ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1997 года по МПК F28D9/04 F28F3/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в холодильной технике в качестве испарителя или конденсатора холодильной машины.

Известен спиральный трубчатый теплообменник, содержащий корпус с размещенным внутри пучком спиральных теплообменных труб, смежные витки которых плотно примыкают друг к другу с образованием спирального канала для среды межтрубного пространства, сообщенного с подводящим и отводящим патрубками этой среды, входной и выходной коллекторы среды трубного пространства, при этом для интенсификации теплообмена корпус выполнен несимметричным, внешние витки каждой спирали прилегают к корпусу на части длины в зоне подводящего патрубка, а на оставшейся части длины размещены с зазором к корпусу, плавно увеличивающемся в направлении к отводящему патрубку, причем смежные трубы внешних витков смещены относительно друг друга в радиальном направлении с образованием между ними дополнительных каналов для среды межтрубного пространства [1]
Однако для данного теплообменника характерна низкая эффективность теплопередачи, обусловленная неравномерностью температурного поля в поперечном сечении стенки трубы.

В качестве прототипа выбран теплообменник, содержащий герметичный корпус с размещенной в нем, по меньшей мере, одной плоской многоканальной трубой, закрученной в спираль с образованием между ее витками ограниченного с двух других сторон торцевыми стенками корпуса спирального канала для среды межтрубного пространства, сообщенного с подводящим и отводящим патрубками этой среды, снабженный подводящим и отводящим патрубками среды трубного пространства, подключенными к соответствующим концам упомянутой трубы [2]
По сравнению с описанным выше спиральным трубчатым теплообменником данный теплообменник является более эффективным за сет использования плоской многоканальной трубы, однако основной недостаток, присущий вышеописанному теплообменнику, сохраняется. Это низкий коэффициент теплопередачи, обусловленный неравномерностью температурного поля в поперечном сечении стенки трубы и различной температуры среды межтрубного пространства в зонах, примыкающих к трубе.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, создать компактный теплообменник, обладающий высокой теплопередающей способностью.

Технический результат повышение коэффициента теплопередачи.

Указанный технический результат достигается тем, что теплообменник, содержащий герметичный корпус с размещенной в нем плоской многоканальной трубой, свернутой в спираль с образованием между ее витками ограниченного с двух других сторон торцевыми стенками корпуса спирального канала для среды межтрубного пространства, подводящий и отводящий патрубки среды трубного пространства, подключенные к упомянутой трубе, подводящий и отводящий патрубки среды межтрубного пространства, согласно изобретению, снабжен перегородкой в виде спиральной ленты, установленной в упомянутом канале для среды межтрубного пространства, примыкающей боковыми кромками к торцевым стенкам корпуса и разделяющей упомянутый канал на два спиральных канала, при этом подводящий и отводящий патрубки среды межтрубного пространства сообщены с этими каналами.

Усилению указанного технического результата способствует то, что подводящий и отводящий патрубки среды межтрубного пространства сообщены с каналами этой среды в зонах, примыкающих к упомянутой трубе.

Кроме того, достижению указанного технического результата способствует подключение подводящего патрубка среды трубного пространства к части каналов упомянутой трубы, а отводящего к оставшейся части ее каналов, причем с того же конца трубы, что и подводящего, а также то, что при этом упомянутые части каналов с другого конца трубы сообщены между собой посредством коллектора.

Наличие перегородки в виде спиральной ленты, а также ее соответствующее размещение в канале для среды межтрубного пространства с образованием двух каналов для этой среды, сообщенных с подводящим и отводящим патрубками, позволяет добиться повышения скорости движения среды, ее дополнительной турбулизации. При этом обеспечивается равномерность температурного поля в поперечном сечении трубы из-за невозможности перемешивания среды межтрубного пространства, движущейся по разные стороны перегородки. Перечисленные факторы оказывают существенное влияние на повышение коэффициента теплопередачи теплообменника.

Размещение подводящего и отводящего патрубков среды межтрубного пространства таким образом, что каждый из них сообщен с двумя каналами этой среды в зонах, примыкающих к упомянутой трубе, позволяет организовать поток этой среды вдоль теплообменной трубы таким образом, что он одновременно смывает ее боковые стенки. Это способствует достижению еще большей равномерности температурного поля в поперечном сечении трубы и улучшению условий теплопередачи.

За счет подключения подводящего патрубка среды трубного пространства к части каналов многоканальной трубы, а отводящего к оставшейся части каналов, причем с того же конца трубы, что и подводящего, при сообщении между собой этих частей каналов с другого конца трубы посредством коллектора организуется два хода для среды, движущейся по каналам спиральной трубы, и реализуется одновременно прямо- и противоток сред, участвующих в теплообмене, что также способствует повышению коэффициента теплопередачи теплообменника.

На фиг. 1 показан вариант выполнения теплообменника, когда патрубки среды межтрубного пространства сообщены с каналами этой среды, отделенными друг от друга перегородкой; на фиг. 2, 3 варианты выполнения теплообменника, когда патрубки среды межтрубного пространства сообщены с этими же каналами, но отделенными друг от друга трубой; на фиг. 4 разрез А-А варианта теплообменника на фиг. 3; на фиг. 5 узел подключения патрубков среды трубного пространства к частям каналов с одного и того же конца многоканальной трубы; на фиг. 6 узел соединения между собой этих же частей каналов с другого конца трубы посредством коллектора.

Теплообменник содержит герметичный корпус 1 с размещенной внутри плоской многоканальной трубой 2, свернутой в спираль, витки которой расположены с зазором друг относительно друга и своими торцевыми поверхностями плотно примыкают к торцевым стенкам корпуса 1, образуя спиральный канал для среды межтрубного пространства, в котором установлена перегородка 3, выполненная в виде спиральной ленты, примыкающей боковыми кромками к торцевым стенкам корпуса и разделяющей упомянутый канал на два спиральных канала. Теплообменник снабжен подводящим 4 и отводящим 5 патрубками среды трубного пространства, подключенными к упомянутой трубе 1, и подводящим 6 и отводящим 7 патрубками среды межтрубного пространства, каждый из которых сообщен с двумя каналами этой среды. Подводящий 4 и отводящий 5 патрубки среды трубного пространства для усиления указанного технического результата подключены к частям каналов многоканальной трубы 2 и расположены с одного и того же ее конца (фиг. 5), а с другого конца трубы эти части каналов сообщены между собой посредством соединительного коллектора 8 (фиг. 6). Подводящий 6 и отводящий 7 патрубки среды межтрубного пространства могут быть сообщены с каналами этой среды в зонах, примыкающих к перегородке (фиг. 1), но более высокий технический результат достигается в том случае, когда эти патрубки сообщены с каналами среды межтрубного пространства в зонах, примыкающих к трубе (фиг. 2 и 3).

Теплообменник работает следующим образом. (Пример приведен для работы теплообменника в качестве конденсатора холодильной машины).

Пар через патрубок 4 поступает в плоскую многоканальную трубу 2, свернутую в спираль. Проходя по ее каналам, пар конденсируется и отдает теплоту охлаждающей среде. Сконденсировавшаяся жидкость через патрубок 5 выходит из теплообменника. Охлаждающая среда поступает в теплообменник через подводящий патрубок 6 и противотоком по отношению к подлежащей конденсации среде, движущейся по каналам трубы 2, проходит по двум спиральным каналам, образованным перегородкой 3 между витками трубы 2 и ограниченных с двух сторон торцевыми стенками корпуса 1, поглощая теплоту, выделяемую конденсирующейся средой, и выводится из теплообменника через отводящий патрубок 7. Благодаря наличию перегородки 3, примыкающей боковыми кромками к торцевым стенкам корпуса 1, исключается перемешивание охлаждающей среды, движущейся по спиральным каналам для среды межтрубного пространства, повышается ее скорость и осуществляется дополнительная турбулизация. Из-за исключения перемешивания потока противоположные стенки трубы 2 смываются охлаждающей средой с одинаковыми теплофизическими свойствами, что приводит к выравниванию температурного поля в поперечном сечении трубы 2. Все вышеперечисленное способствует повышению коэффициента теплопередачи теплообменника. В случае когда подводящий 6 и отводящий 7 патрубки среды межтрубного пространства сообщены с двумя спиральными каналами для этой среды в зонах, примыкающих к трубе 2, как показано на фиг. 2, 3, 4, поток делится на две части поверхностью самой трубы, благодаря чему еще более выравнивается температурное поле в поперечном сечении трубы, а следовательно и повышается коэффициент теплопередачи теплообменника. При подключении подводящего 4 и отводящего 5 патрубков среды трубного пространства к частям каналов трубы с одного ее конца и сообщении между собой этих частей каналов с другого конца трубы посредством коллектора, как показано на фиг. 5 и 6, подлежащий конденсации пар поступает через патрубок 4 и проходит по нескольким каналам трубы 2, где осуществляется его конденсация. Когда парожидкостная смесь достигает конца трубы 2, то благодаря коллектору 8 осуществляется ее поворот и по оставшимся, не участвовавшим ранее в теплообмене каналам, она направляется к началу трубы 2. Образовавшаяся в результате конденсации жидкость выводится из теплообменника через отводящий патрубок 5. В данном случае, кроме указанных преимуществ, в теплообменнике организуется прямо- и противоточное движение сред, в результате чего еще более повышается коэффициент теплопередачи.

Использование: в холодильной технике в качестве испарителя или конденсатора холодильной машины. Сущность изобретения: повышение коэффициента теплопередачи обеспечивается тем, что теплообменник, содержащий герметичный корпус 1 с размещенной в нем плоской многоканальной трубой 2, свернутой в спираль с образованием между ее витками ограниченного с двух других сторон торцевыми стенками корпуса спирального канала для среды межтрубного пространства, подводящий 4 и отводящий 5 патрубки среды трубного пространства, подключенные к упомянутой трубе, подводящий 6 и отводящий 7 патрубки среды межтрубного пространства, согласно изобретению снабжен перегородкой 3 в виде спиральной ленты, установленной в упомянутом канале для среды межтрубного пространства, примыкающей боковыми кромками к торцевым стенкам корпуса 1 и разделяющей упомянутый канал на два спиральных канала. При этом подводящий 6 и отводящий 7 патрубки среды межтрубного пространства сообщены с этими каналами. Эти патрубки могут быть сообщены с каналами среды межтрубного пространства в зонах, примыкающих к упомянутой трубе 2. Подводящий патрубок 4 среды трубного пространства может быть подключен к части каналов трубы 2, а отводящий патрубок 5 - к оставшейся части каналов, причем с того же конца трубы 2, что и подводящий, при этом упомянутые части каналов с другого конца трубы 2 сообщены между собой посредством коллектора. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Теплообменник, содержащий герметичный корпус с размещенной в нем плоской многоканальной трубой, свернутой в спираль с образованием между ее витками ограниченного с двух других сторон торцевыми стенками корпуса спирального канала для среды межтрубного пространства, подводящий и отводящий патрубки среды трубного пространства, подключенные к упомянутой трубе, подводящий и отводящий патрубки среды межтрубного пространства, отличающийся тем, что он снабжен перегородкой в виде спиральной ленты, установленной в упомянутом канале для среды межтрубного пространства, примыкающей боковыми кромками к торцевым стенкам корпуса и разделяющей упомянутый канал на два спиральных канала, при этом подводящий и отводящий патрубки среды межтрубного пространства сообщены с этими каналами. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что подводящий и отводящий патрубки среды межтрубного пространства сообщены с каналами этой среды в зонах, примыкающих к упомянутой трубе. 3. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что подводящий патрубок среды трубного пространства подключен к части каналов упомянутой трубы, а отводящий к оставшейся части каналов, причем с того же конца трубы, что и подводящий, при этом упомянутые части каналов с другого конца трубы сообщены между собой посредством коллектора.