Спиральный теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D7/02 F28C1/02 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к массотеплооб- менным аппаратам для проведения процессов конденсации в системах, содержащих газы.

Известен спиральный теплообменник, содержащий вертикальный корпус с кольцевой камерой, в которой размещены поярус- но секции цилиндрических трубчатых спиралей, подключенных к раздающим и собирающим коллекторам, у которого коллекторы спиралей каждой секции расположены в нижней части корпуса, а смежные витки спиралей, - с зазором по отношению друг к другу, причем входные и выходные участки спиралей размещены между витками последних, огибая их с внутренней и наружной сторон.

Недостатком известного спирального теплообменника является отсутствие элементов, позволяющих осуществлять сепарацию контактирующих фаз и исключающих попадание конденсата с верхних виткоэ спиралей на нижние витки. Указанные факторы приводят к необходимости организации сепарации, т.к. э процессе работы устройства конденсат с верхней части теп- лообменной поверхности с низким температурным потенциалом будет попадать на нижнюю часть теплообменной поверхно-1 сти, вследствие чего будет повышаться гидравлическое сопротивление устройства, т.к. направление движения конденсата противоположно направлению движения парогазового потока, а также будет снижаться тепловая эффективность устройства за счет того, что потенциал парогазового потока будет расхолотться помимо полезного нагрева теплоносителя, движущегося внутри трубок, мл nrprn стекающего вниз конденсата с более низким температурным потен- циалом.

Целью изобретения является повышение эффективности теплообмена путем

обеспечения сепарации и удаления конденсата.

Поставленная цель достигается тем, что спиральный теплообменник, содержащий вертикальный корпус с кольцевой камерой,

в которой размещены гюярусно секции цилиндрических трубчатых спиралей, подключенных к раздающим и собирающим коллекторам, причем коллекторы спиралей каждой секции расположены в нижней части корпуса, а смежные витки спиралей - с зазором по отношению друг к другу, причем входные и выходные участки спиралей размещены между витками последних, огибая их с внутренней и наружной сторон, согласно изобретению дополнительно содержит по крайней мере один оператор, секции трубчатых спиралей объединены в группы, расположенные между собой с зазорами, в каждом из которых установлен указанный

сепаратор, выполненный из двух идентичных гофрированных элементов, повернутых один относительно другого на 180° относительно оси, перпендикулярной элементам, выполненным каждый с прерывистыми ребрами. размещенными на вершинах гофр, при этом ребра расположены в полости сепаратора.

На фиг. 1 изображен теплообменный аппарат, поперечный разрез; на фиг,2 - разрез А-А на фиг, 1; на фиг, 3 - конструкция сепарирующего элемента (направление сборки сепаратора); на фиг. 4 - движение парогазовой смеси через сепарирующий элемент.

Спиральный теплообменник состоит из установленных соосно один в другом с образованием кольцевой камеры 1 внутреннего 2 и наружного корпусов 3. В кольцевой камере 1 размещены поярусно секции цилиндрических трубчатых спиралей 4. Секции спиралей 4 подключены к раздающим 5 и собирающим 6 коллекторам. Смежные витки спиралей 4 расположены с зазором по отношению друг к другу, причем входные и выходные участки 9 спиралей 4 размещены между витками последних, огибая их с внутренней и наружной сторон. Секции спиралей 4 скомпонованы в объемные пакеты 7 с образованием зазора 8, в котором установлен сепарирующий элемент 10, занимающий всю площадь поперечного сечения кольцевой камеры 1, Сепарирующий элемент 10 выполнен из двух идентичных гофрированных элементов 11, повернутых один относительно другого на 180° относительно оси, перпендикулярной элементам 11, выполненным каждый с прерывистыми ребрами 12, размещенными на вершинах гофр 13 через одну, и окнами 14 на одной и той же грани гофр 13, при этом ребра 12 расположены в полости сепаратора 10.

Спиральный теплообменник работает следующим образом.

Нагреваемая среда - насыщенная или ненасыщенная парогазовая смесь - поступает при равномерной скорости снизу, т.е. с нижерасположенной части теплообменно- го аппарата, омывает теплообменную поверхность нижнего объемного пакета 7. Теплоноситель - вода - подается посредством коллектора 6, протекает внутри всех теплообменных трубок спиралей 4 и отводится через коллектор 5. Парогазовая смесь, нагревая теплоноситель, частично охлаждается и конденсируется с образованием капельной жидкости. Каплесодержа- щий поток после нижнего объемного пакета 7 поступает в зазор 8, проходя далее через сепарирующий элемент 10. Проходя через сепаратор 10, каплесодержащий поток движется по крутоизогнутой траектории, во внутреннем объеме его капли за счет инерционных сил осаждаются на внутренних поверхностях сепаратора 10 и посредством продольных каналов, образованных гофрами 13, отводятся через внутренний корпус 2 за пределы устройства. На выходе из сепаратора 10, в связи с резким увеличением сечения для прохода парогазовой смеси по сравнению с площадью отверстий 14, происходит внезапное снижение скорости парогазового потока, за счет чего происходит дополнительное осаждение жидкой составляющей на верхней внешней поверхности сепарирующего элемента 11.

Отсепарированный парогазовый поток далее проходит через верхний объемный пакет 7, подвергается охлаждению с возможным образованием конденсата и удаляется

из устройства в верхней части его. Учитывая значительное уменьшение скорости движения парогазового потока в зоне расположения верхнего объемного пакета 7, вызванное уменьшением объема парогазовой среды вследствие конденсации водяных паров, образовавшийся конденсат стекает вниз и попадает на верхнюю внешнюю поверхность сепарирующего элемента 10. где накапливается и по продольным каналам

отводится к внутреннему корпусу 2 для удаления его за пределы устройства.

Таким образом, наличие сепарирующего элемента 10, выполненного из двух идентичных гофрированных элементов 11,

повернутых один относительно другого на 180° относительно оси, перпендикулярной элементам 11, выполненным каждый с прерывистыми ребрами 12, размещенными на вершинах гофр 13 через одну, и окнами 14

на одной и той же грани гофр 13, при этом ребра 12 расположены в полости сепаратора 10, позволяет получить сепарирующий элемент со смещенными входными и выходными отверстиями для прохода парогазового потока. Это позволяет организовать траекторию движения всего потока по криволинейной траектории и обеспечивает эффективную сепарацию его при технологически простой конструкции сепарирующего элемента 10. Выполнение отверстий 14 для прохода сепарируемой среды на скатах гофр 13, расположенных под некоторым углом к плоскости поперечного сечения аппарата, позволяет выполнить их со значительной площадью, что снижает гидравлическое сопротивление сепаратора 10. Кроме того, конструкция сепарирующего элемента в виде гофрированных пластин 11, занимающих всю площадь поперечного сечения кольцевой камеры 1, позволяет предотвратить поступление конденсата с низкимтемпературным потенциалом со спиралей 4 верхнего объемного пакета 7 путем отвода конденсата к внутреннему корпусу 2 посредством продольных каналов, образованных рядом расположенными нисходящими скатами гофр 13, в результате чего достигается высокая степень сепарации движущегося каплесодержащего потока, а также повышается эффективность теплообмена за гнет исключения попадания низкотемпературного конденсата на спирали нижнего обьомного пакета 7, где парогазовый поток рмгет больший температурный потенциал, чем потенциал стекающего конденсата

Формула изобретения Спиральный теплообменник, содержащий вертикальный корпус с кольцевой камерой, в которой размещены поярусно секции цилиндрических трубчатых спиралей, подключенных к раздающим и собирающим коллекторам, причем коллекторы спиралей каждой секции расположены в нижней части корпуса, а смежные витки спиралей - с зазором по отношению друг к другу, а входные и выходные участки спиралей размещены между витками последних, огибая их с внутренней и наружной сторон, отличающийся тем, .что, с целью повышения

эффективности теплообмена путем обеспечения сепарации и удаления конденсата, он дополнительно содержит по крайней мере один сепаратор, секции трубчатых спиралей

объединены в группы, расположенные между собой с зазорами, в каждом из которых установлен указанный сепаратор, выполненный из двух идентичных гофрированных элементов, повернутых один относительно

другого на 180° относительно леи, перпендикулярной элементам, выполненным каждый с прерывистыми ребрами, размещенными на вершинах гофр через одну, и окнами на одной и той же грани гофр,

при этом ребра расположены в полости сепаратора.

Использование: на объектах агропромышленного комплекса, в частности в тепличном хозяйстве. Сущность изобретения: теплообменный аппарат состоит из установленных соосно один в другом с образованием кольцевой камеры 1 внутреннего 2 и наружного корпусор 3. В кольцевой камере 1 размещены поярусно секции цилиндрических трубчатых спиралей 4, подключенных к раздающим 5 и собирающим коллекторам 6. Смежные витки спиралей 4 распожены с зазором по отношению друг к другу, причем входные и выходные участки 9 спиралей 4 размещены между витками последних, огибая их с внутренней и наружной сторон. Цилиндрические трубчатые спирали 4 скомпонованы в объемные пакеты 7, образующиеся вложением трубчатых спиралей 4 меньшего диаметра в спирали большего диаметра. Объемные пакеты 7 расположены с зазором 8 между собой, в котором установ

4

А-А

I

ШГ.2

13

12

13

направление

образования сепаратора

ФиъЗ

13

ФИГ.4