МНОГОХОДОВОЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1994 года по МПК F28D7/00 F28F9/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к теплообменной аппаратуре, и может быть использовано в пищевой промышленности для температурной обработки жидких продуктов, например для пастеризации молока.

Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, торцевые крышки, на одной из которых выполнены патрубки подвода и отвода теплоносителя, подаваемого в теплообменные трубы, трубные решетки и перегородки.

Известен также многоходовой теплообменник, выбранный в качестве прототипа, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками на боковой поверхности, крышки, прикрепленные к корпусу, трубные решетки с отверстиями, теплообменные трубы, соединенные последовательно и закрепленные в отверстиях трубных решеток, патрубки ввода и вывода трубной среды и эластичные прокладки, расположенные между крышками и трубными решетками.

К недостаткам прототипа относятся низкие эксплуатационные качества при его использовании для температурной обработки жидких пищевых продуктов (например, молока), в частности при его использовании в качестве регенератора, когда пищевой продукт подается в межтрубное пространство. В этом случае необходимо периодически промывать внутренние стенки корпуса теплообменника, внутренние поверхности трубных решеток и наружные поверхности теплообменных труб. Конструкция известного теплообменника не позволяет полностью разбирать и собирать его. Кроме того, наличие в теплообменной камере углов (например, между стенкой корпуса и трубными решетками) приводит к увеличению гидравлического сопротивления контура циркуляции теплоносителя в межтрубном пространстве, а также к необходимости более частой промывки теплообменника, так как именно в углах скапливается продукт.

Изобретение направлено на обеспечение возможности быстрой разборки и промывки теплообменника, на увеличение интервалов времени между промывками, на снижение гидравлических потерь в теплообменнике.

Это достигается тем, что многоходовой теплообменник, содержащий цилиндрический корпус с боковыми патрубками для ввода и вывода межтрубной среды, плоские торцевые крышки с патрубками для ввода и вывода трубной среды, размещенный в корпусе пучок теплообменных труб, закрепленных в отверстиях трубных решеток, и эластичные прокладки между торцевыми крышками и трубными решетками, образующие поворотные каналы для перетока среды из труб одного хода в трубы другого, снабжен вставками с отверстиями под трубы, имеющими со стороны межтрубного пространства вогнутую эллипсоидную поверхность, продольными перегородками, размещенными на оси корпуса под углом друг к другу и образующими зигзагообразный канал для прохода межтрубной среды, и прижимными стаканами, скрепленными с корпусом, в которых установлены торцевые крышки и прокладки, причем поворотные каналы для перетока трубной среды выполнены в виде углублений в прокладках. Трубные решетки и вставки могут быть выполнены из эластичного материала. Теплообменник может быть снабжен четырьмя шайбами, две из которых размещены между прокладками и трубными решетками и две между последними и торцами корпуса. На торцевых поверхностях корпуса могут быть выполнены проточки, в которых расположены уплотнения. Возможно выполнение концов теплообменных труб коническими. Патрубки для ввода и вывода трубной среды могут быть выполнены за одно целое с торцевой крышкой, а углубления в прокладках могут иметь в продольном сечении вид круговых сегментов. Поверхности вставок со стороны межтрубного пространства могут быть выполнены сферическими.

Отличительные признаки изобретения позволяют достичь указанного выше технического результата. Теплообменник легко и полностью разбирается и каждая из входящих в его состав деталей может быть промыта. Наличие в корпусе эластичных вставок с эллипсоидными рабочими поверхностями предотвращает образование застойных зон, где скапливается продукт и не происходит процесс теплообмена. Наличие вставок позволяет также уменьшить гидравлическое сопротивление контура циркуляции продукта в межтрубном пространстве. Выполнение в прокладках из эластичного материала углублений в виде круговых сегментов дает возможность требуемым образом соединить между собой теплообменные трубы и одновременно уменьшить гидравлическое сопротивление контура циркуляции продукта в трубах. Выполнение трубных решеток из эластичного материала, например из резины, а концов труб коническими позволяет обеспечить надежную герметизацию теплообменной камеры и возможность отделения теплообменных труб от трубных решеток при их промывке.

На фиг. 1 представлен пример выполнения теплообменника; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3- сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В, Г-Г на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Д-Д на фиг. 1.

Теплообменник содержит корпус 1 с фланцами 2 на торцах и с патрубками 3 и 4 ввода и вывода межтрубной среды. На наружной поверхности фланцев 2 выполнена резьба для крепления прижимных стаканов 5 с внутренней резьбой (накидных гаек), в которых расположены торцевые крышки 6 и 7 и прокладки 8 и 9 из эластичного материала. На крышке 6 выполнены патрубки 10 и 11 ввода и вывода продукта, подаваемого в теплообменные трубы 12. Трубные решетки 13 выполнены из резины и размещены между шайбами 14 и 15. При завинчивании накидной гайки 5 трубные решетки 13 вследствие объемной несжимаемости резины плотно прилегают к поверхности теплообменных труб 12, на концах которых выполнены уплотняющие и центрирующие конусы 16. На торцевой поверхности фланцев 2 имеются кольцевые проточки под уплотнения. В прокладках 8 и 9 выполнены углубления 17, сообщающие расположение рядом теплообменные трубы 12. Кроме того, в прокладке 8 выполнены отверстия 18 для подвода и отвода продукта.

На фиг. 1 изображен теплообменник с четырьмя последовательно соединенными трубами 12, однако возможно выполнение теплообменника с большим количеством труб и другой схемой их соединения (например, последовательно-параллельной, при которой жидкость, поступающая из трубы, разделяется на несколько потоков). Схема соединения труб 12 определяется формой и расположением углублений 17 на поверхностях прокладок 8 и 9. Возможно также выполнение патрубка 11 за одно целое с крышкой 6, например при нечетном количестве последовательно соединенных труб. В этом случае в прокладке 8 выполняется отверстие для вывода жидкости.

Внутри корпуса размещены две эластичных вставки 19 с образованием между их сферическими рабочими поверхностями 20 теплообменной камеры 21. Между вставками 19 зажаты продольные перегородки 22, разделяющие камеру 21 на секции 23. Между поверхностями 20 эластичных вставок и перегородками 22 выполнены окна 24 для протекания межтрубной среды одной секции 23 в другую. В представленном на фиг. 1-5 примере выполнения теплообменника четыре секции теплообменной камеры (по числу труб) соединены через окна в перегородках 22 последовательно, то есть продольные перегородки 22 предназначены для организации движения теплоносителя или охладителя вдоль теплообменных труб 12.

Теплообменник работает следующим образом.

Горячий продукт (или вода) через патрубок 10 поступает в теплообменник и проходит через все теплообменные трубы 12, перетекая из одной трубы в другую по углублениям 17 в эластичных прокладках 8 и 9. Отдав тепло, продукт выходит из патрубка 11. Нагреваемый продукт поступает через патрубок 3 в одну из секций 23 теплообменной камеры 21. Далее через окно между одной из перегородок 22 и поверхностью 20 вставки 19 продукт поступает в соседнюю секцию. Протекая по секциям, продукт нагревается и выходит из теплообменника через патрубок 4.

Использование: в теплоэнергетике, а также в пищевой промышленности, в частности, для пастеризации молока. Сущность изобретения: снижение гидравлических потерь и улучшение условий эксплуатации обеспечиваются тем, что теплообменник снабжен вставками 19, имеющими вогнутую поверхность, продольными перегородками 22, установленными по оси корпуса под углом друг к другу, и прижимными стаканами 5, в которых размещены торцевые крышки 6 и 7 и прокладки 8 и 9. В последних выполнены углубления 17, образующие переточные каналы для трубной среды, имеющие в продольном сечении вид круговых сегментов. Прокладки 8 и 9, вставки 19 и трубные решетки 13 могут быть выполнены из эластичного материала. Конструкция обеспечивает возможность быстрой разборки и промывки теплообменника и увеличение интервалов времени между промывками. 7 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. МНОГОХОДОВОЙ ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий цилиндрический корпус с боковыми патрубками для ввода и вывода межтрубной среды, плоские торцевые крышки с патрубками для ввода и вывода трубной среды, размещенный в корпусе пучок теплообменных труб, закрепленных в отверстиях трубных решеток, и эластичные прокладки между торцевыми крышками и трубными решетками, образующие поворотные каналы для перетока среды из труб одного хода в трубы другого, отличающийся тем, что он снабжен вставками с отверстиями под трубы, расположенными в торцевых зонах корпуса и имеющими со стороны межтрубного пространства вогнутую поверхность, продольными перегородками, размещенными по оси корпуса под углом друг к другу и образующими зигзагообразный канал для прохода межтрубной среды, и прижимными стаканами, скрепленными с корпусом, в которых установлены торцевые крышки и прокладки, причем поворотные каналы для перетока трубной среды выполнены в виде углублений в прокладках. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что трубные решетки и вставки выполнены из эластичного материала. 3. Теплообменник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен четырьмя шайбами, две из которых размещены между прокладками и трубными решетками и две - между последними и торцами корпуса. 4. Теплообменник по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что на торцевых поверхностях корпуса выполнены проточки, в которых расположены уплотнения. 5. Теплообменник по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что концы теплообменных труб выполнены коническими. 6. Теплообменник по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что патрубки для ввода и вывода трубной среды выполнены за одно целое с торцевой крышкой. 7. Теплообменник по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что углубления в прокладках имеют в продольном сечении вид круговых сегментов. 8. Теплообменник по пп. 1 - 7, отличающийся тем, что поверхности вставок со стороны межтрубного пространства выполнены сферическими.