ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1997 года по МПК F28D7/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в холодильной технике в качестве конденсатора или воздухоохладителя холодильных машин.

Известны кожухотрубные теплообменные аппараты с поперечными перегородками в межтрубном пространстве, применяемые в теплоэнергетике, и, в частности, в холодильной технике [1]
Недостатком этих теплообменников является низкая эффективность теплопередачи, громоздкость и низкая надежность из-за большого количества мест герметизации.

В качестве прототипа выбран теплообменник, содержащий герметичный корпус, в котором размещены, по меньшей мере, один змеевик, подключенный к входному и выходному патрубкам среды трубного пространства, витки которого образованы лежащими в одной плоскости параллельными прямолинейными участками, соединенными между собой калачами, и перегородки, установленные с зазором между прямолинейными участками змеевика и плотно примыкающие боковыми кромками к стенкам корпуса, при этом змеевик размещен в корпусе таким образом, что он плотно примыкает выпуклыми сторонами калачей к двум противолежащим стенкам корпуса и установлен с зазором относительно его стенок с образованием канала для среды межтрубного пространства, который сообщен с входным и выходным патрубками этой среды, при этом в упомянутом канале с двух сторон змеевика в зазорах между стенками корпуса вдоль каждого прямолинейного участка упомянутого замеевика установлены распределительные элементы, благодаря которым обеспечивается равномерное перетекание среды межтрубного пространства с одной стороны канала к другой в поперечном направлении относительно трубы [2]
Недостатком данного теплообменника являются низкий коэффициент теплопередачи и сложность конструкции. Это обусловлено следующим. Наличие зазора между трубами и корпусом теплообменника, а также размещение в этом зазоре распределительных элементов, обеспечивающих равномерность перетекания среды межтрубного пространства с одной стороны трубы на другую, приводит к усложнению конструкции и практически не позволяет достичь желаемого результата. Организация противоточно-перекрестного движения среды межтрубного пространства, обусловленная вышеописанным соответствующим размещением змеевика в корпусе теплообменника, приводит к снижению коэффициента теплопередачи из-за снижения величины коэффициента теплоотдачи между средой межтрубного пространства и поверхностью трубы. Кроме того, снижение коэффициента теплопередачи обусловлено также выполнением змеевика из одноканальной трубы.

Задачей изобретения является разработка компактного теплообменника, обладающего высокой теплопередающей способностью и простотой конструкции.

Технический результат повышение коэффициента теплопередачи и упрощение конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменнике, содержащем герметичный корпус, в котором размещены, по меньшей мере, один змеевик, подключенный к входному и выходному патрубкам среды трубного пространства, витки которого образованы лежащими в одной плоскости параллельными прямолинейными участками, соединенными между собой калачами, и перегородки, установленные с зазором между прямолинейными участками змеевика и примыкающие боковыми кромками к стенкам корпуса, который снабжен входным и выходным патрубками среды межтрубного пространства, змеевик размещен в корпусе таким образом, что он плотно примыкает к двум противолежащим стенкам корпуса по всей длине прямолинейных участков и соединяющих их калачей и установлен с зазором относительно остальных его стенок с образованием двух змеевиковых каналов для среды межтрубного пространства, а входной и выходной патрубки этой среды сообщены с каждым из этих каналов. Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что змеевик выполнен из плоской многоканальной трубы.

Соответствующее вышеуказанное размещение змеевика в корпусе теплообменника с образованием двух змеевиковых каналов для среды межтрубного пространства, каждый из которых сообщен с входным и выходным патрубками этой среды, позволяет обеспечить в отличие от прототипа чистое противоточное движение участвующих в теплообмене сред, равномерное распределение по каналам среды межтрубного пространства и повышение скорости ее движения, в результате чего повышается коэффициент теплоотдачи между этой средой и стенками трубы, что в конечном итоге приводит к повышению коэффициента теплопередачи. Кроме того, отсутствие в зазорах между стенками корпуса и прямолинейными участками змеевика распределительных элементов приводит к значительному упрощению конструкции теплообменника. Выполнение же змеевика из плоской многоканальной трубы позволяет еще более повысить коэффициент теплопередачи.

На фиг. 1 показан продольный разрез теплообменника; на фиг. 2 - поперечное сечение теплообменника по входному патрубку среды межтрубного пространства.

Теплообменник содержит герметичный корпус 1, в котором размещен змеевик 2, витки которого образованы лежащими в одной плоскости прямолинейными участками 3, соединенными между собой калачами 4, при этом первый и последний по ходу среды трубчатого пространства прямолинейные участки 3 змеевика 2 подключены соответственно к входному 5 и выходному 6 патрубкам этой среды. Змеевик 2 размещен в корпусе 1 таким образом, что он плотно примыкает к двум противолежащим стенкам корпуса 1 по всей длине прямолинейных участков 3 и соединяющих их калачей 4 и установлен с зазором относительно остальных его стенок. Между прямолинейными участками 3 змеевика 2 с зазором к последним, примыкая боковыми кромками к стенкам корпуса, размещены перегородки 7. Расположенные в корпусе 1 соответствующим образом, как указано выше, змеевик 2 и перегородки 7 образуют два змеевиковых канала для среды межтрубного пространства, каждый из которых сообщен с входным 8 и выходным 9 патрубками этой среды. Для обеспечения подачи среды межтрубного пространства одновременно в оба упомянутых канала этой среды и ее вывода из них входной 8 и выходной 9 патрубки могут быть приварены по периметру отверстий, выполненных в стенках корпуса, плоскости которых параллельны плоскости, в которой лежат прямолинейные участки змеевика (фиг. 1, 2), или в стенках корпуса, плоскости которых перпендикулярны прямолинейным участкам змеевика (на чертеже не показано). Змеевик 2 для повышения коэффициента теплопередачи теплообменника выполнен из плоской многоканальной трубы. Теплообменник может быть также выполнен из нескольких идентичных змеевиков, которые плотно прижаты друг к другу по всей длине прямолинейных участков и соединяющих их калачей, а крайние из них своими противоположными сторонами прямолинейных участков и соединяющих их калачей плотно примыкают к двум противолежащим стенкам корпуса (такой вариант выполнения теплообменника на чертеже не показан).

Работа теплообменника осуществляется следующим образом (пример приведен для работы теплообменника в качестве конденсатора холодильной машины.)
Пар поступает в змеевик 2 через патрубок 5 и, двигаясь по трубе, конденсируется. Сконденсировавшаяся жидкость через патрубок 6 выводится из конденсатора. Среда межтрубного пространства, а именно охлаждающая вода, поступает в корпус 1 через входной патрубок 8, причем одновременно в оба змеевиковых канала, образованных стенками корпуса 1, трубой змеевика 2 и перегородками 7, и движется вдоль прямолинейных участков 3 и калачей 4. Теплопередача осуществляется при чистом противоточном движении сред. При этом охлаждающая вода, двигаясь по змеевиковым каналам, омывает трубу одновременно с двух сторон. Перетечки охлаждающей воды с одного канала в другой благодаря плотному примыканию змеевика к двум противолежащим стенкам корпуса отсутствуют. Это позволяет достичь больших скоростей потока и увеличить коэффициент теплоотдачи со стороны воды. Кроме того, за счет организованного таким образом движения охлаждающей воды обеспечивается равномерность температуры стенки трубы в ее поперечном сечении, что позволяет улучшить в сравнении с прототипом условия конденсации пара. Все вместе это позволяет повысить коэффициент теплопередачи теплообменника, а следовательно, и увеличить его теплопередающую способность и улучшить массогабаритные характеристики. При изготовлении змеевика 2 из плоской многоканальной трубы коэффициент теплопередачи еще более повышается за счет лучших условий конденсации пара в щелевых каналах.

Использование: в холодильной технике в качестве конденсатора или испарителя холодильной машины. Сущность изобретения: теплообменник содержит герметичный корпус 1, в котором размещен змеевик 2, витки которого образованы лежащими в одной плоскости параллельными прямолинейными участками 3, соединенными между собой калачами 4, при этом первый и последний по ходу среды трубного пространства прямолинейные участки 3 змеевика 2 подключены соответственно к входному 5 и выходному 6 патрубкам этой среды. Змеевик 2 размещен в корпусе 1 таким образом, что он плотно примыкает к двум противолежащим стенкам корпуса 1 по всей длине прямолинейных участков 3 и соединяющих их калачей 4 и установлен с зазором относительно остальных его стенок. Между прямолинейными участками 3 змеевика 2 с зазором к последним, вплотную примыкая боковыми кромками к стенкам корпуса 1, размещены перегородки 7. Расположенные в корпусе 1 соответствующим образом, как указано выше, змеевик 2 и перегородки 7 образуют два змеевиковых канала для среды межтрубного пространства, каждый из которых сообщен с входным 8 и выходным 9 патрубками этой среды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Теплообменник, содержащий герметичный корпус, в котором размещены по меньшей мере один змеевик, подключенный в входному и выходному патрубкам среды трубного пространства, витки которого образованы лежащими в одной плоскости параллельными прямолинейными участками, соединенными между собой калачами, и перегородки, установленные с зазором между прямолинейными участками змеевика и примыкающие боковыми кромками к стенкам корпуса, который снабжен входным и выходным патрубками среды межтрубного пространства, отличающийся тем, что змеевик размещен в корпусе таким образом, что он плотно примыкает к двум его противолежащим стенкам по всей длине прямолинейных участков и соединяющих их калачей и установлен с зазором относительно остальных его стенок с образованием двух змеевиковых каналов для среды межтрубного пространства, а входной и выходной патрубки этой среды сообщены с каждым из упомянутых каналов. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что змеевик выполнен из плоской многоканальной трубы.