Теплообменник - RU2005113871A

Реферат

1. Теплообменник для передачи тепла между первой и второй текучими средами, которые проходят через теплообменник с максимальным рабочим удельным массовым расходом, причем первая и вторая текучие среды имеют такие удельные массовые расходы, которые по существу пропорциональны друг другу, содержащий первый многопроходный канал для потока первой текучей среды, причем каждый проход первого канала для потока имеет первый вход и первый выход, и второй многопроходный канал для потока второй текучей среды, причем каждый проход второго канала для потока имеет второй вход и второй выход, причем проходы первого и второго каналов для потока расположены смежными парами, а каждый проход первого канала для потока спарен с соседним проходом второго канала для потока, при этом проходы расположены так, что первая текучая среда подходит к каждой смежной паре в порядке, противоположном порядку, в котором вторая текучая среда подходит к каждой смежной паре, при этом первый и второй входы и выходы для каждой смежной пары расположены относительно друг друга таким образом, чтобы создавать сопутствующие потоки первой и второй текучих сред, проходящих через смежную пару, причем каждая смежная пара выполнена так, чтобы обеспечивать эффективность теплопередачи, достаточную для того, чтобы температуры первой и второй текучих сред сближались или достигали общего значения температуры на первом и втором выходах смежной пары при максимальном рабочем удельном массовом расходе потока.

2. Теплообменник по п.1, дополнительно содержащий множество теплообменных элементов, образующих первый и второй каналы для потока.

3. Теплообменник по п.1, в котором каждый проход второго многопроходного канала для потока подразделен на, по меньшей мере, два поперечных прохода, в которых вторая текучая среда образует локальный поперечный поток относительно первой текучей среды в смежном проходе.

4. Теплообменник по п.1, дополнительно содержащий множество труб, причем внутренние пространства труб образуют первый многопроходный канал, и по меньшей мере, одну перегородку, расположенную относительно внешних поверхностей труб для образования второго многопроходного канала для потока по внешним поверхностям труб.

5. Теплообменник по п.4, дополнительно содержащий, по меньшей мере, одну перегородку, расположенную в каждом проходе второго многопроходного канала для потока для направления второй текучей среды локальным поперечным потоком относительно первой текучей среды в смежном проходе.

6. Теплообменник по п.4, дополнительно содержащий множество ребер на внешней поверхности труб, проходящих во второй многопроходный канал для потока.

7. Теплообменник для передачи тепла между первой и второй текучими средами, которые проходят с максимальным рабочим удельным массовым расходом через теплообменник, причем первая и вторая текучие среды имеют такие удельные массовые расходы, которые по существу пропорциональны друг другу, содержащий пакет теплообменных элементов, образующих первый многопроходный канал для потока первой текучей среды и второй многопроходный канал для потока второй текучей среды, причем каждый проход первого канала для потока имеет первый вход и первый выход, каждый проход второго канала для потока имеет второй вход и второй выход, при этом проходы первого и второго каналов для потока расположены смежными парами, причем каждый проход первого канала для потока спарен с соседним проходом второго канала для потока, и проходы расположены так, что первая текучая среда подходит к каждой смежной паре в порядке, противоположном порядку, в котором вторая текучая среда подходит к каждой смежной паре, и первый и второй входы и выходы для каждой смежной пары расположены относительно друг друга таким образом, чтобы создавать сопутствующие потоки первой и второй текучих сред, проходящих через смежную пару, и каждая смежная пара выполнена так, чтобы обеспечивать эффективность теплопередачи, достаточную для того, чтобы температуры первой и второй текучих сред сближались или достигали общего значения температуры на первом и втором выходах смежной пары при максимальном рабочем удельном массовом расходе потока.

8. Теплообменник по п.7, в котором пакет теплообменных элементов содержит множество пар пластин, причем каждая пара образует, по меньшей мере, один проход первого канала для потока между пластинами пары пластин и, по меньшей мере, один проход второго канала для потока между одной из пластин пары пластин и пластиной смежной пары пластин.

9. Теплообменник по п.8, в котором каждая пара пластин образует один проход первого канала для потока между пластинами пары пластин и один проход второго канала для потока между одной из пластин и пластиной соседней пары пластин.

10. Теплообменник по п.7, в котором пакет теплообменных элементов содержит множество пар из перегородок и пластин, причем каждая пара из перегородки и пластины образует два прохода первого канала для потока между пластинами пары пластин и два прохода второго канала для потока между одной из пластин и пластиной соседней пары пластин.

11. Способ работы рекуперативного теплообменника, передающего тепло между первой текучей средой и второй текучей средой, проходящими с максимальным удельным массовым расходом через теплообменник, причем первая и вторая текучие среды имеют такие удельные массовые расходы, которые по существу пропорциональны друг другу, включающий следующие операции:

а) прохождение первой текучей среды в первом проходе первого канала для потока рекуперативного теплообменника,

b) прохождение второй текучей среды во втором проходе второго канала для потока рекуперативного теплообменника, причем второй проход второго канала для потока расположен смежно с первым проходом первого канала для потока, и температуры первой и второй текучих сред сближаются или достигают общего значения температуры на выходе соответствующих проходов при максимальном рабочем удельном массовом расходе,

с) прохождение первой текучей среды во втором проходе первого канала для потока рекуперативного теплообменника после прохождения первой текучей среды в первом проходе первого канала для потока, и

d) прохождение второй текучей среды в первом проходе второго канала для потока рекуперативного теплообменника раньше прохождения второй текучей среды во втором проходе второго канала для потока, причем первый проход второго канала для потока расположен смежно со вторым проходом первого канала для потока, и температуры первой и второй текучих сред сближаются или достигают общего значения температуры на выходе соответствующих проходов при максимальном рабочем удельном массовом расходе.

12. Способ по п.11, дополнительно включающий следующую операцию:

е) прохождение первой и второй текучих сред в дополнительных проходах соответствующих первого и второго каналов для потока.

13. Система переработки топлива для системы на топливных элементах с протонообменной мембраной, содержащая автотермическую реформинг-установку, имеющую вход, соединенный с системой, для приема из нее увлажненной смеси из воздуха и топлива и выход, соединенный с системой, для подачи в нее потока продукта реформинга, реактор для конверсии водяного газа, имеющий вход, соединенный с системой после автотермической реформинг-установки, для приема из нее потока продукта реформинга и выход, соединенный с системой, для подачи в нее продукта реформинга с пониженным содержанием угарного газа, рекуперативный теплообменник, включающий первый и второй каналы для потока, причем первый канал для потока соединен с системой перед автотермической реформинг-установкой для предварительного нагрева увлажненной смеси из воздуха и топлива до температуры, находящейся в необходимом диапазоне температур на входе для автотермической реформинг-установки, второй канал для потока соединен с системой после автотермической реформинг-установки и перед реактором для конверсии водяного газа для охлаждения потока продукта реформинга до температуры, находящейся в необходимом диапазоне температур на входе для реактора для конверсии водяного газа, первый и второй каналы для потока расположены относительно друг друга таким образом, чтобы достигать необходимых диапазонов температур на входе для автотермической реформинг-установки и реактора для конверсии водяного газа при всех расходах в пределах ожидаемого рабочего диапазона системы на топливных элементах, без использования активной системы управления.

14. Система переработки топлива по п.13, в которой рекуперативный теплообменник и автотермическая реформинг-установка представляют собой объединенный узел.

15. Способ работы системы переработки топлива для системы на топливных элементах с протонообменной мембраной, включающий следующие операции:

а) прохождение смеси из воздуха и топлива в первом канале для потока рекуперативного теплообменника в автотермическую реформинг-установку, расположенную после первого канала для потока,

b) прохождение продукта реформинга из автотермической реформинг-установки во втором канале для потока рекуперативного теплообменника, расположенном после автотермической реформинг-установки и перед реактором для конверсии водяного газа,

с) подачу смеси из воздуха и топлива из первого канала для потока в автотермическую реформинг-установку с температурой, находящейся в необходимом диапазоне для каталитической реакции для всех расходов в рабочем диапазоне топливного элемента,

d) подачу продукта реформинга из второго канала для потока в реактор для конверсии водяного газа с температурой, находящейся в необходимом диапазоне для каталитической реакции для всех расходов в рабочем диапазоне топливного элемента, и

е) выполнение операций с) и d) без активного управления рекуперативным теплообменником.

16. Объединенный узел для системы переработки топлива системы на топливных элементах, содержащий рекуперативный теплообменник, включающий первый канал для потока смеси из воздуха и топлива и второй канал для потока продукта реформинга, причем каждый канал для потока имеет вход и выход, и автотермическую реформинг-установку, причем автотермическая реформинг-установка включает вход, соединенный с выходом первого канала для потока, для приема из него смеси из воздуха и топлива, и выход, соединенный со входом второго канала для потока, для подачи в него продукта реформинга.

17. Объединенный узел по п.16, в котором каждый из первого и второго каналов для потока является многопроходным каналом для потока, и, по меньшей мере, часть автотермической реформинг-установки окружена конечным проходом первого канала для потока и начальным проходом второго канала для потока.

18. Объединенный узел по п.16, в котором, по меньшей мере, часть автотермической реформинг-установки окружена частью рекуперативного теплообменника.

19. Способ работы рекуперативного теплообменника, передающего тепло между первой текучей средой и второй текучей средой, проходящими с максимальным удельным массовым расходом через теплообменник, причем первая и вторая текучие среды имеют такие удельные массовые расходы, которые по существу пропорциональны друг другу, включающий следующие операции:

а) прохождение первой текучей среды в N проходах первого канала для потока рекуперативного теплообменника,

b) прохождение второй текучей среды в N проходах второго канала для потока рекуперативного теплообменника, причем первый и второй проходы расположены N смежными парами, при этом первая и вторая текучие среды проходят сопутствующими потоками в N смежных пар, и температуры первой и второй текучих сред сближаются или достигают общего значения температуры на выходах соответствующих проходов в каждой из N смежных пар при максимальном рабочем удельном массовом расходе, и первая текучая среда сначала подходит к первой паре из N смежных пар и проходит последовательно в смежных парах до N-й смежной пары, а вторая текучая среда сначала подходит к N-й смежной паре и затем проходит последовательно в смежных парах до первой смежной пары в порядке, противоположном первой текучей среде.

20. Способ по п.19, дополнительно включающий операцию выбора количества N смежных пар, как функции необходимых диапазонов температур между соответствующими температурами на входе и выходе первой и второй текучих сред, когда они входят в рекуперативный теплообменник и выходят из него.