Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ТЕПЛООБМЕННИК
ТЕПЛООБМЕННИК

ТЕПЛООБМЕННИК

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: повышение надежности обеспечивается тем, что в теплообменнике, содержащем наружный корпус 5 с первичной камерой 2 для горячей первичной среды и вторичной камерой 3 для вторичной среды, отделенными друг от друга газонепроницаемой теплопроводной стенкой 4, во вторичной камере 3 установлена профилированная перегородка 6, разделяющая последнюю на внутренний 3а и наружный 3b отсеки. Перегородка 6 может быть установлена в направлении движения потока первичной среды и профилирована в плоскости, перпендикулярной ему. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2070700
Класс(ы) патента: F28D7/10, F28F9/22
Номер заявки: 5010829/06
Дата подачи заявки: 17.02.1992
Дата публикации: 20.12.1996
Заявитель(и): Сименс АГ (DE)
Автор(ы): Хартмут Херм[DE]; Карл Май[DE]
Патентообладатель(и): Сименс АГ (DE)
Описание изобретения: Изобретение относится к теплообменнику с первичной камерой для первичной среды и вторичной камерой для вторичной среды, которые отделены друг от друга газонепроницаемой трубопроводной стенкой.
Теплообменник служит для того, чтобы передать тепловую энергию от горячей первичной среды холодной вторичной среде.
Известны различные исполнения таких теплообменников. Один из таких теплообменников имеет форму сосуда, в котором размещено несколько трубопроводов, соединенных параллельно. Между соседними трубами помещены распорки для установки расстояния.
Параллельные трубы являются составной частью вторичного контура, который проходит насквозь через стенку сосуда и имеет газонепроницаемое уплотнение. Внутренность трубок образует вторичную камеру, через которую протекает теплопоглощающая вторичная среда. Оставшаяся внутренность сосуда является частью первичного контура, по которому протекает горячая первичная среда.
Такой тип теплообменника известен в полукоксовой обогревающей установке по патенту РЕ-PS-O 302310. При этом тепловая энергия передается от горячего дымного газа посредством вторичной среды содержанию пиролизного барабана. При таком использовании известного теплообменника необходимо иметь трубы, проводящие вторичную среду, из материала, обладающего большой теплостойкостью. Можно, чтобы трубы были покрыты огнестойкой массой. При этом необходимо, чтобы трубы имели металлические штыри, между которыми помещена огнеупорная керамическая масса.
Теплообменники, в которых вторичная камера образована параллельными трубами, требуют больших затрат и расходов на изготовление. Трубы тоже дороги. Соединение труб распорками требует дорогих сварных работ.
Использование таких теплообменников с параллельными трубами в полукоксовых обогревательных установках, в которых первичная среда горячий дымовой газ, требует покрытия поверхности труб огнеупорной массой. Это дорого из-за изогнутой поверхности труб. Приварка штыря из-за изогнутой поверхности труб производится вручную, что также дорого.
Задача изобретения изготовление теплообменника быстро и из простых недорогих средств и при этом, чтобы он был надежен в работе. При этом надо учитывать, чтобы из-за различного теплового расширения разных компонентов не произошло растяжения материала или даже его разрушения, например, при сварке.
Задача в соответствии с изобретением решается благодаря тому, что вторичная камера ограничена с одной стороны стенкой и противоположным ей наружным корпусом теплообменника и что вторичная камера разделена на внутреннюю и внешнюю части расположенной между стенкой и наружным корпусом профилированной перегородкой.
Расположение профилированной перегородки образует трубообразные каналы, служащие вторичной камерой. Теплообменник в соответствии с изобретением требует для своего изготовления вместо дорогих труб лишь недорогой профилированный жести и дешевой непрофилированной жести для наружного корпуса.
С помощью этого дешевого материала в соответствии с изобретением образованы параллельные каналы для вторичной среды, которые по своим функциям соответствуют дорогим соединенным распоркам, параллельным трубам. Это действительно так, хотя каналы часто не отделены друг от друга.
Профилированная перегородка между стенкой и наружным корпусом образует два полуобъема, каждый из которых разделен на параллельные каналы. Каналы внутри полуобъема ограничены стенкой, которая отделяет вторичную камеру от первичной.
Протекающая во внутреннем полуобъеме вторичная среда сначала подогревается. Эта подогретая вторичная среда может передавать энергию нагрева через профилированную перегородку вторичной среде во внешний полуобъем.
Профилированная перегородка расположена, например, в направлении потока первичной среды и в плоскости, перпендикулярной направлению потока первичной среды.
Благодаря тому, что вторичная среда может протекать по внутренним каналам в том же направлении или противотоком к первичной среде, обеспечивается хороший теплообмен через теплопроводную стенку между первичной и вторичной камерами.
Профилированная перегородка располагается, например, так, что она попеременно касается то стенки, которая ограничивает первичную камеру, то наружного корпуса, благодаря чему образуются подобъемы, а наружный корпус находится постоянно на одном расстоянии от стенки.
При этом профилированная перегородка закрепляется скобками, благодаря чему преимущественно обходятся без сварных соединений.
При этом достигают того, что стенка, профилированная перегородка и наружный корпус занимают фиксированное положение в радиальном направлении и, соответственно, перпендикулярно направлению потока и при этом свободно смещаются относительно друг друга в направлении оси теплообменника и, соответственно, в направлении потока из-за теплорасширения.
Например, профилированная перегородка закреплена лишь своим верхним краем и свободно свисает вниз между стенкой и корпусом. Благодаря этому различное теплорасширение корпуса, стенки и профилированной перегородки не оказывает влияния на всю остальную конструкцию, в то время как различное теплорасширение жестко скрепленных между собой частей привело бы к искривлению или даже поломке.
Например, оба полуобъема вторичной камеры соединены между собой с одной торцовой стороны, например, внизу теплообменника. На другой торцовой стороне, например, наверху теплообменника внешний полуобъем соединен с подводом, а внутренний полуобъем соединен с выпуском.
Это обеспечивает проход вторичной среды через вторичную камеру, причем вторичная среда сначала протекает во внешнем полуобъеме, например, по его каналам, потом поворачивает и течет во внутреннем полуобъеме, например по его каналам в противоположном направлении. Для подачи вторичной среды внешний полуобъем соединен с подводом. Для отведения вторичной среды внутренний полуобъем соединен с выпуском.
Такая установка имеет то преимущество, что одна и та же вторичная среда дважды проходит по вторичной камере. Противоток вторичной среды имеет то преимущество, что протекающая во внутреннем полуобъеме более теплая среда может подогреть через профилированную перегородку протекающую во внешнем полуобъеме более холодную среду.
Например, наружный корпус теплообменника соединен газонепроницаемо на торцовой стороне посредством дна со стенкой первичной камеры, а профилированная перегородка оканчивается на некотором расстоянии от дна.
При такой конструкции полуобъемы вторичной камеры соединены друг с другом, и это позволяет проводить поток вокруг торца профилированной перегородки. При этом газ переходит из одного полуобъема в другой, например, из внешнего во внутренний, что не позволяет, однако, выпускать газ из вторичной камеры.
Упомянутое дно выполнено, например, эластичным. Преимущество такого исполнения заключается в том, что компенсируются напряжения, возникающие из-за различного теплорасширения стенки и наружного корпуса. Теплорасширение перфорированной перегородки не может привести к напряжениям элементов конструкции, поскольку перегородка кончается на некотором расстоянии от дна и закреплена лишь в верхней своей части.
На торце, противоположном дну, на верху теплообменника, например, наружный полуобъем вторичной камеры закрыт крышкой, расположенной между наружным корпусом и профилированной перегородкой. На торце со стороны крышки расположен второй собирательный канал, открытый во внутренний полуобъем и соединенный с выпуском. Открытый в сторону наружного полуобъема первый собирательный канал расположен на другой стороне крышки и соединен с подводом.
Благодаря этой конструкции вторичная среда с одного торца теплообменника попадает только в наружный полуобъем вторичной камеры. Распределение вторичной среды по полуобъемам, образованным профилированной перегородкой, обеспечивается первым сборным каналом. Этот первый канал соединяет друг с другом все внешние подобъемы.
Вторичная среда от подвода может через первый сборный канал поступать в каждый отдельный внешний подобъем. Поскольку крышка перекрывает дальнейший проход, вторичная среда течет направленно между профилированной перегородкой и наружным корпусом. На дне, которое соединяет первичную камеру с наружным корпусом, направление потока вторичной среды будет обратным.
Поток течет при этом вокруг нижнего края профилированной перегородки и проходит между профилированной перегородкой и стенкой первичной камеры во второй сборный канал. Посредством второго сборного канала соединены между собой внутренние полуобъемы вторичной камеры. Благодаря этому собирается вторичная среда, поступающая изо всех внутренних подобъемов, и выводится через выпуск.
Благодаря такой конструкции достигают того, что вскоре после выпуска вторичной среды во внешнем полуобъеме происходит подогрев с помощью уже нагретой среды во внутреннем полуобъеме благодаря теплообмену через профилированную перегородку.
Например, первый сборный канал расположен снаружи наверху корпуса, причем в наружном корпусе насквозь в первый сборный канал выполнено отверстие. Эта конструкция способствует тому, что через первый сборный канал соединены между собой все наружные подобъемы, поскольку профилированная перегородка касается корпуса.
Например, профилированная перегородка подвешена только за свой верхний край. Она может быть соединена со стенкой первичной камеры через второй сборный канал. Благодаря этому получают простую и действенную конструкцию, и профилированная перегородка, поскольку она подвешена как занавес, свободно свисает вниз, не испытывая теплового растяжения и не вызывая трещин в материале.
Профилированная перегородка может иметь, например, угловой профиль. Тогда она плоской стороной прилегает к наружному корпусу и/или к стенке первичной камеры. Профиль может быть и треугольным.
В другом варианте профилированная перегородка может быть волнообразной с круглым, главным образом, синусоидальным профилем. Такой волнообразный профиль имеется в продаже. Использование недорогого известного профиля снижает затраты на теплообменник, поскольку волнообразные перегородки значительно дешевле труб.
Профилированная перегородка и/или корпус и/или другие части вторичной камеры выполнены, например, из стали. Для этого достаточно в соответствии с изобретением недорогой стали, поскольку в теплообменника профилированная перегородка и наружный корпус контактируют с негорячей первичной средой.
Горячая среда соприкасается лишь со стенкой первичной камеры. В то время как в известном исполнении с трубами и распорками все части контактируют с горячей средой и поэтому должны изготавливаться из жаропрочных материалов. В предлагаемом же изобретении только стенка первичной камеры должна выдерживать высокие температуры, например 800oС.
Стенка между первичной и вторичной камерами на стороне, обращенной к первичной камере, может быть покрыта штырями и заполнена огнеупорной керамической массой. Это помогает избежать коррозии, возникающей из-за горячей вредной для материала стенки первичной среды.
Установку штырей на стенку можно производить сварочными автоматами, поскольку штыри располагаются на плоской или немного искривленной поверхности. Это еще одно преимущество по сравнению с известными теплообменниками, поскольку там штыри расположены на трубах, что из-за их большой кривизны требует дорогостоящих ручных сварных работ. То же относится и к покрытию стенки со штырями керамической массой.
Например, первичная среда горячий дымовой газ, а вторичная среда - подогревающий газ. С помощью теплообменника в соответствии с изобретением можно использовать тепловую энергию горячего дымового газа через подогревающий газ для нагрева материала.
Например, первичная среда дымовой газ из топки полукоксовой нагревательной установки по ЕР N 0302310, а вторичная среда нагревающий газ для подогрева пиролизного реактора полукоксовой нагревательной установки.
Целесообразно использовать предлагаемый в соответствии с изобретением теплообменник в одной из таких нагревательных установок. Благодаря надежно работающему и выполняемому быстро и из простых и дешевых материалов теплообменнику можно подводить тепловую энергию очень горячего дымового газа в пиролизный реактор для подогрева коксующего в нем материала.
Благодаря предлагаемому изобретению получают надежный в работе теплообменник, созданный из простого имеющегося в продаже и недорого материала, например гофрированной жести. Конструкция теплообменника способствует тому, что теплорасширение его материала не нарушает нормальной работы устройства.
Конструкция теплообменника поясняется чертежами.
Фиг. 1 теплообменник в изометрии,
Фиг. 2 частичный разрез теплообменника.
Теплообменник 1 по фиг. 1 состоит из первичной камеры 2, в которой протекает горячая первичная среда, например горячий дымовой газ R, и из вторичной камеры 3, в которой протекает поглощающая тепло вторичная среда, например подогревающий газ Н для пиролизного реактора.
Первичная камера 2 и вторичная камера 3 отделены друг от друга стенкой 4. Эта стенка 4 образует по фиг. 1 трубу круглого сечения. Но возможно и другое сечение. Вторичная камера 3 с одной стороны ограничена стенкой 4, а с другой стороны наружным корпусом 5. Таким образом, вторичная камера 3 образует вокруг первичной камеры 2 кольцо.
Профилированная перегородка 6 разделяет вторичную камеру 3 на внутренний 3а и внешний 3b полуобъемы. Профилированная перегородка 6 может представлять собой замкнутый волнообразный лист, который согнут по синусоиде и попеременно касается по стенки 4, то наружного корпуса 5.
При этом внутренний 3а и внешний 3b полуобъемы разделены на подобъемы и перегородка 6 служит распоркой между стенкой 4 и наружным корпусом 5. Между соответствующими подобъемами может происходить обмен подогревающего газа Н, поскольку между профилированной перегородкой 6, стенкой 4 и корпусом 5 нет газоизоляции.
Оба подобъема 3а и 3b на торце теплообменника 1, на нижнем торце по фиг. 1, соединены друг с другом, а снаружи закрыты. Это соединение осуществляется посредством дна 7. Профилированная перегородка 6 оканчивается на некотором расстоянии над дном 7. Подогревающий газ Н поэтому может переходить из одного подобъема в другой.
Для подачи подогревающего газа Н во вторичную камеру 3 предусмотрен подвод 8. Он впадает в первый сборный канал 9, который огибает теплообменник 1. Первый сборный канал 9 открыт в сторону внешнего подобъема 3b.
На фиг. 1 наружный подобъем 3b сверху собирательного канала 9 закрыт крышкой 10, расположенной между наружным корпусом 5 и профилированной перегородкой 6. Это способствует тому, что поданный подогревающий газ Н проходит во внешнем подобъеме 3b только вниз.
Через сборный канал 9 подогревающий газ Н распределяется по подобъемам наружного полуобъема 3а. Между дном 7 и нижним краем профилированной перегородки 6 направление потока подогревающего газа Н обратное, и подогревающий газ при этом попадает из внешнего подобъема 3b во внутренний подобъем 3а. Там он протекает в соответствии с фиг. 1 вверх.
В верхней части теплообменника 1 расположен собирательный канал 11, открытый только в сторону внешнего подобъема 3b. Второй сборный канал 11 может отделяться от внешнего подобъема 3b крышкой 10. Но может быть и своя крышка, так что между сборным каналом 9 и каналом 11 снаружи может образоваться отверстие до профилированной перегородки 6.
Второй сборный канал 11 принимает подогревающий газ Н, который течет сначала во внешнем подобъеме 3b сверху вниз, а потом во внутреннем подобъеме 3а снизу вверх.
С вторым сборным каналом 11 соединен отвод 12 для подогревающего газа Н. Через второй сборный канал 11 профилированная перегородка 6 механически соединена со стенкой 4. Вместо этого может быть другое жесткое соединение в верхней части теплообменника 1. Наружный корпус 5 соединен через первый сборный канал 9 и крышку 10 с профилированной перегородкой 6.
Крышка 10 может соединяться непосредственно с вторым сборным каналом 11 или даже быть частью второго сборного канала 11.
В первичной камере течет горячая первичная среда, например дымовой газ R, температура которого может быть выше 800oС. Первичная камера 2 так же, как и вторичная камера 3 (на фиг. 1 не показана), соединена с подводами и выводами.
Стенка 4 первичной камеры 2 состоит из жаропрочного материала. Она может быть, например, покрыта штырями и огнеупорной керамической массой 14. Все другие части теплообменника 1 могут состоять из недорогой жести, поскольку они соприкасаются с более холодной вторичной средой подогревающим газом Н. Подогревающий газ Н имеет, например, в подводе 8 температуру 250oС, а в выпуске 12 температуру 600oС.
Фиг. 2 показывает радиальный разрез вторичной камеры 3 теплообменника 1 по фиг. 1. Стенка 4 первичной камеры 2 со стороны первичной камеры 2 снабжена штырями 13 и покрыта жаропрочной керамической массой 14. Штыри 13 способствуют хорошему укреплению керамической массы 14. Вторичная камера 3 ограничена стенкой 4 и наружным корпусом 5.
Профилированная перегородка 6, профильность которой на фиг. 2 не видна, разделяет вторичную камеру 3 на внутренний подобъем 3а и внешний подобъем 3b. В зависимости от места радиального разреза профилированная перегородка 6 может быть непосредственно у стенки 4 непосредственно у наружного корпуса 5 или в любом другом месте между ними. Это приводит к тому, что профилированная перегородка 6 профилирована в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, и перпендикулярна площади стенки 4, причем профиль перекрывает всю ширину вторичной камеры 3.
Профиль профилированной перегородки 6 может быть треугольным, круглым, например синусообразным, или любой другой формы. Наружный корпус 5 соединен со стенкой 4 дном 7. Это дно может быть выполнено в виде ящика. Может быть это дно 7 и эластичным, чтобы выравнивать теплорасширение.
Профилированная перегородка 6 оканчивается во вторичной камере 3 на некотором расстоянии от дна 7. Наружный полуобъем 3а сверху закрыт крышкой 10. Ниже крышки 10 наружный полуобъем 3b соединен с подводом 8. Между подводом 8 и наружным полуобъемом 3b может находиться первый сборный канал 9. Он соединяет отдельные образованные профилированной перегородкой 6 подобъемы наружного полуобъема 3b.
Внутренний полуобъем 3а соединен с выпуском 12. Сюда подведен второй сборный канал 11, который сначала собирает поступающую из подобъема внутреннего полуобъема 3а вторичную среду. Профилированная перегородка 6 по фиг. 2 укреплена только на втором сборном канале 11. Она висит как занавес во вторичной камере 3.
Благодаря этому теплорасширение профилированной перегородки 6 не оказывает никакого воздействия на другие части теплообменника 1. На профилированной перегородке 6 через крышку 10 удерживается первый сборный канал 9, а на нем наружный корпус 5. Первичная среда, например дымовой газ R, протекает через первичную камеру и имеет, например, температуру 800oС.
Вторичная среда, например подогревающий газ Н, имеющий, например, температуру 250oС, протекает через подвод 8 и через первый сборный канал 9 попадает в наружный полуобъем 3b вторичной камеры. Там он течет вниз, дном 7 меняет направление потока и течет теперь во внутреннем полуобъеме 3а вверх. Оттуда подогретый, например, до 600oС, он поступает через второй сборный канал 11 в выпуск 12.
Теплообменник 1 в соответствии с предлагаемым изобретением обладает тем преимуществом, что в нем для устройства вторичной камеры 3 вместо дорогостоящих труб используется дешевая профилированная жесть и что тепловое расширение отдельных частей теплообменника 1 не влияет на стабильность его работы.
Формула изобретения: 1. Теплообменник, содержащий наружный корпус с первичной камерой для первичной среды и вторичной камерой для вторичной среды, отделенными друг от друга газонепроницаемой теплопроводной стенкой, размещенной на расстоянии от наружного корпуса, отличающийся тем, что вторичная камера образована упомянутой стенкой и наружным корпусом и снабжена профилированной перегородкой, установленной между стенкой и корпусом и разделяющей ее на внутренний и наружный отсеки.
2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что профилированная перегородка установлена в направлении движения потока первичной среды и профилирована в плоскости, перпендикулярной ему.
3. Теплообменник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что профилированная перегородка установлена с попеременным касанием стенки и наружного корпуса, равноудаленных друг от друга.
4. Теплообменник по пп.1 3, отличающийся тем, что профилированная перегородка закреплена своим верхним концом, свободно свисая вниз между стенкой и наружным корпусом.
5. Теплообменник по пп.1 4, отличающийся тем, что оба отсека вторичной камеры на одном торце профилированной перегородки сообщены между собой и закрыты снаружи, на другом ее торце наружный отсек соединен с впуском вторичной среды, а внутренний отсек с ее выпуском.
6. Теплообменник по п.5, отличающийся тем, что стенка и наружный корпус со стороны одного из торцов профилированной перегородки газонепроницаемо соединены между собой днищем, расположенным на расстоянии от последней.
7. Теплообменник по п.6, отличающийся тем, что днище выполнено эластичным.
8. Теплообменник по пп.6 и 7, отличающийся тем, что на торце, противоположном днищу, наружный отсек вторичной камеры закрыт крышкой, размещенной между профилированной перегородкой и наружным корпусом, при этом теплообменник снабжен первым и вторым коллекторами, сообщенными соответственно с впуском и выпуском вторичной среды, причем второй коллектор открыт в сторону внутреннего отсека вторичной камеры и размещен с торца крышки, а первый коллектор открыт в сторону наружного отсека и размещен с другой стороны крышки.
9. Теплообменник по п.8, отличающийся тем, что первый коллектор надет на наружный корпус, в котором выполнено сквозное отверстие, сообщающее наружный отсек вторичной камеры с этим коллектором.
10. Теплообменник по пп.1 9, отличающийся тем, что профилированная перегородка имеет углообразный профиль.
11. Теплообменник по пп.1 9, отличающийся тем, что профилированная перегородка выполнена с волнообразной поверхностью синусоидального профиля.
12. Теплообменник по пп.1 11, отличающийся тем, что профилированная перегородка, и/или наружный корпус, и/или другие элементы вторичной камеры выполнены из стали.
13. Теплообменник по пп.1 12, отличающийся тем, что стенка выполнена из стойкого к высоким температурам материала, а профилированная перегородка из недорогого материала.
14. Теплообменник по пп.1 13, отличающийся тем, что стенка со стороны первичной камеры снабжена штырями и покрыта огнеупорной керамической массой.
15. Теплообменник по пп.1 14, отличающийся тем, что в качестве первичной среды использован дымовой газ, а в качестве вторичной - подогревающий газ.
16. Теплообменник по п.15, отличающийся тем, что в качестве первичной среды использован горячий дымовой газ из топки полукоксовой обогревательной установки, а в качестве вторичной подогревающий газ для подогрева пиролизного реактора той же установки.