ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1999 года по МПК F28D7/04 

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, фармацевтической, парфюмерной, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства.

Известен теплообменник для жидкого теплоносителя, содержащий пакет по крайней мере из трех гофрированных цилиндрических труб, расположенных соосно с образованием кольцевых каналов и двух установленных навстречу друг другу торцевых коллекторов с наружными соосными ступенчатыми цилиндрическими поверхностями, введенными в каналы и контактирующими с их стенками (US, патент, 4146088, кл. F 28 D 7/10, 1979).

Недостатками известного теплообменника являются понижение его тепловой эффективности при снижении температурного напора, когда лимитирующим тепловым сопротивлением становится гофрированная стенка трубы, которая не может быть меньше некоторой величины, определяемой из условия устойчивости трубы при нагружении ее наружным давлением, а также недостаточная степень турбулизации потоков теплоносителей в полостях теплообменника.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению является теплообменник, включающий каналы для теплоносителя и рабочего продукта, имеющие общие стенки, и устройства для ввода и вывода теплоносителя и рабочего продукта (RU, патент, 2075020, F 28 D 7/04, 9/00, 1997).

Недостатком указанной конструкции является низкая надежность вследствие наличия большого количества внутренних сварных швов, в случае появления негерметичности в которых устранить эту неисправность практически невозможно.

Задачей изобретения является создание теплообменника, обладающего технологичностью изготовления и высокой эффективностью теплопередачи.

Поставленная задача решается за счет того, что в теплообменнике, включающем имеющие общие стенки каналы для теплоносителя и рабочего продукта и устройства для ввода и вывода теплоносителя и рабочего продукта, стенки теплообменника выполнены из цельной ленты, согнутой и навитой в плоскую спираль вокруг оси сгиба таким образом, что полости между соседними витками поверхностей ленты образуют каналы для теплоносителя и рабочего продукта, расположенные с чередованием друг за другом.

Подобное конструктивное исполнение теплообменника позволит исключить наличие уплотнительных стыков и внутренних сварных швов за счет использования цельной ленты, в результате чего достигается высокая технологичность изготовления устройства и высокая надежность при эксплуатации, т.к. при использовании, например, плоской ленты возможно наличие только наружных сварных швов, возникающих при креплении верхних и нижних стенок. А при возможном использовании ленты с отбортовками - при соединении отбортовок, образующих верхние и нижние стенки, между собой.

Кроме того, каждая из стенок (кроме внешней, которая усиливается снаружи) теплообменника испытывает не давление рабочего тела, а только разницу между этим давлением и давлением охлаждающей жидкости, что позволяет сделать ее тонкой и, следовательно, улучшить теплообмен, облегчить и удешевить конструкцию прибора.

Помимо этого, конструкция почти исключает тепловой контакт каналов с внешней средой, поэтому не требует теплозащиты каналов, что позволяет также уменьшить габариты прибора и увеличить его эффективность.

Кроме того, для повышения эффективности теплопередачи, лента для изготовления стенок теплообменника может быть выполнена гофрированной, что позволит увеличить степень турбулизации потоков теплоносителя и рабочего продукта в каналах теплообменника и увеличить поверхность теплообмена.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображен общий вид теплообменника; на фиг. 2 - начальная стадия навивки теплообменника; на фиг. 3 - внутренний вид каналов; на фиг. 4 - вариант использования ленты с отбортовками.

Теплообменник включает канал 1 для теплоносителя, канал 2 для рабочего продукта, устройства 3 и 4 для ввода соответственно теплоносителя и рабочего продукта и устройства 5 и 6 для вывода соответственно теплоносителя и рабочего продукта. Каналы 1 и 2 разделены между собой стенками 7, выполненными из цельной ленты, согнутой и навитой в плоскую спираль вокруг оси сгиба. При навивке ленты полости между соседними витками поверхностей ленты образуют спиральные каналы для теплоносителя и рабочего продукта, расположенные с чередованием друг за другом. Сверху и снизу полости каналов закрываются соответственно верхними 8 и нижними 9 стенками. При использовании металлической ленты для изготовления стенок 7 верхние 8 и нижние 9 стенки могут быть выполнены в виде металлической полосы профиля или металлического круга, приваренных к ленте. При использовании ленты из синтетических и природных полимерных материалов верхние 8 и нижние 9 стенки могут быть выполнены в виде уплотнительных элементов из соответствующих материалов.

Использование ленты с отбортовками позволяет исключить использование дополнительных элементов для изготовления верхних и нижних стенок, т.к. в качестве верхних 8 и нижних 9 стенок используются отбортовки, позволяющие, кроме того, выдерживать заданный интервал при намотке ленты в плоскую спираль.

Устройство работает следующим образом.

При вихревом движении теплоносителя и рабочего продукта навстречу друг другу теплоноситель подается в теплообменник в канал 1 посредством устройства 3, а рабочий продукт в канал 2 посредством устройства 4.

Передача тепла от теплоносителя к рабочему продукту осуществляется через стенки 7 из теплопроводного материала, которые служат поверхностью теплообмена. Вывод теплоносителя из теплообменника осуществляется посредством устройства 5, а вывод рабочего продукта - посредством устройства 6.

Использование данного изобретения позволит сократить затраты на изготовление и эксплуатацию теплообменника, за счет значительного сокращения количества материалов, а также отсутствия внутренних сварных швов, что делает прибор ремонтно-пригодным. Высокая эффективность работы и компактность конструкции позволяет уменьшать размеры теплообменника.

Кроме того, предложенная конструкция не предусматривает внутри себя ни одного уплотнительного соединения, что повышает надежность при эксплуатации.

Устройство предназначено для использования в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, машиностроительной и других отраслях хозяйства. Теплообменник содержит имеющие общие стенки каналы для теплоносителя и рабочего продукта, устройства для ввода и вывода теплоносителя и рабочего продукта. Стенки теплообменника выполнены из цельной ленты, согнутой и навитой в плоскую спираль вокруг оси сгиба. При этом полости между соседними витками поверхностей ленты образуют каналы для теплоносителя и рабочего продукта, расположенные с чередованием друг за другом. Возможны варианты использования плоской, гофрированной ленты или ленты с отбортовками. Применение данного изобретения обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в исключении внутренних сварных швов, повышающих технологичность изготовления и эффективность теплопередачи. 2 з.п.ф-лы. 4 ил.

1. Теплообменник, включающий имеющие общие стенки каналы для теплоносителя и рабочего продукта и устройства для ввода и вывода теплоносителя и рабочего продукта, отличающийся тем, что стенки теплообменника выполнены из цельной ленты, согнутой и навитой в плоскую спираль вокруг оси сгиба так, что полости между соседними витками поверхности ленты образуют каналы для теплоносителя и рабочего продукта, расположенные с чередованием друг за другом. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что лента выполнена гофрированной. 3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что лента выполнена с отбортовками.