EA002536B1

EA002536B1 - Теплообменник

Info

Publication number: EA002536B1
Application number: EA200100580A
Authority: EA
Inventors: Челль Перссон
Original assignee: Тетра Лаваль Холдингз Энд Файнэнс С.А.
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2002-06-27
Also published as: EA200100580A1; BR9915657A; WO2000031489A1; AU1903600A; EP1153257A1; CN1333868A; SE9804037D0; CA2352192A1; SE9804037L

Abstract

Изобретение относится к теплообменнику, включающему в себя множество теплообменных элементов (1), поддерживаемых каркасом и взаимно соединенных друг с другом для образования проточной системы, часть которой предназначена для продукта, а часть - для теплопередающей среды. Теплообменные элементы (1) опираются на каркас. Каждый теплообменный элемент (1) состоит из одной или более теплопередающих труб (3), взаимно соединенных на каждом конце трубными пластинами (4) с образованием проточной вставки (5). Теплопередающие трубы (3) окружены трубой (2) кожуха. Две соседние проточные вставки (5) для продукта взаимно соединены посредством трубного колена (6) для продукта, а две соседних трубы (2) кожуха, в свою очередь, взаимно соединены посредством соединительного элемента (10). Трубные пластины (4) образуют часть каркаса, гибко взаимно соединенную с соседними трубными пластинами (4).

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к теплообменнику, включающему в себя множество теплообменных элементов, поддерживаемых каркасом и взаимно соединенных друг с другом в проточной системе с протоком для продукта и протоком для теплопередающей среды, причем каждый теплообменный элемент представляет собой, с одной стороны, одну или более теплопередающих труб, взаимно соединенных посредством трубных пластин с образованием проточных вставок для продукта, а с другой стороны, трубу кожуха, окружающую теплопередающие трубы, при этом две соседних проточных вставки для продукта взаимно соединены друг с другом посредством трубных колен для продукта.

Предшествующий уровень техники

Теплообменники, много типов которых существует в настоящее время, применяются для того, чтобы нагреть или охладить некоторый жидкий продукт, например, с помощью пара, воды или другой жидкости при различных температурах. Теплообменники используются во многих отраслях промышленности, а также стали обычным явлением в отраслях пищевой промышленности, например на молокозаводах.

Хорошо известным типом теплообменника является так называемый трубчатый теплообменник, который состоит из одного или более теплообменных элементов, взаимно соединенных друг с другом проточной системой с протоком для продукта и протоком для теплопередающей среды. Теплообменный элемент, по существу, состоит из одной или более теплопередающих труб, окруженных трубой внешнего кожуха. Теплопередающие трубы взаимосвязаны посредством трубной пластины с образованием блока, т.е. проточной вставки для продукта. В свою очередь, две соседних проточных вставки для продукта взаимосвязаны посредством трубных колен для продукта, образуя проток для продукта, чтобы обеспечить циркуляцию продукта, который нагревают или охлаждают в технологическом процессе. Трубы внешнего кожуха также взаимосвязаны, чтобы обеспечить циркуляцию теплопередающей среды, такой как вода или другая жидкость, или пар, или, в альтернативном варианте, другие газы.

В последнее время предприняты попытки выполнять трубчатые теплообменники вышеупомянутого типа в виде отдельных модулей, чтобы реализовать более простой узел и избежать приспосабливания к данной конструкции каждой трубы теплообменника. Сущность такого трубчатого теплообменника раскрыта в описании к шведскому патенту 8Е 501908.

Задачи изобретения

Одна задача настоящего изобретения состоит в дополнительном упрощении модулизированного трубчатого теплообменника вышеописанного типа, чтобы создать возможность конкуренции с пластинчатыми теплообменниками, которые сейчас распространены на рынке и значительно дешевле.

Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в реализации трубчатого теплообменника, который, несмотря на его компактную конструкцию, выполнен с возможностью восприятия тепловых расширений, которые всегда присутствуют в теплообменниках.

Еще одна дополнительная задача настоящего изобретения состоит в реализации трубчатого теплообменника, который экономичен в изготовлении и прост в установке и техническом обслуживании.

Решение

Эти и другие задачи были решены в соответствии с настоящим изобретением за счет того, что в трубчатый теплообменник вышеописанного типа введен отличительный признак, заключающийся в том, что две соседних трубы кожуха взаимно соединены посредством соединительного элемента, и в том, что трубные пластины образуют часть каркаса, гибко взаимно соединенную с соседними трубными пластинами.

Предпочтительные конкретные варианты осуществления теплообменника, соответствующего настоящему изобретению, нашли дополнительное отражение в отличительных признаках, приведенных в зависимых пунктах прилагаемой формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Теперь, со ссылками на прилагаемые чертежи, будет приведено более подробное описание одного предпочтительного конкретного варианта осуществления теплообменника в соответствии с настоящим изобретением. На прилагаемых чертежах фиг. 1 изображает боковую проекцию теплообменника, соответствующего настоящему изобретению, фиг. 2 изображает боковую проекцию части теплообменника, фиг. 3 изображает боковую проекцию в частичном разрезе трубного колена для продукта, фиг. 4 изображает боковую проекцию части теплообменного элемента, фиг. 5 изображает вид в плане трубной пластины, фиг. 6 изображает вид в плане соединительного профиля, фиг. 7-9 изображают различные проекции теплообменников.

На прилагаемых чертежах изображены только те части и детали, которые существенны для понимания настоящего изобретения.

Фиг. 2 и 3 изображают конструкцию теплообменника. Трубчатый теплообменник, соответствующий настоящему изобретению, состоит, по существу, из одного или более теплообменных элементов 1. Теплообменник обычно состоит из некоторого количества этих теплообменных элементов 1, взаимно соединенных друг с другом в проточной системе. Теплообменный элемент 1 состоит из трубы 2 внешнего кожуха, которая окружает одну иди более теплопередающих труб 3. Теплопередающие трубы 3 взаимно соединены друг с другом на каждом конце труб 3 посредством трубной пластины 4. Некоторое количество теплопередающих труб 3 с трубной пластиной 4 на каждом конце образуют проточную вставку 5 для продукта. Труба 2 кожуха на обоих концах приварена к каждой соответствующей трубной пластине 4.

Фиг. 1 изображает некоторое количество теплообменных элементов 1, взаимно соединенных для образования теплообменника. Этот теплообменник имеет проток для продукта, который показан посредством белых стрелок, и проток для теплопередающей среды, который показан посредством черных стрелок. Теплопередающая среда предназначена для нагрева или охлаждения продукта, в зависимости от желательного технологического процесса. Теплообменная среда может состоять из воды, или другой жидкости отличающейся температуры, или, в альтернативном варианте, из пара или другого газа. Теплообменник, соответствующий настоящему изобретению, также можно применять регенеративно, т.е. использовать продукт в обоих протоках таким образом, что уже нагретый продукт будет нагревать поступающий холодный продукт и наоборот.

Поток продукта циркулирует в теплообменных трубах 3, которые образуют основную часть проточных вставок 5 для продукта. Две соседние проточные вставки 5 для продукта взаимно соединены посредством трубного колена 6 для продукта, при этом трубное колено для продукта скреплено с помощью фланцевого соединения в двух соседних трубных пластинах 4. Трубное колено 6 для продукта предпочтительно имеет эллиптическое поперечное сечение в центре между двумя проточными вставками 5 для продукта в точке 7 и круглое поперечное сечение на обоих своих концах. В альтернативном варианте трубное колено 6 для продукта может иметь круглое поперечное сечение по всей своей длине. Эллиптическое трубное колено 6 для продукта, соответствующее вышеизложенному, подробно описано в шведской патентной заявке 8Е 9703865-7.

Поток теплопередающей среды циркулирует по трубам 2 кожуха. Вблизи от обоих своих концов трубы 2 кожуха имеют круглое отверстие 8 в поверхности кожуха, снабженное буртиком 9. Буртик 9 соответствует соединительному элементу 10. Соединительный элемент 10, который, по существу, состоит из прямого трубчатого участка, скошен на обоих своих концах и снабжен прокладкой или уплотнительным кольцом 11 круглого поперечного сечения. Буртики 9 упираются в уплотнительные кольца 11 круглого поперечного сечения на обоих концах соединительного элемента 10 и образуют герметичный и в некоторой степени гибкий узел.

Трубная пластина 4, которая образует проточную вставку 5 для продукта, изображена на фиг. 5. Пластина 4 имеет модульно адаптированные габаритные размеры, а в четырех своих углах снабжена пазами 12. Пазы 12 соответствуют соединительному профилю 13, который изображен на фиг. 6. Соединительный профиль 13 является, по существу, крестообразным. Соединительный профиль 13 может соединять две, три или четыре трубных пластины 4.

За счет того, что трубные пластины 4 в теплообменнике размещены в близком соседстве друг с другом и объединены соединительными профилями 13, получится устойчивый блок, который представляет собой часть каркаса теплообменника. Различные способы размещения четырех теплообменных элементов 1 изображены на фиг. 7-9. Теплообменные элементы 1 размещены на нижней секции 14 каркаса, снабженной регулируемыми ножками 15. Нижняя секция 14 каркаса имеет пазы 16, соответствующие пазам 12 в трубных пластинах 4. Трубные пластины 4 зафиксированы у нижней секции 14 каркаса посредством соединительных профилей 13.

В результате такой конструкции и толщины соединительных профилей 13, каждый отдельный теплообменный элемент 1 может перемещаться в своем продольном направлении. Это необходимо, поскольку теплообменные элементы подвергаются сильному тепловому расширению. Соединительные элементы 10 в некоторой степени могут также перемещаться в боковом направлении, и эксперименты показали, что при этом получится герметичное соединение, несмотря на косой наклон к уплотнительным кольцам 11 круглого поперечного сечения. Соответствующий косой наклон был бы невозможен, например, во фланцевом соединении.

В результате такой формы трубного колена 6 для продукта с эллиптическим поперечным сечением в центре этого трубного колена 6, будет получена дополнительная часть теплообменника, которая способна поглощать тепловые напряжения, поскольку форма трубного колена 6 для продукта приобретает некоторую гибкость. Соответствующее трубное колено круглого поперечного сечения вообще не обладает гибкостью по всей своей длине.

За счет применения модульно адаптированных трубных пластин 4, с которыми можно соединять различные трубы 2 кожуха, и за счет применения соединительных элементов 10 разной высоты будет получен ряд трубчатых теплообменников с разными пропускными способностями, которые могут быть изготовлены с незначительным количеством простых частей. Такой теплообменник будет прост в сборке, упростится и его обслуживание, поскольку не нужно будет демонтировать ничего, кроме теплообменного элемента 1, подлежащего замене.

Соединительный элемент 10, находящийся в собранном теплообменнике, можно легко демонтировать везде и всегда, когда возникает определенная возможность контроля. В частности, это важно, когда теплообменник применяют регенеративно, т.е. когда продукт проходит к продукту. Соединительный элемент 10 можно легко установить, поскольку такая установка обычно связана лишь со снятием уплотнительных колец 11 круглого поперечного сечения. Соединительный элемент 10 также прост в изготовлении, и эта простота обеспечивается тем, что гибкость элемента 10 позволяет применять более широкие допуски.

В случае возможного образования трещин из-за коррозии, связанной с механическими напряжениями, что является обычной ситуацией в трубчатых теплообменниках с неподвижными соединениями между трубами 2 кожуха, приходится заменять две трубы 2 кожуха. В теплообменнике, соответствующем настоящему изобретению, риск образования трещин уменьшается за счет того, что соединительный элемент 10 может воспринимать часть теплового расширения. Если образование трещин все же происходит, приходится заменять только одну трубу 2 кожуха.

Как очевидно из вышеизложенного описания, настоящее изобретение позволяет реализовать теплообменник, который прост и экономичен в изготовлении и который обладает большими возможностями восприятия теплового расширения, возникающего в теплообменнике.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Теплообменник, включающий в себя множество теплообменных элементов (1), поддерживаемых каркасом и взаимно соединенных друг с другом в проточной системе с протоком

Фиг. 1 для продукта и протоком для теплопередающей среды, причем каждый теплообменный элемент (1) представляет собой, с одной стороны, одну или более теплопередающих труб (3), взаимно соединенных посредством трубных пластин (4) с образованием проточных вставок (5) для продукта, а с другой стороны - трубу (2) кожуха, окружающую теплопередающие трубы (3), при этом две соседних проточных вставки (5) для продукта взаимно соединены друг с другом посредством трубных колен для продукта, отличающийся тем, что две соседних трубы (2) кожуха взаимно соединены посредством соединительного элемента (10), и тем, что трубные пластины (4) образуют часть каркаса, гибко взаимно соединенную с соседними трубными пластинами (4).
2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что трубное колено (6) для продукта имеет эллиптическое поперечное сечение в центре этого трубного колена (6).
3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что трубные пластины (4) имеют пазы (12) в своих четырех углах, причем пазы (12) соответствуют, по существу, крестообразным соединительным профилям (13).
4. Теплообменник по п.3, отличающийся тем, что соединительные профили (13) имеют толщину, обеспечивающую возможность перемещения теплообменных элементов (1) в их продольном направлении.
5. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что соединительный элемент (10) состоит из прямого трубного участка с уплотнительным кольцом (11) круглого поперечного сечения на каждом конце.
6. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что трубные пластины (4) вместе с нижней секцией (14) каркаса образуют каркас теплообменника.