ТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
TUBULAR HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к трубчатым теплообменникам.
Известны трубчатые теплообменники для осуществления теплообмена между двумя текучими средами, первой и второй, соответственно. Такой теплообменник содержит корпус, внутри которого расположены одна или несколько труб, прикрепленных по концам к разделительным перегородкам, разделяющим корпус на три камеры, в частности, входную и выходную камеры для первой текучей среды и расположенную между ними центральную камеру со своим входом и выходом для второй текучей среды.
В известных теплообменниках поперек направления расположения труб установлена одна или несколько направляющих перегородок, и трубы проходят через отверстия в этих направляющих перегородках, служащих для придания потоку второй текучей среды определенной траектории движения.
Традиционно направляющие перегородки установлены таким образом, что для второй текучей среды образованы проходные отверстия, расположенные поочередно на одной и на другой, противоположной сторонах корпуса, чтобы направить вторую текучую среду вдоль определенной траектории.
В известных трубчатых теплообменниках направляющие перегородки удерживаются на некотором расстоянии друг от друга с помощью средств крепления, выполненных в виде разделительных трубок или проставок, установленных между указанными направляющими перегородками.
При использовании разделительных вкладышей каждый ряд находящихся на одной линии разделительных трубок снабжают по меньшей мере одним резьбовым стержнем, причем резьбовые стержни также проходят сквозь соответствующие отверстия в направляющих перегородках.
Недостаток такого решения заключается в том, что указанные резьбовые стержни и разделительные трубки должны быть изготовлены из материала достаточно большой толщины, поскольку перемещение направляющих перегородок под действием потока второй текучей среды, проходящей через центральную камеру, должно быть ограниченным.
Большое количество материала, необходимого для описанной конструкции, с очевидностью предполагает высокие затраты материала.
Другой недостаток заключается в том, что монтаж направляющих перегородок является трудоемким процессом, т.е. монтаж трубчатого теплообменника требует больших трудозатрат и является дорогостоящим.
Помимо этого резьбовые стержни должны быть закреплены.
Еще один недостаток состоит в том, что для резьбовых стержней и разделительных трубок используют материалы, отличающиеся от материала, из которого изготавливают направляющие перегородки, что обуславливает более высокие затраты, связанные с материально-техническим обеспечением конструкции.
Из документа GB 2070758 известно альтернативное решение, согласно которому в кромках направляющих перегородок по периметру выполнены прорези, при этом направляющие перегородки предназначены для использования совместно с соединительными стержнями, в которых тоже выполнены прорези, так что соответствующие прорези входят в зацепление, устанавливая тем самым определенное расстояние между направляющими перегородками.
Задачей изобретения является устранение одного или более из отмеченных выше и/или других недостатков.
Указанная задача решается в трубчатом теплообменнике для теплообмена между двумя текучими средами, первой и второй, соответственно, содержащем корпус, внутри которого между входной и выходной камерами проходит одна или несколько труб для первой текучей среды, при этом указанные трубы проходят сквозь отверстия в направляющих перегородках, которые удерживаются на некотором расстоянии друг от друга с помощью одного или нескольких средств крепления, каждое из которых выполнено в виде профиля, зафиксированного путем защелкивания в выемках, образованных в соответствующих направляющих перегородках, причем указанный профиль имеет V-образную форму, а выемки имеют V-образную форму с выступами на двух противоположных кромках, так что V-образный профиль защелкивается, заходя за эти выступы.
Такое выполнение трубчатого теплообменника обеспечивает легкость монтажа направляющих перегородок внутри корпуса благодаря использованию указанного профиля.
В конечном счете, достаточно установить направляющие перегородки на необходимых расстояниях друг от друга, например, в подходящем для этой цели монтажном приспособлении, после чего упомянутые средства крепления могут быть легко зафиксированы посредством защелкивания для фиксации направляющих перегородок на некотором расстоянии одна от другой.
Другим преимуществом является возможность обеспечения гибкости за счет использования профиля, например, за счет тонкостенной конструкции этого профиля, что обеспечивает экономию материала, а следовательно, и средств.
Еще одним преимуществом такой конструкции является то, что средства крепления и направляющие перегородки могут быть изготовлены из одного и того же материала, что уменьшает материально-технические затраты, необходимые для сборки трубчатого теплообменника согласно изобретению.
Предпочтительно выемки расположены по периметру направляющих перегородок, что позволяет легко защелкивать профиль на месте, перемещая его в радиальном направлении.
При этом вышеупомянутые выступы действуют как фиксирующие элементы, заходя за которые V-образный профиль может быть зафиксирован посредством защелкивания.
Дополнительным преимуществом использования V-образного профиля является повышение жесткости средства крепления в поперечном направлении по сравнению с известными резьбовыми стержнями. Такой V-образный профиль может выдерживать большие усилия без изгиба.
Предпочтительно в профиле выполнены прорези, в которых могут удерживаться вышеупомянутые выступы в процессе сборки теплообменника, так что направляющие перегородки могут быть зафиксированы в этих прорезях на некотором расстоянии друг от друга.
Изобретение также относится к направляющей перегородке для трубчатого теплообменника, которая имеет по меньшей мере одну выемку для фиксации V-образного профиля посредством защелкивания, образующей часть средства крепления, обеспечивающего удержание направляющих перегородок в трубчатом теплообменнике на расстоянии друг от друга, при этом указанная выемка имеет V-образную форму с выступами на противоположных кромках, так что V-образный профиль защелкивается, заходя за эти выступы.
Изобретение, кроме того, относится к набору из одной или нескольких направляющих перегородок для трубчатого теплообменника и средств крепления, предназначенных для удержания направляющих перегородок на расстоянии друг от друга в трубчатом теплообменнике. Направляющие перегородки в этом наборе имеют по меньшей мере одну выемку, образующую часть средств крепления, для фиксации путем защелкивания V-образного профиля, причем указанная выемка имеет V-образную форму с выступами на двух противоположных кромках, так что V-образный профиль защелкивается, заходя за эти выступы, а средства крепления включают в себя профиль V-образной формы, который может быть защелкнут за выступами на выемках направляющих перегородок.
Для иллюстрации особенностей изобретения далее в качестве не ограничивающего примера описан трубчатый теплообменник согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения со ссылками на чертежи.
На фиг.1 схематично показан трубчатый теплообменник согласно настоящему изобретению, вид в разрезе;
на фиг.2 показано средство крепления согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, которое обозначено на фиг.1 позицией F2, вид в перспективе;
на фиг.3 показан участок теплообменника, обозначенный на фиг.1 позицией F3, вид в увеличенном масштабе;
на фиг.4 и 5 в увеличенном масштабе показаны разрезы по линиям IV-IV и V-V на фиг.3, соответственно.
Как показано на фиг.1, трубчатый теплообменник 1 согласно настоящему изобретению содержит герметичный корпус 2, который разделен на три камеры 4, 5 и 6, а именно, на центральную камеру 4 и на расположенные с каждой из ее сторон две камеры 5 и 6. Это разделение осуществлено посредством двух концевых деталей в виде параллельных разделительных перегородок 3.
Центральная камера 4 расположена между указанными разделительными перегородками 3 с отверстиями 7, через которые проходят параллельные трубы 8.
Две другие камеры 5 и 6, расположенные с каждой стороны от центральной камеры 4, а именно камера 5, образующая входной участок для первой текучей среды, и камера 6, образующая выходной участок для первой текучей среды, сообщаются между собой посредством труб 8.
Центральная камера 4 имеет вход 9 и выход 10 для второй текучей среды и содержит направляющие перегородки 11, которые расположены практически перпендикулярно относительно продольного направления труб 8.
Форму и относительное расположение направляющих перегородок выбирают так, чтобы вторая текучая среда протекала в центральной камере по определенной траектории, например, зигзагообразно, при этом вторая текучая среда протекает через центральную камеру, последовательно совершая движение вперед и назад, осуществляя при этом некоторое число ходов, что увеличивает проходимый текучей средой путь для увеличения количества переданной теплоты.
Для реализации такой траектории направляющие перегородки 11 проходят от одной стороны центральной камеры 4 к другой ее стороне, не доходя до этой другой стороны на определенное расстояние, образуя проход 12 для изменения направления движения второй текучей среды. Последовательно образованные проходы 12 расположены поочередно с одной или другой стороны камеры.
Предпочтительно направляющие перегородки 11 изготовлены из нержавеющей стали, но изобретение не ограничено только этим материалом.
В направляющих перегородках 11 имеются отверстия 13, через которые проходят трубы 8 теплообменника 1.
Диаметр этих отверстий 13 практически совпадает с диаметром трубы 8, так что между направляющей перегородкой 11 и трубами 8 существует ограниченный зазор.
Согласно изобретению направляющие перегородки 11 удерживаются на некотором расстоянии друг от друга с помощью одного или нескольких средств крепления, каждое из которых образовано профилем 14, предпочтительно изготовленным из упругого материала.
Как показано на фиг.2, каждое из средств крепления выполнено в виде V-образного профиля 14 с двумя стенками 15 и 16, сходящимися с уменьшением расстояния между ними.
Предпочтительно на свободных кромках 17 упомянутых стенок 15 и 16 выполнены одна или несколько, одна напротив другой, прорезей 18. В представленном на фиг.2 варианте осуществления изобретения прорези имеют некоторую ширину и проходят в поперечном направлении через свободные кромки 17.
Предпочтительно направляющие перегородки 11 удерживаются за счет фиксации V-образного профиля 14 путем защелкивания его в процессе монтажа трубчатого теплообменника в V-образных выемках 19, расположенных по периметру направляющих перегородок 11.
Выемка 19 в направляющей перегородке 11 имеет практически V-образную форму, причем вершина V-образной выемки 19 и закрытая сторона скрепляющего профиля направлены в противоположную сторону от наружной кромки 20 направляющей перегородки 11.
Предпочтительно снизу выемка 19 переходит в дополнительное отверстие 21, в результате чего выемка не имеет явно выраженной стреловидной V-образной формы.
Сходящиеся под углом кромки 22 выемки 19 имеют выступы 23, размеры которых предпочтительно совпадают или несколько меньше размеров прорезей в профиле 14.
Понятно, что для выполнения трубчатого теплообменника согласно изобретению достаточно разместить направляющие перегородки 11 на надлежащих расстояниях по отношению друг к другу, например, в предназначенном для этой цели монтажном приспособлении, и расположить выемки 19 в направляющих перегородках 11 вдоль одной линии.
После этого V-образный профиль может быть зафиксирован в выемках 19 направляющих перегородок 11.
Понятно, что, в том числе, и за счет использования упругого материала для изготовления средств крепления можно обеспечить возможность легкой фиксации этих средств крепления в направляющих перегородках 11 посредством защелкивания.
При закреплении направляющих перегородок 11 с помощью профилей 14 боковые поверхности 22 V-образной выемки 19 и профиль 14 приводятся в контакт друг с другом.
Профиль 14 фиксируется на месте, так как выступы 23 на кромках 22 выемок 19 удерживаются в прорезях 18 профиля.
Предпочтительно в собранном состоянии конструкции свободные кромки 17 V-образного профиля 14 проходят до наружной кромки 20 направляющих перегородок 11, как показано на фиг.4 и 5, или практически до наружной кромки 20 направляющих перегородок 11.
По завершении монтажа в случае необходимости соединительный профиль 14 вместе с зафиксированными с его помощью направляющими перегородками может быть легко присоединен к разделительной перегородке 3, например, с использованием подходящего технологического процесса, такого как сварка или тому подобное.
Функционирование трубчатого теплообменника 1 согласно изобретению аналогично функционированию известных трубчатых теплообменников.
Первая текучая среда протекает из входной камеры 5 в выходную камеру 6 по трубам 8.
Вторую текучую среду подают через вход 9 в центральную камеру 4 и направляют с помощью направляющих перегородок 11 по зигзагообразной траектории с внешним обтеканием труб 8.
За счет контакта между второй текучей средой и трубами 8, по которым протекает первая текучая среда, происходит передача теплоты, в результате чего температуры второй текучей среды на выходе 10 и на входе 9 будут отличаться.
В другом варианте осуществления изобретения вход 9 и выход 10 для второй текучей среды могут быть расположены по диагонали напротив друг друга, а не с одной и той же стороны, как показано на фиг.1.
Не исключено также расположение камер 5 и 6 с одной и той же стороны от центральной камеры 4. В этом случае, как известно, на противоположной стороне центральной камеры 4 будет образована зона изменения направления движения потока на обратное.
Специалисту в данной области техники понятно, что трубы 8 могут быть снабжены ребрами для повышения эффективности теплообмена между первой и второй текучими средами.
Согласно изобретению не исключено, что теплообменник 1 может быть выполнен с разделением на большее число секций.
Хотя в описанном здесь варианте осуществления изобретения используется тонкостенный открытый V-образный профиль 14, очевидно, что возможны другие варианты осуществления изобретения, например, использование закрытого скрепляющего профиля, например, тонкостенного профиля с круглым, треугольным или квадратным сечением.
Кроме того, возможно выполнение выемок 19 в направляющих перегородках 11 не по их периметру, а на определенном расстоянии от наружной кромки 20.
Настоящее изобретение не ограничено описанным и показанным на чертежах вариантом его осуществления, и теплообменник и направляющая перегородка согласно настоящему изобретению могут быть реализованы в самых разных формах и самых разных размеров без выхода за пределы объема изобретения.