ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2010 года по МПК F28F13/12 F28D7/00 F28F9/24 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, в которых могут одновременно осуществляться и массообменные процессы, например абсорбция, конденсация, и может быть использовано в энергетике, химической и других отраслях промышленности, например в производстве карбамида.

Известен теплообменный аппарат, включающий внешний корпус и внутренние теплообменные трубы, содержащие внутри каждой теплообменной трубы завихрители и наклонные лопасти с дискретными турбулизаторами в виде кольцевых проволочных стержней, размещенных на оконечностях лопастей и плотно примыкающих к внутренней стенке трубы (RU 2150644, F28D 7/00, F28F 1/40).

Известен теплообменный аппарат, включающий внешний корпус и внутренние теплообменные трубы, содержащие внутри каждой теплообменной трубы турбулизаторы, представляющие собой местные сопротивления в виде кольцевых диафрагм (RU 2039922, F28D 7/00, F28F 1/40).

Наиболее близким к предложенному является известный теплообменный аппарат, включающий внешний корпус и внутренние теплообменные трубы, содержащие внутри каждой теплообменной трубы турбулизаторы в виде спирали (RU 2238499, F28D 7/00, F28F 1/42).

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность при монтаже турбулизатора.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в усовершенствовании конструкции теплообменного аппарата и расширении ассортимента теплообменных аппаратов, оснащенных турбулизаторами потока.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы теплообменного аппарата.

Для решения поставленной задачи предложен теплообменный аппарат, включающий внешний корпус и, по крайней мере, одну внутреннюю теплообменную трубу с турбулизатором, отличающийся тем, что турбулизатор расположен вблизи входного отверстия теплообменной трубы и представляет собой цилиндрический корпус с отверстиями для входа и выхода сред, внутри которого по ходу движения среды последовательно расположены струеформирующая насадка и консольно закрепленная в цилиндрическом корпусе навстречу движению среды пластина-резонатор с двумя выступами, дугообразно загнутыми в противоположные стороны таким образом, что они вплотную примыкают к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, образуя крепление пластины.

Теплообменный аппарат может содержать камеру ввода сред, которая может быть оснащена смесительными и/или распределительными устройствами. Цилиндрическим корпусом турбулизатора может служить участок теплообменной трубы, а в стенке цилиндрического корпуса турбулизатора между входным отверстием и струеформирующей насадкой могут содержаться дополнительные отверстия.

Предложенное изобретение обладает универсальным характером и может быть реализовано в самых разнообразных типах трубных теплообменных аппаратов, которые выбираются из стандартного ассортимента в зависимости от характера и условий проведения протекающих процессов. Теплообменник может быть кожухотрубным (вертикальным или горизонтальным), трубы могут быть прямыми или U-образными. По назначению теплообменник может представлять собой конденсатор, испаритель, холодильник и т.п.Изобретение может также быть использовано в теплообменниках типа «труба в трубе», а также в теплообменниках, представляющих собой различные комбинации перечисленных конструкций (например, секционных).

Получаемый технический результат состоит в увеличении турбулизации потока жидкой или содержащей жидкую фазу многофазной среды, повышении эффективности перемешивания фаз, что приводит к повышению коэффициентов тепло- и массопередачи и, в конечном итоге, к снижению металлоемкости, габаритных размеров аппарата и стоимости установки в целом.

Сущность изобретения иллюстрируется приложенными фиг.1-9. На фиг.1 изображен в продольном разрезе вертикальный конденсационный теплообменник, в котором происходит взаимодействие газовой и жидкой сред, на фиг.2 - в продольном разрезе часть входящей в состав этого теплообменника теплообменной трубы с турбулизатором; на фиг.3 изображен в продольном разрезе турбулизатор, на фиг.4 - продольный разрез турбулизатора, показанного на фиг.3, по линии А-А, на фиг.5 - поперечный разрез турбулизатора, показанного на фиг.4, по линии В-В; на фиг.6 изображен в продольном разрезе вертикальный теплообменник с U-образными теплообменными трубами, на фиг.7 - в продольном разрезе часть входящей в состав этого теплообменника теплообменной трубы с турбулизатором; на фиг.8 изображен в продольном разрезе горизонтальный теплообменник, на фиг.9 - в продольном разрезе часть входящей в состав этого теплообменника теплообменной трубы с турбулизатором.

В соответствии с фиг.1 конденсационный теплообменник состоит из вертикального корпуса 1, камеры ввода сред 2 с патрубками ввода жидкого 3 и газообразного 4 реагентов, камеры вывода сред 5 с патрубками вывода жидких 6 и газообразных 7 продуктов реакции, патрубков ввода 8 и вывода 9 теплоносителя, распределительного устройства 10, теплообменных труб 11, закрепленных в трубных решетках 12, и турбулизаторов 13, присоединенных к теплообменным трубам 11 и расположенных в камере ввода сред 2.

В соответствии с фиг.2-5 на входе в каждую теплообменную трубу 11 расположен турбулизатор 13. Турбулизатор включает цилиндрический корпус 14, внутри которого установлены струеформирующая насадка 15 и консольная пластина-резонатор 16, свободный конец которой направлен в сторону струеформирующей насадки 15. В стенке цилиндрического корпуса 14 между входным отверстием турбулизатора 17 и струеформирующей насадкой 15 расположены отверстия 18. Пластина-резонатор 16 изготовлена из плоской Т-образной заготовки путем дугообразного отгибания в противоположные стороны выступов 19 пластины, образующих перекладину буквы Т. Указанные выступы отогнуты таким образом, что в плане эта часть пластины образует контур, вписывающийся в окружность поперечного сечения цилиндрического корпуса 14. При этом диаметр контура в свободном состоянии должен незначительно превышать внутренний диаметр цилиндрического корпуса 14 с тем, чтобы пластину 16 можно было ввести в трубу, предварительно сжав отогнутые выступы 19. Введенная в цилиндрический корпус 14 пластина 16 удерживается в ней благодаря упругости сжатых при введении выступов 19. Корпус турбулизатора соединен с трубой с помощью резьбы; возможно соединение этих деталей другими известными способами (сварка, запрессовка, использование опорных решеток и т.п.).

При работе теплообменника внутрь цилиндрического корпуса 14 турбулизатора через входное отверстие 17 поступает поток жидкой среды, а через отверстия 18 поступает газообразная среда, скапливающаяся в верхней части камеры ввода сред 2, далее эти потоки совместно проходят через струеформирующую насадку 15, которая с помощью щелевого отверстия формирует струю текучей среды и направляет ее на пластину-резонатор 16 и далее в теплообменные трубы 11. Поток среды возбуждает колебания пластины-резонатора 16, способствующие росту турбулизации потока, перемешиванию среды и диспергированию фаз многофазного потока.

При работе данного теплообменника вход газожидкостного потока в трубы 11 осуществляется в вертикальном направлении снизу вверх.

В соответствии с фиг.6 вертикальный теплообменник состоит из вертикального корпуса 1, камеры ввода сред 20 и камеры вывода сред 21, разделенных перегородкой 22, снабженных соответственно патрубком ввода 23 и патрубком вывода 24 жидкого теплоносителя, патрубков ввода 8 и вывода 9 теплоносителя, U-образных теплообменных труб 25, закрепленных в трубной решетке 12, и турбулизаторов 13.

Изображенный на фиг.7 участок теплообменной трубы 25, входящей в состав изображенного на фиг.6 теплообменника, отличается от теплообменной трубы 11, изображенной на фиг.2, ориентацией в пространстве и повернут относительно нее на 180°, расположенный на входе в теплообменную трубу 22 турбулизатор 13 не имеет отверстий 18, а цилиндрический корпус 14 турбулизатора 13 является участком теплообменной трубы 22.

Работа данного теплообменника осуществляется аналогично вышеописанному, с тем отличием, что вход жидкостного потока в трубы 22 осуществляется через турбулизатор 13 в вертикальном направлении сверху вниз.

В соответствии с фиг.8 теплообменник состоит из горизонтального корпуса 1, камеры ввода сред 2 с патрубком ввода 3 жидкого теплоносителя, камеры вывода сред 5 с патрубками вывода 6 жидкого теплоносителя, патрубков ввода 8 и вывода 9 теплоносителя, теплообменных труб 11, закрепленных в трубных решетках 12.

Изображенный на фиг.9 участок теплообменной трубы 11, входящей в состав изображенного на фиг.8 теплообменника, отличается от теплообменной трубы 11, изображенной на фиг.2, только ориентацией в пространстве и повернут относительно нее на 90°, а закрепленный на входе в теплообменную трубу 11 турбулизатор 13 не имеет отверстий 18.

Работа данного теплообменника осуществляется аналогично предыдущему, с тем отличием, что вход жидкостного потока в трубы 11 осуществляется через турбулизатор 13 в горизонтальном направлении.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, в которых могут одновременно осуществляться и массообменные процессы, например абсорбция, конденсация, и может быть использовано в энергетике, химической и других отраслях промышленности, например в производстве карбамида. В теплообменном аппарате, содержащем, по крайней мере, одну внутреннюю теплообменную трубу с турбулизатором, турбулизатор расположен вблизи входного отверстия теплообменной трубы и представляет собой цилиндрический корпус с отверстиями для входа и выхода сред, внутри которого по ходу движения среды последовательно расположены струеформирующая насадка и консольно закрепленная в цилиндрическом корпусе навстречу движению среды пластина-резонатор с двумя выступами, дугообразно загнутыми в противоположные стороны таким образом, что они вплотную примыкают к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, образуя крепление пластины. Теплообменный аппарат может содержать камеру ввода сред, которая может быть оснащена смесительными и/или распределительными устройствами. Цилиндрическим корпусом турбулизатора может служить участок теплообменной трубы, а в стенке цилиндрического корпуса турбулизатора между входным отверстием и струеформирующей насадкой могут содержаться дополнительные отверстия. Технический результат - повышение эффективности работы теплообменника. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Теплообменный аппарат, включающий внешний корпус и, по крайней мере, одну внутреннюю теплообменную трубу с турбулизатором, отличающийся тем, что турбулизатор расположен вблизи входного отверстия теплообменной трубы и представляет собой цилиндрический корпус с отверстиями для входа и выхода сред, внутри которого по ходу движения среды последовательно расположены струеформирующая насадка и консольно закрепленная в цилиндрическом корпусе навстречу движению среды пластина-резонатор с двумя выступами, дугообразно загнутыми в противоположные стороны таким образом, что они вплотную примыкают к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, образуя крепление пластины.

2. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический корпус турбулизатора является участком теплообменной трубы.

3. Теплообменный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит камеру ввода сред.

4. Теплообменный аппарат по п.3, отличающийся тем, что в стенке цилиндрического корпуса турбулизатора между входным отверстием и струеформирующей насадкой имеются дополнительные отверстия.

5. Теплообменный аппарат по п.3, отличающийся тем, что камера ввода сред содержит смесительное и/или распределительное устройство.