Теплообменник Советский патент 1985 года по МПК F28D7/02 F28D7/10 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, применяем11м, в частности,- в холодильной технике, например, в качестве испарителя каскадной холодильной машины. 11звестен трубчатый cпиpaJ:ы ый теплообменник, в котором для обеспечения интенсификации теплообмена и компактности конструкции трубки, навитые на сердечник, имеют проволочно спиральное оребрение Недостатком этого теплообменника является то, что применение его в качестве конденсатбра -испарителя, где имеет место кипение хладагента в межтрубном пространстве, малоэффективно из-за незначительных местны скоростей течения потока в межтрубно пространстве. Известен теплообменник типа труба в трубе, снабженный по .наружной поверхности внутренней трубы многоза ходными спиральными ребрами, выполненными из капиллярно-пористого материала и установлеш ымй с зазором относительно внутренней поверхности наружной трубы t23« Недостатками этого теплообменника ЯВЛЯЮТСЯ низкая степень турбулизации пристенной паровой пленки, обусловленная наличием сплошных щелевых зазоров по всей образующей внешней обе чайки и, в итоге, иедостаточио интен сивный теплообмен, . Известен также теплообменник типа труба в трубе со спиральным сребре нием внутренней трубки, в котором с целью интенсификащга: теплообмена и снижения гидравл1П1еског,о сопротивления прорези выпоякены на части оребрения с образованием на поверхности внешней трубы турбулнзирующих перемычек з . Недостатком этого устройства является неравномерность екоростньЕХ характеристик паровой фазы вдоль потока, что обуславливает низкий уровень процесса теплообмена. Известен теплообменник,содержащий коаксиально размещенные обечайки, в кольцевой полости между которыми рас положен спиральный трубчатьш змеевик с оребрением по наружной поверхности 4. Недостатком известного теплообмен ника являются низкие эксплуатационные характеристики.. 77 Цель изобретения - повышение эксплуатационных характеристик путем интенсификации теплообмена и снижения гидравлического сопротивления при движении кипящего двухфазного потока. Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем коаксиально размещенные обечайки, в кольцевой полости между которыми расположен спиральный трубчатый змеевик с оребрением на наружной поверхности, змеевик выполнен с шагом, увеличивающимся в направлении движения двухфазного потока по закону t t + + () где tg - начальный шаг змеевика, п - порядковьй номер витка, а оребрение змеевика выполнено в ни-. де винтовых канавок с шагом, равным (0,25-0,80)d , и4ирина и глубина которых равна соответственно (0,85-3,00) ( и (0,30-0,50) (,), где d- - наружный диаметр трубки змеевика, d, - внутренний диаметр трубки -2 змеевика. На фиг,1 изображен предлагаемый теплообменнику на фиг.2 - сечение А-А на фиг. V, на фиг.З - узел I на фиг,1. Теплообменньй аппарат (фиг.1) содерксит наружную обечайку 1, внутреннюю обечайку 2 и спиральньй трубчатый змеевик 3, на наружной поверхности которого имеется оребрение в виде винтовых канавок 4 (каналов), выполненных, например, методом нарезки или накатки. Винтовые канавки выполнены с шагом Ь, равным 0,25-0,80 наружного диаметра d трубки змеевика, шириной а и глубиной h, равными соответственно ОJ85-3 00 и 0,30-0,50 разности наружного и внутреннего диаметров d.-d трубки змеевика. Таким образом, между обечайками 1 н 2 и змеевиком 3 с канавками 4 образуются каналы 5 для двухфазной среды, причем за счет того, что шаг t спирального змеевика изменяется увеличивается от входного патрубка 6 к выходному патрубку 7, соответственно увеличивается н сечение канала 5 вдоль оси X теплообменного аппарата. Шаг t изменяется по закону + t-(ntQ) где tg - начальный шаг спирального змеевика 3 п - порядковый номер витка. При этом величина t может изменяться (увеличиваться) либо плавно от витка к витку, либо /частками по несколько витков.в каж31

дом при сохранении условия, когда .

В теапообменном аппарате имеются также крьшши 8 и 9 и заглушки 10.

Теплообменник работает слёдуннчим образом.

.Прямой поток, например, верхнего каскада каскадной холоднльнсй машины по мере продвижения по змеевику 3 конденсируется и выходит из теплообменника. Обратный поток хладагента (например, нижнего каскада холодильной машины) поступает через входной патрубок 6 и кипит по мере продвижения по каналам 3.

- Через выходной патрубок 7 обратный поток выходит из теплообменника. : Движупц йся в каналах 5 кипящий хладагент снимает тепло с поверхности змеевика 3. Винтовые канавки 4 способствуют турбулизации пристенного пограничного слоя и. разрушению об разующейся пленки пара у стенки канала за счет дозированного отсасывания пара через микрощели, образованные между обечайками 1 и 2 и винтовыми канавками 4. Это способствует интенсификации процессов теплообмена

774

Основная масса двухфазного потока ;движется по каналу 5, сечение которого (шаг змеевика) плавно или дискретно (ступенчато) увеличивается по направлению движения кипящего двухфазного потока.

Так как по ходу движения зтого потока происходит увеличение объемного расхода, увеличение сечения канала 5 вдоль оси теплообменника обеспечивает движение потока по этим каналам примерно с постоянной скоростью. В :результате, местные гидравлические

сопротивления остаются незначительнымиу и паровые пробки не образуются. Такой характер движения способствует более равномерному изменению коэффициентов теплоотдачи, обеспечивает

снижение напора в циркуляционном контуре всей машины в целом.

При использовании изобретения улучшаются.. зксплуатациснные характеристики теплообменника путем интенсификации теплообмена и снижения гидравлического сопротивления при дви-, |жении кипящего двухфазного потока.

ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий коаксиально размещенные обечайки, в кольцевой полости между которьпчи tf. ti 9ifi.t расположен спиральный трубчатый змеевик с оребрением на наружной поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик путем интенсификации теплообмена и снижения гид равлического сопротивления при. дви:жении кипящего двухфазного потока, змеевик вьтолнен с шагом, увеличивающимся в направлении движения двухфазного потока по закону (.ntjj) где tjj - начальньй щаг змеевика , п - порядковый номер нитка, а оребрение змеевика выполнено в виде винтовых канавок с шагом, равным