Теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D15/00 

J-,

//

NJ Ю

00 О

Јь

Изобретение относится к теплообмен- ному оборудованию, использующему промежуточные теплоносители, в частности к теплообменникам на основе тепловых труб, и может быть использовано для более ши- рокой утилизации теплоты, для охлаждения и нагрева взаимодействующих теплооб- менивающихся сред. Преимущественно может быть использовано в системе маслос- набжения газоперекачивающих агрегатов.

Известен теплообменник, в котором передача теплоты осуществляется посредством бесфитильных тепловых труб, каждая из которых выполнена в виде циркуляционного контура, в котором зоны испарения и конденсации расположены внутри соответствующих каналов, а зона транспорта расположена вне этих каналов и разделена на две автономные ветви.

Недостатком его является невозмож- ность быстрого перевода теплообменника с режима охлаждения на режим нагрева без предварительной очистки каналов и переключения подводимых к ним сред.

Наиболее близким к предлагаемому яв- ляется теплообменник,-содержащий две камеры с теплообменивающимися средами, расположенные на некотором расстоянии друг от друга и связанные друг с другом тепловыми трубами, и промежуточную ка- меру для протока очищающей среды.

Недостатками прототипа являются относительно невысокая надежность при использовании в качестве теплообменива- ющихся реагирующих между собой сред и ограниченные функциональные возможности.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей,

Указанная цель достигается тем, что соединение камер выполнено посредством сдвоенных соосных цилиндрических тепловых труб (ТТ) разного диаметра, причем кон- денсационные зоны тепловых труб меньшего диаметра установлены со стороны торцовых поверхностей внутри ТТ большего диаметра, а промежуточная камера снабжена патрубками подвода и отвода охлаждающей среды.

По сравнению с известными предложенный теплообменник проявляет новые технические свойства, заключающиеся в повышении надежности и расширении функциональных возможностей, т.е. в возмож- ности использования теплообменника как в качестве подогревателя, так и в качестве охладителя.

Использование сдвоенных соосных цилиндрических ТТ позволяет повысить надежность, так как в режиме подогрева масла коррозионно-активными выпускными газами двигателя теплопередача осуществляется через три теплообменных поверхности, а не через две, как в прототипе. Кроме того, возможность использования двух различных промежуточных теплоносителей внут- ритрубного пространства ТТ обеспечит значительное снижение уровня давления в ТТ. Так, например, одиночная ТТ, заправленная водяным теплоносителем при температуре насыщения, равной 300°С, будет иметь давление паров внутри корпуса 8,59 МПа, а при заправке даутермом давление внутри ТТ при той же температуре будет равно 0,233 МПа.

Наличие патрубков в промежуточной камере позволяет повысить надежность за счет более эффективного удаления протечек выпускных газов в случае разгерметизации ТТ меньшего диаметра или трубной решетки, в которой они закреплены. Это позволит не допустить перегрев другой трубной решетки и возникновение в ней повышенных термических напряжений и деформаций, а также устранит возможность пригорания и окисления масла (теплообменивающейся среды), прокачиваемой через камеру с ТТ большего диаметра.

Расширение функциональных возможностей теплообменника достигается за счет снабжения патрубками подвода и отвода охлаждающей среды промежуточной камеры, что позволяет использовать теплообменник как в качестве охладителя теплообменивающейся среды, прокачиваемой через камеру с ТТ большего диаметра, так и в качестве подогревателя этой среды. Использование же сдвоенных соосных ТТ позволяет существенно расширить температурный диапазон использования предлагаемого теплообменника за счет использования различных теплоносителей внутритрубного пространства ТТ.

На чертеже схематично изображен предлагаемый теплообменник.

Теплообменник содержит камеры 1 и 2 теплообменивающихся сред, промежуточную камеру 3 и пучок сдвоенных соосных ТТ 4 меньшего и 5 большего диаметра. Камеры снабжены патрубками б, 7,8 подвода и 9,10, 11 отвода теплообменивающихся сред.

Тепловые трубы 4 меньшего диаметра крепятся в трубной решетке 12, их испарительные участки находятся в камере 1 нагревающей среды. Конденсационные участки находятся внутри ТТ 5 и установлены там со стороны торцовых поверхностей, ТТ 5 крепятся в трубной решетке 13. разделяющей камеры 2 и 3.

Теплообменник работает следующим образом.

В режиме охлаждения теплообме(ива- ющейся среды, проходящей через камеру 2, теплообменник устанавливается горизон- тально или под углом к горизонту таким образом, чтобы камера 3 была выше камеры 2. При этом внутренний теплоноситель тепловых труб 5 под воздействием сил тяжести или капиллярного напора после конденса- ции на внутренней поверхности конденсационных участков ТТ 5, расположенных.в промежуточной камере 3, будет возвращаться в испарительные участки этих ТТ. На внутренней поверхности испарительных участков ТТ 5 происходит процесс парообразования внутреннего теплоносителя.

Горячая теплообменивающаяся среда поступает в камеру 2 через патрубок 8, омывает испарительные участки ТТ 5 и от- водится через патрубок 11. Теплота горячей среды передается через ТТ 5 охлаждающей среде, поступающей в промежуточную камеру 3 через патрубок 7 и отводящейся через патрубок 10.

В режиме подогрева теплообменник остается в горизонтальном положении или устанавливается таким образом, чтобы камера 2 была выше камеры 1. Угол наклона незначительный - 5-10°. Греющая среда, например выпускные газы газотурбинного двигателя, поступает в камеру 1 через патрубок б.омывает испарительные участки ТТ 4 и отводится через патрубок 9. Внутренний теплоноситель ТТ 4 переходит в паровую фазу и затем конденсируется в зоне конденсации труб 4, которые расположены внутри ТТ 5. При этом теплота парообразования передается внутреннему теплоносителю ТТ 5, который, испаряясь, перемещается в кон- денсационную зону ТТ 5, где отдает теплоту подогреваемой среде, которая подводится в камеру 2 через патрубок 8.

Предлагаемый теплообменник позволяет осуществить существенную экономию металла, идущего на его изготовление, так как одна и та же камера 2 используется как для охлаждения, так и для подогрева тепло- обменивающейся среды, проходящей через нее.

Использование предлагаемого теплообменника в качестве охладителя-подогревателя масла газоперекачивающегося агрегата позволит повысить экономичность системы маслоснабжения за счет устранения дополнительных затрат энергии на электрообогрев аппаратов воздушного охлаждения масла. Эти затраты являются значительными, так как один из.газоперекачивающих агрегатов компрессорного цеха постоянно находится в горячем резерве, а аппараты воздушного охлаждения масла находятся вне помещения цеха. Так, например, мощность калорифера и электроподогревателей группы маслоохладителей зимнего исполнения составляет 266,6 кВт.

Кроме того, предлагаемый теплообме- ник позволяет обеспечить плавное регулирование температуры масла, так как при незначительном изменении ориентации относительно горизонта (в пределах 5°) может изменить теплопередачу практически от 0 до 100%. Это свойство позволяет упростить вентиляторную установку и уменьшить число вентиляторов,

Значительное повышение надежности в режиме подогрева позволяет использовать предложенную конструкцию для подогрева вязкого топлива в судовых дизельных энергетических установках, а также для подогрева груза на танкерах.

Формула изобретения

Теплообменник, преимущественно подогреватель-охладитель масла двигателя, содержащий промежуточную камеру и две камеры степлообменивающимися средами, расположенные на некотором расстоянии друг от друга и связанные друг с другом тепловыми трубами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, соединение камер выполнено посредством сдвоенных соосных цилиндрических тепловых труб разного диаметра, причем конденсационные зоны тепловых труб меньшего диаметра установлены со стороны торцовых поверхностей внутри тепловых труб большего диаметра, а промежуточная камера дополнительно снабжена патрубками подвода и отвода охлаждающей среды.

Использование: в теплообменном оборудовании, использующем промежуточные теплоносители, в частности в теплообменниках на основе тепловых труб. Сущность изобретения: теплообменник содержит три камеры 1,2,3 теплообменивающихся сред, связанные друг с другом посредством тепловых труб 4, 5. Тепловые трубы, соединяющие камеры 1,2, выполнены сдвоенными соосными. Одна из них (4) расположена частично во внутренней полости другой тепловой трубы (5) большего диаметра. Промежуточная камера 3 снабжена патрубками 7, 10 для подвода и отвода охлаждаю- щей среды, что позволяет использовать теплообменник как охладитель. 1 ил.