КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
SHELL-AND-TUBE HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к разработке и проектированию теплообменных аппаратов и может быть использовано в промышленной теплоэнергетике, химической, пищевой и других областях промышленности.
Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий соединенные между собой идентичные секции, каждая из которых содержит размещенный в кожухе пучок труб, закрепленных с противоположных торцов в трубных решетках (Патент РФ №2011945, МКИ F28D 7/16, заявл. 16.0692, опубл. 30.04.94). В этом теплообменнике достигается повышенная производительность в меньшем объеме за счет более плотной компоновки секций, однако использование специальных коллекторов трубной и межтрубной сред значительно утяжеляет и усложняет его конструкцию.
Наиболее близким по технической сущности является кожухотрубный теплообменник, содержащий соединенные между собой идентичные секции, каждая из которых содержит размещенный в кожухе пучок труб, закрепленных с противоположных торцов в трубных решетках, и коллекторные камеры трубной и межтрубной сред с перегородками, образующими пространственные соединения между секциями и задающими направления течения сред в них (Патент РФ №2133004, МКИ F28D 7/00, заявл. 29.08.96, опубл. 10.07.99). Данное техническое решение позволяет создать относительно компактную конструкцию и увеличить эффективность использования поверхности нагрева теплоносителя за счет применения единых коллекторных камер вместо промежуточных подводящих и отводящих соединительных патрубков. В то же время в этом теплообменнике перегородки в коллекторных камерах задают обычное направление движения сред, т.е. среды последовательно проходят через каждую смежную секцию. Такое движение ограничивает возможности регулирования и оптимизации по заданному критерию соотношений параметров теплопередачи и гидравлических характеристик потоков.
Изобретение решает задачу получения дополнительных возможностей повышения эффективности использования тепловой энергии первичного источника за счет возможности уменьшения гидравлических потерь.
Сущность изобретения заключается в том, в кожухотрубном теплообменнике, содержащем соединенные между собой идентичные секции, каждая из которых содержит размещенный в кожухе пучок труб, закрепленных с противоположных торцов в трубных решетках, и коллекторные камеры трубной и межтрубной сред с перегородками, образующими пространственные соединения между секциями и задающими направления течения сред в них, коллекторные камеры трубной и межтрубной сред содержат участки, в которых перегородки установлены после каждых двух или более входов сред в секции, образуя последовательно соединенные группы, соответственно, двух и более секций с параллельным движением сред в каждой группе.
Для специальных вариантов схем теплообмена может быть установлена дополнительная перегородка перед входами среды в секции одной из групп с параллельным движением среды.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлена общий пример схемы теплообменника с группами секций, на фиг.2 - вариант схемы теплообменника для определенной задачи теплообмена.
Кожухотрубный теплообменник содержит идентичные теплообменные секции 1-7 (Фиг.1), каждая из которых включает пучок труб 8, размещенных в кожухе 9 и закрепленных с противоположных торцов в трубных решетках 10. Секции с противоположных торцов соединены с коллекторной камерой 11 трубной среды, имеющим входной фланец 12. Коллекторная камера трубной среды содержит перегородки 13-16. Линией 17 со стрелками показаны направления движения трубной среды. Перегородка 13 установлена после входа среды в секцию 1, перегородка 14 установлена после входов среды секций 2, 3, 4, перегородка 15 установлена после входов среды в секции 5,6, перегородка 16 - после входа среды в секцию 7. Такое расположение перегородок образует удлиненные участки коллекторной камеры 11 трубной сред и задает последовательное соединение групп секций: первая группа состоит из одной секции 1 (аналогично прототипу), вторая группа - из трех секций 2, 3, 4, третья группа - из двух секций 5, 6, четвертая группа - из одной секции 7. В группах с числом секций, равным двум и более реализуется параллельное движение среды с меньшим гидравлическим сопротивлением. Таким же образом можно построить различное сочетание групп с различным числом секций в каждой группе. Положение перегородок в коллекторной камере межтрубной среды (на чертеже для простоты не показана) соответствует расположению перегородок в коллекторной камере 11 трубной среды и обеспечивает обычный противоток двух сред в каждой секции теплообменника. В коллекторной камере 11 трубной среды (Фиг.2) может быть установлена дополнительная перегородка 18, разделяющая по существу эту камеру на два отдельных контура. Первый контур со входным фланцем 12 получает выходной фланец 19, а второй контур получает дополнительный входной фланец 20 и дополнительный выходной фланец 21. При этом контур межтрубной среды остается неразрывным, как показано тонкими линиями 22 на Фиг.2.
Таким образом, используя наборы из групп идентичных секций, образуемые путем размещения унифицированных перегородок в определенных местах по длине коллекторных камер, теплообменник может содержать по межтрубной среде один общий поток, а по другой трубной среде несколько разных не связанных между собой потоков. Для реализации такой схемы теплообмена в известных теплообменниках необходимо либо использовать несколько стандартных теплообменников, объединив их в общую схему, либо специально создавать нестандартный теплообменник, применимый только для одной конкретной схемы распределения потоков сред. В любом случае, эффективность продукции снижается.
В предложенном решении возможно с наименьшими затратами на разработку и изготовление в одном теплообменнике объединить, например, функции отопления и двухступенчатого горячего водоснабжения, тогда как на практике используют для этого три разных теплообменника. В результате достигается экономия объема помещения за счет компактности системы в целом.