ТЕПЛООБМЕННИК

Техническое решение относится к теплотехнике, а именно к теплообменным процессам между двумя разнотемпературными средами через стенку.
Известен «Теплообменник» (пат. RU №2157495 МПК F 28 D 7/00, опубл. 10.10.2000 г.), содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубками ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную камеру с патрубками ввода и вывода трубной среды, коллекторную трубную решетку, вертикальные трубные решетки по длине пучка и продольные перегородки по оси коллекторной камеры и кожуха теплообменника, причем последняя снабжена уплотнительными элементами, расположенными между перегородкой и внутренней поверхностью кожуха, при этом трубный пучок теплообменника снабжен корсетом, плотно облегающим поверхность пучка, а торец корсета герметично прикреплен к трубной поверхности пучка, причем в корсете симметрично продольной перегородке выполнены два выреза с общей осью симметрии для прохода межтрубной среды.
Недостатками данной конструкции являются:
- сложность в изготовлении и высокая металлоемкость в результате использования большого числа охватываемых элементов другими (корсеты, бандажи) и нерационального использования конструктивных элементов;
- большие затраты на обслуживание, так как для защиты от накипи необходимо предварительно освобождать от солей и взвесей нагреваемую среду либо периодически останавливать и очищать пучки труб от накипи.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Теплообменник» (пат. RU №2133004 МПК F 28 D 7/00, опубл. 10.07.99 г.), содержащий идентичные теплообменные секции в виде заключенных в цилиндрические кожухи пучков труб, которые подключены к общим коллекторным камерам трубной и межтрубной сред, выполненных в виде обечаек с фланцами, скрепленными с расположенными между камерами трубными решетками, перпендикулярно которым установлены перегородки, образующие отсеки, сообщающие смежные секции, при этом наружные части обечаек камер трубной и межтрубной среды выполнены в форме участка цилиндра с поперечным сечением в виде сегмента или полукруга, имеющего диаметр не менее диаметра кожуха теплообменной секции.
Недостатками данной конструкции являются:
- сложность в изготовлении и высокая металлоемкость в результате использования большого числа охватываемых элементов другими (кожухи пучков труб, для каждого сегмента - свой) и нерационального использования конструктивных элементов;
- большие затраты на обслуживания, так как для защиты от накипи необходимо предварительно освобождать от солей и взвесей нагреваемую среду либо периодически останавливать и очищать пучки труб от накипи.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание простой и относительно прототипа дешевой конструкции теплообменника за счет упрощения изготовления теплообменных секций и снижения металлоемкости с большими межремонтными периодами и периодами обслуживания.
Техническая задача решается теплообменником, содержащим идентичные теплообменные секции в виде пучков труб, которые подключены к общим коллекторным камерам трубной и межтрубной сред, оснащенных соответствующими фланцами, скрепленными с расположенными между камерами трубными решетками, перпендикулярно которым установлены перегородки, образующие отсеки, сообщающие смежные теплообменные секции.
Новым является то, что коллекторная камера трубной среды дополнительно оснащена ультразвуковым излучателем, а теплообменные секции образованы перпендикулярно установленными трубным решеткам разделителями, образующими сектора коллекторной камеры межтрубной среды, при этом разделители оборудованы окнами, обеспечивающими поток межтрубной среды в противоположном направлении потоку трубной среды, причем трубы в пучках выполнены витыми с шагом закрутки в 6-12 раз больше их максимального диаметра.
На Фиг.1 изображен внешний вид теплообменника с частичным разрезом.
На Фиг.2 - разрез А-А теплообменника с четырьмя теплообменными секциями.
На Фиг.3 - разрез Б-Б теплообменника с четырьмя теплообменными секциями.
На Фиг.4 - разрез В-В теплообменника с четырьмя теплообменными секциями.
На Фиг.5 изображено направление потока межтрубной среды в теплообменных секциях.
Теплообменник состоит из идентичных теплообменных секций 1 (см. Фиг.3) в виде пучков труб 2, которые подключены к общим коллекторным камерам трубной 3 (см. Фиг.1) и межтрубной 4 сред, оснащенных соответствующими фланцами 5 и 6, скрепленными с расположенными между камерами трубными решетками 7. Перпендикулярно трубным решеткам 7 установлены перегородки 8, образующие отсеки 9 (см. Фиг.2 и 4), сообщающие смежные теплообменные секции 1 (см. Фиг.3). Одна коллекторная камера
трубной среды 3 (см. Фиг.1) дополнительно оснащена ультразвуковым излучателем 10. Теплообменные секции 1 (см. Фиг.3) образованы перпендикулярно установленными трубным решеткам 7 разделителями 11, образующими сектора коллекторной камеры межтрубной среды 4 (см. Фиг.1). Разделители 11 оборудованы окнами 12, обеспечивающими поток межтрубной среды в противоположном направлении потоку трубной среды., причем трубы в пучках выполнены витыми с шагом закрутки S (на Фиг. Не показан) в 6-12 раз больше их максимального диаметра d (см. Фиг.3)
Теплообменник работает следующим образом:
Поток трубной среды (например: холодная вода) проходит по коллекторным камерам трубной среды 3 (см. Фиг.1), пучкам труб 2, которые выполнены витыми, с трубными решетками 7, которые установлены между фланцами 5 и 6. В коллекторных камерах трубной среды 3 (см. Фиг.2 и 4) установлены перегородки 8, образующие отсеки 9, которые соединяют гидравлически смежные теплообменные секции 1 так, что направляют поток трубной среды по пучкам труб 2 теплообменных секций 1 (см. Фиг.3) только в одном направлении (по часовой стрелке или против часовой стрелки). Поток межтрубной среды одновременно в одной из коллекторных камер 3 (см. Фиг.1) обрабатывается ультразвуковыми волнами, которые генерируются ультразвуковым излучателем 10 для замедления процесса отложения накипи и осадка в несколько раз (см. журнал «Новости теплоснабжения» №10, 2002 год, стр.44-45) в пучках труб 2. Поток межтрубной среды (например, горячая вода) при этом проходит в коллекторной камере межтрубной среды 4 через окна 12 разделителей 11 по теплообменным секциям 1 (см. Фиг.3) в направлении противоположном потоку трубной среды (см. Фиг.5). В результате происходит теплообмен, то есть одна из сред нагревается, а другая - охлаждается. Количество теплообменных секций 1 (см. Фиг.3), необходимых для теплообмена, определяется количеством секторов, на которые разбита разделителями 11 коллекторная камера межтрубной среды 4. Благодаря использованию витых труб 2, у которых шаг закрутки S (на Фиг. не показан) в 6-12 раз больше их максимального диаметра d (см. Фиг.3), позволило уменьшить массу и объем теплообменника на 30-40% при такой же теплоотдаче, как и при использовании в пучках гладких труб 2 в подобной же конструкции теплообменника.
Конструкция теплообменника дешева, проста в изготовлении и малогабаритна с большим межремонтным периодом и периодом обслуживания относительно аналогов за счет обработки трубной среды ультразвуковыми волнами (на практике межремонтный период увеличен в 8-10 раз) и использовании витых труб в пучках (на практике габариты уменьшены на 30-40%).