеток, которые вместе со смежными им торцами каналов образуют полости.

Раскрыт сосуд для размещения холодильного агента, содержащий внутреннюю стенку и внешнюю стенку, выполненные концентрическими и образующие внутреннее пространство, ограниченное внутренней стенкой и внешней стенкой; впускной патрубок и выпускной патрубок для транспортировки холодильного агента в указанное внутреннее пространство и из него; трубку в указанном внутреннем пространстве, совершающую витки вокруг внутренней стенки; впускную трубку, соединенную с возможностью перетекания жидкости с указанным внутренним пространством и выполненную с возможностью протекания холодильного агента через указанную впускную трубку во внутреннее пространство; выпускную трубку, соединенную с возможностью перетекания жидкости с указанным внутренним пространством и выполненную с возможностью протекания холодильного агента из внутреннего пространства в указанную выпускную трубку; компрессор (527), смонтированный для получения холодильного агента из указанной выпускной трубки и сжатия холодильного агента; и конденсатор (523), смонтированный для получения сжатого холодильного агента из указанного компрессора для конденсирования холодильного агента и направления указанного сжатого холодильного агента в указанную впускную трубку.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в кожухотрубных теплообменниках. Кожухотрубный теплообменник (1) содержит кожух, в пространстве (3) которого расположен пакет (2) труб из нескольких труб (20, 22, 27) с по меньшей мере одной трубной решёткой (25, 26), причём кожухотрубный теплообменник (1) вовне ограничивается поверхностью (31) кожуха и имеет проходящую по центру в пространстве кожуха продольную ось (33), вокруг которой образован свободный от труб внутренний канал (21), и причём с внутренней стороны смежно поверхности (31) кожуха образован свободный от труб внешний канал (23), причём пакет (2) труб между внутренним каналом (21) и внешним каналом (23) включает в себя по меньшей мере два компонента (50, 51, 52, 53, 54) пакета труб, которые отличаются по количеству труб на поверхности, и/или по внешнему диаметру труб, и/или по зазору между трубами, при этом компоненты пакета труб имеют поперечное сечение в форме круглого кольца и в пространстве кожуха в направлении перпендикулярно продольной оси расположены последовательно, причем по меньшей мере два компонента (50, 51, 52, 53, 54) пакета труб соединены друг с другом с возможностью разъёма.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменниках отопительных котлов. Изобретение заключается в выполнении элемента (24) для сужения поперечного сечения в виде трубчатой вставки, выполненной по типу сопла, которая вдвинута в наружную трубу (10) в ее втором продольном участке (23).

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в конструкциях емкостных рекуперативных теплообменных аппаратов поверхностного типа – преимущественно водоводяных подогревателей в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Холодильная установка содержит компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль и теплообменник. Последний содержит сосуд для холодильного агента, содержащий внутреннее пространство, ограниченное замкнутой поверхностью стенок сосуда, а также содержащий впускной патрубок и выпускной патрубок для транспортировки холодильного агента во внутреннее пространство и наружу через стенку сосуда.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов. Теплообменник содержит корпус, в котором выполнены цилиндрические каналы одного из теплоносителей, расположенные по вершинам и сторонам правильных шестиугольников, при этом каждый канал другого теплоносителя образован тремя поверхностями, эквидистантными внутренним поверхностям соседних цилиндрических каналов, внутренние днища, закрепленные на торцах корпуса и на наружных поверхностях которых установлены коллекторы, наружные днища, закрепленные на торцах внутренних днищ, причем полости одного из теплоносителей, образованные наружными и внутренними днищами, соединены с цилиндрическими каналами с помощью трубок.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменниках отопительных котлов. Изобретение заключается в выполнении элемента (24) для сужения поперечного сечения в виде трубчатой вставки, выполненной по типу сопла, которая вдвинута в наружную трубу (10) в ее втором продольном участке (23).

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в рекуперативных теплообменных аппаратах. В противоточном рекуператоре для высокоэффективного теплообмена, состоящем из внутренней и внешней труб произвольной формы сечения, находящихся одна в другой, а также подводящих и отводящих коллекторов к ним для горячего и холодного теплоносителей, трубы состоят из теплопроводящих трубных отрезков и расположенных между ними теплоизолирующих прокладок, препятствующих распространению тепла вдоль труб, причем его внешняя труба либо дополнительно теплоизолирована снаружи, либо полностью выполнена из теплоизолирующего материала. Технический результат – повышение эффективности теплопередачи. 3 ил.

Наверх