ЦЕНТРАЛЬНЫЙ КОРПУС В СПИРАЛЬНОМ ТЕПЛООБМЕННИКЕ Российский патент 2020 года по МПК F28D9/04 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к спиральному теплообменнику, в котором первый лист и второй лист расположены по спирали вокруг общей центральной оси, проходящей в продольном направлении. Таким образом, два листа проходят по спиралевидной траектории вокруг указанной центральной оси, с образованием параллельных проточных каналов для соответственно первой и второй текучих сред, проходящих и обеспечивающих сообщение по потоку между радиально внешним отверстием и радиально внутренним отверстием, находящимся в сообщении по текучей среде с любым из входа или выхода каждого набора пропускных соединений. Соответственно, радиально внутреннее отверстие и внешнее отверстие первого проточного канала, таким образом, сообщаются по текучей среде с входом и выходом первого набора пропускных соединений, а второй проточный канал, таким образом, сообщается по текучей среде с входом и выходом данного набора пропускных соединений.

Общие проблемы таких спиральных теплообменников - это точность прокатки листов в спиральной конфигурации, способность выдерживать высокие давления и соединение по текучей среде в центре спирали к теплообменнику и от него.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Решение согласно настоящему изобретению представлено в формуле изобретения.

Оно включает спиральный теплообменник, образованный по меньшей мере из двух листов, проходящих по спиралевидной траектории вокруг общего центрального корпуса и разделенных с образованием по меньшей мере первого и второго спиралевидных по существу параллельных проточных каналов, проходящих и обеспечивающих сообщение по потоку между радиально внешним отверстием и радиально внутренним отверстием, отличающийся тем, что центральный корпус содержит корпус стенки с первым проходом на внутренней поверхности корпуса стенки, находящемся в соединении по текучей среде с первым проточным каналом, и вторым проходом, сформированным на внешней поверхности корпуса стенки и находящимся в соединении по текучей среде со вторым проточным каналом.

В варианте осуществления первый проход и второй проход проходят параллельно вдоль направления длины центрального корпуса.

В варианте осуществления первый проход и второй проход проходят по существу концентрично вдоль направления длины центрального корпуса.

В корпусе стенки могут быть сформированы отверстия с образованием соединения по текучей среде между первым проходом и первым проточным каналом, при этом указанные отверстия изолированы от второго проточного канала.

Один из листов может иметь концевую секцию, соединенную с внешней частью центрального корпуса, если смотреть в направлении окружности.

Внешняя поверхность корпуса стенки может быть сформирована с элементами, выступающими из внешней поверхности корпуса стенки, при этом указанными первыми элементами образованы проточные каналы. Элементы могут быть сформированы в виде множества дисковидных элементов, расположенных в направлении длины центрального корпуса.

В варианте осуществления первый из указанных листов имеет концевую секцию, соединенную с первой секцией по меньшей мере некоторых элементов, причем указанная секция меньше полной окружности, при этом указанный второй проход по меньшей мере частично задан концевой секцией указанного первого листа, внешней стороной указанного корпуса стенки и указанными проточными каналами.

В варианте осуществления второй из указанных листов имеет концевую секцию, соединенную со второй секцией по меньшей мере некоторых элементов, причем указанная концевая секция меньше полной окружности, при этом указанный второй проход по меньшей мере частично задан концевой секцией указанного второго листа, внешней стороной указанного корпуса стенки и проточными каналами.

Уплотнительный элемент может быть расположен между указанным корпусом стенки и вторым листом, проходящим в направлении длины относительно центрального корпуса, причем указанный уплотнительный элемент предотвращает контакт по текучей среде между первым и вторым проточными каналами. Уплотнительный элемент может быть расположен в области указанных отверстий и образован внутренней полостью, сформированной для направления текучей среды между первым проходом и первым проточным каналом.

В одном варианте осуществления проточные каналы образуют часть первого проточного канала и/или второго проточного прохода.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - общий вид снаружи спирального теплообменника.

Фиг. 2 - вид спирального теплообменника, сформированного из двух листов, расположенных спирально вокруг центрального корпуса, согласно настоящему изобретению.

Фиг. 3 - вид варианта осуществления центрального корпуса согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4. - вид спирального теплообменника, сформированного из двух листов, расположенных спирально вокруг центрального корпуса, согласно настоящему изобретению.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следует понимать, что подробное описание изобретения и конкретные примеры предпочтительных вариантов осуществления изобретения приведены только в иллюстративных целях, поскольку различные изменения и модификации в рамках сущности и объема изобретения будут очевидны для специалиста в данной области техники из данного подробного описания изобретения.

Фиг.1 представляет собой общий пример, иллюстрирующий внешнюю сторону спирального теплообменника (1), имеющего внешнюю оболочку (100). Два набора пропускных соединений (101, 102) входа и выхода для соединения теплообменника (1) с трубами для текучей среды для первой и второй текучей среды. Белыми и черными стрелками показаны такие входы и выходы для двух текучих сред, но направления могут быть обратными и т. д., пропускные соединения (101, 102) расположены по-разному и т. д.

Внутри теплообменника (1) находится конструкция, формирующая два отдельных проточных канала (5, 6), где между ними передается тепло.

На фиг. 2 показан один из примеров конструкции спирального теплообменника (1). Первый лист (2) и второй лист (3) сформированы с разделительными элементами (4), выступающими из одной поверхности, причем другая поверхность может быть плоской или планарной. Разделительные элементы (4) могут иметь любую подходящую форму, такую как распорки, отходящие от поверхности листа, они могут быть прикреплены к листу (2, 3), например, путем сварки или пайки, или они могут быть сформированы из листа (2, 3) материала.

Первый (2) и второй (3) листы располагаются по спирали вокруг общей центральной оси (A), проходящей в направлении длины. Таким образом, два листа (2, 3) проходят по спиралевидной траектории вокруг указанной центральной оси (А) и через разделительные элементы (4) первого (5) и второго (6) спиралевидных по существу параллельных проточных каналов (5, 6), сформированных соответственно для первой и второй текучих сред, проходящих и обеспечивающих сообщение по потоку между радиально внешним отверстием и радиально внутренним отверстием, находящимися в сообщении по текучей среде либо с входом, либо с выходом каждого набора пропускных соединений (101, 102). Соответственно, радиально внутреннее отверстие и внешнее отверстие первого проточного канала (5), таким образом, сообщаются по текучей среде с входом и выходом первого набора пропускных соединений (101), и второй проточный канал (6), таким образом, сообщается по текучей среде с входом и выходом (102) набора пропускных соединений (102).

Настоящее изобретение включает центральный корпус (10) (см. фиг. 3), подлежащий размещению на центральной оси (А) и прохождению в том же направлении длины. Таким образом, два листа (2, 3) должны быть расположены по спирали вокруг указанного центрального корпуса (10), который содержит корпус (11) стенки с первым проходом (12) на внутренней поверхности корпуса (11) стенки, находящегося в соединении (20) по текучей среде с первым проточным каналом (5), и вторым проходом (13), сформированным на внешней поверхности корпуса (11) стенки и находящимся в соединении по текучей среде со вторым проточным каналом (6).

В проиллюстрированном варианте осуществления центрального корпуса (10) первый проход (1) и второй проход (2) проходят параллельно вдоль направления длины центрального корпуса (10). Первый проход (12) образован внутренней полостью, сформированной внутри корпуса (11) стенки, который в проиллюстрированном варианте осуществления имеет форму трубы или цилиндра. Отверстия (20) сформированы в корпусе (11) стенки, приспособленном для создания сообщения по текучей среде между радиально внутренним отверстием первого проточного канала (5) и первым проходом (12). Отверстия (20) изолированы (30) от второго проточного канала (6).

В проиллюстрированном варианте осуществления первый проход (12) и второй проход (13) проходят по существу концентрично вдоль направления длины центрального корпуса (10). В более общем варианте второй проход (13) окружает первый проход (12).

Другие варианты осуществления могут включать в себя наличие множество первых проходов (12) и/или множество вторых проходов (13), при этом второй проход (проходы) (13) расположен/расположены по окружности первого прохода (проходов) (12).

На внешней поверхности корпуса (11) стенки сформированы элементы (14), выступающие из внешней поверхности, причем в элементах (14) сформированы проточные каналы (15). Данные проточные каналы (15) могут быть выемками или отверстиями. Элементы (14) могут быть соединены с внешней поверхностью корпуса (11) стенки или могут быть выполнены с ним за одно целое. Проточные каналы (15) позволяют текучей среде течь по длине внешней поверхности корпуса (11) стенки, при этом элементы (14), таким образом, являются пористыми, а не образуют барьеры.

В проиллюстрированном варианте осуществления элементы (14) представляют собой множество дисковидных элементов, расположенных в направлении длины центрального корпуса (10).

Первый из указанных листов (2) может иметь концевую секцию (2a), соединенную с первой секцией по меньшей мере некоторых элементов (14), соответствующих центральному корпусу (10), причем указанная первая секция полностью окружает центральный корпус (10), или она меньше полной окружности. Второй проход (13) либо полностью, либо частично задан концевой частью (2а) указанного первого листа (2), внешней стороной указанного корпуса (11) стенки и указанными проточными каналами (15).

Второй из упомянутых листов (3) может иметь концевую секцию, соединенную со второй секцией по меньшей мере некоторых элементов (14), соответствующих центральному корпусу (10), причем указанная вторая секция полностью окружает центральный корпус (10), или она меньше полной окружности. Второй проход (13) тогда либо полностью, либо частично задан концевой секцией указанного третьего листа (3), внешней стороной указанного корпуса (11) стенки и указанными проточными каналами (15).

В одном варианте осуществления соединение первой концевой секции (2a) и второй концевой секции полностью окружает центральный корпус, что соответствует всей окружности элементов (14). Вместе они, таким образом, образуют внутреннюю «трубчатую» форму на внутренней стороне спиралевидных объединенных листов (2, 3), причем центральный корпус (10) расположен внутри «трубы», а внешние поверхности элементов (14) контактируют с внутренней стенкой «трубы», соответствуя первой концевой секции (2a) и второй концевой секции. Этим задается второй проход (13), проходящий в направлении длины другой поверхности корпуса (10) стенки. Внутреннее радиальное отверстие второго проточного канала (6) открыто для второго прохода (13), где заканчивается второй лист (3).

Внутреннее радиальное отверстие первого проточного канала (5) таким же образом открыто для внутренней части спиральных листов (2, 3), где заканчивается первый лист (2), то есть для второго прохода (13), так же как отверстия (20) образуют контакт по текучей среде между первым проходом (12) и вторым проходом (13), если они не разделены каким-либо образом. В проиллюстрированном варианте осуществления уплотнительный элемент (30) расположен между указанным корпусом (11) стенки и вторым листом (3), проходящим в направлении длины относительно центрального корпуса (10), причем указанный уплотнительный элемент (30) предотвращает контакт по текучей среде между первым (5) и вторым (6) проточными каналами.

В проиллюстрированном варианте осуществления уплотнительный элемент (30) расположен в области указанных отверстий (20) и образован внутренней полостью или каналом (не показан на чертежах), сформированным для направления текучей среды между первым проходом (12) и первым проточным каналом (5). Этим гарантируется отсутствие сообщения по текучей среде между соответствующим внутренним радиальным отверстием первого проточного канала (5) (входящего во внутреннюю часть внутренней полости уплотнительного элемента (30) и внутренним радиальным отверстием второго проточного канала (6) (входящего во второй проход (13)). Уплотнительный элемент (30) дополнительно гарантирует отсутствие сообщения по текучей среде между первым проходом (12) и вторым проходом (13) через отверстия (20).

В одном варианте осуществления элементы (14) имеют форму или углубление (16), приспособленное для размещения уплотнительного элемента (30), следовательно, проиллюстрированные элементы являются частичными дисками (14). В другом варианте осуществления элементы (14) полностью окружают корпус (11) стенки (например, являются полными дисками), при этом уплотнительные элементы (30) сформированы так, чтобы располагаться между элементами (14), возможно, даже будучи сформированными в виде множества уплотнительных элементов (30).

Центральный корпус (10) соответственно на одном конце может содержать уплотнение для внутреннего канала (12) текучей среды, который открыт и соединен с первым установленным пропускным соединением (101) входа или выхода на другом конце.

Центральный корпус (10), соответственно, на одном конце может содержать уплотнение для внешнего прохода (13) для текучей среды, который открыт и соединен со вторым установленным пропускным соединением (102) выхода или выхода отверстия на другом конце.

В одном варианте осуществления центральный корпус (10) образован путем соединения множества частей. В другом или связанном варианте осуществления весь центральный корпус (10) или его части сформированы за одно целое, возможно, с такими элементами, как углубления или отверстия (15), сформированные путем лазерной резки или просто 3D-печати.

В варианте осуществления либо один, либо оба из первого проточного прохода (12) и/или второго проточного прохода (13) формируются снаружи корпуса (11) стенки, причем проточные каналы (15) образуют часть соответственно первого проточного прохода (12) и/или второго проточного прохода (13). В варианте осуществления, в котором как первый (12), так и второй (13) проточные проходы сформированы снаружи корпуса (11) стенки, некоторый разделительный элемент расположен так, чтобы изолировать два проточных пути друг от друга. Таким образом, отверстия (20) могут быть расположены в данном разделительном элементе, а не в корпусе (11) стенки.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в спиральных теплообменниках. В спиральном теплообменнике, образованном из по меньшей мере двух листов, проходящих по траектории в форме спирали вокруг общего центрального корпуса и разделенных с образованием по меньшей мере первого и второго по существу параллельных проточных каналов в форме спирали, проходящих и обеспечивающих сообщение по потоку между радиально внешним отверстием и радиально внутренним отверстием, центральный корпус содержит корпус стенки с первым контуром на внутренней поверхности корпуса стенки, соединенным по текучей среде с первым проточным каналом, и вторым контуром, сформированным на внешней поверхности корпуса стенки и находящимся в соединении по текучей среде со вторым проточным каналом. Технический результат – повышение точности прокатки листов в спиральной конфигурации, способность выдерживать высокие давления и соединение по текучей среде в центре спирали к теплообменнику и от него. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Спиральный теплообменник (1), включающий по меньшей мере два листа (2, 3), проходящих по спиралевидной траектории вокруг общего центрального корпуса (10) и разделенных (4) с образованием по меньшей мере первого (5) и второго (6) спиралевидных по существу параллельных проточных каналов (5, 6), проходящих и обеспечивающих сообщение по потоку между радиально внешним отверстием и радиально внутренним отверстием, отличающийся тем, что центральный корпус (10) содержит корпус (11) стенки с первым проходом (12) на внутренней поверхности корпуса (11) стенки, находящемся в соединении (20) по текучей среде с первым проточным каналом (5), и вторым проходом (13), сформированном на внешней поверхности корпуса (11) стенки и находящемся в соединении по текучей среде со вторым проточным каналом (6).

2. Спиральный теплообменник (1) по п.1, отличающийся тем, что первый проход (12) и второй проход (13) проходят параллельно вдоль направления длины центрального корпуса (10).

3. Спиральный теплообменник (1) по п.2, отличающийся тем, что первый проход (12) и второй проход (13) проходят по существу концентрично вдоль направления длины центрального корпуса (10).

4. Спиральный теплообменник (1) по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в корпусе (11) стенки сформированы отверстия (20) с образованием соединения по текучей среде между первым проходом (12) и первым проточным каналом (5), причем указанные отверстия (20) изолированы от второго проточного канала (6).

5. Спиральный теплообменник (1) по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что один из указанных листов (2) имеет концевую секцию (2a), соединенную с внешней частью центрального корпуса (10), если смотреть в направлении окружности.

6. Спиральный теплообменник (1) по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что внешняя поверхность корпуса (11) стенки сформирована с элементами (14), выступающими из внешней поверхности корпуса (11) стенки, причем указанными первыми элементами (14) образованы проточные каналы (15).

7. Спиральный теплообменник (1) по п.6, отличающийся тем, что указанные элементы (14) представляют собой множество дисковидных элементов, расположенных в направлении длины центрального корпуса (10).

8. Спиральный теплообменник (1) по п.6 или 7, отличающийся тем, что первый из указанных листов (2) имеет концевую секцию (2a), соединенную с первой секцией по меньшей мере некоторых элементов (14), причем указанная секция меньше полной окружности, при этом указанный второй проход (13) по меньшей мере частично задан концевой частью (2а) указанного первого листа (2), внешней стороной указанного корпуса (11) стенки и указанными проточными каналами (15).

9. Спиральный теплообменник (1) по любому из пп.6-8, отличающийся тем, что второй из указанных листов (3) имеет концевую секцию, соединенную со второй секцией по меньшей мере некоторых из элементов (14), причем указанная концевая секция меньше полной окружности, причем указанный второй проход (13) по меньшей мере частично задан концевой секцией указанного второго листа (3), внешней стороной указанного корпуса (11) стенки и проточными каналами (15).

10. Спиральный теплообменник (1) по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (30) расположен между указанным корпусом (11) стенки и вторым листом (3), проходящим в направлении длины относительно центрального корпуса (10), причем указанный уплотнительный элемент (30) предотвращает контакт по текучей среде между первым (5) и вторым (6) проточными каналами.

11. Спиральный теплообменник (1) по п.10, отличающийся тем, что указанный уплотнительный элемент (30) расположен в области указанных отверстий (20) и образован внутренней полостью, сформированной для направления текучей среды между первым проходом (12) и первым проточным каналом (5).

12. Спиральный теплообменник (1) по п.6, отличающийся тем, что проточные каналы (15) образуют часть первого проточного прохода (12) и/или второго проточного прохода (13).