Теплообменник

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности, коммунального и сельского хозяйства, преимущественно в промышленных биогазовых установках. Теплообменник содержит горизонтально ориентированный цилиндрический корпус, днища выпуклой формы с седлами, патрубки подвода и отвода трубной среды, входной и выходной патрубки межтрубной среды, теплообменные элементы в виде пучков труб, закрепленных с противоположных торцов в трубных решетках, которые закреплены в противоположно расположенных седлах. Центральный пучок труб расположен по продольной оси корпуса, а боковые пучки труб размещены на удалении от продольной оси на равном расстоянии друг от друга. С одной стороны корпуса центральное седло соединено с патрубком подвода трубного теплоносителя, а боковые седла соединены с вводами сборного коллектора, выход которого соединен с патрубком отвода трубного теплоносителя. С другой стороны корпуса центральное седло соединено с входом распределительного коллектора, отводы которого соединены с боковыми седлами, с обеспечением возможности протекания трубной среды в прямом направлении через центральный пучок труб и в обратном направлении через боковые пучки труб, что реализует двухходовой теплообмен греющей среды. Технический результат заключается в повышении производительности теплообменника и уменьшении металлоемкости его изготовления. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности, коммунального и сельского хозяйств, преимущественно в промышленных биогазовых установках.

Биомассу в биореакторе биогазовой установки необходимо поддерживать при определенной температуре для создания оптимальных условий повышенной продуктивности бактерий. Подогрев биомассы во внешнем теплообменнике перед ее помещением в биореактор позволяет существенно снизить затраты энергии на подогрев биомассы в биореакторе.

В качестве нагревательного устройства для биомассы применяют большей частью кожухотрубные теплообменники, особенность которых заключается в том, что пучок труб, собранный в двух трубных решетках, вместе с ними жестко закреплен в корпусе теплообменника.

В RU 2334187 С1, МПК F28D 7/06, опубл. 20.09.2008, описан теплообменник, который содержит кожух с пучком теплообменных труб, закрепленных в трубной решетке, и поперечные перегородки, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве. Кожух снабжен патрубками ввода и вывода межтрубной среды, а к его фланцу прикреплена коллекторная камера с продольной перегородкой, разделяющей входную и выходную полости, соединенная с одним из торцов кожуха, прилегающим к трубной решетке, и снабженная патрубками ввода и вывода трубной среды. Перед патрубком вывода в кожухе установлена сплошная поперечная перегородка, а за патрубком вывода - дополнительные поперечные перегородки, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве, причем сплошная перегородка снабжена перепускными каналами, имеющими выход в последней перегородке перед трубной решеткой. При таком выполнении повышается интенсивность теплообмена за счет ликвидации застойных зон.

В RU 2647942 С1, МПК F28D 7/16, F28F 9/22, опубл. 21.03.2018, описан теплообменный аппарат, содержащий 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. Для повышения надежности упругий уплотнительный элемент выполнен из сетчатого материала, а свободный объем под дугообразным элементом заполнен эластичным материалом, теплообменного аппарата.

Устройство перегородок в межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменника способствует увеличению скорости теплоносителя и повышению эффективности теплообмена. Однако одиночные кожухотрубные теплообменники по патентам RU 2334187, 2008 г. и RU 2647942, 2018 г. имеют недостаточную производительность из-за малого межтрубного пространства.

Увеличение производительности в кожухотрубном теплообменнике по патенту RU 2133004, МКИ F28D 7/00, опубл. 10.07.1999, обеспечивается за счет увеличения количества соединенные между собой идентичных секций, каждая из которых содержит размещенный в кожухе пучок труб, закрепленных с противоположных торцов в трубных решетках, и коллекторных камер трубной и межтрубной сред с перегородками, образующих пространственные соединения между секциями и задающими направления течения сред в них Данное техническое решение позволяет создать относительно компактную конструкцию и увеличить эффективность использования поверхности нагрева теплоносителя за счет применения единых коллекторных камер. В этом теплообменнике перегородки в коллекторных камерах задают обычное направление движения сред, то есть среды последовательно проходят через каждую смежную секцию. Такое движение ограничивает возможности регулирования и оптимизации по заданному критерию соотношений параметров теплопередачи и гидравлических характеристик потоков.

Этот недостаток устранен в кожухотрубном теплообменнике по патенту RU 2494329 С1, МПК F28D 7/16, F28F 9/22, опубл. 27.09.2013, который содержит 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. Такая организация движения сред повышает эффективность использования тепловой энергии первичного источника за счет уменьшения гидравлических потерь.

Недостатком теплообменников по патентам RU 2133004 и RU 2494329 является повышенная металлоемкость из-за размещения каждого пучка труб в своем кожухе. Кроме того, при их использовании для подогрева органического сырья происходит быстрое закоксовывание межтрубного пространства из-за его малых размеров.

В основу настоящего изобретения положена задача создания теплообменника, обеспечивающего повышенную производительность и имеющего меньшую металлоемкость его изготовления.

Указанная задача решается тем, что теплообменник содержит горизонтально ориентированный цилиндрический корпус, днища выпуклой формы с седлами, патрубки подвода и отвода трубной среды, входной и выходной патрубки межтрубной среды, теплообменные элементы в виде пучков труб, закрепленных с противоположных торцов в трубных решетках, которые закреплены в противоположно расположенных седлах, при этом центральный пучок труб расположен по продольной оси корпуса, а боковые пучки труб размещены на удалении от продольной оси на равном расстоянии друг от друга, с одной стороны корпуса центральное седло соединено с патрубком подвода трубной среды, а боковые седла соединены с вводами сборного коллектора, выход которого соединен с патрубком отвода трубной среды, с другой стороны корпуса центральное седло соединена с входом распределительного коллектора, отводы которого соединены с боковыми седлами, с обеспечением возможности протекания трубной среды в прямом направлении через центральный пучок труб и в обратном направлении через боковые пучки труб.

Задача решается также тем, что:

сборный коллектор выполнен в виде цилиндра, торцевая сторона цилиндра в направлении днища закрыта сферической крышкой, другая торцевая сторона цилиндра является выходом сборочного коллектора, а по цилиндрической поверхности расположены вводы сборочного коллектора;

распределительный коллектор выполнен в виде цилиндра, торцевая сторона цилиндра в направлении днища является входом распределительного коллектора, другая торцевая сторона цилиндра закрыта сферической крышкой, а по цилиндрической поверхности расположены отводы распределительного коллектора;

входной патрубок межтрубной среды расположен сверху корпуса около днища со стороны сборного коллектора, а выходной патрубок межтрубной среды расположен снизу корпуса около днища со стороны распределительного коллектора;

на корпусе установлена, по крайней мере, одна колба для термодатчика;

на концевом участке верхних седел со стороны сборного коллектора установлен, по крайней мере, один воздухоотводчик;

на концевом участке нижнего седла со стороны сборного коллектора установлен сливной патрубок трубного теплоносителя;

на корпусе, сборном и распределительном коллекторах установлена теплоизоляция с защитным кожухом.

Повышение производительности теплообменника и снижение металлоемкости его изготовления достигается за счет размещения группы теплообменник пучков труб в одном корпусе и обеспечения двухходового теплообмена греющей среды.

Изобретение поясняется чертежами, на которых:

фиг. 1 изображает теплообменник (сечение А-А на фиг. 2)

фиг. 2 изображает теплообменник, вид со стороны сборного коллектора;

фиг. 3 изображает днище с седлами, вид сбоку;

фиг. 4 изображает днище с седлами, вид сверху;

фиг. 5 изображает общий вид нагревательного элемента в изометрии;

фиг. 6 изображает вид теплоизолированного теплообменника в разрезе.

Теплообменник содержит цилиндрический корпус 1, на противоположных торцевых сторонах которого закреплены днища 2 выпуклой формы с жестко закрепленными седлами 3, патрубок 4 подвода и патрубок 5 отвода трубной среды, входной патрубок 6 и выходной патрубок 7 межтрубной среды.

Предпочтительной является торосферическая или эллиптическая форма днищ 2. Одно из седел 3 расположено в центре каждого днища 2, а боковые седла размещены эквидистантно по окружности на удалении от центра (см. фиг. 6). Теплообменные элементы выполнены в виде пучка труб 8, закрепленных с противоположных торцов в трубных решетках 9 (см. фиг. 7). Пучки труб 8 для придания жесткости могут быть снабжены перемычками 10. Трубные решетки 9 жестко закреплены в противоположно расположенных седлах 3, что обеспечивает расположение центрального пучка труб 11 по продольной оси корпуса, а боковых пучков труб 12 - на удалении от продольной оси на равном расстоянии друг от друга. Трубные решетки 9 в седлах 3 могут иметь как неразборное соединение, например, при помощи сварки, так и разборное, например, фланцевое.

С одной стороны корпуса центральное седло соединено с патрубком 4 подвода трубного теплоносителя, а боковые седла соединены с вводами 13 сборного коллектора 14. Предпочтительным является выполнение сборного коллектора в виде цилиндра 15, торцевая сторона которого в направлении днища закрыт сферической крышкой 16, другая торцевая сторона цилиндра является выходом сборного коллектора, а вводы 13 расположены на цилиндрической поверхности. Выход сборного коллектора 14 соединен с патрубком 5 отвода трубной среды.

С другой стороны корпуса центральное седло соединено с входом распределительного коллектора 17, отводы 18 которого соединены с боковыми седлами. Предпочтительным является выполнение распределительного коллектора в виде цилиндра 19, торцевая сторона которого в направлении днища является входом распределительного коллектора, другая торцевая сторона цилиндра закрыта сферической крышкой 20, а отводы 18 расположены на цилиндрической поверхности.

Такое подключение пучков труб к коллекторам обеспечивает протекание трубной среды в прямом направлении через центральный пучок труб 11 и в обратном направлении через боковые пучки труб 12. Количество теплообменных элементов и их расположение выбирают из условий равномерного обогрева во всем объеме теплообменника.

Устройство работает следующим образом.

Трубная среда последовательно проходит через патрубок 4, трубное пространство центрального пучка труб 11, и попадает в цилиндр 19 распределительного коллектора 17, где, отражаясь от его сферической крышки 20, равномерно распределяется по отводам 18 и поступает в боковые пучки труб 12. По трубным пространствам боковых пучков труб 12 трубная среда проходит в обратном направлении, по вводам 13 поступает в цилиндр 15 сборного коллектора 14 и выходит через патрубок отвода 5 в обратный трубопровод трубной среды. Таким образом по трубной среде теплообменник является двухходовым.

Межтрубная среда по входному патрубку 6 поступает в теплообменник и движется, проходя по межтрубному пространству теплообменных элементов, через выходной патрубок 7 в обратный трубопровод межтрубной системы. За счет расположения входного и выходного патрубков межтрубной среды на противоположных концах корпуса сверху и снизу, соответственно, межтрубная среда по отношению к трубной среде в боковых пучках труб 12 движется противотоком, что повышает эффективность теплопередачи.

Теплообменник обладает меньшими гидродинамическими потерями по сравнению с системой кожухотрубчатых теплообменных аппаратов.

Контроль температуры межтрубной среды производят с помощью термодатчика, устанавливаемого в колбе 21. С целью выпуска воздуха из трубного пространства, при его заполнении трубной средой, на концевом участке седел, ориентированных вверх, установлен, по крайней мере, один воздухоотводчик 22, а для слива трубной среды на концевом участке седла, ориентированного вниз, установлен сливной патрубок 23. В горизонтальном положении теплообменник устанавливают на опорах 24. Для уменьшения тепловых потерь, особенно при использовании теплообменника вне отапливаемого помещения, корпус, сборный и распределительный коллекторы покрывают утеплителем 25 с защитным кожухом 26.

Теплообменник может работать как в проточном, так и накопительном режимах.

При использовании теплообменника для подогрева биомассы перед загрузкой в биореактор в качестве трубной среды предпочтительно использовать воду, нагретую до температуры 60°С. Более высокая температура, повышает риск налипания взвешенных твердых частиц на поверхность теплообменника.

Теплообменник можно использовать при различных вариантах трубной и межтрубной сред, например, пар - жидкость, газ - газ, жидкость - жидкость в различных отраслях промышленности, коммунального и сельского хозяйств.

1. Теплообменник, характеризующийся тем, что он содержит горизонтально ориентированный цилиндрический корпус, днища выпуклой формы с седлами, патрубки подвода и отвода трубной среды, входной и выходной патрубки межтрубной среды, теплообменные элементы в виде пучков труб, закрепленных с противоположных торцов в трубных решетках, которые закреплены в противоположно расположенных седлах, при этом центральный пучок труб расположен по продольной оси корпуса, а боковые пучки труб размещены на удалении от продольной оси на равном расстоянии друг от друга, с одной стороны корпуса центральное седло соединено с патрубком подвода трубной среды, а боковые седла соединены с вводами сборного коллектора, выход которого соединен с патрубком отвода трубной среды, с другой стороны корпуса центральное седло соединено с входом распределительного коллектора, отводы которого соединены с боковыми седлами, с обеспечением возможности протекания трубной среды в прямом направлении через центральный пучок труб и в обратном направлении через боковые пучки труб.

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что сборный коллектор выполнен в виде цилиндра, торцевая сторона цилиндра в направлении днища закрыта сферической крышкой, другая торцевая сторона цилиндра является выходом сборного коллектора, а по цилиндрической поверхности расположены вводы сборного коллектора.

3. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что распределительный коллектор выполнен в виде цилиндра, торцевая сторона цилиндра в направлении днища является входом распределительного коллектора, другая торцевая сторона цилиндра закрыта сферической крышкой, а по цилиндрической поверхности расположены отводы распределительного коллектора.

4. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что трубные решетки в седлах могут быть жестко закреплены неразборным или разборным соединением.

5. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что входной патрубок межтрубного теплоносителя расположен сверху корпуса около днища со стороны сборного коллектора, а выходной патрубок межтрубного теплоносителя расположен снизу корпуса около днища со стороны распределительного коллектора.

6. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что на корпусе установлена по крайней мере одна колба для термодатчика.

7. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что на концевом участке верхних седел со стороны сборного коллектора установлен по крайней мере один воздухоотводчик.

8. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что на концевом участке нижнего седла со стороны сборного коллектора установлен сливной патрубок трубной среды.

9. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что на корпусе, сборном и распределительном коллекторах установлен утеплитель с защитным кожухом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплообменнику (1) для нагрева свежей воды посредством тепла от сточной воды в душе или ванне. Теплообменник имеет сливной желоб (3), расположенный в сливном желобе (3), узел (2) теплообменника и распределительный элемент (42) для распределения сливаемой сточной воды по узлу (2) теплообменника.

Изобретение относится к способу соединения коллекторов радиатора с трубками вертикальных колонок. В стенках трубчатых коллекторов выполняют отверстия с расположенными вокруг них воротничками.

Изобретение относится к области теплотехники и может использоваться при изготовлении радиаторов отопления. Способ характеризуется тем, что при изготовлении радиаторов используют трубчатые части сердечников с коническими раструбами, в которые вставляют соединительные конические втулки, при этом на крайние секции радиатора устанавливают концевые конические втулки.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к системам охлаждения турбин газотурбинного двигателя. Воздухо-воздушный теплообменник, содержащий несколько охлаждаемых секций, установленных в проточной части турбомашины и закрепленных на корпусе посредством болтовых соединений, с двумя фланцами, соединенными между собой сетью трубок и снабженными отверстиями под болтовое соединение и буртами, имеющими цилиндрическую посадочную поверхность большого радиуса, образующую с корпусом зазор, выбирающийся при сборке.

Изобретение относится к конструкции для крепления узла (10) охлаждения, предназначенного для охлаждения двигателя внутреннего сгорания автотранспортного средства.

Изобретение относится к способу изготовления трубчатых радиаторов и сварочному устройству. Способ заключается в том, что по меньшей мере один патрубок (31) одной головной части (3, 4) и по меньшей мере одну трубу (5) радиаторов (2), состоящих из головных частей (3, 4), содержащих патрубки (31), и располагаемых между ними труб (5), позиционируют в устройстве для контактной сварки.

Изобретение относится к технологии изготовления элементов системы отопления жилых и других зданий, в частности к способу изготовления теплообменника металлического системы отопления помещения, и может быть использовано при изготовлении элементов системы отопления помещения.

Изобретение относится к конструкции элементов системы отопления жилых и других зданий, в частности, к теплообменнику металлическому системы отопления помещения и может быть использовано при изготовлении системы отопления помещения.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к отопительным секционным радиаторам. .

Изобретение относится к теплообменному устройству на основе пульсационной тепловой трубы и системе охлаждения. Система охлаждения, содержащая множество блоков, которые механически соединены друг с другом, причем каждый блок содержит теплообменное устройство на основе пульсационной тепловой трубы; и устройство коммутации, причем устройство коммутации находится в физическом контакте с упомянутым, теплообменным устройством для переноса тепловой нагрузки из устройства коммутации в теплообменное устройство, и между двумя соседними блоками обеспечен электроизолирующий элемент, при этом теплообменное устройство содержит множество трубок для обеспечения путей протекания текучей среды между первым и вторым элементами распределения текучей среды теплообменного устройства, причем каждая трубка содержит группу каналов, при этом как первый, так и второй элементы распределения текучей среды содержат, пластину первого типа, причем каждая пластина первого типа имеет отверстия для обеспечения выравнивания множества трубок, пластины первого типа имеют одинаковую толщину, первый элемент распределения текучей среды содержит пластину второго типа, пластина второго типа имеет отверстия для обеспечения путей протекания текучей среды между трубками из множества трубок, и пластина второго типа расположена с противоположной стороны пластины первого типа из пластин первого элемента распределения текучей среды относительно второго элемента распределения текучей среды.

Техническое решение относится к области теплотехники, а именно к аппаратам, преимущественно большого диаметра и/или большой единичной мощности для осуществления теплообмена жидких и газообразных сред, и может быть использовано в технологических процессах в различных областях народного хозяйства, в том числе нефтеперерабатывающей и нефтехимической.

Изобретение относится к области военной техники как защита от выявления места расположения агрегатов оборонного назначения, выделяющих в процессе эксплуатации тепловую энергию.

Устройство теплообменника, в частности, для отопителя транспортного средства, содержащее корпус (10) теплообменника с впускным отверстием (22) среды теплоносителя и выпускным отверстием (24) среды теплоносителя, присоединительные патрубки (26, 28), которые могут быть вставлены в отверстия (22, 24), причем в корпусе (10) теплообменника предусмотрена, по меньшей мере, одна выполненная в корпусе выемка (34, 36, 38, 40) для зацепления фиксирующего элемента, а в присоединительных патрубках (26, 28) предусмотрена, по меньшей мере, одна выемка (42) для размещения фиксирующего элемента (44), причем фиксирующий элемент располагают таким образом, что он входит в зацепление с присоединительными патрубками (26, 28) на корпусе (10) теплообменника через выемки (34, 36, 38, 40) в корпусе (10) и через выемки (42) в присоединительных патрубках (26, 28), при этом фиксирующий элемент (44) может входить в зацепление областью фиксации (58) с фиксирующим выступом (62).

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.

Изобретение относится к теплообменнику (1) для непрямой передачи тепла между первой средой (4) и второй средой (4а), содержащему: бак (2), который имеет внутреннее пространство (I) для приема двухфазной первой среды (4); пластинчатый теплообменник (5), установленный внутри внутреннего пространства (I), для непрямой передачи тепла между первой средой (4) и второй средой (4а), в котором внутреннее пространство (I) выполнено для приема первой среды (4) с таким уровнем заполнения (3), что жидкая фаза (38) первой среды (4) образует ванну, окружающую пластинчатый теплообменник (5); и вход (6) выше уровня заполнения (3) для введения первой среды (4) во внутреннее пространство (I).

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системе охлаждения наддувочного воздуха. Система охлаждения (1) для транспортного средства промышленного назначения содержит охладитель (2) наддувочного воздуха.

Изобретение относится к кожухотрубным теплообменникам, в частности, для химической или нефтехимической промышленности. Теплообменник (1), содержащий первый наружный кожух (2) и трубный пучок (3), входные и выходные стыковочные узлы, сообщающиеся с межтрубным пространством и внутритрубным пространством для подачи первой текучей среды и второй текучей среды соответственно, при этом теплообменник содержит второй кожух (4), расположенный внутри первого кожуха (2) и охватывающий трубный пучок (3).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, снабженных системами рециркуляции отработавших газов. Охладитель (300) системы рециркуляции отработавших газов содержит канал хладагента, первый канал отработавших газов и второй канал отработавших газов.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках обогревателей транспортных средств. Корпус теплообменника, в частности, для бензинового обогревателя транспортного средства для нагревания воздуха, включающий: вытянутую в направлении продольной оси (L) корпуса, радиально снаружи окружающую внутреннее пространство (16) корпуса область (14) боковой стенки, примыкающую к области (14) боковой стенки в направлении первой осевой концевой области (62) области (14) боковой стенки и закрывающую внутреннее пространство (16) корпуса в осевом направлении область (18) стенки нижней части, примыкающую к области (14) боковой стенки во второй осевой концевой области (72) области (14) боковой стенки несущую конструктивную группу для сжигания область (28), при этом корпус (12) теплообменника включает по меньшей мере три части (56, 58, 60) корпуса, причем первая часть (56) корпуса образует главным образом область (14) боковой стенки, вторая часть (58) корпуса образует главным образом область (18) стенки нижней части и третья часть (60) корпуса образует главным образом несущую конструктивную группу для сжигания область (28).

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в области турбиностроения, а также в энергетике и двигателестроении для использования в составе осесимметричных конструкций, таких как авиационные газотурбинные двигатели и энергоустановки.
Наверх