ПРЯМОТОЧНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ СЕМЕНИХИНА Российский патент 2015 года по МПК F28D7/10 F28D7/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройствам для осуществления взаимодействия двух теплоносителей без их непосредственного контакта и может быть использовано в теплотехнике, в частности в парогенераторах.

Уровень техники

Известны прямоточные теплообменные аппараты, которые содержат концентрические трубные каналы типа трубы Фильда (Фраас А., Оцисик М. Расчет и конструирование теплообменников. - М.: Атомиздат, 1971. - 361 с. - С.275 - 276; Егоров К.С. Повышение эффективности теплообменных аппаратов газотурбинных установок замкнутого цикла: Автореферат диссертации на соиск. уч. степ. к.т.н. - М.: МВТУ им. Н.Э.Баумана, 2007. - 17 с.; RU 2307373 C1, 10.02.2006). В этих аппаратах первый поток теплоносителя течет по внутренней трубе, разворачивается в тупиковом конце и протекает далее по межтрубному кольцевому пространству. Поток второго теплоносителя обтекает внешнюю поверхность межтрубного пространства.

Недостатки этих устройств: наличие дополнительных цилиндрических труб и "паразитного" теплового потока через них снижает объемную энергонапряженность, которая равна мощности, приведенной к единице объема устройства.

Известен одноходовой прямоточный теплообменный аппарат, содержащий концентрические трубные каналы типа "труба в трубе", в котором греющая среда подается одновременно в межтрубное пространство и в полости внутренних труб и нагревает рабочую среду, которая движется противотоком в кольцевых полостях трубных каналов (RU 2140608 С1, 13.04.1998).

Недостатком этого устройства также является низкая объемная энергонапряженность из-за низкой степени отъема энергии от греющей среды.

Наиболее близким к предложенному решению является двухходовой прямоточный теплообменный аппарат, содержащий корпус и концентрические трубные каналы типа "труба в трубе". Вторые по ходу теплоносителей каналы образованы цилиндрами, изготовленными из теплообменных элементов, примыкающих друг к другу боковыми поверхностями, представляющих собой прямые трубы, причем внутри труб движется рабочая среда, а вдоль поверхности цилиндров - греющая среда (RU 2121622 С1, 10.11.1998).

Недостатками этого устройства является недостаточно высокая энергонапряженность из-за низкой степени отъема тепловой энергии от греющей среды и большого объема элементов, соединяющих потоки теплоносителей, а также высокая сложность конструкции.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является повышение объемной энергонапряженности теплообменного аппарата и упрощение его конструкции.

Задача решается тем, что, в отличие от известного решения, реализуется трехходовой теплообмен, без существенного увеличения объема устройства, содержащего концентрические трубные каналы типа "труба в трубе". Это достигается за счет организации потока греющей среды в каналах, образованных цилиндром, изготовленным из теплообменных элементов, примыкающих один к другому боковыми поверхностями, причем эти элементы являются прямыми элементами типа "труба в трубе", зазором между цилиндром и корпусом, и внутренней полостью элементов "труба в трубе". Рабочая среда движется в однопроходном режиме в кольцевых каналах элементов "труба в трубе". Греющая среда последовательно движется внутри цилиндра, затем в зазоре между цилиндром и корпусом аппарата, затем внутри кольцевых каналов "труба в трубе".

Описание чертежей

На Фиг.1 приведен поперечный разрез устройства.

Осуществление изобретения

Устройство содержит корпус 1, цилиндр 2, образованный теплообменными элементами "труба в трубе", каналы 3, 4 и 5, образованные внутренней полостью цилиндра, зазором между цилиндром и корпусом, и внутренней полостью элементов "труба в трубе", образующих цилиндр, а также кольцевой канал 6.

Добавление третьего прохода греющей среды вдоль поверхности теплообмена с практически той же площадью равносильно увеличению поверхности теплообмена в 1,5 раза и такому же повышению энергонапряженности теплообменного аппарата. В аппарате реализовано дополнительное соединение только каналов греющей среды, что упрощает конструкцию и повышает ее компактность.

Устройство работает следующим образом.

В устройство подаются в противотоке через входные патрубки, коллекторы и трубные доски: рабочая среда в кольцевой канал 6 и греющая среда в канал 3. Греющая среда последовательно проходит каналы 3, 4 и 5, отдавая тепло рабочей среде, которая движется по кольцевому промежутку 6. Затем рабочая и греющая среды отводятся через соответствующие патрубки. Теплообменник может быть реализован тремя или большим количеством элементов "труба в трубе".

Устройство реализовано ООО "Баган" (г.Новосибирск) в составе малогабаритного цилиндрического парогенератора мощностью 2 МВт весом 300 кг (фото 1 и 2), что соответствует энергонапряженности выше 6,6 кВт/м³. Это в 1,6 раза превышает максимальную энергонапряженность, достигнутую к настоящему времени в малогабаритном пароводогрейном котле МЦПВК разработки ОИВТ РАН (Якимович К.А. Газотурбинные энергоустановки для коммунальной энергетики // Электронный журнал энергосервисной компании "Экологические системы", №2, 2008 г. Доступно по адресу: http://esco-ecosys.narod.ru/2008_2/art73.htm, (25.09.12)).

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в устройствах для осуществления взаимодействия двух теплоносителей без их непосредственного контакта, в частности в парогенераторах. Прямоточный теплообменный аппарат содержит корпус и концентрические трубные каналы, образованные цилиндром, изготовленным из прямых теплообменных элементов типа "труба в трубе", причем между наружной поверхностью и корпусом созданного цилиндра существует зазор, образующий канал греющей среды, соединенный последовательно с внутренней полостью цилиндра и с внутренним каналом элементов "труба в трубе", образующих цилиндр. Рабочая среда движется по кольцевому каналу элемента "труба в трубе". Технический результат: повышение объемной энергонапряженности теплообменника и упрощение его конструкции. 3 ил.

Прямоточный теплообменный аппарат, содержащий корпус и концентрические трубные каналы типа "труба в трубе", образованные цилиндром, изготовленным из теплообменных элементов, примыкающих друг к другу боковыми поверхностями, отличающийся тем, что образующие цилиндр теплообменные элементы являются теплообменными элементами типа "труба в трубе", причем между наружной поверхностью и корпусом созданного цилиндра существует зазор, образующий канал греющей среды, соединенный последовательно с внутренней полостью цилиндра и с внутренним каналом элементов "труба в трубе", образующих цилиндр.