Кожухотрубный теплообменник

Полезная модель относится к теплообменной технике и может быть использована при создании теплообменных аппаратов и устройств промышленного и энергетического назначения, основу которых составляют гладкие трубчатые поверхности.
Известен теплообменник, содержащий пучок труб одинакового диаметра с треугольной или прямоугольной разбивкой и коллекторы с трубными досками (см. авторское свидетельство SU1763842, МПК F28D 7/16, F28F 1/06, 1992.).
Недостатками такого теплообменника являются низкая эффективность теплоотдачи и невысокая компактность поверхности, обусловленные тем, что трубный пучок выполнен из прямых гладких труб одинакового диаметра.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является кожухотрубный теплообменник, содержащий продольно обтекаемый шахматный пучок теплообменных труб с периодически повторяющимся по длине диффузорно-конфузорным профилем с углом раскрытия диффузора и конфузора 6-10°, смещенных между собой на половину периода профиля «диффузор-конфузор» (см. патент RU 2489664, МПК F28D 7/16, 2013).
Недостатком этого кожухотрубного теплообменника является пониженная эффективность теплоотдачи. Отмеченная пониженная интенсивность теплоотдачи в трубах обусловлена ослабленным взаимодействием потока, сформировавшегося в узком сечении канала на границе конфузорных и диффузорных участков, с поверхностью в области максимального сечения на границе диффузорных и конфузорных участков из-за его «проскока» и отсутствия возможности наиболее полно следовать профилю стенки трубы в условиях отрыва и вихреобразования. Подобное снижение эффекта интенсификации теплоотдачи проявляется и в межтрубном пространстве при внешнем обтекании пучка смежным теплоносителем, поскольку управляющее воздействие формы и геометрии «элементарных» трубных ячеек на структурирование потока недостаточно результативно.
Задачей полезной модели является увеличение интенсивности теплоотдачи.
Техническим результатом, на достижение которого направлена настоящая модель, является минимизация испарений топлива из резервуаров.
Поставленная задача решается тем, что кожухотрубный теплообменник, содержащий корпус, в полости которого расположен пучок труб, снабжен патрубками подвода и отвода охлаждающего воздуха, отличается тем, что в полостях труб размещены стержни с винтовыми лопастями, кроме того, во внутренней части корпуса размещено верхнее основание, имеющее форму усеченного конуса.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом совокупность существенных признаков формулы полезной модели позволяет увеличить интенсивность теплоотдачи за счет интенсификации тепломассообмена между конденсатом и паровоздушной смесью и минимизировать испарения топлива из резервуаров за счет обеспечения лучшего конденсирования паров и уменьшения скопления конденсата в верхней части теплообменника.
На фиг. изображен теплообменник в разрезе.
На чертеже показаны корпус 1, верхнее 2 и нижнее 3 основания, пучок труб 4, стержни 5 с винтовыми лопастями, внутренние перегородки 6, патрубки 7 и 8 для подвода и отвода охлаждающего воздуха, фланцы 9 и 10.
Кожухотрубный теплообменник содержит корпус 1 в виде цилиндра (например, из углеродистой стали) с верхним 2 и нижним 3 основаниями. Верхнее основание 2 имеет форму усеченного конуса, что обеспечивает лучший массоперенос сконденсированных паров, тем самым позволяет уменьшить скопление конденсата в верхней части теплообменника. В полости корпуса 1 расположен пучок труб 4, которые закреплены верхним 2 и нижним 3 основаниями (например, припайкой). Дополнительный крепеж пучка труб 4, а также интенсификацию теплообмена обеспечивают пластинчатые перегородки 6, которые расположены перпендикулярно трубкам 4 и отстоят друг от друга с определенным шагом. В полостях труб 4 размещены стержни 5 с винтовыми лопастями, обеспечивающие увеличение тепломассообмена между конденсатом и паровоздушной смесью. На корпусе 1 установлены патрубки 7 и 8 для подвода и отвода охлаждающего воздуха соответственно. Для присоединения к дыхательной арматуре резервуара корпус 1 снабжен верхним 9 и нижним 10 фланцами.
Заявленное устройство работает следующим образом. Корпус 1 теплообменника закрепляют верхним 9 и нижним 10 фланцами на дыхательной арматуре резервуара с топливом. К патрубку подвода 7 подключают пневмолинию с охлаждающим воздухом. Поток паровоздушной смеси (ПВС), выходя из резервуара с топливом стремится от нижнего основания 3 до верхнего основания 2, проходя через пучок труб 4 вдоль стержней 5 с винтовыми лопастями, охлаждается за счет теплообмена с холодным воздухом, проходящим от патрубка подвода 7 в полость корпуса 1 теплообменника через пластинчатые перегородки 6 до патрубка отвода 8. Образовавшийся при теплообмене конденсат из ПВС за счет действия гравитационных сил поступает обратно в резервуар с топливом, двигаясь от верхнего основания 2 до нижнего основания 3 через пучок труб 4 вдоль стержней 5 с винтовыми лопастями, при этом верхнее основание 2, выполненное в форме конуса, способствует скатыванию капель конденсата к пучку труб 4, а сами капли за счет абсорбции интенсифицируют процесс массопереноса ПВС обратно в резервуар с топливом. Газовая фаза ПВС отводится к дыхательному клапану, к которому теплообменник подключен с помощью верхнего фланца 9.