Мультитеплотрубный пластинчатый теплообменник Российский патент 2023 года по МПК F28D15/00 F28D15/02 F28D15/04 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для проведения процессов теплообмена, в частности, для утилизации низкопотенциальной тепловой энергии.

Известна мультифитильная теплообменная перегородка, содержащая корпус, внутри которого расположены зоны испарения, транспорта (фитиля), конденсации, борта корпуса покрыты изнутри фитилем, составляющим зону транспорта, в свою очередь, покрытым кожухом с треугольными прорезями, выполненными на его верхней и нижней кромках и прикрепленным к крышке и днищу корпуса, покрытых изнутри решеткой, выполненной из полос капиллярного материала, образующей ячейки, составляющей зоны транспорта и конденсации, причем в полости корпуса вышеупомянутые решетки крышки и днища соединены между собой вертикальными фитилями, также входящими в зону транспорта, покрытыми цилиндрическим кожухами с треугольными прорезями, выполненными на их верхних и нижних торцах и прикрепленными к крышке и днищу корпуса фитилей [Патент РФ №24, МПК 7 F28D 15/02, 2012].

Основным недостатком известной мультифитильной теплообменной перегородки является ее сложная конструкция, что снижает возможность ее широкого использования в теплообменных устройствах и эффективность.

Более близким к предлагаемому изобретению является кожухомультитеплотрубный теплообменник, содержащем корпус, внутри которого расположены камеры охлаждения и нагрева, снабженные патрубками входа и выхода горячего и холодного теплоносителей соответственно, отделенные друг от друга перегородкой, через отверстия в которой пропущены тепловые трубы, размещенные в шахматном порядке, каждая из которых снабжена подъемными фитилями, проходящими через их центры, соприкасаясь с их торцами и не касаясь поверхности внутренних боковых стенок, соединенных в торцах с решеткой, выполненной из полос капиллярного материала, образующих ячейки, которая покрывает внутренние боковую и торцевую поверхности тепловых труб, причем каждая из них делится снаружи перегородкой на зону испарения, находящуюся в камере охлаждения, и зону конденсации, находящуюся в камере нагрева [Патент РФ №2465530, МПК 7 F28D 15/00, 2012].

Основным недостатками известного кожухомультитеплотрубного теплообменника являются невозможность его использования для утилизации тепла при больших расходах теплоносителей и неравномерность распределения рабочей жидкости по внутренней поверхности тепловых трубок, обусловленная конструкцией подъемного фитиля, что снижает его эффективность и надежность.

Техническим результатом предлагаемого мультитеплотрубного пластинчатого теплообменника является повышение эффективности и надежности.

Устройство предлагаемого мультитеплотрубного пластинчатого теплообменника (МТПТО) приведено на фиг. 1-5 (фиг. 1, 3 - разрезы, фиг. 4, 5 - тепловая трубка МТПТО и ее разрез).

МТПТО состоит из корпуса 1, разделенного внутри N вертикальными параллельными перегородками 2 на каналы горячего и холодного теплоносителей 3 и 4, верхние и нижние торцы которого покрыты пирамидальными крышками 5, 6, 7, 8, соответственно, снабженными входными и выходными патрубками теплоносителей 9, 10, 11, 12, соответственно, причем в каждой перегородке 2 устроены n отверстий 13, расположенных в шахматном порядке относительно друг друга, через которые пропущены и прикреплены к перегородкам 2 n тепловых трубок 14, выполненных из материала с высокой теплопроводностью, таким образом, чтобы половина корпуса каждой трубки 14 располагалась в канале горячего теплоносителя 3, а другая ее половина корпуса в канале холодного теплоносителя 4, не касаясь противоположных стенок каналов, при этом внутренние поверхности корпуса тепловых трубок 14 покрыты решеткой 15, выполненной из капиллярного материала, образующей ячейки 16, решетки 15 крышки, днища и цилиндрической части каждой тепловой трубы 14 соединены между собой вертикальными крестообразными фитилями 17 покрытыми крестообразными кожухами 18 с треугольными прорезями 19, выполненными на их верхних, нижних и боковых торцах и прикрепленными к торцами цилиндрической части тепловой трубы 14, причем внутренняя поверхность ее корпуса, покрытые решеткой 15, выполненной из полос капиллярного материала, образующих ячейки 16, составляют зоны испарения и конденсации 20 и 21, соответственно, а крестообразные фитили 17 образуют зону транспорта 22.

Количество перегородок 2 N определяется в зависимости от заданной производительности МТПТО, количество тепловых трубок 14 n находят также от заданной производительности МТПТО, а также от их оптимального размера и расстояния между ними на перегородке 2 (находятся опытно-расчетным путем)

Предлагаемый МТПТО работает следующим образом.

Предварительно, перед началом работы из полости каждой трубки 14 удаляют воздух и в фитили 17 и полосы капиллярного материала решеток 15 закачивают рабочую жидкость, которую выбирают в зависимости от температурного потенциала холодной и горячей сред до их полного насыщения (штуцера для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг. 1-5 не показаны), в количестве достаточном для заполнения объема их пор и образования пара в паровом пространстве полости трубки 14, после чего МТПТО соединяют с горячей и холодной средой (жидкостью или газом). При прохождении горячего теплоносителя в каналах 3 происходит нагрев половин тепловых трубок 14, находящихся в этих каналах и испарение рабочей жидкости в ячейках 16, находящейся в фитилях 17 и капиллярном материале решетки 15, которые транспортирует рабочую жидкость в зону испарения 20 (внутренняя поверхность трубки 14, находящаяся в ячейках 16), в результате чего образуется пар. При этом покрытие решеткой 15, выполненной из полос капиллярного материала и образующей ячейки 16 на внутренней поверхности горячей части трубки 14 предотвращает образование паровой пленки на ней и таким образом, интенсифицирует процесс испарения. Образовавшийся пар заполняет паровое пространство полости трубки 14 и конденсируется в зоне конденсации 21 трубки 14, расположенной в каналах холодного теплоносителя 4, а именно, в ячейках 16 внутренней поверхности трубки 14, покрытой решеткой 8, что уменьшает толщину пленки конденсата на ней и, таким образом, интенсифицирует процесс конденсации. Кроме того крестообразная конструкция вертикальных фитилей 17, покрытых крестообразными кожухами 18 с треугольными прорезями 19, выполненными на их верхних, нижних и боковых торцах и прикрепленных к внутренней поверхности тепловой трубы 14, обеспечивает равномерную подачу и отвод рабочей жидкости в зоны испарения и конденсации 20 и 21, что резко увеличивает тепловую эффективность тепловых трубок 14. Образовавшийся конденсат поглощается капиллярным материалом полос решетки 15, соединенной с фитилями 17 зоны транспорта 22 через треугольные прорези 19 на нижних, верхних и боковых кромках крестообразных кожухов 18 распределяется решеткой 15 по внутренней поверхности трубки 14, после чего цикл повторяется. При этом процесс теплообмена с горячей и холодной средами протекает со скоростью многократно превышающей скорость аналогичного процесса в обычных теплообменниках, обусловленной высокими значениями коэффициента теплопередачи в процессах испарения и конденсации. [А.Н. Плановский, П.И. Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1987, с. 146; В.В. Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, с. 106; Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. трудов. М.: - 1990, с. 22]. В тоже время, покрытие фитилей 17 кожухами, их крестообразная конструкция с треугольными прорезями 19 на их кромках, прикрепление их к внутренней поверхности трубок 14 придает их конструкции механическую прочность, обеспечивает непрерывное и равномерное поступление (или отвод) рабочей жидкости в решетки 15 (или из решеток 15), а возможность размещения неограниченного числа тепловых трубок 14 в полости корпуса 1 позволяет также неограниченно увеличивать площадь теплообмена МТПТО.

Таким образом, предлагаемый МТПТО значительно упрощает конструкцию и повышает эффективность и производительность теплообменного устройства за счет возможности многократного увеличения площади контакта с горячей и холодной средами без подвода дополнительной механической энергии путем размещения в полости корпуса множества вертикальных параллельных перегородок и отдельных тепловых трубок с крестообразными фитилями, что позволяет использовать ее в промышленных масштабах и обеспечивает высокую эффективность и надежность, в том числе и при утилизации низкопотенциальной энергии.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для проведения процессов теплообмена, в частности для утилизации низкопотенциальной тепловой энергии. Мультитеплотрубный пластинчатый теплообменник содержит корпус, разделенный внутри вертикальными параллельными перегородками на каналы горячего и холодного теплоносителей, верхние, нижние и боковые торцы которого покрыты пирамидальными крышками, снабженными входными и выходными патрубками теплоносителей, причем в каждой перегородке устроены N отверстий, расположенных в шахматном порядке относительно друг друга, через которые пропущены и прикреплены к этим перегородкам N тепловых трубок, выполненных из материала с высокой теплопроводностью, таким образом, чтобы половина корпуса каждой трубки располагалась в канале горячего теплоносителя, а другая ее половина корпуса в канале холодного теплоносителя, не касаясь противоположных стенок вышеупомянутых каналов, при этом внутренние поверхности корпуса тепловых трубок покрыты решеткой, выполненной из капиллярного материала, образующей ячейки, решетки крышки, днища и цилиндрической части каждой тепловой трубы соединены между собой вертикальными крестообразными фитилями, покрытыми крестообразными кожухами с треугольными прорезями, выполненными на их верхних, нижних и боковых торцах и прикрепленными к торцам и цилиндрической части тепловой трубы, причем внутренняя поверхность ее корпуса, покрытая решеткой, выполненной из полос капиллярного материала, образующих ячейки, составляют зоны испарения и конденсации, соответственно, а крестообразные фитили образуют зону транспорта. Технический результат - повышение эффективности и надежности теплообменника. 5 ил.

Мультитеплотрубный пластинчатый теплообменник, содержащий корпус, внутри которого расположены камеры охлаждения и нагрева, снабженные патрубками входа и выхода горячего и холодного теплоносителей, соответственно, отделенные друг от друга перегородкой, через отверстия в которой пропущены тепловые трубы, размещенные в шахматном порядке, каждая из которых снабжена вертикальными фитилями, покрытыми кожухами с треугольными прорезями, выполненными на их верхних и нижних торцах и прикрепленными к крышке и днищу корпуса, покрытых решеткой, выполненной из полос капиллярного материала, образующих ячейки, которая покрывает внутренние боковую и торцевую поверхности тепловых труб, причем каждая из них делится снаружи перегородкой на зону испарения, находящуюся в камере охлаждения, и зону конденсации, находящуюся в камере нагрева, отличающийся тем что тепловые трубы выполнены из материала с высокой теплопроводностью, вертикальные фитили выполнены крестообразными, покрытыми крестообразными кожухами, боковые торцы которых выполнены с треугольными прорезями и прикреплены к цилиндрической части тепловой трубы.