Патент на изобретение №2162583

(54) ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для применения в энергетике. Тепловой аппарат содержит кожух и вертикально расположенные в нем пучки параллельных теплообменных элементов, выполненные в виде пространственно-спиральных змеевиков с одинаковыми геометрическими характеристиками, образующие отдельные шестигранные модули, объединенные в блок, витки змеевиков заведены между витками смежных змеевиков как в пучке, так и между витками смежных пучков до их взаимного касания, при этом расстояние между центрами модулей Н определяется по формуле где Т – расстояние между центрами теплообменных элементов, n – количество рядов в шестигранном модуле, расположенных вокруг центрального элемента. В результате внедрения изобретения повышается надежность и эффективность работы теплообменного аппарата при работе на различных теплоносителях. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.

Изобретение относится к энергетикe и может быть использовано в теплообменных аппаратах как с жидким, так и c газообразным теплоносителем.

Известны теплообменники и парогенераторы, теплообменная поверхность которых выполнена из отдельных пространственно- спиральных змеевиков с одинаковыми геометрическими характеристиками, оси которых параллельны (см. SU N 532744 A, 21.10.76, F 28 D 7/00; RU 1468150 C 30.09.94 F 28 D 7/00; RU 2006777 C1, 30.01.94, F 28 D 5/02; DE 3421421 A1, 03.01.85, F 28 D 7/02, EP 0751363 A1, 02.01.97, F 28 D 7/02, DE 3026954 C2, 09.05.85, F 28 D 7/02). Недостатками вышеуказанных конструкций является неэффективное заполнение теплообменной поверхностью корпуса теплообменного аппарата и небольшая турбулизация теплоносителя по межтрубному пространству, что требует значительного увеличения размеров теплообменного аппарата.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является теплообменный аппарат по SU N 1355852 A1, 30.11.87, F 28 D 7/00. Данный теплообменный аппарат имеет вертикально расположенные в кожухе пучки параллельных теплообменных элементов, выполненные в виде пространственно-спиральных змеевиков с одинаковыми геометрическими характеристиками, образующие отдельные шестигранные модули, объединенные в блок.

Недостатком данной конструкции является большие габариты теплообменного аппарата и невозможность получения у него оптимальных массогабаритных и теплогидравлических характеристик.

Задача, решаемая изобретением, – создание компактной конструкции теплообменного аппарата с повышенной надежностью и эффективностью работы при различных теплофизических свойствах теплоносителей.

Технический результат от использования изобретения заключается в получении такой компактной конструкции теплообменного аппарата, при которой высокая надежность конструкции сочетается с максимальной эффективностью теплообмена при минимальном гидравлическом сопротивлении для различных параметров теплофизических свойств теплоносителей.

Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменном аппарате, имеющем вертикально расположенные в кожухе пучки параллельных теплообменных элементов, выполненные в виде пространственно-спиральных змеевиков с одинаковыми геометрическими характеристиками, образующие отдельные шестигранные модули, объединенные в блок, витки змеевиков заведены между витками смежных змеевиков как в пучке, так и между витками смежных пучков до их взаимного касания, при этом расстояние между центрами модулей H определяется по формуле

где T – расстояние между центрами теплообменных элементов;
n – количество рядов в шестигранном модуле, расположенных вокруг центрального элемента.

Причем при установке модули повернуты относительно оси симметрии блока на угол , определяемый по формуле

Блок, например, в регенераторе газотурбинных установок, при эксплуатации с теплоносителем, имеющем небольшое давление, движущемся по межтрубному пространству, в поперечном сечении может иметь форму, близкую к форме прямоугольника, длина сторон L_дл, L_ш которого определяeтся по формулам
L_дл = H(K_м-0,5)+C/cos;
L_ш = H(K_р-1)0,866+Bcos,
где К_м – количество модулей в ряду;
К_р – количество рядов (нечетное число);
B – размер шестигранного модуля по торцам, определяемого по формуле B= 2Tn+Д, где Д – наружный диаметр теплообменного элемента; C – размер под ключ шестигранного модуля, определяемого по формуле
C= 2Tn0,866 + Д,
при этом количество модулей N в блоке определяется по формуле
N=К_мК_р-0,5(К_р-1)
Теплообменный аппарат, например, в качестве бойлера или холодильника химического аппарата, имеющий по межтрубному пространству достаточно высокое давление теплоносителя, может иметь блок, форма которого в поперечном сечении близка к форме окружности, описанный диаметр трубного пучка _oп которой определяется по формуле
D_оп = H(K_I-1)+Bcos
где K_I – коэффициент, зависящий от количества теплообменных модулей, выполненных в форме шестигранника, расположенных в поперечном сечении теплообменника (см. таблицу).

Теплообменный аппарат может иметь блок, который в поперечном сечении имеет форму, близкую к форме шестигранника, расстояние по граням L_s в котором определяется по формуле
L_s = H(K_I-1)+B/cos
На фиг. 1 изображен теплообменный аппарат, продольный разрез;
на фиг. 2 – сечение на фиг. 1, у которого блок в поперечном сечении имеет форму, близкую к форме прямоугольника;
на фиг. 3 – сечение на фиг. 1, у которого блок в поперечном сечении имеет форму, близкую к форме круга;
на фиг. 4 – сечение на фиг. 1, у которого блок в поперечном сечении имеет форму, близкую к форме шестиугольника;
на фиг. 5 – выносной элемент А на фиг. 2, с указанием на то, что модули теплообменного аппарата повернуты относительно оси симметрии блока на угол .
Теплообменный аппарат содержит пучок змеевиков 1 с малым радиусом гиба, расположенных в корпусе 2 с трубами подвода 3, отвода 4 среды II контура, которые объединены трубными решетками 5, 6 с примыкающими к ним коллекторными камерами 7, 8 подвода-отвода среды. Среда 1 контура подводится и отводится через патрубки 9 и 10.

Теплообменный аппарат работает следующим образом.

Нагреваемая среда II подается в камеру 7, раздается трубами по вертикально расположенным в корпусе пучкам параллельных теплообменных элементов, выполненных в виде пространственно-спиральных змеевиков с одинаковыми геометрическими характеристиками, образующих отдельные шестигранные модули, витки змеевиков которых заведены между витками смежных змеевиков как в пучке, так и между витками смежных пучков до их взаимного касания, образуя единый блок. Нагреваемая среда, отдавая тепло охлаждаемой среде I, собирается в камере 8 и отводится из аппарата. Среда I контура поступает в патрубок 9 подвода среды, двигаясь навстречу среде II контура, отдает тепло и отводится через патрубок 10.

Промышленная применимость данного решения очевидна. В результате многочисленных опытно-экспериментальных исследований с различными диаметрами навивки доказано, что в этом случае теплообменная поверхность равномерно располагается в активном объеме, что позволяет получить оптимальные условия обтекания пучка змеевиков для различных теплоносителей. Теплоноситель II контура, двигаясь внутри змеевиков с малым радиусом гиба, которые расположены вертикально, имеет высокую турбулизацию, что препятствует отложению грязи и накипи и способствует их эффективному удалению.

Теплоноситель 1 контура, двигаясь по межтрубному пространству, разбивается на отдельные струйки, которые постоянно закручиваясь и перемешиваясь, обтекают змеевик снаружи и внутри, и расход струек пропорционален поверхности теплообмена. Это позволяет выравнивать температуру стенки по периметру трубы и повысить эффективность использования теплообменной поверхности.

Перечисленные признаки отличают предлагаемое техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения.

Формула изобретения

1. Теплообменный аппарат, содержащий вертикально расположенные в кожухе пучки параллельных теплообменных элементов, выполненные в виде пространственно-спиральных змеевиков с одинаковыми геометрическими характеристиками, образующие отдельные шестигранные модули, объединенные в блок, отличающийся тем, что витки змеевиков заведены между витками смежных змеевиков как в пучке, так и между витками смежных пучков до их взаимного касания, а модули повернуты относительно оси симметрии блока на угол , определяемый по формуле

где n – количество рядов в шестигранном модуле, расположенных вокруг центрального элемента,
при этом расстояние между центрами модулей Н определяется по формуле

где Т – расстояние между центрами теплообменных элементов.

2. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что блок в поперечном сечении имеет форму, близкую к форме прямоугольника, длина сторон L_дл, L_ш которого определяются по формулам
L_дл= H(K_м-0,5)+C/cos;
L_ш= H(K_p-1)0,866+Bcos,
где К_м – количество модулей в ряду;
К_р – количество рядов (нечетное число);
В – размер шестигранного модуля по торцам, определяемого по формуле: В = 2Т х n + Д,
где Д – наружный диаметр теплообменного элемента;
С – размер под ключ шестигранного модуля, определяемого по формуле
С = 2Т х n х 0,866 + Д,
при этом количество модулей N в блоке определяется по формуле
N = К_м х К_р – 0,5 х (К_р – 1)
3. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что блок в поперечном сечении имеет форму, близкую к форме окружности, описанный диаметр трубного пучка D_оп которой определяется по формуле
D_оп= H(K₁-1)+Bcos
где К₁ – коэффициент, зависящий от количества теплообменных модулей, выполненных в форме шестигранника, расположенных в поперечном сечении теплообменника.

4. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что блок в поперечном сечении имеет форму, близкую к форме шестигранника, расстояние по граням L_s в котором определяется по формуле
L_s= H(K₁-1)+B/cos

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 01.03.2002

Номер и год публикации бюллетеня: 11-2003

Извещение опубликовано: 20.04.2003

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 12-2004

Извещение опубликовано: 27.04.2004

PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:

Походяев Сергей Борисович,
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр “Анод”

(73) Патентообладатель:

ООО “Анод-Теплообменный центр”

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 04.05.2006 № РД0008650

Извещение опубликовано: 27.06.2006 БИ: 18/2006

PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:

Общество с ограниченной ответственностью “Анод-Теплообменный центр”

(73) Патентообладатель:

Походяев Сергей Борисович

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 28.01.2008 № РД0031848

Извещение опубликовано: 10.03.2008 БИ: 07/2008