Теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для утилизации теплоты отходящих запыленных газов, нагрева различных жидких и газообразных сред.

Известны теплообменники для нагрева воздуха, содержащее нескольцо рядов единичных тепловых труб, находящихся в тепловом контакте с металлическими поперечными пластинами, при этом тепловые трубы соединены уравнительными каналами 1,

Недостатками теплообменника являются сложность компоновки и нарушения принципа автономности теплопередающих элементов, трудность эксплуатации в запыленных потоках, низкая технологичность изготовления трубной доски.

Наиболее близким техническим решением к изобретению выбранным за прототип, является теплообменник 2. Теплообменник содержит корпус, снабженный устройствами подачи горячей и холодной сред и установленный в нем с помощью трубной доски с образованием камер для указанных сред пучок тепловых труб, при этом трубная доска выполнена в виде охватывающих тепловые трубы патрубков, расположенных в пучке со взаимным касанием по образующим, зазоры между которыми герметизированы.

Недостатками прототипа являются сложность герметизации трубной решетки и низкая технологичность, отсутствие мер защиты от взрыва тепловых трубок в аварийной ситуации.

Целью изобретения является повышение технологичности и исключение взрыво- опасности.

сл

С

vj О

Я

Ю СО

Указанная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем корпус, снабженный устройствами подачи горячей и холодной сред и установленный в нем с помощью трубной доски с образованием ка- мер для указанных сред пучок тепловых труб, при этом трубная доска выполнена в виде охватывающих тепловые трубы патрубков, расположенных в пучке со взаимным касанием по образующим, зазоры между которыми герметизированы, трубы установлены в патрубках с возможностью осевого перемещения, а зазоры между патрубками заполнены термостойким материа- лом. Кроме того, трубы снабжены оребрением в виде резьбы, а патрубки изнутри по всей длине снабжены ответной резьбой, в каждом патрубке у одного из концов установлена опорная кольцевая перемычка, при этом на опорных перемычках дополнительно установлены теплоизоляционные вставки. В камере холодной среды тепловые трубы снабжены дополнительным крепежым элементом, снабженным приводом их перемещения, соединенным с уст- ройством подачи холодной среды.

На фиг. 1 изображен предлагаемый теплообменник, разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - перегородка, вид в плане; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 - перегородка для монтажа полностью ореброенных тепловых труб, опирающихся нижними торцами на плоскость; на фиг. 7 - схема тепло- обменника с приводом; на фиг. 8перегородка из патрубков с внутренней резьбой.

Теплообменник (фиг. 1) состоит из корпуса 1, разделенного перегородкой 2 на теп- лообменные каналы 3 и 4 для низко- и высокотемпературного потоков соответственно. В перегородке установлены тепловые трубы, имеющие уч.астки 5 нагрева, опирающиеся нижними концами в центрирующие втулки 6, и участки 7 охлаждения. Трубная перегородка выполнена из отдельных патрубков 8, имеющих кольцевые перемычки 9 и теплоизоляционные вставки 10 для обеспечения герметизации теплооб- менных зон.

Перегородка (фиг. 3 - 5), состоит из отдельных патрубков 8, объединенных в единую жесткую систему путем заплавления просветов 11 между ними, Просветы могут быть заполнены другим материалом, напри- мер термостойким бетоном, а жесткость конструкции обеспечивается дополнительно точечной сваркой мест 12 сопряжения. По периферии перегородки просветы закрываются, например, приваренными косынками 13 и накладками 14. Нижняя часть перегородки защищена слоем 15 огнеупорной теплоизоляции с отверстиями 16 для прохода гладких участков нагрева тепловых труб.

На фиг. 6 представлен вариант устройства, имеющего перегородку из патрубков 8, позволяющих компоновать теплообменник из тепловых труб, сребренных как на их участке 7 охлаждения, так и участке 5 нагрева. Межреберные пространства 17 тепловых труб в местах контакта с патрубками 18 заполнены слоем 1S теплоизоляции, обеспечивающей герметичное разделение теп- лообменных каналов.

Теплообменник взрывобезопасной конструкции (фиг. 7) включает тепловые трубы, имеющие гладкие участки 5 нагрева и сребренные (могут быть и гладкие) участки 7 охлаждения, разделенные перегородкой, состоящей из патрубков 8 с опорными кольцевыми перемычками 9 и теплоизоляционными вставками 10 на каналы 3 и 4 нагрева и охлаждения. Верхние концы тепловых труб закреплены в элементе (планке) 20, который через шток 21, проходящий через уп- лотнительный узел 22, соединен с исполнительным механизмом 23, который, в свою очередь, через реле 24 взаимодействует с датчиком 25 прекращения подачи охлаждающей среды.

Перегородка (фиг. 8) из отдельных патрубков 8, имеющих внутреннюю резьбу 26 с шагом, равным шагу оребрения труб. Тепловые трубы имеют оребрение 27 на участках 7 и 5 охлаждения и нагрева. Места сопряжения патрубков и пространства между ними свариваются, заплавляются или заполняются жидким термостойким раствором для образования единой жесткой конструкции. Монтаж тепловых труб осуществляется их ввинчиванием в патрубки перегородки на требуемую длину.

Работает теплообменник следующим образом.

При подводе теплоты от высокотемера- турных газов, движущихся в канале 4 (фиг. 1, фиг. 4) к участкам 5 нагрева происходит испарение теплоносителя, находящегося внутри тепловых труб. Образовавшийся пар поступает на участки 7 охлаждения, где конденсируется на стенках труб, отдавая теплоту фазового перехода низкотемпературному потоку, проходящему по каналу 3. Пленка конденсата стекает вниз, на участок нагрева, замыкая испарительно-конденсационный цикл. В теплообменнике, показанном на фиг. 7, работа протекает аналогичным образом, за исключением аварийного случая - прекращения подачи низкотемпературного

потока (газа или жидкости) при непрерывном поступлении высокотемпературной среды. В этом случае сигнал от датчика 25, установленного на входе потока, фиксирующего момент прекращения подачи среды, поступает на исполнительный механизм 23 и через шток 21 и планку 20 осуществляется подъем тепловых труб до уровня перегородки, Участки нагрева не воспринимают теплоту, давление внутри тепловых труб снижается. Подача низкотемпературного потока в канале 3 приведет к срабатывания исполнительного механизма 23 и перемещению тепловых труб в обратном направле- нии. Теплоизоляционные вставки 10 обеспечивают плотный обжим тепловых труб и непроницаемость перегородки.

Предлагаемое устройство и его варианты выполнения характеризуется универсальностью применения благодаря оригинальной конструкции перегородки. Такой теплообменник может быть изготовлен в любых условиях, так как не требует применения специальных станков для изготовления перегородки, легко компенсирует- ся на заданную мощность и ремонтируется, предельно упрощается очистка теплооб- менной поверхности от отложений. В ряде случаев заплавки пространства между патрубками не потребуется, так как они могут быть заполнены теплоизоляционной композицией одновременно с нанесением защитного слоя из жаростойкого материала. Кроме того, нет необходимости в разработке специальных мер термокомпенсации, как в прототипе, теплообменник может работать в запыленных потоках, где проблематично применение традиционных рекуперативных подогревателей. Вариант теплообменника, представленного на фиг.

ЧЪ,1

1, изготавливается для сажевого производства как элемент в установке дожига технического углерода, что позволит исключить использование природного газа, применяемого для этих целей в настоящее время. Формула изобретения

1.Теплообменник, содержащий корпус, снабженный устройствами подачи горячей и холодной сред и установленный в нем с помощью трубной доски и с образованием камер для указанных сред пучок тепловых труб, при этом трубная доска выполнена в виде охватывающих тепловые трубы патрубков, расположенных в пучке со взаимным касанием по образующим, зазоры между которыми герметизированы, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности, трубы установлены в патрубках с возможностью осевого перемещения, а зазоры между патрубками заполнены термостойким материалом.

2.Теплообменник по п. отличающийся тем, что трубы снабжены оребре- нием в виде резьбы, а патрубки изнутри по всей длине снабжены ответной резьбой.

3.Теплообменник по п. отличающийся тем, что в каждом патрубке у одного из концов установлена опорная кольцевая перемычка.

4.Теплообменник по пп. 1иЗ, отличающийся тем, что в патрубках на опорных перемычках дополнительно установлены теплоизоляционные вставки.

5.Теплообменник по пп. 1, 3 и 4, о т л и- чающийся тем, что, с целью взрывобе- зопасности, в камере холодной среды тепловые трубы снабжены дополнительными крепежными элементами, снабженными приводом их перемещения, соединенным с устройством подачи холодной среды.

,

ЬахоЗ t:$oЈ

Фиг. 2.

rt

и

8

V/rM

J JT I ..

Использование: для утилизации тепла. Сущность изобретения: в корпусе с помощью трубной доски установлен пучок тепловых труб 5. Трубная доска выполнена в виде патрубков. Зазоры между ними заполнены термостойким материалом. Трубы установлены в патрубках с возможностью осевого перемещения. Трубы могут быть снабжены снаружи резьбой, а патрубки изнутри-ответной резьбой. В каждом патрубке у одного из концов установлена опорная перемычка. На них могут быть установлены, теплоизоляционные вставки. В камере холодной среды трубы могут быть снабжены дополнительными крепежыми элементами. 4 з.п. ф-лы, 8 ил,

|

I gi@ g.

I -s Г i П

e 1 - PI ;,.f

, ,/ V x . I/ --, /J I/ У1

с

-

J : ;:v/ O /JI.KM

U-J I1J I/ „ ./ „ / / . , I , I I. , J

Т Г|

HS ,

t- с/ и x -d

4

Фиг.З

i

-s Г i П

1 - PI ;,.f

, ,/ V x . I/ --, /J I/ У1

: ;:v/ O /JI.KM

/5

Фиг.1{

г. ff

j-г - тэт |-r-s .

dd. fXXi V

Фиг 7

8

4, &

4

&Ь,Л5

xtf

7