ТЕПЛООБМЕННИК Советский патент 1995 года по МПК F28D7/12 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в теплообменниках с промежуточным теплоно- сителем.

Известен теплообменник, содержащий корпус с теплообменными трубами типа Фильда, закрепленными в трубных досках, подключенными к раздающим и собирающим коллекторам и образующими два автономных контура циркуляции, причем трубы одного контура расположены между трубами другого контура.

В известном теплообменнике концы труб любого пучка свободно расположены между трубами другого пучка труб, что приводит к вибрациям трубной системы во время работы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является теплообменник, содержащий корпус с теплообменными трубами типа Фильда, закрепленными в трубных досках, подключенными к раздающим и собирающим коллекторам и образующими два автономных контура циркуляции, причем трубы одного контура расположены между трубами другого контура, в котором трубы одного контура снабжены дистанционирующими втулками, контактирующими своей внешней поверхностью с трубами другого контура.

Недостатками этого теплообменника являются низкая тепловая эффективность из-за неравномерного омывания трубных пучков и возможного появления застойных зон в силу отсутствия направленного движения промежуточной среды по отношению ко всем элементам теплообменника. недостаточная жесткость теплообменных элементов Фильда и сложность сборки теплообменника.

Целью изобретения является повышение эффективности теплообмена за счет последовательного омывания промежуточным теплоносителем труб теплообменника при сохранении компактности, увеличение жесткости системы труб и упрощение сборки теплообменника.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем теплообменные элементы Фильда, установленные в корпусе группами с образованием канала промежуточного теплоносителя, причем теплообменные элементы одной группы включены в тракт греющей среды и размещены между теплообменными элементами другой группы, включенной в тракт нагреваемой среды, теплообменные элементы в каждой группе установлены в поперечном сечении корпуса по плоской спирали, витки которой расположены между витками спирали теплообменных элементов другой группы, и в каждой группе каждый теплообменный элемент прикреплен посредством направляющих проставок к смежным теплообменным элементам.

На фиг. 1 изображен теплообменник поперечное сечение; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Теплообменник состоит из двух групп теплообменных элементов Фильда, собранных в каждой группе в виде плоских одинаковых спиралей в поперечном сечении с расположением витков одной из них между витками другой и установленных в общем корпусе 1 с торцовыми крышками 2 и 3.

Теплообменные элементы Фильда в каждой группе выполнены из труб 4 и коаксиально установленных труб 5. Трубы 4 элемента Фильда одной группы закреплены одним концом в трубной доске 6, противоположные закреплению концы труб 4 имеют заглушки 7. Трубы 5 меньшего диаметра этой группы закреплены одним концом в трубной доске 8, другой конец свободен. Трубная доска 8 с зазором расположена по отношению к трубной доске 6 с образованием камеры 9 отвода греющей среды "а", а крышка 2 установлена с зазором по отношению к трубной доске 8 с образованием камеры 10 подвода этой среды "а".

Точно так же трубы 4 элемента Фильда другой группы закреплены соответственно в трубной доске 11, а трубы 5 меньшего диаметра - в трубной доске 12. Как и в первой группе, между трубными досками 11 и 12 и между трубной доской 12 и крышкой 3 образованы камеры 13 и 14 соответственно отвода и подвода нагреваемой среды "b". В обеих группах трубы 4 теплообменных элементов Фильда собраны посредством направляющих проставок 15, приваренных боковыми кромками к смежным теплообменным элементам с образованием одинаковых спиралей, что позволяет унифицировать их изготовление и использование. При таком выполнении обе спирали расположены в корпусе 1 теплообменника развернутыми относительно друг друга на угол 180^о с образованием канала 16 между витками спиралей для циркуляции промежуточного теплоносителя "c". Чтобы ширина канала 16 между спиралями была примерно одинаковой, с выпуклой стороны витков приваривают ребра 17 по высоте элементов, которые дистанционируют спирали, интенсифицируют теплопередачу, увеличивают жесткость конструкции, служат основой для закрепления теплоизоляционной набивки 18 на внешней части витка каждой спирали в корпусе 1 теплообменника. При этом вход и выход промежуточного теплоносителя "c" симметрично разнесен относительно оси корпуса 1 теплообменника (см. фиг. 1).

Теплообменник прост в изготовлении и сборке. Простота сборки прежде всего состоит в том, что все конструктивные элементы, состоящие из труб 4 с трубными досками 6 и 11 и труб 5 меньшего диаметра с трубными досками 8 и 12 собирают отдельно, вваривая трубы 4 и 5 одним концом в указанные трубные доски. Затем трубы 5 меньшего диаметра свободными концами вводят в трубы 4 с образованием двух зеркально отраженных конструктивных блоков I и II, которые также вводят один в другой заглушенными концами труб 4 с расположением витков спиралей блока I между витками спиралей блока II. При этом камеры подвода 10 и 14 и отвода 9 и 13 греющей и нагреваемой сред остаются с внешних сторон спирального канала 16.

Работает теплообменник следующим образом.

Греющая среда "a" поступает в теплообменник через камеру 10, проходит по трубам 5 меньшего диаметра, кольцевому каналу между трубами 4 и 5 и покидает теплообменник через камеру 9. Промежуточный теплоноситель "c" циркулирует между витками спиралей, последовательно омывая трубы 4 теплообменных элементов Фильда одной и другой спиралей. Нагреваемая среда "b" поступает через камеру 14, проходит по трубам 5 меньшего диаметра, кольцевому каналу между трубами 4 и 5 и покидает теплообменник через камеру 13. Проходя по кольцевому каналу между трубами 4 и 5 одной спирали, греющая среда "a" отдает тепло стенкам труб 4, за счет теплопроводности - направляющим проставкам 15 и ребрам 17, далее конвекцией - промежуточному теплоносителю "c", а от него в обратном порядке - ребрам 17, проставкам 15, трубам 4 другой спирали и нагреваемой среде "b", циркулируемой в кольцевом канале между трубами 4 и 5 другой спирали.

Промежуточный теплоноситель "c", перекачиваемый по спиральному каналу 16, предельно приближен к основным средам "a" и "b", так как передает тепло от одной его стенки (одной спирали) к другой (другой спирали), последовательно омывая все теплообменные элементы. Это позволяет иметь одну температуру промежуточного теплоносителя, равномерное омывание и высокий уровень теплопередачи, который возрастает еще за счет наличия поперечных ребер 17.

Таким образом, изобретение обеспечивает эффективную теплопередачу между разделенными средами за счет криволинейности канала, последовательного равномерного омывания теплообменных элементов, их оребрения; повышает надежность теплообменника за счет более жесткого соединения труб в каждой группе каждого теплообменного элемента между собой с помощью проставок в цельносварную жесткую спираль и усиление жесткости поперечными ребрами; обеспечивает достаточную компактность теплообменника, поскольку формирование оребренными элементами осуществляется по спиралям вокруг его оси; упрощает изготовление и сборку теплообменника за счет раздельного изготовления элементов его конструкции и свободной (с зазором) их установки (введением) один в другой с образованием блоков из элементов Фильда.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в теплообменниках с промежуточным теплоносителем. Цель - повышение эффективности теплообмена за счет последовательного омывания промежуточным теплоносителем труб теплообменника при сохранении компактности, увеличение жесткости системы труб и упрощение сборки теплообменника. Для этого внутри корпуса теплообменника с торцевыми крышками 2 и 3 размещены две группы теплообменных элементов - фильда, собранных в каждой группе в виде плоских одинаковых спиралей в поперечном сечении с расположением витков одной из них между витками другой. Теплообменные элементы Фильда выполнены из труб 4 и коаксиально установленных труб 5 меньшего диаметра. Трубы 4 элемента Фильда одной группы закреплены одним концом в трубной доске 6, а трубы 5 меньшего диаметра - в трубной доске 8, расположенной с зазором по отношению к трубной доске 6 для образования камеры 9 отвода греющей среды "а". Камера 10 подвода этой среды образована крышкой 2, установленной с зазором по отношению к трубной доске 8. Точно так же трубы 4 элемента Фильда другой группы закреплены соответственно в трубной доске 11, а трубы 5 меньшего диаметра - в трубной доске 12. Между трубными досками 11 и 12 и между трубной доской 12 и крышкой 3 образованы камеры 13 и 14 отвода и подвода нагреваемой среды "b". В каждой группе трубы 4 теплообменных элементов Фильда прикреплены посредством направляющих проставок к смежным теплообменным элементам с образованием одинаковых спиралей. Между витками спиралей и трубными досками 6 и 11 циркулирует промежуточный теплоноситель "с", передающий тепло от греющей среды "а" к нагреваемой "b". 2 ил.

ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий теплообменные элементы Фильда, установленные в корпусе группами с образованием канала промежуточного теплоносителя, причем теплообменные элементы одной группы включены в тракт греющей среды и размещены между теплообменными элементами другой группы, включенной в тракт нагреваемой среды, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности теплообмена за счет последовательного омывания промежуточным теплоносителем труб теплообменника при сохранении компактности, увеличения жесткости системы труб и упрощения сборки, теплообменные элементы в каждой группе установлены в поперечном сечении корпуса по плоской спирали, витки которой расположены между витками спирали теплообменных элементов другой группы, и в каждой группе каждый теплообменный элемент прикреплен посредством направляющих проставок к смежным теплообменным элементам.