ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1995 года по МПК F28D7/12 

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в энергетике, химической промышленности, на транспорте и других отраслях народного хозяйства.

Известны теплообменные элементы типа труба в трубе, используемые в теплообменных аппаратах различного назначения [1].

Недостатком известных устройств с относительно малой глубиной поворотной камеры является существенное изменение коэффициента гидравлического сопротивления проточной части, связанное с вариацией высоты между днищем и опускной трубой.

Известна трубка Фильда, использованная в теплообменном аппарате реакторной установки БН [2], содержащая внутреннюю опускную трубу, наружную подъемную трубу, заглушенную с одного торца крышкой, и поворотную камеру.

Недостатком данного устройства является изменение коэффициента гидравлического сопротивления его проточной части, связанное с вариацией высоты поворотной камеры, которое обусловлено температурным расширением опускной трубы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является теплообменный элемент типа труба в трубе, содержащий внутреннюю опускную трубу и наружную подъемную трубу, заглушенную с одного торца крышкой, а также компенсатор разности величины температурного удлинения труб, выполненный в виде втулки, примыкающей к внутренней трубе, и дистанционирующие элементы в виде стойки [3].

Недостатком данного устройства является относительно низкая надежность, вызванная тем, что внутренняя труба и втулка при различных подогревах имеют различную степень температурного расширения, поэтому возможно заклинивание их и разрушение теплообменного элемента при осевом перемещении внутренней трубы во втулке. Кроме того установка втулки приводит к нежелательному возмущению потока в проточной части устройства.

Цель изобретения - обеспечение надежной работы теплообменного элемента без внесения дополнительного гидродинамического возмущения потока.

Цель достигается тем, что в теплообменном элементе, содержащем внутреннюю опускную трубу и наружную подъемную трубу, заглушенную с одного торца крышкой, компенсатор температурных удлинений и дистанционирующие элементы, компенсатор выполнен в виде примыкающего к внутренней стенке наружной подъемной трубы подвижного днища с по меньшей мере одним отверстием для прохода рабочей среды, имеющего вогнутую поверхность со стороны опускной трубы и установленного с зазором относительно крышки и торцов этой трубы, а дистанционирующие элементы жестко закреплены одним концом к опускной трубе, а вторым концом - к подвижному днищу. В других вариантах конструкций теплообменного элемента на внутренней стенке наружной подъемной трубы размещена с возможностью осевого перемещения цилиндрическая обечайка, а днище закреплено на ее торце. В зазоре между днищем и крышкой расположен по меньшей мере один упругий элемент, ориентированный вдоль оси труб.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого теплообменного элемента, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вариант.

Теплообменный элемент содержит внутреннюю опускную трубу 1, наружную подъемную трубу 2, заглушенную с одного торца крышкой 3, примыкающее к внутренней стенке наружной подъемной трубы 2 подвижное днище 4, установленное с зазором относительно крышки 3 и торцов опускной трубой 1. Днище 4 выполняет роль компенсатора температурных удлинений, имеет по меньшей мере одно отверстие 5 для прохода рабочей среды и ориентировано своей вогнутой поверхностью в сторону опускной трубы 1. Устройство снабжено системой дистанционирующих элементов 6, которые размещены в зазоре между опускной трубой 1 и днищем 4, жестко закреплены одним концом к опускной трубе, а другим концом - к подвижному днищу 4.

На внутренней стенке наружной подъемной трубы 2 устройства (фиг.2) размещена с возможностью осевого перемещения цилиндрическая обечайка 7, а днище 4 закреплено на ее торце. Кроме того в зазор между днищем 4 и крышкой 3 расположен по меньшей мере один упругий элемент 8, ориентированный вдоль оси труб 1 и 2.

Теплообменный элемент работает следующим образом.

При центральном подводе рабочей среды в теплообменный элемент поток последовательно проходит внутреннюю опускную трубу 1, попадает в зазор между торцом внутренней опускной трубы 1 и днищем 4, поворачивает в нем на 180^о и поступает в кольцевой зазор 9. При боковом подводе среды в теплообменный элемент имеет место обратное указанному выше направление движения среды. В результате температурного расширения центральной опускной трубы 1 происходит одновременное продольное осевое перемещение ее торцовой части и подвижного днища 4 относительно крышки 3. Перемещение подвижного днища 4 сопровождается свободной перетечкой части рабочей среды между проточной частью теплообменного элемента и полостью, образованной наружной подъемной трубой 2, крышкой 3 и днищем 4. При этом зазор между торцом центральной опускной трубы 1 и днищем 4 остается постоянным, исключается заклинивание днища 4 в наружной подъемной трубе 2 и не вносится дополнительное гидродинамическое возмущение потока в зазоре между центральной опускной трубой и подвижным днищем 4.

Использование: в энергетике, химической промышленности, на транспорте и других отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: в теплообменном элементе, содержащем внутреннюю опускную трубу и наружную подъемную трубу, заглушенную с одного торца крышкой, компенсатор температурных удлинений и дистанционирующие элементы, компенсатор температурных удлинений выполнен в виде примыкающего к внутренней стенке наружной подъемной трубы подвижного днища с по меньшей мере одним отверстием для прохода рабочей среды, имеющего вогнутую поверхность со стороны опускной трубы и установленного с зазором относительно крышки и торцов этой трубы, а дистанционирующие элементы жестко закреплены одним концом к опускной трубе, а вторым концом - к подвижному днищу, на внутренней стенке наружной подъемной трубы размещена с возможностью осевого перемещения цилиндрическая обечайка, а днище закреплено на ее торце, кроме того в зазоре между днищем и крышкой расположен упругий элемент, ориентированный вдоль оси труб. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ типа труба в трубе, содержащий внутреннюю опускную трубу, наружную подъемную трубу, заглушенную с одного торца крышкой, компенсатор температурных удлинений и дистанционирующие элементы, отличающийся тем, что компенсатор температурных удлинений выполнен в виде примыкающего к внутренней стенке наружной подъемной трубы подвижного днища с по меньшей мере одним отверстием для прохода рабочей среды, имеющего вогнутую поверхность со стороны опускной трубы и установленного с зазором относительно крышки и торцов этой трубы, причем дистанционирующие элементы жестко закреплены одним концом к опускной трубе, а другим концом - к подвижному днищу. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что на внутренней стенке наружной подъемной трубы размещена с возможностью осевого перемещения цилиндрическая обечайка, а днище закреплено на торце упомянутой обечайкой. 3. Элемент по п.1, отличающийся тем, что в зазоре между днищем и крышкой расположен по меньшей мере один упругий элемент, ориентированный вдоль оси труб.