ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2004 года по МПК F28D7/02 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплообменных аппаратах как с жидким, так и с газообразным теплоносителем.

Известен теплообменный аппарат по SU №1355852 А1, 30.11.87, F 28 D 7/00, который имеет вертикально расположенные в кожухе пучки параллельных теплообменных элементов, выполненных в виде пространственно-спиральных змеевиков с одинаковыми геометрическими характеристиками, образующих отдельные шестигранные модули, объединенные в блок.

Недостатками такой конструкции являются большие габариты теплообменного аппарата и сложность его сборки.

Наиболее близким по технической сущности изобретения является теплообменный аппарат по патенту SU №2162583, С1, 29.02.2000, F 28 D 7/02, в котором для повышения надежности и эффективности работы при создании компактной конструкции при установке модули повернуты относительно оси симметрии блока на угол α, определяемый по формуле

Кожух теплообменного аппарата повторяет внешнюю форму блока. Недостатком такой конструкции является недостаточная оптимальность массогабаритных и теплогидравлических характеристик, которую можно получить у теплообменных аппаратов такой конструкции, и сложность механической сборки змеевиков в шестигранные модули теплообменника.

Технической задачей, решаемой изобретением, является максимальное использование теплообменного пространства устройства для улучшения его массогабаритных и теплогидравлических характеристик и упрощение сборки аппарата.

Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменном аппарате, имеющем вертикально расположенные в кожухе пучки параллельных теплообменных элементов, выполненных в виде пространственно-спиральных змеевиков, закрепленных концами на трубных решетках и образующих отдельные шестигранные модули, объединенные в блок, расстояние между центрами модулей Н устанавливается, определяемое по формуле

где Т - расстояние между центрами теплообменных элементов;

n - количество рядов в шестигранном модуле, расположенных вокруг центрального элемента. Причем при установке модули повернуты относительно оси симметрии блока на угол α, определяемый по формуле

Кроме того, в каждом шестигранном модуле имеется центральный змеевик и по одному змеевику, расположенному в одноименных вершинах каждого.

Кроме того, в каждом шестигранном модуле центральный змеевик и по одному змеевику, расположенному в одноименных вершинах каждого концентричного шестиугольника и лежащему на одной прямой от центра данного модуля к вершине наружного шестиугольника данного модуля, имеют на один виток меньше количества витков других змеевиков, а габаритный размер трубных решеток меньше габаритного размера шестигранного модуля.

На фиг.1 изображен теплообменный аппарат, продольный разрез.

На фиг.2 - поперечное сечение шестигранного модуля теплообменного аппарата с условным изображением змеевиков.

На фиг.3 - продольный разрез через центр модуля.

Теплообменный аппарат содержит пучок пространственно-спиральных змеевиков 1 (с малым радиусом гиба), расположенных в корпусе (блоке-кожухе) 2 с трубами подвода 3, отвода 4 среды II контура, которые объединены трубными решетками 5, 6 с примыкающими к ним коллекторными камерами 7, 8 подвода-отвода среды. Среда I контура подводится и отводится через патрубки 9 и 10. Змеевики образуют отдельные шестигранные модули (фиг.2), собираемые в единый блок. При этом в каждом шестигранном модуле центральный змеевик 11 и по одному змеевику 12, 13, 14, расположенному в одноименных вершинах каждого концентричного шестиугольника 15, 16, 17 и лежащему на одной прямой 18 от центра 19 данного модуля к вершине наружного шестиугольника 17 данного модуля, имеют на один виток меньше количества витков других змеевиков 20, 21 и т.д.

Способ сборки такого теплообменного аппарата включает операцию сборки шестигранных модулей из вертикально расположенных в них змеевиков 1, закрепляемых на трубных решетках 5, и объединение модулей в блоки-кожухи 2 шестигранной формы. Особенностью сборки шестигранных модулей является то, что укороченные змеевики 11-14 устанавливают и закрепляют на трубных решетках 5, 6 таким образом, чтобы первые витки укороченных змеевиков 11-14 отстояли с обоих концов от трубных решеток 5 на большее расстояние S (фиг.3), чем расстояние s первых витков остальных змеевиков 20, 21 и т. д. данного модуля, при этом витки всех змеевиков 1 должны быть заведены между витками смежных змеевиков как в модуле, так и между витками смежных модулей до их взаимного касания, образуя единый блок.

В результате в такой конструкции теплообменного аппарата оптимально используется его активный объем и значительно упрощается его сборка.

Теплообменный аппарат работает следующим образом. Нагреваемая среда II подается в камеру 7, раздается трубами по змеевикам 1, отдавая тепло охлаждаемой среде I, собирается в камере 8 и отводится из аппарата. Среда I контура поступает в патрубок 9 подвода среды, двигаясь навстречу среде II контура, отдает тепло и отводится через патрубок 10.

Промышленное применение данного решения в теплообменных аппаратах позволяет за счет оптимального использования активного объема для равномерного расположения в нем теплообменной поверхности улучшить тепло-гидравлические характеристики без увеличения массогабаритных характеристик устройства при упрощении процесса сборки аппарата такой конструкции.

Успешное испытание данного решения на предприятии заявителя подтверждает его эффективность.

Перечисленные признаки отличают предлагаемое техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения.

Изобретение предназначено для применения в энергетике, а также может быть использовано в теплообменных аппаратах как с жидким, так и с газообразным теплоносителем. Теплообменный аппарат содержит пучки параллельных теплообменных элементов, вертикально расположенных в кожухе, выполненных в виде пространственно-спиральных змеевиков, закрепленных концами на трубных решетках и образующих отдельные шестигранные модули, объединенные в блок, причем теплообменные элементы повернуты относительно оси симметрии блока на угол α, определяемый по формуле:

где n - количество рядов в шестигранном модуле, расположенных вокруг центрального элемента. Расстояние между центрами модулей Н и расстояние между центрами теплообменных элементов Т связаны зависимостью Н=Т. Кроме того, в каждом шестигранном модуле центральный змеевик и по одному змеевику, расположенному в одноименных вершинах каждого концентричного шестиугольника и лежащему на одной прямой от центра данного модуля к вершине наружного шестиугольника данного модуля, имеют на один виток меньше количества витков других змеевиков, при этом габаритный размер трубных решеток меньше габаритного размера шестигранного модуля. Изобретение позволяет максимально использовать теплообменное пространство теплообменного аппарата с целью улучшения его массогабаритных и теплогидравлических характеристик и упрощения сборки аппарата. 3 ил.

Теплообменный аппарат, содержащий вертикально расположенные в кожухе пучки параллельных теплообменных элементов, выполненных в виде пространственно-спиральных змеевиков, закрепленных концами на трубных решетках и образующих отдельные шестигранные модули, объединенные в блок, при этом модули повернуты относительно оси симметрии блока на угол б, определяемый по формуле

где n - количество рядов в шестигранном модуле, расположенных вокруг центрального элемента,

причем расстояние между центрами модулей Н и расстояние между центрами теплообменных элементов Т связаны зависимостью

Н=Т,

отличающийся тем, что в каждом шестигранном модуле центральный змеевик и по одному змеевику, расположенному в одноименных вершинах каждого концентричного шестиугольника и лежащему на одной прямой от центра данного модуля к вершине наружного шестиугольника данного модуля, имеют на один виток меньше количества витков других змеевиков, при этом габаритный размер трубных решеток меньше габаритного размера шестигранного модуля.