Теплообменный аппарат Российский патент 2017 года по МПК F28D7/10 

Описание патента на изобретение RU2621194C1

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к теплообменным аппаратам с трубами с развитой поверхностью теплообмена, и может быть использовано в аппаратах воздушного охлаждения, теплообменниках, холодильниках, рекуператорах, печах, которые применяются в различных отраслях промышленности.

Известны теплообменные аппараты, содержащие корпус, входной и выходной коллекторы и пучок теплообменных прямых труб (А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Альянс, 2008, с. 326-333).

Основными недостатками указанных конструкций является недостаточно интенсивный теплообмен в связи с низким коэффициентом теплопередачи из-за слабой турбулизации потоков, проходящих как внутри труб, так и в межтрубном пространстве, высокая материалоемкость и значительные габариты.

Известны теплообменные аппараты, содержащие корпус, входной и выходной коллекторы и пучок теплообменных труб в виде пространственно-спиральных змеевиков, установленных в зазорах между витками друг друга (Патенты РФ №2152574, МПК F28D 7/02 от 16.09.1999 и №2238500, МПК F28D 7/02 от 27.12.2002).

Основными недостатками указанных конструкций является сложность изготовления змеевиков, формирование трубных пучков в межтрубном пространстве теплообменного аппарата, теплообмен между средами недостаточно интенсивный, особенно в межтрубном пространстве, низкий коэффициент теплопередачи на уровне 150 ккал/ч⋅м2 («Теплообменное оборудование ООО «АНОД-ТЦ»»).

Известны теплообменные аппараты, содержащие корпус, входной и выходной коллекторы и змеевиковые элементы из труб, установленных в зазорах между витками змеевиковых элементов (Патент РФ №2451875, МПК F22B 37/00, F28D 7/02 от 14.10.2010).

Основным недостатком указанной конструкции является недостаточно интенсивный теплообмен между средами, особенно при движении теплопередающей среды снаружи змеевиковых элементов поперек оси пучка труб и изготовления змеевиковых пучков труб вложением одного пучка труб в другие пучки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является теплообменный аппарат с оребренными теплообменными трубами, в частности аппарат воздушного охлаждения, содержащий корпус, входной и выходной коллекторы с устройствами ввода и вывода горячего и холодного потоков и пучок теплообменных прямых оребренных труб (Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения. Справочник. А.Н. Бессонов, Г.А. Дрейцер, В.Б. Кунтыш и др. СПб, Недра, 1996, с. 89-104).

Основными недостатками указанной конструкции является недостаточно интенсивный теплообмен из-за слабой турбулизации потока, проходящего внутри прямых труб, и низкого коэффициента теплоотдачи от стенки к потоку внутри труб, лимитирующего общий коэффициент теплопередачи.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в интенсификации теплообмена как в трубном, так и межтрубном пространствах пучков теплообменных оребренных труб с одновременным увеличением удельной площади теплообмена.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном теплообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус с патрубками подвода компонента внутрь корпуса и его отвода из корпуса, расположенными во входной и выходной частях корпуса соответственно, теплообменные трубы, установленные внутри корпуса в трубных досках, профилированные крышки с присоединительными фланцами, установленные на торцах корпуса и образующие с трубными досками полости подвода и отвода компонента, подаваемого через теплообменные трубы, согласно изобретению внутри каждой теплообменной трубы дополнительно коаксиально установлена внутренняя труба с образованием кольцевого радиального зазора между стенками труб, при этом во входной и выходной частях корпуса теплообменника установлены дополнительные днища, образующие с трубными досками и профилированными крышками полости подвода и отвода компонентов, при этом полость кольцевого радиального зазора между стенками теплообменных и внутренних дополнительных труб соединена с полостью, образованной трубной доской и дополнительным днищем, а полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостями внутренних дополнительных трубок и с полостью корпуса.

В варианте исполнения полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостью корпуса при помощи полых втулок, равномерно расположенных в периферийной зоне трубных досок и дополнительных днищ.

В варианте исполнения полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостью корпуса при помощи полых втулок, установленных в трубных досках и дополнительных днищах, при этом одна втулка расположена по оси корпуса, а остальные равномерно расположены в периферийной зоне трубных досок и дополнительных днищ.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез предложенного теплообменного аппарата, на фиг. 2 показано поперечное сечение предложенного теплообменного аппарата, на фиг. 3 показан продольный разрез предложенного теплообменного аппарата в варианте с центральными втулками.

Теплообменный аппарат содержит цилиндрический корпус 1 с патрубками подвода 2, 3 компонента внутрь корпуса и его отвода 4, 5 из корпуса, расположенными во входной и выходной частях корпуса соответственно. Теплообменные трубы 6 установлены внутри корпуса 1 в трубных досках 7. Внутри каждой теплообменной трубы 6 дополнительно коаксиально установлена внутренняя труба 8 с образованием кольцевого радиального зазора 9 между стенками труб 6 и 8. Во входной и выходной частях корпуса теплообменника установлены дополнительные днища 10 и 11, образующие с трубными досками 7 и профилированными крышками 12 и 13 полости подвода и отвода компонентов. Полость кольцевого радиального зазора между стенками теплообменных 6 и внутренних дополнительных труб 8 соединена с полостями, образованными трубными досками 7 и дополнительными днищами 10 и 11, а полости между профилированными крышками 12 и 13 и дополнительными днищами 10 и 11 соответственно соединены с полостями внутренних дополнительных трубок 8 и с полостью корпуса 1 при помощи полых втулок 14, равномерно расположенных в периферийной зоне трубных досок 7 и дополнительных днищ 10 и 11.

В варианте исполнения полость между профилированной крышкой 12 и дополнительным днищем 10 соединена с полостью корпуса 1 при помощи полых втулок 14, установленных в трубных досках 7 и дополнительных днищах 10 и 11, при этом втулки 15 и 16 расположены по оси корпуса 1.

Предложенный теплообменный аппарат работает следующим образом.

Во входные 2, 3 патрубки подается горячий и холодный потоки, которые, после теплообмена, отводятся через выходные патрубки 4 и 5 соответственно.

Из полости, образованной трубной доской 7 и дополнительным днищем 10, компонент попадает в кольцевой радиальный зазор 9, образованный трубами 6 и 8, где изменяет свою форму со сплошной круглой на кольцевую, с полой центральной частью.

Из полости, образованной профилированной крышкой 12 и дополнительным днищем 10, компонент поступает в полости дополнительных внутренних труб 8, а также через втулки 14 поступает в полость корпуса 1.

Такое воздействие на струю позволяет реализовать схему «первый компонент - второй компонент - первый компонент» в одной теплообменной трубе, т.е. теплообмен будет происходить не только по наружной поверхности теплообменной трубы 6, но и по поверхности дополнительных внутренних труб 8.

Такое видоизменение формы поперечного сечения трубы позволяет при неизменной площади поперечного сечения трубы и, следовательно, при неизменном перепаде давления на трубе примерно в 1,8…2,2 раза увеличить периметр поверхностей теплообмена с одновременным уменьшением характерного поперечного размера - размера центральной части струи.

Такое изменение формы поперечного сечения - со сплошного круглого на профилированное кольцеобразное с одновременным уменьшением толщины струи - позволит улучшить условия теплообмена, т.к. будет нагреваться/отдавать тепло не только периферийная часть струи, а вся струя. Также такое видоизменение формы струи приводит к ее дополнительной турбулизации за счет того, что в местах разделения сплошной струи на полую кольцевую и в местах слияния полой струи в сплошную струю будет возникать турбулизация потока, что приведет к дополнительному перемешиванию слоев потока между собой и позволит улучшить условия теплообмена и теплопередачи.

В варианте исполнения полость между профилированной крышкой 12 и дополнительным днищем 10 соединена с полостью корпуса 1 при помощи полых втулок 14, установленных в трубных досках 7 и дополнительных днищах 10 и 11, при этом втулки 15 и 16 расположены по оси корпуса 1.

Использование предложенного технического решения позволит интенсифицировать теплообмен как в трубном, так и межтрубном пространствах пучков теплообменных труб с одновременным увеличением удельной площади теплообмена, что в конечном итоге позволит уменьшить габаритные размеры теплообменного аппарата либо увеличить площадь теплообмена при неизменных габаритных размерах теплообменного аппарата.

Похожие патенты RU2621194C1

название год авторы номер документа
ТЕПЛООБМЕННЫЙ МОДУЛЬ 2021
  • Найден Иван Викторович
RU2780572C1
Теплообменный аппарат 2016
  • Грищенко Борис Александрович
  • Хорват Алексей Владимирович
  • Черниченко Владимир Викторович
  • Костылева Людмила Николаевна
  • Иванов Алексей Владимирович
  • Ерин Олег Леонидович
  • Балабан Олеся Руслановна
  • Приходько Инна Владимировна
RU2673119C2
ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ - БЛОЧНО-СЕКЦИОННЫЙ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ И ТЕПЛООБМЕННЫЙ БЛОК ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА (ВАРИАНТЫ) 2004
  • Кузнецов Игорь Сергеевич
  • Селиванов Николай Павлович
  • Селиванов Сергей Николаевич
  • Федосеев Андрей Владимирович
RU2339889C2
ТЕПЛООБМЕННЫЙ БЛОК РЕГЕНЕРАТИВНОГО ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЯ 2004
  • Белоусов В.П.
  • Белоусов В.Д.
  • Рыбаков В.П.
  • Мишустин Н.И.
  • Голев В.А.
RU2266476C1
ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ 1999
  • Олесевич А.К.
  • Олесевич К.А.
  • Парамонова Н.В.
RU2262054C2
ТЕПЛООБМЕННИК 2008
  • Друк Михаил Петрович
  • Миронов Руслан Вячеславович
  • Кузнецов Дмитрий Владиславович
  • Беззатеев Алексей Константинович
RU2386095C2
ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ - БЛОЧНО-СЕКЦИОННЫЙ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ, ТЕПЛООБМЕННЫЙ БЛОК АППАРАТА (ВАРИАНТЫ) 2004
  • Селиванов Николай Павлович
RU2339890C2
КОЛОННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ДИСТИЛЛЯЦИИ МАСЛЯНЫХ МИСЦЕЛЛ 2021
  • Лисицын Александр Николаевич
  • Волков Сергей Михайлович
  • Федоров Александр Валентинович
  • Новоселов Александр Геннадьевич
  • Федоров Алексей Александрович
RU2809805C1
ПЛЕНОЧНЫЙ ИСПАРИТЕЛЬ 2003
  • Фирсов В.М.
  • Карасёв Ю.В.
  • Петрик В.И.
RU2233692C1
ТЕПЛООБМЕННИК 2014
  • Климов Владислав Юрьевич
RU2567466C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 621 194 C1

Реферат патента 2017 года Теплообменный аппарат

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к теплообменным аппаратам. Теплообменный аппарат содержит цилиндрический корпус с патрубками подвода компонента внутрь корпуса и его отвода из корпуса, расположенными во входной и выходной частях корпуса соответственно, теплообменные трубы, установленные внутри корпуса в трубных досках, профилированные крышки с присоединительными фланцами, установленные на торцах корпуса и образующие с трубными досками полости подвода и отвода компонента, подаваемого через теплообменные трубы, внутри каждой теплообменной трубы дополнительно коаксиально установлена внутренняя труба с образованием кольцевого радиального зазора между стенками труб, при этом во входной и выходной частях корпуса теплообменника установлены дополнительные днища, образующие с трубными досками и профилированными крышками полости подвода и отвода компонентов, при этом полость кольцевого радиального зазора между стенками теплообменных и внутренних дополнительных труб соединена с полостью, образованной трубной доской и дополнительным днищем, а полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостями внутренних дополнительных трубок и с полостью корпуса. Технический результат – интенсификация теплообмена. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 621 194 C1

1. Теплообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с патрубками подвода компонента внутрь корпуса и его отвода из корпуса, расположенными во входной и выходной частях корпуса соответственно, теплообменные трубы, установленные внутри корпуса в трубных досках, профилированные крышки с присоединительными фланцами, установленные на торцах корпуса и образующие с трубными досками полости подвода и отвода компонента, подаваемого через теплообменные трубы, отличающийся тем, что внутри каждой теплообменной трубы дополнительно коаксиально установлена внутренняя труба с образованием кольцевого радиального зазора между стенками труб, при этом во входной и выходной частях корпуса теплообменника установлены дополнительные днища, образующие с трубными досками и профилированными крышками полости подвода и отвода компонентов, при этом полость кольцевого радиального зазора между стенками теплообменных и внутренних дополнительных труб соединена с полостью, образованной трубной доской и дополнительным днищем, а полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостями внутренних дополнительных трубок и с полостью корпуса.

2. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостью корпуса при помощи полых втулок, равномерно расположенных в периферийной зоне трубных досок и дополнительных днищ.

3. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостью корпуса при помощи полых втулок, установленных в трубных досках и дополнительных днищах, при этом одна втулка расположена по оси корпуса, а остальные равномерно расположены в периферийной зоне трубных досок и дополнительных днищ.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2621194C1

Способ получения ультрамарина 1929
  • Иванов В.Н.
SU13835A1
ПРЯМОТОЧНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПАРОГЕНЕРАТОР 1994
  • Дмитриев Сергей Михайлович
  • Никаноров Олег Леонидович
  • Калентьев Владимир Иванович
RU2072067C1
Кожухотрубный теплообменник 1985
  • Васин А.Н.
  • Соколов А.В.
  • Берент Д.А.
  • Вашурин С.Ф.
SU1347649A1
US 4336770 A 29.06.1982.

RU 2 621 194 C1

Авторы

Грищенко Борис Александрович

Хорват Алексей Владимирович

Черниченко Владимир Викторович

Шипко Юрий Владимирович

Иванов Алексей Владимирович

Ерин Олег Леонидович

Даты

2017-06-01Публикация

2016-05-24Подача