СПИРАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2007 года по МПК F28D7/04 

Изобретение относится к устройствам для проведения теплообменных процессов между двумя средами через стенку и может быть использовано в химической, пищевой и нефтеперерабатывающей отрасли промышленности.

В различных отраслях промышленности широкое применение нашли теплообменники, служащие для передачи тепла от одной среды к другой через стенку из теплопроводного материала, разграничивающую эти среды. Среди них кожухотрубные, пластинчатые, спиральные, змеевиковые и т.п. теплообменники, которые отличаются конструктивным исполнением поверхности теплообмена (Россия, патенты №№2121122, МПК F28D 7/00; 2151991, МПК F28D 3/02; 2156423, МПК F28D 3/00, 2166716, МПК F28D 3/00).

Известен также спиральный теплообменник OOO «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ», содержащий цилиндрический корпус, в котором размещены теплообменные поверхности, формируемые из элементов, представляющих собой попарно сваренные по контуру спиралевидные стенки, образующие внутренний спиралевидный щелевой канал. Теплообменные элементы устанавливаются таким образом, что между ними образуется наружный спиралевидный щелевой канал. В сечении, перпендикулярном оси аппарата, спиралеобразные стенки формируют теплообменную поверхность по спирали Архимеда. Внутренние спиралевидные полости теплообменных элементов сообщаются коллекторами входа и выхода одной среды, а наружные - коллекторами входа и выхода другой среды (В.В.Буренин. Новые рекуперативные теплообменники для нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. «Нефтепереработка и нефтехимия», №3, 2005, стр.44-45).

Прототипом заявляемого объекта изобретения является спиральный теплообменник, содержащий два щелевых канала для прохода теплоносителей, образованных двумя свернутыми в спираль листами с элементами дистанционного расположения, внешние и внутренние коллекторы и торцовые уплотнения (П.Д.Лебедев. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. «Энергия». М., 1966, стр.16-17, рис.1-4).

Недостатком прототипа является сложность конструкции, нетехнологичность изготовления теплообменника, а также повышенная масса, обусловленная наличием сложных узлов герметизации, а следовательно, и высокая стоимость изготовления.

Задачами изобретения являются упрощение конструкции и технологии изготовления теплообменника, а также уменьшение его массы и сокращение затрат на изготовление.

Поставленная задача решается тем, что в спиральном теплообменнике, содержащем щелевые каналы для прохода теплоносителей, образованные двумя свернутыми в спираль листами с элементами дистанционного расположения, внешние и внутренние коллекторы и торцовые уплотнения, элементы дистанционного расположения выполнены в виде выштампованных на поверхности листов пуклевок, расположенных в шахматном порядке, при этом пуклевки одного листа смещены относительно пуклевок другого листа, внешние коллекторы образованы одним из концов этих листов, а внутренние - аксиально размещенными одна в другой и сваренными между собой трубами, причем к трубе большего диаметра приварены вторые концы листов, а в стенках труб вдоль образующих выполнены продольные пазы - каналы для прохода теплоносителей.

Кроме того, диаметр большой трубы и геометрические параметры пуклевок спирального теплообменника связаны соотношением:

где

D - наружный диаметр большой трубы;

d - диаметр пуклевок;

h - высота пуклевок;

l - шаг пуклевок.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид заявляемого устройства, на фиг.2 - сечение АА на фиг.1, на фиг.3 - выносной элемент Б на фиг.2, на фиг.4 - выносной элемент Г на фиг.1, на фиг.5 - вид В на фиг.4, на фиг.6 - сечение ЕЕ на фиг.4.

Спиральный теплообменник включает теплообменные поверхности, сформированные из свернутых в спираль листов 1 и 2 с пуклевками 3 ( на листе 1) и 4 (на листе 2), между которыми образованы спиралевидные щелевые каналы 5 и 6 для прохода теплоносителей, внешние 7 и 8 и внутренние 9 и 10 коллекторы, а также узлы герметизации 11.

Внешние коллекторы 7 и 8 образованы свернутыми в короба концами листов 1 и 2, а внутренние коллекторы 9 и 10 - трубами 12 и 13 разных диаметров, которые аксиально расположены одна в другой и сварены между собой вдоль образующей, являющейся общей для обеих труб. Вдоль линии сварки труб 12 и 13 сделаны продольные пазы 14. Кроме того, в трубе 13 выполнен второй ряд продольных пазов 15. К трубе 13 приварены вторые концы листов 1 и 2, охватывающие продольные пазы 14 и 15. Через пазы 14 щелевой канал 5 сообщается с полостью коллектора 9, обеспечивая поток одного теплоносителя по стрелке 16, а через пазы 15 щелевой канал 6 сообщается с полостью коллектора 10, обеспечивая поток другого теплоносителя по стрелке 17.

Пуклевки 3 и 4 на листах 1 и 2 выштампованы в шахматном порядке, причем пуклевки одного листа смещены относительно пуклевок другого листа. Они обеспечивают дистанционное расположение листов 1 и 2 относительно друг друга, стабильные размеры щелевых каналов 5 и 6 и повышенную жесткость конструкции. Для обеспечения гарантированного щелевого зазора Δ между листом 1 и стенкой 13 большой трубы 10 диаметр D этой трубы и геометрические параметры пуклевок связаны сотношением:

где

D - наружный диаметр большой трубы;

d - диаметр пуклевок;

h - высота пуклевок;

l - шаг пуклевок.

Узлы герметизации 11 выполнены сварными со стороны торцов теплообменника, при этом в зонах сварки между листами 1 и 2 помещены подкладки из металлического прутка или проволоки 18.

Изготавливают теплообменник на вальцово-гибочном станке, используя специальное приспособление.

Работает спиральный теплообменник следующим образом. В штуцеры 19 и 20 коллекторов 7 и 8 противотоком подаются соответственно холодный и горячий теплоносители. Горячий теплоноситель охлаждается и, пройдя коллектор 9, выходит далее через штуцер 21 из теплообменного аппарата. Холодный теплоноситель выходит из теплообменного аппарата через штуцер 22 в нагретом состоянии.

Выполнение спирального теплообменника в соответствии с изобретением позволяет упростить его конструкцию и технологию изготовления, а также снизить вес, сократить материальные затраты и стоимость.

На предприятии изготовлен и испытан с положительным результатом опытный образец предложенного спирального теплообменника для охлаждения молока.

Изобретение предназначено для применения в устройствах для проведения теплообменных процессов между двумя средами через стенку, а именно, может быть использовано в химической, пищевой и нефтеперерабатывающей отрасли промышленности.

Спиральный теплообменник содержит два щелевых канала для прохода теплоносителей, образованных двумя свернутыми в спираль листами с элементами дистанционного расположения, внешние и внутренние коллекторы и торцовые уплотнения. Элементы дистанционного расположения выполнены в виде выштампованных на поверхности листов пуклевок, расположенных в шахматном порядке, при этом пуклевки одного листа смещены относительно пуклевок другого листа. Внешние коллекторы образованы одним из концов этих листов, а внутренние - аксиально размещенными одна в другой и сваренными между собой трубами, причем к трубе большего диаметра приварены вторые концы листов, а в стенках труб вдоль образующих выполнены продольные пазы - каналы для прохода теплоносителей.

Изобретение позволяет упростить конструкцию, технологию изготовления, снизить вес, сократить материальные затраты на изготовление теплообменника. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Спиральный теплообменник, содержащий щелевые каналы для прохода теплоносителей, образованные двумя свернутыми в спираль листами с элементами дистанционного расположения, внешние и внутренние коллекторы и торцовое уплотнение, отличающийся тем, что элементы дистанционного расположения выполнены в виде выштампованных на поверхности листов пуклевок, расположенных в шахматном порядке, при этом пуклевки одного листа смещены относительно пуклевок другого листа, внешние коллекторы образованы одним из концов этих листов, а внутренние - аксиально размещенными одна в другой и сваренными между собой трубами, причем к трубе большего диаметра приварены вторые концы листов, а в стенках труб вдоль образующих выполнены продольные пазы - каналы для прохода теплоносителей.2. Спиральный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что диаметр большой трубы и геометрические параметры пуклевок связаны соотношением

где

D - наружный диаметр большой трубы;

d - диаметр пуклевок;

h - высота пуклевок;

l - шаг пуклевок.