КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2021 года по МПК F24H1/36 F28D7/16 F28F9/22 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к теплообменнику кожухотрубного типа.

Уровень техники

Кожухотрубный теплообменник является одним из типов теплообменников. Теплообменник кожухотрубного типа проходит в одном направлении в виде, например, трубы, и выполнен таким образом, что внутри него осуществляется теплообмен между теплофикационной водой и высокотемпературным газом. Когда нагретый с помощью источника тепла газ и теплофикационная вода протекают с противоположных сторон от разделительной стенки, через которую может осуществляться теплообмен, теплофикационная вода нагревается, получая тепло от газа. С точки зрения тепловой эффективности, теплообменник предпочтительно должен быть выполнен таким образом, чтобы при прохождении через него теплофикационной воды, теплообмен осуществлялся в течение длительного периода, пока вода медленно протекает через теплообменник. Однако при этом не должна образовываться застойная зона, в которой застаивается теплофикационная вода.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является решение описанных проблем. В соответствии с одним из аспектов изобретения предложен кожухотрубный теплообменник, позволяющий уменьшить застойную зону.

В соответствии с одним из аспектов изобретения кожухотрубный теплообменник содержит внешний цилиндрический корпус, на противоположных концах которого имеются отверстия, с которыми соединено полое пространство, причем на стороне одного конца внешнего корпуса расположен входной патрубок, через который теплофикационная вода поступает в полое пространство, а на стороне его противоположного конца расположен выходной патрубок, через который теплофикационная вода выходит из полого пространства; нижнюю трубную пластину, которая закрывает отверстие на стороне одного конца внешнего корпуса; верхнюю трубную пластину цилиндрической формы, которая закрывает отверстие на стороне противоположного конца внешнего корпуса и обеспечивает внутреннее пространство, в котором расположен источник тепла, нагревающий теплофикационную воду; множество газоходов, направляющих создаваемый источником тепла газ сгорания от верхней трубной пластины к наружной стороне нижней трубной пластины, и главную диафрагму, имеющую форму круглой пластины, расположенную между нижней трубной пластиной и верхней трубной пластиной поперечно опорному направлению, являющемуся направлением от стороны одного конца внешнего корпуса к стороне его противоположного конца, причем в главной диафрагме имеется множество сквозных отверстий, через которые проходят газоходы. По меньшей мере некоторые из сквозных отверстий являются широкими сквозными отверстиями, каждое из которых является одним отверстием, через которое совместно проходят два или более газоходов. Технический результат

Таким образом, застойная зона кожухотрубного теплообменника может быть уменьшена, что обеспечивает высокую эффективность теплопередачи.

При прохождении через главную диафрагму теплофикационная вода может принудительно обтекать газоходы, что обеспечивает эффективный теплообмен между теплофикационной водой и газоходами.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен примерный вид в аксонометрии кожухотрубного теплообменника.

На фиг. 2 представлен вид в плане диафрагмы, используемой в кожухотрубном теплообменнике по фиг. 1.

На фиг. 3 представлен вид, иллюстрирующий прохождение потока теплофикационной воды в кожухотрубном теплообменнике по фиг. 1.

На фиг. 4 представлен вид в аксонометрии кожухотрубного теплообменника в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 5 представлен разнесенный вид в аксонометрии кожухотрубного теплообменника по фиг. 4.

На фиг. 6 представлен вид в плане главной диафрагмы, используемой в кожухотрубном теплообменнике по фиг. 4.

На фиг. 7 представлен вид в плане первого примера модифицированной главной диафрагмы по фиг. 6.

На фиг. 8 представлен вид в плане второго примера модифицированной главной диафрагмы по фиг. 6.

На фиг. 9 представлен вид в плане первой диафрагмы, используемой в кожухотрубном теплообменнике по фиг. 4.

На фиг. 10 представлен вид, иллюстрирующий прохождение потока теплофикационной воды в кожухотрубном теплообменнике по фиг. 4.

На фиг. 11 представлен вид, иллюстрирующий распределение температуры теплофикационной воды в кожухотрубном теплообменнике по фиг. 1.

На фиг. 12 представлен вид, иллюстрирующий распределение температуры теплофикационной воды в кожухотрубном теплообменнике по фиг. 4.

На фиг. 13 представлен вид в плане главной диафрагмы кожухотрубного теплообменника в соответствии со вторым вариантом осуществления.

Осуществление изобретения

Ниже некоторые варианты настоящего изобретения будут описаны более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. Следует заметить, что одинаковые или эквивалентные элементы обозначены на чертежах одинаковыми ссылочными позициями даже в том случае, когда они представлены на разных чертежах. Кроме того, при описании варианта осуществления настоящего изобретения подробное описание широко известных признаков или функций исключено, чтобы не затруднять без надобности понимание сущности изобретения.

В описании элементов варианта осуществления настоящего изобретения могут быть использованы такие термины, как первый, второй, «А», «В», (а), (b) и тому подобные. Эти термины предназначены только для того, чтобы отличить один элемент от другого, и не ограничивают природу, последовательность или порядок этих элементов. В тех случаях, когда элемент описан, как «соединенный», «сопряженный» или «связанный» с другим элементом, это может означать, что элементы «соединены», «сопряжены» или «связаны» не только непосредственно, но и через третий элемент.

На фиг. 1 представлен примерный вид в аксонометрии кожухотрубного теплообменника.

Как можно видеть на фиг. 1, представлен способ обеспечения максимально длинного пути потока теплофикационной воды путем размещения диафрагмы 200 в ограниченном пространстве, вследствие чего теплообмен осуществляется в течение длительного периода, по мере того как теплофикационная вода медленно проходит через внутреннее пространство кожухотрубного теплообменника 100. Кожухотрубный теплообменник 100 проходит в первом направлении, и в этом теплообменнике 100 расположена диафрагма 200, проходящая в направлении, не параллельном этому первому направлению. Путь потока теплофикационной воды проходит таким образом, что диафрагма 200 прерывает движение в первом направлении в кожухотрубном теплообменнике 100 и обеспечивает отклонение теплофикационной воды и достижение ею конечного пункта.

На фиг. 2 представлен вид в плане диафрагмы, используемой в кожухотрубном теплообменнике по фиг. 1. На фиг. 2 можно видеть диафрагму 200, используемую для формирования пути потока во внутреннем пространстве кожухотрубного теплообменника 100, и расположенные в этой диафрагме сквозные отверстия 202 и центральные сквозные отверстия 203. Центральные сквозные отверстия 203 выполнены в центре пластины 201 диафрагмы 200, а сквозные отверстия 202 расположены таким образом, что они окружают центральные сквозные отверстия 203. Кроме того, диаметр пластины 201 выполнен меньшим, чем диаметр внутренней периферийной поверхности кожухотрубного теплообменника 100.

Теплофикационная вода проходит диафрагму 200 через просветы, образованные между пластиной 201 и внутренней периферийной поверхностью кожухотрубного теплообменника 100.

Кожухотрубный теплообменник 100 по фиг. 1 может содержать дополнительную диафрагму, содержащую отверстие другой формы, причем в зависимости от расположения диафрагм формируется путь потока, по которому теплофикационная вода движется попеременно в радиальном направлении внутрь и в радиальном направлении наружу.

На фиг. 3 представлен вид, иллюстрирующий прохождение потока теплофикационной воды в кожухотрубном теплообменника по фиг. 1. На чертеже яркость меняется в зависимости от скорости потока теплофикационной воды в соответствующей зоне. Чем светлее зона, тем ниже скорость потока теплофикационной воды в этой зоне.

Однако на фиг. 3 можно видеть, что в кожухотрубном теплообменнике 100 выше диафрагмы 200 образована застойная зона С, в которой теплофикационная вода застаивается без течения. Как уже было сказано, предпочтительно, чтобы теплообмен осуществлялся в течение длительного периода времени, по мере того как теплофикационная вода медленно протекает через внутреннее пространство кожухотрубного теплообменника 100. Однако при застаивании теплофикационной воды без течения, как показано на фиг. 3, при поступлении следующей за ней низкотемпературной теплофикационной воды теплообмен не может осуществляться должным образом. Кроме того, уже нагретая теплофикационная вода не может быть доставлена пользователю, что приводит к снижению эффективности кожухотрубного теплообменника 100.

Для устранения застойной зоны С предложен кожухотрубный теплообменник 1 в соответствии с одним из вариантов осуществления, который будет описан ниже. Первый вариант осуществления

На фиг. 4 представлен вид в аксонометрии кожухотрубного теплообменника в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 5 представлен разнесенный вид в аксонометрии кожухотрубного теплообменника по фиг. 4.

Кожухотрубный теплообменник 1 по фиг. 4 и 5 в соответствии с первым вариантом осуществления содержит внешний корпус 20, нижнюю трубную пластину 24, верхнюю трубную пластину 10, множество газоходов 30 и главную диафрагму 50.

Внешний корпус 20

Внешний корпус 20 является главным корпусом кожухотрубного теплообменника 1, имеющим цилиндрическую форму и вмещающим в цилиндрическом внутреннем пространстве элементы, составляющие кожухотрубный теплообменник 1.

На противоположных концах внешнего корпуса 20 расположены отверстия, соединенные с образованным внутри корпуса полым пространством 26, причем на стороне одного конца внешнего корпуса 20 расположен входной патрубок 21, через который теплофикационная вода поступает в полое пространство, а на стороне другого его конца расположен выходной патрубок 22, через который теплофикационная вода выходит из полого пространства 26.

На противоположных концах внешнего корпуса 20 расположены отверстия, и эти отверстия соединены между собой полым пространством 26, образующим внутреннее пространство.

В контексте настоящего описания направление от стороны одного конца внешнего корпуса 20 к стороне его противоположного конца является опорным направлением D. Соответственно, описанный со ссылкой на опорное направление D внешний корпус 20 имеет продольную часть 25, проходящую в опорном направлении D, причем удаленные концы продольной части 25 в опорном направлении D и противоположном направлении образуют форму открытого цилиндра.

Отверстие на стороне одного конца внешнего корпуса 20 закрыто нижней трубной пластиной 24. Здесь выражение «нижняя трубная пластина 24 закрывает отверстие» означает, что, как показано на чертежах, периферия расположенного на одном конце внешнего корпуса 20 отверстия полностью закрыта снаружи. Однако даже несмотря на то, что соединение нижней трубной пластины 24 осуществляется путем ее введения в отверстие внешнего корпуса 20 и соединения с внутренней периферийной поверхностью полого пространства 26 внешнего корпуса 20 таким образом, что полое пространство 26 изолируется от внешней среды, причем периферия отверстия выступает наружу, может быть указано, что нижняя трубная пластина 24 закрывает отверстие.

Соответственно, нижняя трубная пластина 24 может изолировать расположенное внутри внешнего корпуса 20 полое пространство 26 от внешней среды. Сквозные отверстия 241 нижней трубной пластины, через которые проходит множество газоходов 30 и которые будут описаны ниже, могут быть выполнены в нижней трубной пластине 24.

Хотя представленная на чертеже нижняя трубная пластина 24 выполнена независимо от внешнего корпуса 20 в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, расположенная на одном конце внешнего корпуса 20 нижняя трубная пластина 24 может быть выполнена как одно целое с внешним корпусом 20. Кроме того, нижняя трубная пластина 24 может быть расположена на одном конце внешнего корпуса 20, не закрывая полностью отверстие на одном конце этого внешнего корпуса 20.

Отверстие на стороне противоположного конца внешнего корпуса 20 закрыто верхней трубной пластиной 10. Поскольку отверстия на противоположных концах внешнего корпуса 20 закрыты нижней трубной пластиной 24 и верхней трубной пластиной 10, во внутреннем пространстве внешнего корпуса 20 образовано полое пространство 26. Теплофикационная вода может быть подана и введена в полое пространство 26 через входной патрубок 21, расположенный на стороне одного конца внешнего корпуса 20. Теплофикационная вода, поданная в полое пространство 26 через входной патрубок 21, может быть выпущена через выходной патрубок 22, расположенный на стороне противоположного конца внешнего корпуса 20.

Верхняя трубная пластина 10

Верхняя трубная пластина 10 представляет собой другой цилиндрический элемент, закрывающий отверстие на стороне противоположного конца внешнего корпуса 20, и является элементом, во внутреннем пространстве 12 которого расположен источник тепла для нагрева теплофикационной воды. Верхняя трубная пластина 10 обеспечивает внутреннее пространство 12, проходящее к стороне одного конца от стороны противоположного конца внешнего корпуса 20 и являющееся внутренним пространством для размещения в полом пространстве 26 внешнего корпуса 20 источника тепла для нагрева теплофикационной воды. Верхняя трубная пластина 10 имеет форму цилиндра, проходящего к стороне одного конца внешнего корпуса 20 от стороны противоположного его конца, но не достигающего стороны одного конца внешнего корпуса 20. Источник тепла может быть расположен во внутреннем пространстве 12 верхней трубной пластины и нагревать верхнюю трубную пластину 10 для передачи тепла теплофикационной воде. Кроме того, источник тепла может генерировать газ сгорания путем нагрева газа, содержащегося в верхней трубной пластине 10. Газ сгорания, образованный при нагреве источника тепла, может быть выведен из верхней трубной пластины 10 наружу через газоходы 30 и полое пространство 26 внешнего корпуса 20. При этом газ сгорания, проходящий через газоходы 30, может нагревать теплофикационную воду, проходящую через полое пространство 26.

Один конец верхней трубной пластины 10 закрыт накладкой 13 верхней трубной пластины. Сквозные отверстия 131 верхней трубной пластины, через которые проходят газоходы 30, которые будут описаны ниже, могут быть выполнены в накладке 13 верхней трубной пластины. Хотя на чертеже накладка 13 верхней трубной пластины в соответствии с первым вариантом осуществления является съемной, верхняя трубная пластина 10 может быть выполнена как одно целое с накладкой 13.

Диаметр противоположного конца 111 верхней трубной пластины может соответствовать диаметру противоположного конца внешнего корпуса 20 и может быть соединен с этим концом таким образом, чтобы закрывать противоположный конец внешнего корпуса 20 с образованием полого пространства 26 замкнутого внешнего корпуса 20. Однако диаметр продольной части 11 верхней трубной пластины, проходящей от стороны противоположного конца внешнего корпуса 20 к стороне одного конца внешнего корпуса 20, может быть выполнен меньшим, чем диаметр внешнего корпуса 20. Соответственно, верхняя трубная пластина 10 может иметь коническую форму, проходящую от продольной части 11 верхней трубной пластины к ее противоположному концу 111.

Поскольку диаметр продольной части 11 верхней трубной пластины выполнен меньшим, чем диаметр внешнего корпуса 20, между внутренней периферийной поверхностью внешнего корпуса 20 и наружной периферийной поверхностью верхней трубной пластины 10 может быть образовано пространство 23 для прохождения потока. Теплофикационная вода может протекать из полого пространства 26 через пространство 23 для прохождения потока. Выходной патрубок 22 внешнего корпуса 20, образованный на противоположном конце внешнего корпуса 20, может быть соединен с пространством 23 для прохождения потока. Таким образом, теплофикационная вода, протекающая в пространстве 23 для прохождения потока, может быть выпущена через выходной патрубок 22 внешнего корпуса 20. Наконец, теплофикационная вода, протекающая в пространстве 23 для прохождения потока, получает тепло от верхней трубной пластины 10, нагретой источником тепла, и выходит через выходной патрубок 22, расположенный во внешнем корпусе 20.

Газоходы 30

Множество газоходов 30 представляют собой трубчатые элементы, расположенные между нижней трубной пластиной 24 и верхней трубной пластиной 10 и соединенные с внутренним пространством 12 верхней трубной пластины и наружной стороной нижней трубной пластины 24. Таким образом, множество газоходов 30 направляют образованный источником тепла газ сгорания из внутреннего пространства 12 верхней трубной пластины к наружной стороне нижней трубной пластины 24 через полое пространство 26 внешнего корпуса 20. В соответствии с первым вариантом осуществления, газоходы 30 проходят в опорном направлении D. Соответственно, нагретый газ сгорания перемещается в направлении, противоположном опорному направлению D, через газоходы 30. В процессе перемещения газа сгорания теплообмен между перемещающейся в опорном направлении D через полое пространство 26 внешнего корпуса 20 теплофикационной водой и газом сгорания осуществляется через газоходы 30.

Множество газоходов 30 могут отходить в радиальном направлении от центра круглого поперечного сечения внешнего корпуса 20 и верхней трубной пластины 10. Центр круглого поперечного сечения может совпадать с центром имеющей вид круглой пластины главной диафрагмы 50, которая будет описана ниже. Таким образом, как и в соответствии с первым вариантом осуществления, газоходы 30 могут быть расположены по одной окружности с предварительно заданными интервалами. Однако газоходы 30 могут быть расположены с предварительно заданными интервалами по двум окружностям разных диаметров и на двух ступенях, и эти варианты не являются ограничивающими.

Главная диафрагма 50

Главная диафрагма 50 расположена в полом пространстве 26 внешнего корпуса 20, образованном во внешнем корпусе 20. Главная диафрагма 50 представляет собой круглый плоский элемент, расположенный между нижней 35 трубной пластиной 24 и верхней трубной пластиной 10 внешнего корпуса 20 поперечно опорному направлению D. Хотя в соответствии с первым вариантом осуществления главная диафрагма 50 расположена перпендикулярно опорному направлению D, этот вариант не является ограничивающим.

На фиг. 6 представлен вид в плане главной диафрагмы, используемой в кожухотрубном теплообменнике по фиг. 4.

В пластине 51 главной диафрагмы расположено множество сквозных отверстий 52. В точках схождения главной диафрагмы 50 и газоходов 30 сквозные отверстия 52 главной диафрагмы 50 выполнены открытыми, так что через них могут пройти газоходы 30. Таким образом, множество газоходов 30 могут пройти через сквозные отверстия 52 в опорном направлении D для соединения с накладкой 13 верхней трубной пластины и с нижней трубной пластиной 24.

По меньшей мере некоторые из сквозных отверстий 52 главной диафрагмы 50 являются широкими сквозными отверстиями. Под каждым из широких сквозных отверстий подразумевается одно из сквозных отверстий 52, через которое могут пройти совместно два или более газоходов 30. Полое пространство 521 между двумя соседними газоходами 30 из газоходов 30, проходящих через широкое сквозное отверстие, также имеет открытую форму. Таким образом, теплофикационная вода в полом пространстве 26 может входить или выходить в опорном направлении D через полое пространство 521. Теплофикационная вода проходит через главную диафрагму 50 в опорном направлении D через полое пространство 521. В примерном варианте осуществления широкое сквозное отверстие имеет открытую часть, которая представляет собой полое пространство между двумя соседними газоходами, проходящими через широкое сквозное отверстие. Ширина открытой части, начиная от некоторой точки, смещенной относительно радиально внутреннего конца, увеличивается в радиально наружном направлении. Ширина радиально наружного конца открытой части больше, чем радиально внутреннего конца открытой части.

Широкое сквозное отверстие главной диафрагмы 50 может быть одним отверстием, окружающим два из проходящих через широкое сквозное отверстие газоходов 30, наиболее удаленных друг от друга в окружном направлении, и между этими двумя газоходами 30 образовано пространство. Два или более газоходов 30 могут проходить через широкое сквозное отверстие. Соответственно, широкое сквозное отверстие может быть выполнено таким образом, чтобы два газохода 30, наиболее удаленных друг от друга в окружном направлении, служили периферической границей широкого сквозного отверстия, и одно отверстие окружало все пространство между ними.

Для определения радиальной границы пространства, определенного двумя газоходами 30, наиболее удаленными друг от друга в окружном направлении, может быть дополнительно предусмотрен трубопровод, соединяющий по окружности радиально внутренние удаленные концы проходящих через широкое сквозное отверстие газоходов 30, и трубопровод, соединяющий по окружности радиально наружные удаленные концы газоходов 30. Таким образом, одно широкое сквозное отверстие может быть выполнено таким образом, чтобы окружать два трубопровода и пространство, определенное двумя наиболее удаленными друг от друга в окружном направлении газоходами 30.

Все широкие сквозные отверстия могут быть выполнены таким образом, чтобы через них совместно проходило одинаковое количество соседних газоходов 30, или это могут быть сквозные отверстия разного типа, таким образом, чтобы через них проходило совместно разное количество соседних газоходов 30.

Сквозные отверстия 52 главной диафрагмы 50 в соответствии с первым вариантом осуществления, показанные на фиг. 6, представляют собой широкие сквозные отверстия, через которые совместно проходят два газохода 30. В связи с этим, газоходы 30 в соответствии с первым вариантом осуществления могут проходить в радиальном направлении относительно центра главной диафрагмы 50, и их количество может быть кратно двум.

На фиг. 4 и 5 можно видеть, что диаметр главной диафрагмы 50 может быть равен диаметру внутренней периферийной поверхности внешнего корпуса 20. Соответственно, наружная периферийная поверхность главной диафрагмы 50 может быть плотно соединена с внутренней периферийной поверхностью внешнего корпуса 20. В отличие от конструкции, в которой наружная периферийная поверхность главной диафрагмы расположена на некотором расстоянии от внутренней периферийной поверхности корпуса 20 таким образом, чтобы теплофикационная вода могла перемещаться вдоль разделяющего пространства в опорном направлении D, в соответствии с настоящим изобретением теплофикационная вода не может перемещаться через пространство между внутренней периферийной поверхностью внешнего корпуса 20 и наружной периферийной поверхностью главной диафрагмы 50. Соответственно, теплофикационная вода может проходить через главную диафрагму 50 в опорном направлении D только через центральные сквозные отверстия 53 или пространство между газоходами 30 и окружающими их сквозными отверстиями 52.

Модифицированные варианты главной диафрагмы

На фиг. 7 представлен вид в плане первого модифицированного варианта главной диафрагмы по фиг. 6.

Каждое из сквозных отверстий 82, выполненных в пластине 81 главной диафрагмы 80 по фиг. 7, является одним из первого широкого сквозного отверстия 821 и второго широкого сквозного отверстия 822. Первое широкое сквозное отверстие 821 является широким сквозным отверстием, через которое совместно проходят два соседних газохода 30, а второе широкое сквозное отверстие 822 является широким сквозным отверстием, через которое совместно проходят три соседних газохода 30. Таким образом, множество газоходов 30 в соответствии с этим модифицированным вариантом, может быть кратно пяти.

Первое широкое сквозное отверстие 821 и второе широкое сквозное отверстие 822 могут быть расположены поочередно по окружности главной диафрагмы 80. Это позволяет предотвратить неравномерность потока теплофикационной воды (которая склонна образовываться) вследствие размещения широких сквозных отверстий одного типа в одной зоне.

На фиг. 8 представлен вид в плане, иллюстрирующий второй модифицированный вариант главной диафрагмы по фиг. 6.

Каждое из сквозных отверстий 92, выполненных в пластине 91 главной диафрагмы 90 по фиг. 8, является широким сквозным отверстием, через которое совместно проходят четыре соседних газохода 30. В связи с этим, газоходы 30 в соответствии с третьим вариантом осуществления, могут быть радиально расположены относительно центра главной диафрагмы 90, и их количество может быть кратно четырем.

Центральное сквозное отверстие 53, 73, 83 или 93 может быть выполнено в центре главной диафрагмы 50, 70, 80 или 90 таким образом, чтобы оно проходило через главную диафрагму 50, 70, 80 или 90 и в радиальном направлении главной диафрагмы 50, 70, 80 или 90. По меньшей мере некоторые из множества газоходов 30 проходят через центральное сквозное отверстие 53, 73, 83 или 93. Может иметься множество центральных сквозных отверстий 53, 73, 83 или 93, и они могут быть расположены на некотором расстоянии друг от друга в направлении, перпендикулярном одному радиальному направлению, являющемуся направлением прохождения сквозных отверстий 53, 73, 83 или 93. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, в качестве примера, представлены всего три центральных сквозных отверстия 53, 73, 83 или 93. Однако количество и направление размещения центральных сквозных отверстий не ограничено этим вариантом. Кроме того, как и сквозные отверстия 52, 72, 82 или 92, некоторые из центральных отверстий 53, 73, 83 или 93 могут также образовывать широкие сквозные отверстия.

Первая диафрагма 40 и вторая диафрагма 60

Кожухотрубный теплообменник 1 в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения может дополнительно содержать первую диафрагму 40 и вторую диафрагму 60. Первая диафрагма 40 и вторая диафрагма 60 будут описаны ниже со ссылками на фиг. 4, 5 и 9. На фиг.9 представлен вид в плане первой диафрагмы, используемой в кожухотрубном теплообменнике по фиг. 4.

На фиг. 9 представлена первая диафрагма 40. Первая диафрагма 40 расположена между главной диафрагмой 50 и нижней трубной пластиной 24 поперек опорного направления D, а вторая диафрагма 60 расположена между главной диафрагмой 50 и верхней трубной пластиной 10 поперек опорного направления D. Первая диафрагма 40 и вторая диафрагма 60 могут иметь ту же форму, что и в соответствии с первым вариантом осуществления, но могут так же иметь и другие формы. Первая диафрагма 40 и вторая диафрагма 60 имеют ту же форму, что и в соответствии с первым вариантом осуществления. Следовательно, описание первой диафрагмы 40 может быть применено и ко второй диафрагме 60.

Первая диафрагма 40 выполнена в виде круглой пластины, как и главная диафрагма 50. Кроме того, в пластине 41 первой диафрагмы имеется множество сквозных отверстий 42, через которые проходят газоходы 30. Однако сквозные отверстия 42 в первой диафрагме 40 имеют форму, в которой предварительно заданная зона не является открытой, чтобы обеспечить совместное прохождение множества газоходов 30, и сквозные отверстия 42, количество которых равно количеству газоходов 30, расположены в местах, через которые проходят газоходы 30 так, что каждый из газоходов 30 проходит отдельно.

В центре первой диафрагмы 40 имеется центральное отверстие 43. Центральное отверстие 43 может быть выполнено для обеспечения проточного канала, через который проходит теплофикационная вода, и теплофикационная вода может проходить через первую диафрагму 40 через центральное отверстие 43 в опорном направлении D. Центральное отверстие может быть круглым, как показано на чертеже, но форма отверстия не ограничена только данным случаем.

Функционирование широких сквозных отверстий главной диафрагмы 50

Ниже один из случаев, в котором главная диафрагма 50 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения установлена в кожухотрубный теплообменник 1, будет описан со ссылками на фиг. 10.

На фиг. 10 представлен вид, иллюстрирующий прохождение потока теплофикационной воды в кожухотрубном теплообменнике по фиг. 4. Помимо главной диафрагмы 50, кожухотрубный теплообменник 1 по фиг. 10 дополнительно содержит первую диафрагму 40, расположенную между главной диафрагмой 50 и нижней трубной пластиной 24, и вторую диафрагму 60, расположенную между главной диафрагмой 50 и верхней трубной пластиной 10.

В конструкции по фиг. 1 и 2 и со ссылками на фиг. 3 за счет формы сквозных отверстий 202 диафрагмы 200 теплофикационная вода перемещается по извилистому пути в опорном направлении в кожухотрубном теплообменнике 100. Для прохождения через расположенную под этой диафрагмой другую диафрагму теплофикационная вода перемещается в опорном направлении от радиально внутренней части диафрагмы. Теплофикационная вода S1, проходящая через отверстие, выполненное в центре другой диафрагмы, перемещается в радиально наружную часть диафрагмы и проходит через пространство между диафрагмой 200 и внутренней периферийной поверхностью кожухотрубного теплообменника 100 в опорном направлении. Теплофикационная вода S2, проходящая через диафрагму 200, снова перемещается в радиально внутреннюю часть диафрагмы 200, и в опорном направлении проходит через отверстие в центре другой диафрагмы, расположенной над диафрагмой 200. Теплофикационная вода S3, проходящая через последнюю диафрагму, выводится после осуществления теплообмена с верхней трубной пластиной. На фиг.3 можно видеть, что за счет этого на боковой обращенной в опорном направлении поверхности диафрагмы 200 образуется застойная зона С.

Однако если посмотреть на фиг. 10, можно видеть, что путь прохождения теплофикационной воды в опорном направлении D в полом пространстве 26 отличается от представленного на фиг. 2. Как на фиг. 3, так и на фиг. 10, чем светлее зона, тем ниже скорость потока теплофикационной воды в этой зоне. Теплофикационная вода протекает в полое пространство 26 через входной патрубок 21 и сталкивается с первой диафрагмой 40. Для прохождения через первую диафрагму 40 теплофикационная вода перемещается к радиально внутренней части первой диафрагмы 40. Теплофикационная вода S4, проходящая через центральное отверстие 43 первой диафрагмы, проходит через главную диафрагму 50 в опорном направлении D через широкие сквозные отверстия главной диафрагмы 50. На этот раз, поскольку через широкие сквозные отверстия проходит множество соседних газоходов 30, то пространства, через которые теплофикационная вода проходит через широкие сквозные отверстия первой диафрагмы 40, являются полыми пространствами 521 между наружными периферийными поверхностями газоходов 30 и внутренними периферийными поверхностями широких сквозных отверстий. Широкие сквозные отверстия расположены с предварительно заданными интервалами в окружном направлении, но не являются наиболее удаленными в радиальном направлении главной диафрагмы 50. Кроме того, наружная поверхность главной диафрагмы 50 плотно соединена с внутренней периферийной поверхностью внешнего корпуса 20. Таким образом, для прохождения через главную диафрагму 50 теплофикационная вода перемещается только в те области, где расположены широкие сквозные отверстия, и не перемещается в наиболее удаленную в радиальном направлении часть главной диафрагмы 50.

Затем теплофикационная вода S5, проходящая через главную диафрагму 50, проходит через центральное отверстие 63 второй диафрагмы 60 и входит в пространство 23 для прохождения потока для осуществления теплообмена с верхней трубной пластиной 10. Теплофикационная вода S6, проходящая через центральное отверстие 63 второй диафрагмы, проходит через пространство 23 для прохождения потока и выпускается через выходной патрубок 22, расположенный на противоположной стороне внешнего корпуса 20.

Сквозные отверстия 52 главной диафрагмы 50 имеют одинаковую форму и расположены равномерно по всей главной диафрагме 50, как описано выше. Таким образом, как можно видеть на фиг. 10, застойная зона С по фиг. 3 исчезает, и обеспечивается абсолютно равномерный поток. Как на фиг. 3, так и на фиг. 10, чем светлее зона на чертеже, тем ниже скорость потока в этой зоне. Однако, поскольку сквозные отверстия 52 главной диафрагмы 50 не открыты без ограничения над очень широкой зоной, ситуации, при которой теплофикационная вода очень быстро проходит через полое пространство 26, снижая тепловую эффективность, не происходит.

Кроме того, широкие сквозные отверстия главной диафрагмы 50 окружают газоходы 30, и полое пространство 521 между газоходами 30 обеспечивает протекание теплофикационной воды. Следовательно, теплофикационная вода при прохождении через главную диафрагму 50 обтекает газоходы. Таким образом, теплообмен между теплофикационной водой и газоходами 30 осуществляется более эффективно, и, следовательно, все зоны передачи тепла газоходов 30 могут использоваться без потери давления.

Прохождение потока в том случае, когда наружная периферийная поверхность главной диафрагмы 50 плотно соединена с внутренней периферийной поверхностью внешнего корпуса 20, было проиллюстрировано и описано в соответствии с первым вариантом осуществления. Однако в другом модифицированном варианте наружная периферийная поверхность главной диафрагмы 50 может не соединяться с внутренней периферийной поверхностью внешнего корпуса 20. Даже в этом модифицированном варианте за счет формирования прохождения потока через широкие сквозные отверстия зоны теплопередачи газоходов 30 могут использоваться полностью, повышая тепловую эффективность кожухотрубного теплообменника.

На фиг. 11 представлен вид, иллюстрирующий распределение температуры теплофикационной воды в кожухотрубном теплообменнике 100 по фиг. 1.

На фиг. 11, чем светлее зона, тем ниже температура теплофикационной воды в соответствующей зоне. Поток теплофикационной воды по фиг.11 аналогичен представленному на фиг. 3. На фиг. 11 можно видеть, что в кожухотрубном теплообменнике 100 по фиг. 1 образована застойная зона С.Можно видеть, что, поскольку поток застаивается выше диафрагмы 200, теплофикационная вода излишне нагревается, создавая высокую температуру вокруг газоходов 30, расположенных выше диафрагмы 200.

Напротив, на фиг. 12, представляющей распределение температуры теплофикационной воды в кожухотрубном теплообменнике 1 по фиг. 1, можно видеть, что в кожухотрубном теплообменнике 1 в соответствии с первым вариантом осуществления застойной зоны С, представленной на фиг. 11, нет. Как и на фиг. 11, на фиг. 12, чем светлее зона, тем ниже температура теплофикационной воды в соответствующей зоне. Поток теплофикационной воды по фиг. 12 аналогичен представленному на фиг. 10. На чертеже можно видеть, что поток проходит через главную диафрагму 50 в зоне, прилегающей к газоходам 30, и теплофикационная вода течет без излишнего нагрева при остановке.

Кроме того, в соответствии с экспериментальным примером, выпускаемая теплофикационная вода по фиг. 11 имеет температуру 79,4°С, а выпускаемая теплофикационная вода по фиг. 12 имеет температуру 80,3°С. Следовательно, благодаря использованию кожухотрубного теплообменника 1 в соответствии с первым вариантом осуществления, застойная зона С потока уменьшается, и теплофикационная вода в кожухотрубном теплообменнике 1 течет равномерно. Кожухотрубный теплообменник 1 в соответствии с первым вариантом осуществления обеспечивает эффект повышения температуры выпущенной теплофикационной воды за счет равномерного потока теплофикационной воды, обеспеченного изменением формы главной диафрагмы 50.

Второй вариант осуществления

На фиг. 13 представлен вид в плане главной диафрагмы кожухотрубного теплообменника в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Для поддержки радиально внутреннего или радиально наружного удаленного конца по меньшей мере одного из газоходов, проходящих через широкое сквозное отверстие, это отверстие главной диафрагмы 70 может быть выполнено таким образом, чтобы окружать периферию внутреннего или наружного удаленного конца независимо от других газоходов 30. Хотя на фиг. 13 представлен пример, в котором ограничители 722 выполнены таким образом, чтобы окружать периферии наружных удаленных концов газоходов 30, причем эти ограничители могут быть применены также и к внутренним удаленным концам.

Широкие сквозные отверстия по фиг.6-8 имеют такие формы, что ограничители или канавки не позволяют главным диафрагмам 50, 80 и 90 поддерживать газоходы 30. Однако, когда сквозные отверстия 52, 82 и 92 являются широкими сквозными отверстиями, которые были описаны в модифицированных примерах первого варианта осуществления по фиг. 6-8, окружающими радиально удаленные концы некоторых проходящих через широкие сквозные отверстия газоходов 30, как в соответствии с этим вариантом осуществления, газоходы 30 могут опираться на ограничители широких сквозных отверстий, окружающих удаленные концы, а кроме того газоходы 30 могут поддерживать и главные диафрагмы 50, 80 и 90, предотвращая их вращение.

Несмотря на то, что все элементы в соответствии с упомянутыми вариантами осуществления описаны как соединенные в одном корпусе или действующие в соединенном состоянии, настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления. Таким образом, все элементы могут работать в одном или более из выбранных сочетаний без отклонения от сущности настоящего изобретения. Также должно быть ясно, что термины «включает», «содержит» или «имеет» в этой работе являются терминами «открытого типа», т.е. соответствующие элементы существуют и, если не указано иное, не исключают, но могут включать дополнительные элементы. Если не указано иное, все используемые здесь термины, включая технические и научные, имеют значение, в общем, понятное специалистам в данной области техники. Термины, описанные в обычно используемых словарях, следует понимать в контекстуальном значении для данной области техники, и не следует понимать в идеальном или слишком формальном значении, если прямо не указано, что они имеют такое значение в настоящей заявке.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылками на предпочтительные варианты его осуществления и прилагаемые чертежи, оно не ограничено ими и может подвергаться различным модификациям и изменениям без отклонений от сущности изобретения, ограниченной прилагаемой формулой изобретения. Таким образом, предпочтительные варианты осуществления приведены для объяснения сущности изобретения, но не ограничивают ее, так что сущность и объем настоящего изобретения не ограничены вариантами его осуществления. Объем настоящего изобретения следует понимать на основе прилагаемой формулы изобретения, и все технические идеи в пределах объема изобретения, эквивалентного формуле изобретения, должны быть включены в объем настоящего изобретения.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в кожухотрубных теплообменниках. В теплообменнике, содержащем: внешний корпус, размещенную в нем по меньшей мере одну диафрагму, через сквозные отверстия которой проходят множество газоходов для направления газа сгорания, причем по меньшей мере некоторые из этих сквозных отверстий представляют собой широкое сквозное отверстие (одно отверстие), через которое могут совместно проходить два или более газоходов, а диафрагмы: главная диафрагма, первая диафрагма и вторая диафрагма плотно соединены с внутренней периферийной поверхностью внешнего корпуса таким образом, чтобы теплофикационная вода не могла протекать между наружными периферийными поверхностями главной диафрагмы, первой диафрагмы и второй диафрагмы и внутренней периферийной поверхностью внешнего корпуса, и тем самым обеспечивая протекание теплофикационной воды по пути, проходящему через центральное отверстие первой диафрагмы, широкие сквозные отверстия главной диафрагмы мимо газоходов, окруженных указанными широкими сквозными отверстиями, и центральное отверстие второй диафрагмы. Технический результат – исключение застойных зон протекания теплофикационной воды. 10 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Кожухотрубный теплообменник, содержащий:

внешний корпус цилиндрической формы, на противоположных концах которого выполнены отверстия, с которыми соединено полое пространство, причем на стороне одного конца внешнего корпуса расположен входной патрубок, через который теплофикационная вода может поступать в полое пространство, а на стороне противоположного конца внешнего корпуса расположен выходной патрубок, через который теплофикационная вода может выходить из полого пространства;

нижнюю трубную пластину, выполненную с возможностью закрывания отверстия на стороне одного конца внешнего корпуса;

верхний трубный цилиндр цилиндрической формы, выполненный с возможностью закрывания отверстия на стороне противоположного конца внешнего корпуса и обеспечения внутреннего пространства, в котором расположен источник тепла, выполненный с возможностью нагрева теплофикационной воды;

множество газоходов, выполненных с возможностью направления газа сгорания, образованного источником тепла, от верхнего трубного цилиндра к наружной стороне нижней трубной пластины;

главную диафрагму, имеющую форму круглой пластины и расположенную между нижней трубной пластиной и верхним трубным цилиндром в направлении, поперечном опорному направлению, представляющему собой направление от стороны одного конца внешнего корпуса к стороне ее противоположного конца, причем в главной диафрагме выполнено множество сквозных отверстий, через которые проходят газоходы;

первую диафрагму, расположенную между нижней трубной пластиной и главной диафрагмой в направлении, поперечном опорному направлению, причем первая диафрагма содержит множество сквозных отверстий, через которые проходят по отдельности газоходы, и содержит в центре центральное отверстие, проходящее через первую диафрагму для обеспечения пути потока, через который может проходить теплофикационная вода;

вторую диафрагму, расположенную между главной диафрагмой и верхним трубным цилиндром в направлении, поперечном опорному направлению, причем вторая диафрагма содержит множество сквозных отверстий, через которые проходят по отдельности газоходы, и содержит в центре центральное отверстие, проходящее через вторую диафрагму для обеспечения пути потока, через который может проходить теплофикационная вода

причем по меньшей мере некоторые из сквозных отверстий представляют собой широкие сквозные отверстия, каждое из которых является одним отверстием, через которое проходят совместно два или более газоходов, а

главная диафрагма, первая диафрагма и вторая диафрагма плотно соединены с внутренней периферийной поверхностью внешнего корпуса таким образом, чтобы теплофикационная вода не могла протекать между наружными периферийными поверхностями главной диафрагмы, первой диафрагмы и второй диафрагмы и внутренней периферийной поверхностью внешнего корпуса, и тем самым обеспечивая протекание теплофикационной воды по пути, проходящему через центральное отверстие первой диафрагмы, широкие сквозные отверстия главной диафрагмы мимо газоходов, окруженных указанными широкими сквозными отверстиями, и центральное отверстие второй диафрагмы.

2. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, в котором главная диафрагма обеспечивает прохождение через нее в опорном направлении поступившей в полое пространство внешнего корпуса теплофикационной воды через полое пространство между двумя соседними газоходами из газоходов, проходящих через широкое сквозное отверстие.

3. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, в котором широкое сквозное отверстие выполнено в виде одного отверстия, выполненного с возможностью окружения двух наиболее удаленных друг от друга в окружном направлении газоходов из газоходов, проходящих через широкое сквозное отверстие, и пространства, образованного между этими двумя газоходами.

4. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, в котором широкое сквозное отверстие выполнено в виде одного отверстия, выполненного с возможностью окружения пространства, образованного двумя наиболее удаленными друг от друга в окружном направлении газоходами из газоходов, проходящих через широкое сквозное отверстие, трубопровода, соединяющего по окружности радиально внутренние удаленные концы газоходов, проходящих через широкое сквозное отверстие, и трубопровода, соединяющего по окружности радиально наружные удаленные концы газоходов, проходящих через широкое сквозное отверстие.

5. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, в котором широкое сквозное отверстие окружает периферию удаленного конца независимо от других газоходов для поддержания радиально внутреннего или радиально наружного удаленного конца по меньшей мере одного из газоходов, проходящих через широкое сквозное отверстие.

6. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, в котором газоходы расположены радиально относительно центра главной диафрагмы и их количество кратно двум, причем

каждое из сквозных отверстий является широким сквозным отверстием, через которое проходят совместно два соседних газохода.

7. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, в котором газоходы расположены радиально относительно центра главной диафрагмы и их количество кратно четырем, причем

каждое из сквозных отверстий является широким сквозным отверстием, через которое проходят совместно четыре соседних газохода.

8. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, в котором газоходы расположены радиально относительно центра главной диафрагмы и их количество кратно пяти, причем

каждое из сквозных отверстий является одним из первого широкого сквозного отверстия, через которое проходят совместно два соседних газохода, и второго широкого отверстия, через которое проходят совместно три соседних газохода, причем

первое и второе широкие сквозные отверстия расположены, чередуясь в окружном направлении.

9. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, в котором каждое из сквозных отверстий является широким сквозным отверстием, через которое совместно проходит одинаковое количество соседних газоходов.

10. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, в котором множество центральных сквозных отверстий выполнены в центре главной диафрагмы таким образом, чтобы они проходили через главную диафрагму и в любом из радиальных направлений главной диафрагмы,

причем центральные сквозные отверстия расположены на расстоянии друг от друга в направлении, перпендикулярном радиальному направлению, и

причем множество газоходов включает в себя некоторые газоходы, проходящие через каждое из центральных сквозных отверстий.

11. Кожухотрубный теплообменник по п. 1, в котором верхний трубный цилиндр создает между наружной периферийной поверхностью верхнего трубного цилиндра и внутренней периферийной поверхностью внешнего корпуса пространство для прохождения потока теплофикационной воды, и

причем с этим пространством для прохождения потока соединен выходной патрубок внешнего корпуса.