ТЕПЛООБМЕННИК

ТЕПЛООБМЕННИК
Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к конструкции теплообменника.
Известентеплообменник 1.А.С.№1746191СССР.
5Р28Д15.02.Теплообменник /С.С. Волков, В.М. Подгорецкий. Заявл 07.05.90., содержащий корпус с поперечной перегородкой, установленной в нем с образованием каналов для теплообменивающихся сред, при этом в перегородке установлен пучок сребренных термосифонов, снабжённых охватывающими их патрубками, расположенными соосно термосифонов в зоне соединения последних с перегородкой, между концами термосифонов и стенками корпуса расположены опорные элементы, причём термосифоны в пучке установлены со взаимным касанием соседних патрубков по образующей, а перегородка выполнена в виде отдельных пластин, расположенных в межтрубных промежутках и повторяющих их форму.
Недостатки известного теплообменника заключаются в возможности возникновения кризисных явлений в термосифоне в период запуска теплообменника, снижающие его эффективность, а также в неравномерности и недостаточной эффективности передачи тепла отдельными сребрёнными термосифонами.
Заявляемый теплообменник направлен на повышение эффективности передачи тепла от горячей среды к холодной.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого теплообменника, заключается в повышении коэффициента эффективности передачи тепла, а соответственно в уменьшении потерь тепла с горячей средой в окружающую среду, экономии топливно-энергетических ресурсов.
Ограничительные признаки: корпус с поперечной перегородкой; каналы для теплообменивающихся сред; пучок сребренных термосифонов, установленных в перегородке; патрубки в зоне соединения термосифонов с перегородкой; опорные элементы между торцами термосифонов и стенками корпуса теплообменника; перегородка выполнена в виде отдельных пластин.
Отличительные признаки: каждый из сребрённых термосифонов выполнен составным, по крайней мере, из трёх отдельных термосифонов, различных диаметров «di,d2 и «d3 заправленных различными промежуточными теплоносителями; составной термосифон изготовлен из примыкающих друг к другу с торцов отдельных термосифонов; термосифоны меньшего диаметра «di установлены в нижней части составного термосифона и теплообменника; термосифоны большего диаметра «d2 и «d3 установлены в верхней части теплообменника и составного термосифона; теплообменник снабжен, по крайней мере, тремя перегородками и соответственно тремя сообщающимися каналами в испарительной части каждого из термосифонов и тремя сообщающимися каналами в конденсационной части каждого из термосифонов; наружный диаметр «Д корпуса теплообменника и высота теплообменника «Н связаны соотношением ,2-0,35; температуры кипения промежуточных теплоносителей нижнего «ti, среднего «t2 и верхнего «t3 термосифонов выбраны в порядке ti t2 t3; в момент запуска теплообменника горячую среду подают в испарительную часть нижнего термосифона с меньшим диаметром; после разогрева теплообменника горячую среду начинают подавать в теплообменник в испарительную часть верхних термосифонов с большим диаметром «d3, а холодную среду одновременно подают в теплообменник в конденсационную часть нижних термосифонов с диаметром  стенки каналов теплообменника в испарительной части каждого из термосифонов и поперечные перегородки дополнительно покрыты теплоизоляционным материалом толщиной Ь(5-10)а, где а- толщина стенки корпуса; коэффициент теплопроводности металла стенки корпуса «Xi и материала изоляции «Я,2 связаны соотношением X2/Xi 0,01-0,04; толщины поперечных
перегородок равняются длинам зон транспорта каждого из термосифонов; толщина перегородки нижнего «Ci, среднего «С2 и верхнего «с3 термосифонов связаны неравенством  патрубки, примыкающие к испарительным и конденсационным частям отдельных термосифонов, соединяются рукавами; регулирующие заслонки; термопары в каналах испарительной и конденсационной частей термосифонов; система автоматического регулирования работой теплообменника; корпус теплообменника состоит, по крайней мере, из трёх съёмных колец с фланцами для крепления; опорный элемент, расположенный в верхней части теплообменника включает опорную пластину и винты с пружинами, закреплёнными на крышке.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого теплообменика и достигаемым техническим результатом достигается в следующем.
Выполнение каждого из сребрённых термосифонов составным, по крайней мере, из трёх отдельных термосифонов различных диаметров, заправленных различными промежуточными теплоносителями позволяет повысить эффективность работы теплообменника, заключающуюся в увеличении перепада температур теплоносителей на входе и выходе из теплообменника в отдельности для горячего и холодного теплоносителя. Кроме этого, уменьшаются габариты теплообменника по ширине.
Выполнение составного термосифона из отдельных термосифонов различных диаметров, и примыкающих друг к другу с торцов, обеспечивает надёжное соединение их испарительной и конденсационной частей при незначительном термическом сопротивлении контакта
Установка термосифонов меньшего диаметра «di в нижней части составного термосифона и теплообменника позволяет дополнительно отводить тепло от охлаждённой горячей среды и передавать тепло нагретой холодной среде.
нов тепло горячей среды и передавать его холодной среде по причине больших тепловых потоков, передаваемых термосифонами диаметром «di.
Снабжение теплообменника, по крайней мере, тремя перегородками и соответственно тремя сообщающимися каналами в испарительной части каждого из термосифонов и тремя сообщающимися каналами в конденсационной части каждого из термосифонов обеспечивает эффективное охлаждение горячей среды и нагрев холодной среды при рациональной высоте теплообменника и незначительном наружном диаметре.
Уменьшение соотношения ,2 (где Д - наружный диаметр корпуса теплообменника, Н- высота теплообменника) уменьшает прочность корпуса теплообменника при его транспортировке. Кроме этого, нерациональное уменьшение диаметра корпуса «Д по причине уменьшения количества рядов составных термосифонов снижает эффективность передачи тепла в теплообменнике.
Увеличение соотношения ,35 приводит к нерациональному увеличению количества рядов составных термосифонов, существенно увеличивающее сопротивление движению горячей и холодной сред.
Выбор температур кипения теплоносителей нижнего «ti, среднего «t2 и верхнего «ts термосифонов в порядке  позволяет последовательно отбирать тепло от горячей среды на всей высоте теплообменника и последовательно передавать его холодной среде.
Передача тепла в термосифоне осуществляется в следующем порядке. При нагреве горячей средой испарительной части термосифона происходит испарение и кипение промежуточного теплоносителя внутри термосифона и передача тепла с паром в конденсационную часть термосифона, где происходит его конденсация на внутренней поверхности термосифона с передачей ей тепла. Тепло конденсации пара передается через стенки термосифона холодной среде, в результате чего её температура повышается, а температура горя чей среды уменьшается.
Подача горячей среды в момент запуска теплообменника в испарительную часть нижнего термосифона с меньшим диаметром обеспечивает разогрев стенок каналов теплообменника и термосифоны с меньшим диаметром «di и температурой кипения промежуточного теплоносителя «ti.3a счёт теплопроводности стенок прогреваются термосифоны с диаметром «d2 и «d3.
После разогрева стенок каналов теплообменника и прогрева составных термосифонов горячую среду начинают подавать в теплообменник в испарительную часть верхних термосифонов с большим диаметром «da, а холодную среду одновременно подают в теплообменник в конденсационную часть нижних термосифонов с диаметром «di.B результате, обеспечивается бескризисный запуск и работа составных термосифонов теплообменника.
Покрытие стенок каналов теплообменника в испарительной части каждого из термосифонов и поперечных перегородок теплоизоляционным материалом уменьшает потери тепла горячей среды через стенки теплообменника в окружающую среду.
Уменьшение толщины теплоизоляционного материала  (где атолщина стенки корпуса) приводит к существенному снижению эффективности работы теплообменника по причине потерь тепла от горячей среды в окружающую среду и уменьшении плотности теплового потока, передаваемого составными термосифонами из испарительных частей в конденсационные части. В результате снижается температура холодной среды на выходе теплообменника.
Увеличение толщины теплоизоляционного материала  приводит к нерациональному увеличению наружного диаметра корпуса теплообменника и металлоёмкости конструкции.
Уменьшение соотношения A,2A,,01 (где Х2-коэффициент теплопроводности материала теплоизоляции, Я,г коэффициент теплопроводности металла стенки корпуса) приводит к необходимости выбора материала теплоизоляции со значительно низким значением Х2, что сопровождается неделесообразным увеличением цены конструкции при незначительных потерях тепла в окружающую среду. В качестве металла стенки корпуса выбирается в основном сталь со значением А.1 20-50Вт/м-К. В качестве материала теплоизоляции могут быть использованы: дроблёный известняк-ракушечник, глина огнеупорная, текстолит, эбонит и другие со значением А,,16-0,93Вт/м-К.
Увеличение соотношения X2/Xi 0,04 может привести к существенным потерям тепла в окружающую среду, что снижает эффективность работы теплообменника и затрудняет, в ряде случаев, его эксплуатацию. В случае A,2/A,,25 отпадает целесообразность применения теплоизоляции как таковой.
Изготовление поперечных перегородок с толщинами равными длинам зон транспорта отдельных термосифонов, образующих составной термосифон, обеспечивает условия нормальной работы отдельных термосифонов, заключающееся в переносе тепла в виде пара из испарительной части в конденсационную часть термосифонов и отсутствие кризисных явлений в работе.
Связь толщины перегородок нижнего «Ci, среднего «с2 и верхнего «с3 термосифонов неравенством  свидетельствует о больших размерах верхних термосифонов и больших значениях передаваемых ими тепловых потоках от горячей среды к холодной среде.
Наличие рукавов, соединяющих патрубки, примыкающие в отдельности к испарительным и конденсационным частям термосифонов, обеспечивают движение горячей и холодной сред по теплообменнику. Кроме этого, обеспечивается удобство сборки и разборки теплообменника за короткий промежуток времени.
Наличие регулируемых заслонок, установленных на входе в теплообменник в патрубках с горячей и холодной средой, позволяет регулировать расход сред и температуру горячей и холодной сред на выходе из теплообменника.
чей сред в теплообменнике и обеспечивает возможность автоматизации работы теплообменника.
Наличие системы автоматического регулирования работой теплообменника обеспечивает возможность бескризисной работы термосифонов, позволяет регулировать в установленных пределах расход и температуру горячей и холодной сред.
Выполнение корпуса теплообменника, состоящего, по крайней мере, из трёх съёмных колец с фланцами для крепления их между собой и закрепления поперечных перегородок обеспечивает удобства сборки и разборки теплообменника в случае замены термосифонов и экономию рабочего времени в период ремонта.
Изготовление опорного элемента, расположенного в верхней части теплообменника, из опорной пластины с винтами и пружинами, закреплёнными на крышке, обеспечивает возможность транспортировки теплообменника и возможность его работы в помещениях, характеризующихся наличием вибраций.
Кроме этого, исключается возможность искривления, растрескивания и выхода из строя составных термосифонов при возникновении температурных деформаций отдельных термосифонов в процессе нагрева и охлаждения теплообменника.
На фиг. 1 и 2 приведен внешний вид заявляемого теплообменника, на фиг.З- сечение А- А фиг. 1, на фиг. 4 - вид составного термосифона
Заявляемый теплообменник, на фиг. 1 и 2, состоит: из корпуса 1 с теплоизоляцией 11 и, по крайней мере, с тремя съёмными кольцами 2, 3 и 4 с фланцами 12-17; поперечных перегородок 5, 6 и 7 с теплоизоляционным материалом 8,9 и 10; составных термосифонов 18, состоящих, по крайней мере, из трёх отдельных сребрённых термосифонов 19-21; патрубков 22 с рукавами 23 для подвода горячей среды и патрубков 24 с рукавами 25 для подвода холодной среды; сообщающихся каналов 26, 27 и 28 в испарительной части каждого из термосифонов; сообщающихся каналов 29-31 в конденсационной
части каждого из термосифонов; крышки 32 с опорными элементами 33 в нижней части теплообменника; опорных элементов 34, включающего опорную пластину 35, пружину 36 и винты 37, вворачиваемые в крышку 38. Между съёмными кольцами 2-4, крышкой 38 и 32 устанавливаются прокладки 39. В средней части отдельных термосифонов 19-21 расположены неоребрёные зоны транспорта соответственно 40-42. В патрубке 22 установлена регулирующая заслонка 43, а в патрубке 24- регулирующая заслонка 44. В сообщающихся каналах 26-28 установлены термопары 45-47, а в сообщающихся каналах 29-31 установлены термопары 48-50.Поперечные перегородки 5-7 состоят из отдельных пластин 51.
При сборке теплообменника в опорные элементы 33 на крышке 32 устанавливаются термосифоны 18, на которых закрепляются пластины 51, образующие поперечные перегородки 5-7, на которых крепится теплоизоляционный материал 8-10. Поочерёдно надеваются съёмные кольца 4,3 и 2 с прокладками 39 и крышка 38, которые закрепляются на фланцах 12-17 болтами. Дня исключения возможных вибраций и перемещений составных термосифонов 18 в крышку 38 вворачиваются винты с установленными на их торцах пружинами 36, поджимающими опорную пластину 35. После этого патрубки 22 соединяются рукавами 23, а патрубки 24 соединяются рукавами 25.
При разогреве теплообменника и составных термосифонов 8 горячую среду подают в канал 28 испарительной части термосифонов 21 .Значительная часть тепла горячей среды идёт на нагрев теплоизоляции 11, съёмных колец 2-4 корпуса 1, перегородок 5-7 с теплоизоляцией 8-10, крышки 32, крышки 38 с теплоизоляцией и отдельных сребрённых термосифонов 21,20 и 19. После достижения заданной температуры, контролируемой по показаниям термопар 47, 46 и 45 теплообменник включают в работу.
Работа заявляемого теплообменника осуществляется следующим образом.
рая далее через рукава 23 последовательно попадает в каналы 27 и 28 испарительной части термосифонов 20 и 21 с их нагревом. Одновременно при приоткрытой регулирующей заслонке 44 в канал 31 конденсационной части термосифонов 21 подают холодную среду, которая через патрубки 24 с рукавами 25 далее поступает в каналы 30 и 29 конденсационной части термосифонов 41 и 40, и выходит из теплообменника. Тепло горячей среды передаётся в отдельных термосифонах 19-21 соответственно зонами транспорта 40-42 с охлаждением горячей среды в каналах 26-28 и нагревом холодной среды в каналах 29-31. Сигналы, получаемые термопарами 45-47 и 48-50, поступают в систему автоматического управления работой теплообменника, и в случае необходимости регулируется положение заслонок 43 и 44, а также отключение подачи горячей среды в патрубок 22 и холодной среды в патрубок 24 при аварийном состоянии теплообменника.
ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
1.Теплообменник, содержащий корпус с поперечной перегородкой, установленной в нем с образованием каналов для теплообменивающихся сред, при этом в перегородке установлен пучёк сребренных термосифонов, снабженных охватывающими их патрубками, между торцами термосифонов и стенками корпуса расположены опорные элементы, перегородка выполнена в виде отдельных пластин, отличающийся тем, что каждый из сребренных термосифонов в пучке выполнен составным, по крайней мере, из трех отдельных термосифонов различных диаметров «di, d2, da и заправленных различными промежуточными теплоносителями, примыкающих к друг к другу с торцов, термосифоны меньшего диаметра «di установлены в нижней части составного термосифона и теплообменника, а большего диаметра «d2 и  в верхней части теплообменника, причем теплообменник снабжен, по крайней мере, тремя перегородками и соответственно тремя сообщающимися каналами в испарительной части каждого из термосифонов и тремя сообщающимися каналами в конденсационной части каждого из термосифонов, наружный диаметр «Д корпуса теплообменника и высота теплообменника «Н связаны соотношением ,,35 ,а температуры кипения промежуточных теплоносителей нижнего 4i, среднего «t2 и верхнего «1з термосифонов выбраны в порядке ti t2 t3.
2.Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что в момент запуска теплообменника, горячую среду подают в испарительную часть нижнего термосифона с меньшим диаметром «di, а после разогрева теплообменника горячую среду начинают подавать в теплообменник в испарительную часть верхних термосифонов с большим диаметром «d3, а холодную среду одновременно подают в теплообменник в конденсационную часть нижних термосифонов с диаметром  стенки каналов теплообменника в испарительной части каждого из термосифонов и поперечные перегородки дополнительно покрыты теплоизоляционным материалом толщиной Ь(5-ь10)а, где а - толщина стенки корпуса, коэффициент теплопроводности металла стенки корпуса «Л.1 и материала теплоизоляции «Х2 связанны соотношением A,2/A,,01-0,04, толщины поперечных перегородок равняются длинам зон транспорта каждого из термосифонов, причем толщина перегородки нижнего термосифона «Ci, среднего «с2 и верхнего термосифонов «с3 связаны неравенством .
3. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что патрубки, примыкающие к испарительным и конденсационным частям отдельных термосифонов соединяются рукавами, регулирующие заслонки, термопары в каналах  испарительной и конденсационной частей термосифонов, система автоматического регулирования работой теплообменника, корпус теплообменника состоит, по крайней мере, из трех съемных колец с фланцами для крепления, а опорный элемент, расположенный в верхней части теплообменника, включает опорную пластину и винты с пружинами, закрепленными на крышке.
fat.2
Риг. 5
№ 19