СЪЕМНЫЙ ГРЕЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
REMOVABLE HEATING ELEMENT OF HEAT EXCHANGERS

Настоящее техническое решение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменных устройствах и водоводяных подогревателях в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых зданий и сооружений.
Известен теплообменный элемент, состоящий из внутренней и наружных труб, одна из которых выполнена в виде змеевика, канальных переходников, соединенных с обеими трубами (патент на изобретение RU 2125695, МПК F28D 7/10, F28F 1/00. Теплообменный элемент /авторы: Каменский В.Г. (RU), Камашев Б.М. (RU), Рулев В.М. (RU); патентообладатель - Опытное конструкторское бюро машиностроения (RU). Заявка №96113250/06, заявл. 04.07.1996; опубл. 27.01.1999).
Данный теплообменный элемент предназначен для судовых атомных паропроизводящих установок и атомных электростанций с водоводяным реактором под давлением. Элемент сложен в изготовлении и конструктивно не может быть использован в водоводяных подогревателях в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых зданий и сооружений.
Известен теплообменник, содержащий трубчатую систему в виде змеевика, выполненного в виде цилиндра, с подводящим и отводящим патрубками греющего контура (патент на изобретение RU 2701788. МПК F28D 7/026, F28G 13/00. Теплообменник /авторы: Левцев А.П. (RU), Верендяйкин Г.Г. (RU), Лю Цзюньчен (RU); патентообладатель - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Центральный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» (RU). Заявка №2019116998; заявл. 31.05.2019; опубл. 01.10.2019, Бюл. №28).
Недостатками данного теплообменника являются невысокий коэффициент теплопередачи, обусловленный единственной трубчатой системой в змеевике, а также невозможность автономного использования змеевика в качестве сменного элемента теплообменников.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является кожухотрубный змеевиковый теплообменник, содержащий пучки трубных змеевиков с витками, образующими стенки продольных каналов, имеющих зазоры между трубами смежных витков (патент на изобретение RU 2036406, МПК F28D 7/02. Кожухотрубный змеевиковый теплообменник /авторы: Сударев А.В. (RU), Сударев Б.В. (RU), Сударев В.Б. (RU), Кондратьев А.А. (RU), Цуриков А.В. (RU); патентообладатель - Научно-производственное предприятие «Тарк» (RU). №93009729/06; заявл. 24.02.1993; опубл. 27.05.1995).
Данное устройство выбрано за прототип.
Недостатками данного теплообменника являются сложность изготовления пучков трубных змеевиков, а также невозможность автономного использования пучков трубных змеевиков в качестве сменного элемента теплообменников.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что в съемный греющий элемент теплообменника, состоящий из пучков трубных змеевиков с витками, образующими стенки продольных каналов, имеющих зазоры между трубами смежных витков, введены внешний и погружаемый корпуса, выполненные в виде полых замкнутых полусфер, в которых внутренний объем внешнего корпуса соединен с входными концами пучков трубных змеевиков и входным патрубком греющего элемента, а внутренний объем погружаемого корпуса соединен с выходными концами пучков трубных змеевиков и выходной трубой, которая выходит из центра погружаемого корпуса, проходит внутри трубных змеевиков и, через внешний корпус, выходит на поверхность съемного элемента образуя выходной патрубок, при этом внешний корпус по наружному диаметру содержит фланец для установки и крепления съемного греющего элемента в теплообменник, а пучки трубных змеевиков выполнены из нержавеющих гофрированных труб.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения.
Новизна и изобретательский уровень подтверждены патентными исследованиями, а промышленная применимость обусловлена тем, что заявляемый съемный греющий элемент можно использовать при изготовлении любых водоводяных теплообменников.
Сущность изобретения поясняется на чертежах (фиг. 1 - фиг.4), где на фиг. 1 приведен общий вид съемного греющего элемента теплообменников, на фиг. 2 приведен общий вид съемного греющего элемента теплообменников в продольном разрезе, на фиг. 3 представлено изображение разреза съемного греющего элемента теплообменников в плоскости А-А, а на фиг. 4 приведен пример использования съемного греющего элемента в теплообменных устройствах.
Съемный греющий элемент теплообменников состоит из внешнего корпуса 1, выполненного в виде полой замкнутой полусферы, из верхней части которого выходит входной патрубок 2 для греющего теплоносителя. Внутренний объем внешнего корпуса 1 соединен с входными концами 3 пучков трубных змеевиков с витками 4, образующими стенки продольных каналов, имеющих зазоры 5 между трубами смежных витков. Выходные концы 6 пучков трубных змеевиков соединены с внутренним объемом погружаемого корпуса 7, выполненного в виде полой замкнутой полусферы, из центральной части которого выходит труба 8, проходит внутри трубных змеевиков и, через внешний корпус 1, выходит на поверхность съемного элемента, образуя выходной патрубок 9 греющего теплоносителя. Для установки и крепления съемного греющего элемента в корпус теплообменников на внешнем корпусе 1 по его наружному диаметру содержится фланец 10.
Количество трубных змеевиков 3 в съемном греющем элементе и величина зазора 5 между трубами смежных витков может быть разными и определяется необходимым коэффициентом теплопередачи в используемом теплообменнике. На фиг. 3, в качестве примера, приведен вариант с применением четырех трубных змеевиков в греющем элементе.
На фиг. 4 представлен вариант конструкции теплообменника с использованием съемного греющего элемента.
Съемный греющий элемент крепится к корпусу 11 теплообменника посредством фланца 10 через уплотняющую прокладку 12 и надежно фиксируется болтами 13. Нагреваемая вода поступает в корпус 11 теплообменника через патрубок 14 и, после нагревания, поступает к потребителю через патрубок 15. Греющая вода подается в съемный греющий элемент через патрубок 2 и, после теплопередачи в пучке трубных змеевиков, выходит из греющего элемента через патрубок 9.
В заявляемом съемном греющем элементе пучки трубных змеевиков изготовлены из гофрированных нержавеющих труб, что существенно увеличивает эффективную поверхность теплообмена по сравнению с гладкими медными или латунными трубами. Согласно данным из статьи «Гофрированная труба из нержавеющей стали» (эл. адр. - Гофрированная труба из нержавеющей стали | (domidei.ru > node / 687 ∨), теплообменная поверхность гофрированных труб из нержавеющей стали на 40% выше, чем у медных труб аналогичного диаметра, а меньшая толщина стенок гофрированных нержавеющих труб по сравнению с медными трубами компенсирует разницу в их теплопроводности.
Нержавеющие гофрированные трубы, кроме того, долговечны, обладают повышенной прочностью и пластичностью, устойчивы к коррозионным процессам. Имея минимальный коэффициент шероховатости, они не зарастают и не заиливаются, что исключает необходимость их периодической чистки.
Это особенно важно в реальных условиях эксплуатации теплообменников для приготовления горячей воды в многоэтажных жилых домах. Качество исходной воды (водопроводной), как правило, оставляет желать лучшего. По этой причине эксплуатационные службы вынуждены проводить регулярные трудоемкие работы по чистке теплообменных аппаратов в плохо приспособленных для их проведения условиях (подвалы жилых домов). Кроме того, для выполнения этих работ требуется специально обученный высококвалифицированный персонал.
При использовании съемного греющего элемента он легко извлекается из корпуса теплообменника и, при необходимости, заменяется на новый. Как показала практика, операция по замене одного греющего элемента занимает не более 30 минут и выполняется специалистом низкой квалификации. Демонтированный греющий элемент направляется на техобслуживание в стационарных условиях.