ТЕПЛООБМЕННИК ТИПА "ТРУБА В ТРУБЕ" Российский патент 2003 года по МПК F28D7/10 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам (ТА) и может быть использовано в энергетической промышленности, в частности в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД).

Известна конструкция теплообменника, в полости которого для увеличения поверхности теплосъема установлены цилиндрические трубы, выполненные в виде свитой в пространственную спираль ленты, расположенные соосно с образованием кольцевых канавок, и два установленных навстречу друг другу торцевых коллектора (RU 2037118 C1, F 28 D 7/10, 1995).

Недостатком такого технического решения является то, что из-за большого загромождения тракта линии теплоносителя значительно увеличивается гидравлическое сопротивление линии и это приводит к снижению полезной мощности энергетической установки, в частности ЖРД.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является теплообменник, содержащий внутреннюю и наружную цилиндрические оболочки, установленные коаксиально с кольцевым зазором, образующим полость для рабочего тела, подводящие и отводящие коллекторы с патрубками (SU 567071 A, F 28 D 7/10, 1977). Теплоноситель, протекающий по внутренней оболочке, нагревает или охлаждает рабочее тело, протекающее в кольцевом зазоре между оболочками.

Основным недостатком данного устройства является то, что при повышении производительности ТА с увеличением поверхности теплосъема растут его габариты. Это особенно неприемлемо для ТА, используемых в конструкциях ЖРД, так как увеличиваются габариты и масса двигателя в целом.

Задача изобретения - устранение указанных недостатков и повышение производительности ТА без увеличения его габаритов и снижение мощности энергетической установки.

Поставленная задача достигается тем, что в ТА типа "труба в трубе", содержащем наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки, установленные коаксиально с кольцевым зазором и образующие полость для рабочего тела, подводящие и отводящие коллекторы с патрубками, дополнительные оболочки, образующие дополнительные полости, согласно изобретению дополнительные оболочки установлены на пилонах, в которых выполнены каналы, подводящие и отводящие рабочее тело, а дополнительные полости соединены между собой с помощью отверстий в дополнительной оболочке.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез ТА, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 по оболочкам теплообменника, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 по дополнительным оболочкам.

Основными составляющими элементами предложенной конструкции ТА являются:
1 - наружная оболочка;
2 - внутренняя оболочка;
3 - подводящий коллектор;
4 - отводящий коллектор;
5 - подводящий патрубок;
6 - отводящий патрубок;
7 - пилон;
8 - пилон;
9 - корпус с пилонами;
10 - опорная решетка;
11 - внутренняя дополнительная оболочка;
12 - средняя дополнительная оболочка;
13 - наружная дополнительная оболочка;
14 - подводящий патрубок к дополнительным полостям;
15 - отводящий патрубок от дополнительных полостей;
а, б - отверстия в стенке средней дополнительной оболочки 12;
К - каналы на внутренней оболочке;
Л - каналы на наружной дополнительной оболочке;
М - каналы на внутренней дополнительной оболочке.

Теплообменник содержит наружную 1 и внутреннюю 2 оболочки, установленные коаксиально с зазором. На наружной поверхности внутренней оболочки 2 выполнены каналы К. Оболочки соединены между собой пайкой и образуют полость для рабочего тела. На наружной оболочке 1 выполнены подводящий 3 и отводящий 4 коллекторы с патрубками 5 и 6 соответственно.

В полости внутренней оболочки 2 теплообменника на пилонах 7, 8 корпуса 9 и опорной решетке 10 установлены дополнительные оболочки 11, 12, 13, соединенные между собой пайкой и образующие полости с каналами М, Л.

Полости с каналами М, Л соединены между собой с помощью отверстий "а", "б", выполненных в стенке средней дополнительной оболочки 12.

Корпус 9 с пилонами крепится к наружной оболочке 1. На корпусе 9 в пилонах выполнены каналы для подвода и отвода рабочего тела с подводящим 14 и отводящим 15 патрубками. Подводящие патрубки 5, 14 и отводящие 6, 15 соединены между собой.

Теплообменник работает следующим образом.

Греющий или охлаждающий теплоноситель подается в полость теплообменника и омывает оболочки 2, 11 и 13, которые являются теплообменными элементами и выполнены из материала, обладающего повышенной теплопроводностью.

Рабочее тело разделяется на два потока.

Первый поток через подводящий патрубок 5 поступает в коллектор 3 и далее в каналы К, выполненные на наружной поверхности внутренней оболочки 2. Проходя по каналам, рабочее тело нагревается или охлаждается и через отводящий коллектор 4 и патрубок 6 выходит из теплообменника.

Второй поток рабочего тела через подводящий патрубок 14, канал в пилоне 8 корпуса 9 и отверстия "а" в стенке средней дополнительной оболочки 12 поступает в каналы М, выполненные на наружной поверхности внутренней дополнительной оболочки 11. Проходя по каналам, рабочее тело нагревается или охлаждается и через отверстия "б" в стенке оболочки 12 поступает в каналы Л, выполненные на внутренней поверхности наружной дополнительной оболочки 13, где происходит дальнейший теплообмен с теплоносителем, после чего второй поток через канал в пилоне 7 и отводящий патрубок 15 выходит из теплообменника и смешивается с первым потоком.

Использование изобретения позволит интенсифицировать процесс теплообмена за счет более развитой поверхности теплообменных элементов и повысить производительность ТА без увеличения его габаритов.

Изобретение предназначено для применения в теплообменных аппаратах и может быть использовано в энергетической промышленности, в частности в жидкостных ракетных двигателях. Изобретение содержит внутреннюю и наружную цилиндрические оболочки, установленные коаксиально с кольцевым зазором и образующие полость для рабочего тела, подводящие и отводящие коллекторы с патрубками и дополнительные оболочки, образующие дополнительные полости, которые установлены в теплообменнике на пилонах, причем в пилонах выполнены каналы подвода и отвода рабочего тела, а дополнительные полости соединены между собой с помощью отверстий в дополнительной оболочке. Изобретение позволяет повысить производительность теплообменника без увеличения его габаритов. 3 ил.

Теплообменник типа "труба в трубе", содержащий внутреннюю и наружную цилиндрические оболочки, установленные коаксиально с кольцевым зазором и образующие полость для рабочего тела, подводящие и отводящие коллекторы с патрубками и дополнительные оболочки, образующие дополнительные полости, отличающийся тем, что дополнительные оболочки установлены в теплообменнике на пилонах, в которых выполнены каналы подвода и отвода рабочего тела, а дополнительные полости соединены между собой с помощью отверстий в дополнительной оболочке.