ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1995 года по МПК F28D7/10 

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в различных областях техники, в частности, в энергетике в трубопроводах тепловых и атомных электростанций, в системах химической и нефтеперерабатывающей промышленности и др.

Известен вертикальный теплообменный аппарат, содержащий корпус с торцевыми крышками и патрубками входа и выхода рабочих сред и расположенные в корпусе трубные решетки с закрепленными в них трубами [1]
Недостатком указанного устройства является низкая эксплуатационная надежность при работе с рабочими средами, имеющими разные давления, так как в случае нарушения герметичности одной из труб, либо при появлении утечек в местах крепления труб происходит смешивание рабочих сред, что недопустимо при работе со средами, содержащими опасные для жизни токсичные или радиоактивные вещества и низкие теплотехнические характеристики из-за отсутствия возможности передачи максимальной тепловой нагрузки.

Целью изобретения является защита рабочих сред от перемешивания при потере герметичности и улучшение теплотехнических характеристик путем передачи максимальной тепловой нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что вертикальный теплообменный аппарат, содержащий корпус с торцевыми крышками и патрубками входа и выхода рабочих сред и расположенные в корпусе трубные решетки с закрепленными в них трубами, снабжен трубными досками и установленными в них концентрично и с зазором к основным дополнительными трубами, трубные доски размещены в корпусе с образованием между ними и решетками камер, верхняя из которых имеет дренажный канал, а нижняя и кольцевые зазоры между камерами заполнены теплопроводным материалом, при этом нижняя камера сообщена с емкостью для теплопроводного материала, а межтрубное пространство сообщено с патрубками подвода и отвода рабочей среды.

На чертеже схематично изображен вертикальный теплообменный аппарат, продольный разрез.

Вертикальный теплообменный аппарат содержит корпус 1 с торцевыми крышками 2 и 3, имеющими патрубок 4 для входа рабочей среды и патрубок 5 для выхода рабочей среды. Трубы 6 закреплены в трубных решетках 7 и 8. Над трубной решеткой 7 и под трубной решеткой 8 в корпусе 1 расположены трубные доски 9 и 10 с концентрично установленными в них дополнительными трубами 11. Корпус 1, трубные доски 9 и 10 и дополнительные трубы 11 образуют межтрубное пространство 12, сообщенное с патрубком 13 подвода и патрубком 14 отвода другой рабочей среды. Дополнительные трубы 11 установлены с зазором 15 к основным трубам 6. Трубные доски 9, 10 размещены в корпусе 1 с образованием между ними и решетками 7, 8 нижней 16 и верхней 17 камер, последняя из которых имеет дренажный канал 18 для сообщения ее полости с дренажной линией (на чертеже не показана), в которой давление меньше, чем давление каждой из рабочих сред. Нижняя 16 камера и каждый кольцевой зазор 15 между камерами 16, 17 заполнены теплопроводным материалом, который выбирают в зависимости от уровня температур в теплообменном аппарате. В качестве теплообменного материала могут быть использованы например, свинец, олово, натрий, сплав Розе, сплав д'Арсе, сплав Вуда, органические соединения: нафталин, глицерин и т.п. Характеристики некоторых из них приведены в книге О.Г.Верховцева и др. Практические советы мастеру-любителю. Электротехника, электроника, материалы и их обработка. Л. Энергоатомиздат, 1987, с.138.

Для устранения температурных деформаций труб теплообменный аппарат имеет компенсационные узлы 19 и 20. Нижняя 16 камера сообщена посредством патрубка 21 с емкостью для теплопроводного материала (на чертеже не показана) с целью поддержания расчетного объема теплопроводного материала в нижней камере и кольцевых зазорах 15.

Вертикальный теплообменный аппарат работает следующим образом.

Нагpеваемая рабочая среда подается в трубы через патрубок 4 и выводится через патрубок 5. Греющая рабочая среда подается в межтрубное пространство 12, ограниченное трубными досками 9 и 10, через патрубок 13 и выводится через патрубок 14. Нагреваемая рабочая среда при движении по трубам 6 отбирает тепло от греющей рабочей среды, которое передается от стенок дополнительных труб 11 к стенкам труб 6 через расплавленный теплопроводный материал, которым заполнены кольцевые зазоры 15. В случае потери герметичности труб 6 или 11, а также при возникновении утечек рабочей среды в местах соединения труб 6 и 11 соответственно с трубными решетками 7 и 8 и трубными досками 9 и 10 не происходит смешивания нагреваемой и греющей рабочих сред, так как в аппарате нижняя камера 16 и каждый кольцевой зазор 15 заполнены теплопроводным материалом, препятствующим смешиванию рабочих сред, а также предусмотрено сообщение верхней камеры 17 с дренажной линией, давление в которой меньше, чем давление каждой из рабочих сред.

Наименование теплопроводного материала, температуру его плавления выбирают так, чтобы он находился в расплавленном состоянии при работе теплообменного аппарата. В таком случае при разрыве труб рабочая среда попадает в расплавленный теплопроводный материал и выходит через него в дренажную линию. При этом исключается нежелательное взаимодействие рабочих сред, например, при подогреве питательной воды теплоносителем, содержащим опасные для жизни токсичные или радиоактивные вещества.

Подвод рабочих сред в теплообменный аппарат можно осуществлять и по другой схеме: греющую рабочую среду можно подавать в трубы 6, а нагреваемую рабочую среду можно подавать в межтрубное пространство 12. Процессы, связанные с теплообменом, будут иметь аналогичный вышеприведенному характер.

В предложенном вертикальном теплообменном аппарате поверхности теплообмена спроектированы так, что они работают с максимальной тепловой нагрузкой по сравнению с известным устройством, в котором использовано оребрение. Это достигается путем соответствующего конструктивного выполнения аппарата, а также использованием теплопроводного материала, выполняющего функцию средства, препятствующего перемешиванию рабочих сред и служащего одновременно поверхностью теплообмена.

Использование: в теплообменной аппаратуре различного назначения. Сущность изобретения: в корпусе теплообменника с торцевыми крышками и патрубками входа и выхода рабочих сред расположены трубные решетки с закрепленными в них трубами. Теплообменник имеет трубные доски. В них установлены концентрично и с зазором к основным дополнительные трубы. Трубные доски размещены в корпусе с образованием между ними и решетками камер. Верхняя из них имеет дренажный канал. Нижняя и кольцевые камеры заполнены теплопроводным материалом. Нижняя камера сообщена с емкостью для теплопроводного материала. Межтрубное пространство сообщено с патрубками подвода и отвода рабочей среды. 1 ил.

ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус с торцевыми крышками и патрубками входа и выхода рабочих сред и расположенные в корпусе трубные решетки с закрепленными в них трубами, отличающийся тем, что, с целью защиты рабочих сред от перемешивания при потере герметичности и улучшения теплотехнических характеристик путем передачи максимальной тепловой нагрузки, он снабжен трубными досками и установленными в них концентрично и с зазором к основным дополнительными трубами, трубные доски размещены в корпусе с образованием между ними и решетками камер, верхняя из которых имеет дренажный канал, а нижняя и кольцевые зазоры между камерами заполнены теплопроводным материалом, при этом нижняя камера сообщена с емкостью для теплопроводного материала, а межтрубное пространство сообщено с патрубками подвода и отвода рабочей среды.