ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК F28D7/10 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, в которых теплоносители не вступают в непосредственный контакт друг с другом. В частности, изобретение относится к теплообменным аппаратам с неподвижными трубчатыми каналами для двух теплоносителей, причем оба теплоносителя контактируют с разделяющими их стенками кольцевого канала, образованного трубами, расположенными одна внутри другой, например, концентрично.

Изобретение может быть использовано в любой отрасли промышленности для проведения процессов теплообмена (нагрева или охлаждения, а также охлаждения с конденсацией).

Известен теплообменный аппарат, работающий по принципу труба в трубе [1] Аппарат содержит размещенные одна в другой внутренние и наружные трубы, концевые плиты с каналами, в которые вмонтированы торцы наружных труб и доски с каналами, к которым присоединены торцы внутренних труб, образующие соответственно два циркуляционных зигзагообразных контура, прокладки, наружные прижимные плиты и кожух. Прижимная плита, прокладка и доска, размещенные с одной стороны аппарата, состоят из отдельных секций и выполнены с возможностью их съема, а между концевой плитой и доской, размещенных с другой стороны аппарата, установлена фигурная прокладка с гнездами для торцев внутренних труб, причем последние имеют форму усеченного конуса.

В данном теплообменнике изготовление концевых плит, установка и закрепление труб в концевых плитах требует значительной трудоемкости.

Известен теплообменный аппарата [2] который содержит концентрично размещенные одна в другой трубы, установленные между концевыми плитами, имеющими кольцевые пазы, в которых уплотнены торцы наружных труб, а переточные каналы подсоединены к наружным трубам с образованием зигзагообразного движения циркуляционного контура для одной из сред, подключенного к подводящему и отводящему патрубкам. Плиты снабжены дополнительными кольцевыми пазами, в которых на уровне торцев наружных труб уплотнены торцы внутренних труб, подсоединенные к каналам с образованием противоточного зигзагообразного циркуляционного контура для другой среды.

Данное устройство также не свободно от недостатков предыдущего теплообменного аппарата, т.е. также обладает значительной трудоемкостью из-за сложности конструкции. Устройство характеризуется материалоемкостью, значительными габаритами.

Основной целью изобретения является повышение эффективности теплообмена.

Одной из целей изобретения является использование теплообменного аппарата в качестве конденсатора. Другая цель уменьшение габаритов теплообменного аппарата. Следующая цель упрощение конструкции и технологии сборки.

Сущность изобретения состоит в том, что теплообменный аппарат содержит концентрично размещенные одна в другой трубы, переточные каналы, подсоединенные к трубам с образованием зигзагообразного циркуляционного контура для среды, подключенного к подводящему и отводящему патрубкам.

Отличия состоят в том, что переточные каналы выполнены в виде дросселирующих устройств, а между стенками каждого кольцевого канала установлены оребрения в виде спиральных витков. Кроме того, введено устройство отвода конденсата.

Изобретение позволяет значительно повысить эффективность теплообмена. Наличие оребрения в виде спиральных витков между стенками каждого кольцевого канала создает упорядоченное движение охлаждаемой среды по спирали и исключает появление застойных зон.

За счет непосредственного контакта кольцевых каналов с окружающей средой осуществляется интенсивный теплообмен, который в режиме охлаждения усиливается в переточных каналах, выполненных в виде дросселирующих устройств, за счет эффекта Джоуля-Томсона.

Среда, окружающая теплообменный аппарат, может рассматриваться в качестве смежного (зигзагообразного) контура, образованного зазорами между кольцевыми каналами.

При использовании теплообменного аппарата в качестве конденсатора появляется возможность получения конденсата, пригодного для других целей. В этом случае теплообменный аппарат может снабжаться устройством отвода конденсата, например отводными трубами.

Изобретение позволяет значительно упростить конструкцию и технологию сборки за счет того, что все элементы теплообменника просты по конструкции и технологичны.

Секционность конструкции теплообменника, состоящего из подобных кольцевых каналов, позволяет в каждом конкретном случае осуществлять набор необходимого количества теплообменных секций и образовывать зигзагообразный контур с использованием, например, сварки.

Отсутствие концевых плит значительно прощает конструкцию и позволяет уменьшить металлоемкость и габариты устройства.

На чертеже изображен теплообменный аппарат.

В аппарате использовано произвольное число кольцевых каналов 1, расположенных концентрично. Каждый кольцевой канал 1 соединен с соседними с помощью дросселирующих устройств 2. Совокупность соединений обеспечивает зигзагообразное движение среды, направляемой оребрением 5, выполненным в виде спиральных витков. Среда поступает в патрубок 3, а выходит из патрубка 4 или наоборот. Устройство отвода конденсата выполнено в виде нескольких патрубков 6, соединенных с кольцевыми каналами 1. Дросселирующие устройства могут быть выполнены, например, в виде жиклеров.

Работа устройства очевидна. Например, в режиме охлаждения среда поступает в патрубок 3. Благодаря оребрению в виде спиральных витков 5 среда проходит каждый кольцевой канал 1 без застойных зон, обходя при этом весь зигзагообразный канал, включая все кольцевые каналы 1 и дросселирующие устройства 2. В результате среда выходит через патрубок 4, а конденсат, при его наличии, может выводится через устройство отвода конденсата 6.

Изготовление теплообменного устройства в связи с простотой конструкции не вызывает трудностей, В зависимости от среды и условий эксплуатации теплообменник может быть изготовлен из листового проката стали или цветных металлов, или сплавов, например медных или алюминиевых методами сварки, пайки с последующей механической сборкой или сваркой.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: повышение эффективности теплообмена, использование теплообменного аппарата в качестве конденсатора, уменьшение габаритов аппарата, упрощение технологии изготовления и сборки обеспечивается тем, что теплообменный аппарат содержит кольцевые каналы 1, дросселирующие устройства 2, входной патрубок 3, выходной патрубок 4, оребрение в виде спиральных витков 5 и устройство отвода конденсата 6. При работе аппарата, например, в режиме охлаждения среда поступает в патрубок 3. Благодаря оребрению в виде спиральных витков 5 среда проходит зигзагообразный контур, включая все кольцевые каналы 1 и дросселирующие устройства 2, и выходит через патрубок 4, а конденсат, при его наличии, может выводиться через устройство отвода конденсата 6. Для изготовления деталей аппарата может быть использован листовой прокат стали или цветных металлов, или сплавов. Сборка может производиться механически с помощью сварки или пайки. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Теплообменный аппарат, содержащий концентрично размещенные одна в другой трубы, переточные каналы, подсоединенные к трубам с образованием зигзагообразного циркуляционного контура для среды, подключенного к подводящему и отводящему патрубкам, отличающийся тем, что переточные каналы выполнены в виде дросселирующих устройств, а между стенками каждого кольцевого канала установлены оребрения в виде спиральных витков. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что введено устройство отвода конденсата.