ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1996 года по МПК F22B9/00 F28D7/00 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в конструкциях теплообменников, работающих на чистых газах, например в котлостроении.

Известен теплообменник, газоход которого образован из цельносварных мембранных панелей, состоящих из труб с приваренными и ним проставками из металлических полос или оребренных труб, сваренных между собой по вершине ребер (см. патент США N 3406664, МКИ 122-7, 1968).

Недостатком такого теплообменника является его потребность в несущем каркасе, так как жесткость элементов этой конструкции недостаточна для того, чтобы корпус теплообменника мог быть создан без каркаса. Это приводит и увеличению металлоемкости теплообменника.

Известен теплообменник, газоход которого выполнен из кессoнов, представляющих собой объемную коробчатую листовую конструкцию, внутри которой циркулирует нагреваемая вода. Для организации протекания нагреваемой воды внутри кессонов установлены направляющие перегородки, для придания стенкам механической прочности, способной надежно воспринимать избыточное давление нагреваемой воды, боковые стенки кессонов соединены анкерными связями. Между собой кессоны соединены при помощи электросварки или болтовых соединений (см. О. Н. Багров. "Испарительное охлаждение печей в цветной металлургии", "Металлургия". М. 1979, с. 66 67, фиг. 33 34).

Недостатком известной конструкций теплообменника является то, что кессоны, образующие стенки газохода, воспринимают тепло преимущественно только одной стороной и только тепло излучения греющих газов из объема газохода. Доля конвективного тепла, воспринимаемая кессонами, образующими стенки газохода, является малой величиной, которой следует пренебречь. В связи с этим известный теплообменник обладает повышенной металлоемкостью и пониженной тепловой эффективностью, так как только за счет радиационного теплообмена весьма трудно охладить греющие газы до температуры, обеспечивающей достаточно высокую тепловую эффективность.

Изобретение направлено на повышение тепловой эффективности теплообменника.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном теплообменнике, содержащем газоход, стенки которого образованы кессонами, включенными в контур циркуляции, по меньшей мере часть кессонов, образующих ограждающие стенки газохода, выполнены с дымогарными трубами, установленными внутри упомянутых кессонов и закреплены концами в отверстиях торцевых стенок, при этом упомянутые дымогарные трубы сообщены одной стороной с газоходом, а другой стороной с коллектором для отвода газов.

Дымогарные трубы каждого кессона могут быть сообщены непосредственно с газоходом и коллектором для отвода газов.

Дымогарные трубы кессонов, образующих несколько групп по меньшей мере из двух кессонов, могут быть сообщены с газоходом и коллектором для отвода газов отдельно для каждой группы кессонов.

Кессоны с дымогарными трубами могут иметь в сечении форму параллелограмма.

Кессоны с дымогарными трубами могут иметь в сечении форму трапеции.

Кессоны с дымогарными трубами могут иметь в сечении форму прямоугольника.

Одна из сторон кессона с дымогарными трубами, образованная торцевой стенкой, может быть выполнена со ступенчатым выступом.

Кессоны с дымогарными трубами могут быть выполнены в виде цилиндрического или конического сегмента.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый теплообменник отличается тем, что по меньшей мере часть кессонов, образующих ограждающие стенки газохода, выполнены с дымогарными трубами, установленными внутри упомянутых кессонов, и закреплены донцами в отверстиях торцевых стенок, при этом упомянутые дымогарные трубы сообщены одной стороной с газоходом, а другой стороной с коллектором для отвода газов.

Другим отличием является то, что дымогарные трубы каждого кессона могут быть сообщены непосредственно с газоходом и коллектором для отвода газов.

Еще одним отличием является то, что дымогарные грубы кессонов, образующих несколько групп по меньшей мере из двух кессонов, могут быть сообщены с газоходом и коллектором для отвода газов отдельно для каждой группы кессонов.

Отличием так же является то, что кессоны с дымогарными трубами могут иметь в сечении форму параллелограмма.

Отличием является и то, что кессоны с дымогарными трубами могут иметь в сечении форму трапеции.

Отличием является то, что кессоны с дымогарными трубами могут иметь в сечении форму прямоугольника.

Отличием является и то, что одна из сторон кессона с дымогарными трубами, образованная торцевой стенкой, может быть выполнена со ступенчатым выступом.

Еще одним отличием является и то, что кессоны с дымогарными трубами могут быть выполнены в виде цилиндрического или конического сегмента.

На фиг. 1 изображен теплообменник, продольный разрез. На фиг. 2 6 изображены варианты соединения кессонов по газовому тракту и формы выполнения кессонов, разрез А-А фиг. 1.

Теплообменник имеет газоход 1, стенки которого образованы фронтовым 2, боковыми 3, задним 4, подовым 5 и потолочным 6 кессонами. Внутри фронтового 2, боковых 3 и заднего 4 кессонов установлены дымогарные трубы 7, закрепленные концами в отверстиях торцевых стеной 8. Боковые стенди кессонов 2, 3, 4, 5 и 6 соединены анкерными связями 9. В фронтовом кессоне 2 имеется отверстие 10 для подвода греющих газов или установки горелки. Подовый 5 и потолочный 6 кессоны снабжены соответственно патрубками для подвода 11 и отводы 12 нагреваемой воды. Между собой кессоны соединены при помощи электросварки или болтовых соединений. Снаружи газохода 1 установлены коллекторы 13 для отвода газов. В зависимости от компоновки газохода 1 и параметров теплоносителя, а также для использования при изготовлении широкой гаммы теплообменников минимального количества типов и размеров кессонов с дымогарными трубами 7, последние могут иметь ряд следующих конструктивных исполнений.

Кессон с дымогарными трубами 7 (фиг. 2) имеет в сечении форму параллелограмма.

Кессон с дымогарными трубами 7 (фиг. 3) имеет в сечении форму трапеции.

Кессон с дымогарными трубами 7 (фиг. 4) имеет в сечении форму прямоугольника.

Кессон с дымогарными трубами 7 (фиг. 5) имеет в сечении форму прямоугольника, одна из сторон которого выполнена со ступенчатым выступом.

Кессон с дымогарными трубами 7 (фиг. 6) выполнен в виде цилиндрического или конического сегмента.

Дымогарные трубы 7 каждого кессона (фиг. 2) сообщены непосредственно с газоходом 1 и коллектором 13 для отвода газов.

Дымогарные трубы 7 кессонов, образующих несколько групп по меньшей мере из двух кессонов (фиг. 3) сообщены с газоходом 1 и коллектором 13 для отвода газов отдельно для каждой группы кессонов. Такое выполнение кессонов с дымогарными трубами 7 позволяет получить большое многообразие а способах соединения их друг с другом, например параллельно по нагреваемой воде и последовательно по греющим газам, что позволяет получить широкий диапазон теплопроизводительности без существенного увеличения многообразия примененных кессонов.

Количество дымогарных труб 7 в одном ряду и количество рядов в кессоне определяется тепловым и аэродинамическим расчетами, а сами дымогарные трубы 7 могут размещаться как на всей протяженности кессона, так и смещены и обоим или одному из концов кессона для обеспечения, например свободного размещения в пределах кеeccoнa лаза или отверстия для подвода газов или установки горелки.

Теплообменник работает следующим образом.

Через отверстие 10 в фронтовом кессоне 2 греющие газы поступают в газоход 1, и взаимодействуя со стенками кессонов 2, 3, 4, 5 и 6, частично охлаждаются я затем поступают в дымогарные трубы 7 фронтового 2, боковых 3 и заднего 4 кессонов, где дополнительно охлаждаются за счет конвективного теплообмена с нагреваемой водой через стенки дымогарным труб 7. Охлажденные газы из дымогарных труб 7 кессонов 2, 3 и 4 поступают в коллекторы 13 для отвода газов, расположенные снаружи газохода 1. Отобранное от греющих газов тепло передается нагреваемой воде, которая подается по подводящему патрубку 11 в подовый кессон 5, откуда она через фронтовой 2, боковые 3 и задний 4 кессоны поступает в потолочный кессон 6 и отводятся из последнего через отводящий патрубок 12.

При параллельном соединении кессонов 2, 3 и 4 (фиг. 2), греющие газы подводятся из газохода 1 к дымогарным трубам 7 и отводятся из них в коллекторы 13 отдельно для каждого кессона
При последовательном соединении кессонов 2, 3 и 4 (фиг. 3) греющие газы подводятся из газохода 1 к дымогарным трубам 7 и отводятся в коллектор 13 отдельно для каждой группы кессонов. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: в конструкциях теплообменников, работающих на чистых газах, например в котлостроении. Сущность изобретения: внутри фронтового, боковых и заднего кессонов установлены дымогарные трубы, закрепленные концами в отверстиях торцевых стенок. В фронтовом кессоне имеется отверстие для подвода греющих газов или установки горелки. Подовый и потолочный кессоны снабжены соответственно патрубками для подвода и отвода нагреваемой воды. Снаружи газохода расположены коллекторы для отвода газов. В зависимости от компоновки газохода и параметров теплоносителя, а также для использования при изготовлении широкой гаммы теплообменников минимального количества типов и размеров кессонов с дымогарными трубами последние могут иметь в сечении форму: параллелограмма, трапеции, прямоугольника, прямоугольника со ступенчатым выступом на одной из его сторон и цилиндрического или конического сегмента. При параллельном соединении кессонов греющие газы подводятся из газохода к дымогарным трубам и отводятся в коллекторы отдельно для каждого кессона. При последовательном соединении кессонов греющие газы подводятся из газохода к дымогарным трубам и отводятся в коллекторы 13 для каждой группы кессонов отдельно. 7 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Теплообменник, содержащий газоход, стенки которого образованы кессонами, включенными в контур циркуляции, отличающийся тем, что по меньшей мере часть кессонов, образующих ограждающие стенки газохода, выполнены с дымогарными трубами, установленными внутри упомянутых кессонов, и закреплены концами в отверстиях торцевых стенок при этом упомянутые дымогарные трубы сообщены одной стороной с газоходом, а другой стороной с коллекторами для отвода газов. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что дымогарные трубы каждого кессона сообщены непосредственно с газоходом и коллектором для отвода газов. 3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что дымогарные трубы кессонов, образующих несколько групп по меньшей мере из двух кессонов, сообщены с газоходом и коллектором для отвода газов отдельно для каждой группы кессонов. 4. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что кессоны с дымогарными трубами имеют в сечении форму параллелограмма. 5. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что кессоны с дымогарными трубами имеют в сечении форму трапеции. 6. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что кессоны с дымогарными трубами имеют в сечении форму прямоугольника. 7. Теплообменник по п.6, отличающийся тем, что одна из сторон кессона, образованная торцевой стенкой, выполнена со ступенчатым выступом. 8. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что кессоны с дымогарными трубами выполнены в виде цилиндрического или конического сегмента.