Теплопередающее устройство (его варианты) Советский патент 1993 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к теплорбмен- ной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Цель изобретения - интенсификация теплоотдачи на наружной поверхности труб и повышение теплопередающей способности устройства.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема теплопере- дающего устройства (в обоих вариантах); на фиг.2 - кольцевая камера.

Теплопередающее устройство содержит заполненные промежуточным теплоносителем испаритель 1, конденсатор 2 и охладитель 3 конденсата, выполненные в виде пучков гладких или ребристых труб 4, 5 и 6 соответственно. Верхние и нижние концы труб 4-6 в каждом пучке выведены в паровые 7 (для испарителя) и 8 (для конденсатора) и жидкостные 9 (для испарителя), 10

(для конденсатора). 11 и 12 (для охладителя конденсата), коллекторы. Испаритель 1, конденсатор 2, охладитель 3 конденсата через коллекторы 7-12 соединены между собойпаропроводов 13, конденсатопроводами 14 и 15, трубопроводом 16, образуя внутренний циркуляционный контур с промежуточным теплоносителем.

На конденсатопроводе 15 может быть установлен циркуляционный насос 17. Для заполнения внутреннего циркуляционного контура предусмотрен тракт (трубопровод) 18. Необходимые для работы внутреннего циркуляционного контура арматуры (вентили и т.д.) и приборы (манометры, указатели уровня и т.д.) не показаны.

По первому варианту теплопередающе- го устройства на всех трубах 4-6 в зонах их коллекторов 7-12 установлены кольцевые

00

Ј о ю

(А

камеры 19 (сверху труб) и 20 (снизу труб). Верхние камеры 19, раЪгГблбжениШ H a%ep- хних концах труб 4-6, выполнены с отверстиями 21 в нижней стенке и соединены трубопроводами 22 между Собой (ofделимо : по каждому трубному пучку 1-3) и трубопроводами 23 с клапанами 24 соответственно с паровыми коллекторами 7 и 8 и конденсат- ным коллектором 11. Кольцевые камеры 19 на трубах охладителя конденсата 3 могут быть присоединены вместо коллектора 11 к коллектору 8 или 7 (соединение на фиг.1 показано пунктирной линией). Аналогично нижние камеры 20, расположенные на нижних концах труб 4-6 пучков 1-3, имеют отверстия 21 в своих верхних стенках и соединены трубопроводами 22 между собой (отдельно; по каждому пучку) и трубо прово- клапанами 24 cootBetcfBeHrtd с

.и:;-: .;„ С; i ;HW-.iO lX W -i , УЙ 1

жидкостными коллекторами 9, 10, 12. В результате под обнЪ гсГ сёединёнйя м ё ду со Н ОКмкиуЛЦпШ JijiHi-i:: q te o«l;i

бой перечисленных эл емент,рв образованы внешние 1цй|э ул я цй(:)нныё кольца в тёпло- переда | цем устр6 йстве. Количество внешних 1дйркулЙцй6ннь1Х колец соответствует числу пучко в труб 1-3, и они fib промежуточ- ному теплоносителю связ аны с внутренним циркуляционным контуром и между собой, .образуя внешний циркуляционный контур. По второму варианту теплопередающее устройство, кроме названных выше элементов 1-25, содержит три вспомогательных теплообменных элемента 26-28 (по числу основных пучков труб), которые выполнены в виде пучков теплообменных труб 29-31 соответственно. Верхние концы теплообменных труб объединены паровыми коллекторами 32-34, а их нижние концы между собой - коллекторами 35-37 соответственно. На трубах 4 испарителя 1, трубах 5 конденсатора 2 и трубах 6 охладителя 3 конденсата в зонах их коллекторов 7-12 установлены кольцеобразные камеры 19 (у верх.них;концов труб) и 20 (у нижних концов труб) с отверстиями 21 в нижней стенке (для верхних камер 19) и в верхней стенке {для нижних камер 20). Верхние кольцеобразные камеры 19 в каждой зоне соединены трубопроводами 22 между собой (отдельно по каждому пучку труб 1-3) и трубопроводами 38 с паровыми коллекторами 32-34 (отдельно по каждому теплообменному элементу). Аналогично нижние камеры 20 соединены трубопроводами 22 между собой (по каждому пучку труб) н трубопроводами 39 с жидкостными коллекторами 35-37 (по каждому теплообменному элементу). На трубопроводах 38 и 3§ установлены клапаны 24, -В результате такого соединения между собой перечисленных элементов образованы внешние независимые циркуляционные контуры, каж- дый из которых заполнен своим теплоносителем. При этом теплоносители внешних контуров могут отличаться друг от друга йот

теплоносителя внутреннего циркуляционного контура. На внешних циркуляционных контурах установлены циркуляционные насосы 40-42, а для восполнения утечек кон- „ денсата проложены трубопроводы 43-45 с

запорными устройствами 46.

На фиг.2 показано исполнение кольцевой камеры 19, расположенной у верхнего конца трубы 5 в пучке труб конденсатора 2 в зоне коллектора 8. В нижней стенке 47

камеры 19 выполнены отверстия 21 вокруг трубы 5, Камера выполнена, например, из пластмассы и посажена с натягом отогнутой (вниз или вверх) верхней стенкой 48натрубу 5. Аналогично исполнены и расположены

кольцевые камеры 19 у верхних концов всех

труб 4, 5, 6 трубных пучков 1-3 в зоне их

коллекторов 7, 8, 11. Кольцевые камеры 19

соединены между собой трубопроводами

22, а трубопроводами 23 и 38 они связаны с

коллекторами 7, 8, 11 пучков 1-3 и с коллекторами 32-34 вспомогательных теплообменных элементов 26-28.

Кольцевые камеры 20, расположенные у нижних концов труб 4, 5, 6 трубных пучков

1-3 в зоне коллекторов 9-12,имеют аналогичное исполнение. Отличие заключается в том, что отверстия 21 вокруг труб сделаны в верхней стенке камер, а посадка их на трубах осуществлена нижними стенками. Данное исполнение кольцевых камер 19 и 20 одинаково для обоих вариантов устройства. В рабочем состоянии устройства (после сварки, заполнения промежуточными теплоносителями и настройки) вспомогательные теплообменные элементы 26-28 и испаритель 1 помещают в поток греющего (охлаждаемого) теплоносителя/причем во входной части его (более нагретой) располагают теплообменный элемент 26, в средней

части (менее нагретой) - испаритель 1 и в выходной части (охлажденной) - теплообменные элементы 27, 28. последние могут быть расположены также во входной и средней зонах. Конденсатор 2 и охладитель кон0 денсата 3 помещают в поток холодного (нагреваемого) теплоносителя (например, воздуха); в выходной его зоне (после нагрева) могут быть размещены также теплообменные элементы 27, 28.

5 Теплопередающее устройство (в общей части для обоих вариантов) работает следующим образом (см. Фиг.1), В испарителе 1 (в его трубах 4) промежуточный теплоноситель, отбирая тепло от греющего потока, испаряется; пар из испарителя через коллектор 7 по паропроводу 13 поступает в коллектор 8, далее в трубах 5 конденсатора 1 он конденсируется, отдавая тепло нагреваемому потоку. Из коллектора 10 конденсат по конденсатопроводу 14 стекает в коллектор 11, распределяется по трубам б охладителя 3, в котором отдает тепло нагреваемому потоку, при этом происходит дополнительное снижение температуры конденсата. Из охладителя 3 через коллектор 12 по конденсатопроводу 15 конденсат за счет естественной циркуляции (при необходимости с помощью насоса 17) поступает в коллектор 9, откуда распределяется по трубам 4 испарителя 1, в котором он повторно испаряется за счет тепла греющего потока. По трубопроводу 16 происходит стекание конденсата из коллектора 7 в коллектор 1-1.

По первому варианту изобретения из внутреннего циркуляционного контура с основным промежуточным теплоносителем часть его через коллекторы 7, 8 и 11 поступает по трубопроводам 23 с клапанами 24 в верхние кольцевые камеры 19 в верхних частях труб 4, 5, 6 трубных пучков 1-2« Из этих камер через отверстия 21 парообразный (или более нагретый жидкий) промежуточ- ный теплоноситель попадает на наружные поверхности труб 4-6, вскипает на них (при определенных условиях), затем конденсируется и охлаждается на них при взаимодействии с греющим и нагреваемым потоками, в результате чего интенсифицируется внешняя теплоотдача. После стека- ния снаружи по трубам 4-6.конденсат улавливается через отверстия 21 нижними камерами 20 и далее по трубопроводам 25 через клапаны 24 поступает в коллекторы 9-12, а из них распределяется по трубам 4-6 трубных пучков 1-3. Восполнение потерь теплоносителя осуществляется по трубопроводу 18.

По второму варианту изобретения в работе теплопередающего устройства °одно- временно участвуют внутренний циркуляционный контур с основным теплоносителем (его работа описана выше) и три внешних циркуляционных контура,,каждый из которых заполнен отдельным теплоносителем.

Во внешних циркуляционных контурах происходит циркуляция двухфазных (или однофазных) промежуточных теплоносителей, интенсивность которой зависит от величины тепловой нагрузки (малая, средняя, большая), Промежуточные теплоносители (в виде жидкости, или парожидкостной смеси) в более обогреваемых трубах 29-31 вспомогательных теплообменных элементов 26-28

движутся снизу вверх (каждый в своем контуре), при этом в верхних частях этих труб и в паровых коллекторах 32-34 образуется влажный насыщенный пар (с малой сте- 5 пенью сухости). Насыщенный пар (или кипящая жидкость) из коллекторов 32-34 по трубопроводам 38 поступает в верхние кольцеобразные камеры 19, откуда через отверстия 21 в их нижних стенках 47 стекает

0 в виде капель, струек или пленки жидкости по наружным (менее обогреваемым) поверхностям труб 4-6 пучков 1-3 соответственно. Затем жидкость через аналогичные отверстия 21 в верхних стенках 48 нижних

5 кольцеобразных камер 20 поступает внутрь этих камер, откудатю трубопроводам 39 через клапаны 24 направляется в жидкостные коллекторы 35-37 соответственно, из которых распределяется по трубам 29-31 тепло0 обменных элементов 26-28. В результате взаимодействия стекающего конденсата и греющего (для испарителя 1) или нагреваемого (для конденсатора 2 и охладителя конденсата 3) потоков на наружной

5 поверхности труб происходит ускорение передачи тепла в испарителе 1, конденсаторе 2 и охладителе конденсата З.

Во внешних циркуляционных контурах устройства может происходить как естест0 венная (за счет разности плотностей), так и искусственная (за счет насосов или эжекторов 40-42) циркуляция промежуточных теп5 лоносителей. Восполнение утечек промежуточных теплоносителей осуществляется по трактам 43-45,

В обоих вариантах изобретения за счет

0 ускорения теплоотдачи на наружной повер- хности труб 4-6 улучшается перенос тепла от испарителя 1 к конденсатору 2 и охладителю 3 промежуточным теплоносителем по внутреннему циркуляционному контуру. В

5 результате интенсификации всех составляющих теплообмена (как с наружной стороны труб 4-6, так и во внутреннем циркуляционном контуре) повышается теплопередаю- щая способность устройства. Вид и

0 параметры промежуточных теплоносителей, а также характер циркуляции е контурах зависят от величины теплового потока от газов к поверхностям нагрева (основных пучков труб, вспомогательных теплообмен5 ных элементов).

Формула изобретения 1. Теплопередающее устройство, содержащее заполненные промежуточным теплоносителем испаритель, конденсатор и охладитель конденсата, выполненные в виде пучков труб, верхние и нижние концы которых объединены паровыми и жидкостными коллекторами, соединенными между

собой посредством паро- и конденсатопро- водов с образованием внутреннего циркуляционного контура, отличающееся тем, что, с целью интенсификации теплоотдачи наружной поверхности труб и повышения теплопередающей способности, на всех трубах в зонах расположения коллекторов установлены кольцевые камеры, соединенные в каждой зоне между собой и с соответствующим коллектором посредством трубопроводов с клапанами с образованием внешнего циркуляционного контура, при этом камеры, расположенные у верхних концов труб, выполнены с отверстиями в нижней стенке, а камеры, расположенные у нижних концов,- с отверстиями в верхней стенке.

2. Теплопередающее устройство, содержащее заполненные промежуточным теплоносителем испаритель, конденсатор и охладитель конденсата, выполненные в виде пучков труб, верхние и нижние концы которых объединены паровыми и жидкостными коллекторами, соединенными между собой посредством паро- и конденсатопро- водов с образованием внутреннего циркуляционного контура, отличающееся тем, что, с целью интенсификации теплоотдачи на наружной поверхности труб и повышения теплопередающей способности

устройства, последнее содержит три вспомогательных теплообменных элемента, заполненных индивидуальными промежуточными теплоносителями и выполненных в виде пучков теплообменных труб, верхние и

нижние концы которых объединены паровыми и жидкостными коллекторами соответственно, при этом на трубах испарителя, конденсатора и охладителя в зонах их коллекторов установлены кольцеобразные камеры, соединенные в каждой зоне между собой и с коллекторами вспомогательных теплообменных элементов с образованием внешних независимых циркуляционных контуров для каждого теплоносителя, причем камеры, расположенные у верхних концов труб, выполнены с отверстиями в нижней стенке и подсоединены к паровым коллекторам, а камеры, расположенные у нижних концов труб, имеют отверстия в верхней стенке и подсоединены к жидкостЯым коллекторам.

4 7 19 I 24 23 24 33 30 13 23 3824