теплообменный аппарат

Формула изобретения

Теплообменный аппарат типа "труба в трубе", содержащий наружную и внутреннюю трубы, размещенные концентрично относительно друг друга, каждая из которых снабжена патрубками для ввода и вывода теплоносителей, отличающийся тем, что трубы установлены под углом 0-85° к горизонтали, внутренняя труба разделена на секции, выполненные с возможностью сообщения между собой через переливные отверстия в межсекционных перегородках, установленных с чередованием этих отверстий сверху и снизу, при этом межсекционные перегородки выполнены в виде сегментных диафрагм, а переливные отверстия в виде сегментных щелей, образованных в промежутке между стенкой внутренней трубы и диафрагмы, причем переливные пороги перегородок параллельны между собой и относительно горизонтали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к процессам теплопередачи, применяемым для охлаждения паров и жидкости, и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен теплообменник типа "труба в трубе", содержащий наружную и внутреннюю трубы, размещенные относительно друг друга концентрично, каждая из которых содержит патрубки для ввода и вывода теплоносителей [Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Учебник для вузов. Изд. 3-е. В 2-х кн.: Часть.1 Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. М.: Химия. 2002. - с.338-339].

Такие теплообменники обычно собирают в комплект последовательным их соединением, что приводит к громоздкости. В одиночку они используются реже, так как имеют малую поверхность теплообмена.

Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий расположенный по оси коллектор, заглушенный с торцов и имеющий окна для подвода и отвода среды межтрубного пространства, разделенного на отсеки поперечными перегородками, при этом внутри коллектора коаксиально размещена труба меньшей длины по сравнению с ним, один конец которой выведен за пределы коллектора, а другой, расположенный внутри последнего, соединен с ним кольцевой заглушкой [Авторское свидетельство СССР №462057, кл. F28D 7/16, 1975].

Эта конструкция теплообменника решает задачу равномерного распределения среды по отсекам путем усложнения ее.

Известен теплообменник типа "труба в трубе", внутренняя труба которого выполнена в виде сильфона, снабженного снаружи кольцевой перегородкой, разделяющей межтрубное пространство, жестко соединенной с наружной трубой и выполненной гибкой, например в виде мембраны [Авторское свидетельство СССР №468077, кл. F28D 7/10, 11/06, 1975].

В этом теплообменнике, взятом за прототип, имеются конструктивные элементы, позволяющие повысить его надежность, но решение этой задачи достигается за счет их использования в пульсационном режиме, что ограничивает возможности повышения этой самой надежности.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности конденсации паров, достигаемой за счет использования рациональной компоновки.

Эта задача решается тем, что в теплообменном аппарате типа "труба в трубе", содержащем наружную и внутреннюю трубы, размещенные концентрично относительно друг друга, каждая из которых содержит патрубки для ввода и вывода теплоносителей, эти трубы установлены под углом 0-85° к горизонтали, внутренняя труба разделена на секции, выполненные с возможностью сообщения между собой через переливные отверстия в межсекционных перегородках, установленных с чередованием этих отверстий сверху и снизу, при этом межсекционные перегородки выполнены в виде сегментных диафрагм, а переливные отверстия - в виде сегментных щелей, образованных в промежутке между стенкой внутренней трубы и диафрагмами, причем переливные пороги параллельны между собой и относительно горизонтали.

Установка труб под углом 0-85° к горизонтали обеспечивает наклонное положение теплообменного аппарата, что дает возможность использовать "водопадный" режим протекания теплоносителя сверху вниз.

Разделение внутренней трубы на секции, выполненные с возможностью сообщения между собой через переливные отверстия в межсекционных перегородках, обеспечивает удлинение пути перемещения охлаждаемого теплоносителя.

Установка межсекционных перегородок с чередованием переливных отверстий сверху и снизу обеспечивает так называемое лабиринтное протекание с установлением ступенчато располагаемых уровней теплоносителя в виде гидрозатворов.

Выполнение межсекционных перегородок в виде сегментных диафрагм дает возможность использовать простые и однотипные конструктивные элементы, что упрощает сборку теплообменника. Одновременно эти диафрагмы являются и своеобразными ребрами, перпендикулярно установленными к внутренней поверхности внутренней трубы, передающими тепло от охлаждаемого теплоносителя к самой трубе.

Выполнение переливных отверстий в виде сегментных щелей, образованных в промежутке между стенкой внутренней трубы и диафрагмами, по существу, полностью определяется конструкцией только диафрагм.

Обеспечение параллельности переливных порогов между собой и относительно горизонтали устанавливает также параллельность слоев теплоносителя при прохождении его через эти пороги, что придает этому слою жидкости одинаковую толщину по всей ширине потока теплоносителя.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображен теплообменный аппарат, вид сбоку, поперечный разрез.

Теплообменный аппарат содержит наружную трубу 1 с патрубками соответственно ввода 2 и вывода 3 охлаждающего теплоносителя, внутреннюю трубу 4, размещенную концентрично наружной трубе, с патрубками соответственно ввода 5 и вывода 6 охлаждаемого теплоносителя. Внутри труба 4 разделена на секции межсекционными перегородками в виде диафрагм 7, при этом образуются в плоскости перегородок переливные отверстия 8, имеющие вид сегментных щелей. Края диафрагм образуют переливные пороги 9, которые располагают строго горизонтально.

Работа теплообменного аппарата осуществляется следующим образом.

Теплоноситель, подлежащий охлаждению, подают через патрубок 5 во внутреннюю трубку 4 сверху вниз; при этом происходит огибание потоком теплоносителя верхней диафрагмы 7 через щель 8 и попадание на такую же диафрагму, но нижнюю, с образованием уровня жидкости, определяемого размерами диафрагмы, и последующего перетекания теплоносителя в нижележащую секцию с аналогичными диафрагмами и щелями с образованием аналогичных уровней. Внутренняя труба 4 в ходе процесса теплообмена омывается потоком охлаждающего теплоносителя, который может подаваться как через патрубок 2 или 3, а выводиться соответственно через патрубки 3 или 2.