Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛООБМЕННИК

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в конструкциях рекуперативных теплообменных аппаратов.

Известен теплообменник, включающий корпус с патрубками подвода пара и отвода его конденсата, водяную камеру с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды, размещенную в корпусе трубную систему с поверхностью теплообмена первого и второго хода, имеющую зону конденсации пара и зону охладителя конденсата, охладитель конденсата выполнен встроенным, образован частью трубной системы с поверхностью теплообмена первого хода, ограниченной кожухом, образованным из горизонтальных перегородок и вертикальных стенок, и расположен под зоной конденсации пара, трубная система выполнена из U-образных труб, и охладитель конденсата содержит дополнительную зону на втором ходу трубной системы, с возможностью поступления конденсата пара в охладитель конденсата и поперечного омывания поверхности теплообмена сначала второго, а затем первого хода трубной системы (RU №140783, МПК F28D 7/00, опубл. 20.05.2014 г.).

Недостатком известного решения является относительная сложность конструкции устройства.

Известен теплообменник типа труба в трубе, состоящий из корпуса с патрубками для подвода нагреваемого теплоносителя, отвода охлажденного теплоносителя, внутренней трубы с наружным и внутренним оребрением, выполненным в виде цельнометаллических стержней, расположенных в шахматном порядке, и интенсификатора потока, представляющего собой заглушенную с двух сторон трубу (RU №135101, МПК F28D 7/10, опубл. 27.11.2013 г.).

Недостатком известного решения является относительно низкая эффективность теплопередачи движущихся потоков между собой, обусловленная степенью турбулизации движущихся потоков, которую позволяют обеспечить элементы конструкции теплообменника.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является теплообменник типа труба в трубе, во внутренней трубе и в межтрубном пространстве которого установлены винтовые вставки, внутреннее пространство внутренней трубы и межтрубное пространство между внутренней и наружной трубами представляют из себя винтовые полости, образованные стенками труб и винтовыми вставками, внутренняя винтовая вставка соединена, преимущественно с помощью сварки или пайки, с внутренней поверхностью внутренней трубы, винтовая вставка в межтрубном пространстве соединена таким же образом с наружной поверхностью внутренней трубы и с внутренней поверхностью наружной трубы, причем материалы внутренней трубы, винтовых вставок и мест стыков винтовых вставок со стенками внутренней трубы имеют минимальное термическое сопротивление, потоки сред (жидких или газообразных) во внутренней трубе и в межтрубном пространстве протекают по винтовым спиралям (RU №2502931, МПК F28F 1/42, опубл. 27.12.2013 г.). Названная конструкция выбрана за прототип.

Недостатками прототипа являются относительно большая материалоемкость и сложность самой конструкции от наличия отдельных направляющих вставок в виде спиралей во внутренней трубе и межтрубном пространстве.

Технический результат заключается в повышении эффективности работы теплообменника при уменьшении его материалоемкости и упрощении его конструкции.

Технический результат достигается тем, что теплообменник содержит внешнюю трубу с подводящим и отводящим патрубками греющей среды и вставленную в нее внутреннюю трубу с подводящим и отводящим патрубками нагреваемой среды, в межтрубном пространстве установлены вставки. Вставки межтрубного пространства ступенчато расположены по длине внешней трубы с образованием ходов в межтрубном пространстве и введены во внутреннюю трубу с перекрытием не менее половины ее сечения. Вставки межтрубного пространства выполнены в виде тепловых труб.

На (фиг. 1) изображена конструкция теплообменника, которая включает внешнюю трубу 1 с подводящим 2 и отводящим 3 патрубками греющей среды и вставленную в нее внутреннюю трубу 4 с подводящим 5 и отводящим 6 патрубками нагреваемой среды. В межтрубном пространстве 7 установлены вставки 8, которые 7 введены в сечение внутренней трубы 4 с частичным его перекрытием и ступенчато расположены по ее длине. Вставки 8 выполнены полыми тепловыми трубами.

Теплообменник (фиг. 1) работает следующим образом. Изначально для наибольшей эффективности работы теплообменника организуют схему движения греющей и нагреваемой среды в противоточном направлении. Для этого во внутреннюю полость внутренней трубы 4 с частично перекрытым при помощи вставок 8 сечением через подводящий 5 и отводящий 6 патрубки нагреваемой среды осуществляют подачу нагреваемой среды. Затем в межтрубное пространство 7 теплообменника, ограниченное внутренней поверхностью внешней трубы 1, наружной поверхностью внутренней трубы 4 и вставками 8, через подводящий 2 и отводящий 3 патрубки осуществляют подачу греющей среды. Движение греющей и нагреваемой среды в теплообменнике происходит вдоль вставок 8, которые создают на их пути местные гидравлические сопротивления (ходы), условия для турбулизации и увеличивают время нахождения (контакта теплообмена) сред в теплообменнике, в результате чего интенсифицируется процесс теплообмена (согласно теории гидродинамического подобия).

В случае использования настоящего теплообменника для сред вода-вода его пространственная ориентация может быть произвольной.

В том случае когда теплообменник используется для конденсации пара, то пар для максимальной эффективности процесса конденсации направляется во внутреннюю трубу 4, ориентированную вертикально, сверху через подводящий патрубок 5, а конденсат отводится через отводящий патрубок 6, охлаждающая среда подается в межтрубное пространство 7 снизу через подводящий патрубок 2 и отводится через отводящий патрубок 3.

Эффективность работы теплообменника может быть увеличена за счет применения вставок из тепловых труб, рабочее вещество которых выбирается с учетом расчетного температурного напора и области применения теплообменника.

В настоящем теплообменнике интенсивность теплообмена между греющей и нагреваемой средой увеличивается при помощи межтрубных вставок из тепловых труб, которые благодаря особому расположению способствуют организации местных гидравлических сопротивлений, обеспечивающих турбулизацию самих движущихся потоков, общая материалоемкость конструкции уменьшается, чем достигается его упрощение, а следовательно, обеспечивается снижение себестоимости, что в итоге характеризует его относительно известных технических решений как более энергоэффективный.