Спиральный теплообменник Советский патент 1982 года по МПК F28D7/04 F28D7/02 

(54) СПИРАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано для нагрева и охлаждения неньютоновских вязкопластичных жидкостей в химической, нефтяной и газовой промышленности. Известен теплообменник содержаший корпус с входным и выходным коллекторами для одной из сред, подключенными к параллельно раз мещенным виткам труб; смежные витки имеют противоположную закрутку, по их внутреннему периметру установлена перфорированная обечайка, служащая распределительным коллектором для второй среды,, а выходной коллектор первой среды расположен внутри обечайки 11 . Недостатками известного теплообменника являются нетехнологичность изготовления, сложность обслуживания и громоздкость. Известен также теплообменник, содержаший корпус с поярусно размещенными секциями спиральных горизонтальных труб, подключенных к раздающим и собирающим секционированным коллекторам, расположенным внутри кожуха в пределах одной полуокружности, раздающие и собирающие коллекторы собраны попарно, и каждая пара подключена только к одной секции и имеет высоту, ступенчато уменьшающуюся от верхней секции к нижней 2. Такой теплообменник имеет ограничеш то сферу применения и не позволяет применять короткие спирали. Известен, кроме того, теплообменник, содержащий корпус с отверстиями для входа и выхода одной жидкости, спирали, имеющие плотную намотку витка, расположенные вертикально один под другим, коллекторы входа и выхода другой жидкости, расположенные снаружи и в центре витков, и вертикальную разделительную стенку, выполненную из тонкой металлической ленты, также скрученной в спираль и предназначенной для фиксирования витков по высоте 3. Указанный теплообменник также нетехнологичен в исполнении, сложен в обслуживании и некомпактен. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является теплообменник „содержащий кожух с поярусно размещенными внутри него секциями

трубчатых спиралей, расположенных вокруг центральной трубы, разделенной продольной перегородкой на входной и вь1ходной коллекторы причем к первому подключены входные участки спиралей первой секции, а ко второму выходные участки спиралей последней секции, и секции между собой с помощью переходников, размещенных вне кожуха. При этом в смежных ярусах спирали имеют противоположную закрутку 4.

Недостатком данного теплообменника является размещение переходников вне кожуха что не допускает возможности ремонта и технологической очистки спиральны секций теплообменника без полного демонтажа конструкЦИК. Кроме того, эта конструкция не позволяет в широком диапазоне изменять размеры спиралей. При малой длине спиралей использова1ше переходников вне кожуха не тех1юлогично из-за малого диаметра кожуха,

Цель изобретения - интенсификация теплообмена.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике между смежными ярусами дополнительно установлен промежуточный кольцевой коллектор в виде разделенного поперечной Перегородкой тора к которому подключены спспирали секций вышерасположенного яруса, связанные со входным коллектором, и спирали секций иижерасположенного яруса, связанные с выходным коллектором, причем между ярусами установлены в чередующемся по высоте порядке центральные и кольцевые периферий ные поперечные перегородки для зигзагообразного, церемещения среды.

На фиг. I схематически изображен предллгаемый теплообменник,общий вид; на фиг. 2 -съемное кольцо, служащее для создания направленного движения среды в межтрубиом пространстве; на фиг. 3 - промежуточный кольцеВОЙ коллектор, разрез.

Кожух 1 теплообменника выполнен в виде цилиндрической обечайки с эллиптическим днищем 2 и крьццкой 3. Крышка 3 имеет патрубок 4 входа теплоносителя, а днище 2 - патрубок 5 выхода теплоносителя. Крышка 3 выполнена съемной и жестко соединена (например сваркой) с центральной трубой 6. Кожух 1 и крышка 3 соединены с помощью фланцевого соединения 7. Труба 6 разделена продольной перегородкой 8 на входной 9 и выходной 10 коллекторы и заглушена с торцов. Труба 6 имеет патрубки 11 и 12 соответственно для входа и выхода рабочей жидкости.

В кожухе 1 поярусно размещены секции тру чатых спиралей 13, расположенных вокруг трубы 6. В верхнем ярусе спирали 13 подключены к входному коллектору 9 и к промежуточному кольцевому коллектору 14. В 1шжерасположенном ярусе спирали подсоединены к прС межуточному коллектору 14 и к выходному коллектору 10. Промежуточный кольцевой коллектор 14 выполнен в виде тора, разделенного поперечной перегородкой 15. Спирали в смежных ярусах имеют противоположную закрутку, обеспечивая этим сохранение кинетической энергии потока и,.тем самым, увеличивая коэффициент теплопередачи. Кроме того, кольцевой промежуточный коллектор 14 является смесителем, в котором происходит выравнивание температур входящих потоков, что также способствует увеличению коэффициента теплопередачи. Промежуточный кольцевой коллектор 14 жестко крепится к трубе 6 посредством приваренного к нему кольца 1б.

Разьемные кольца 17 укреплены на трубе 6. Разъемные кольца 17 и промежуточные кольцевые коллекторы 14 с кольцами 16 служат перегородками между ярусами и попеременно чередуют кольцевые вырезы центральной части с вырезами периферийной для изменения потока теплоносителя и обеспечения его зшзагообразного перемещения в межтрубном пространстве и более эффективного омывания спиралей, в результате чего увегшчивается коэффициент теплопередачи.

Спиральный трубчатый теплообменник работает следующим образом.

Теплоноситель входит в патрубок 4, проходит в межтрубное пространство, омывает спирали 13 и выходит в патрубок 5. Кольца 16 и 17 изменяют направление потока теплоносителя от яруса к ярусу.

Рабочий продукт поступает в патрубок 11 входного коллектора 9 и распределяется по подключенным к нему спиралям 13 соответствующих секций. В спиралях рабочая жидкость в центральной части движется к наружной стенке под действием центробежной силы. Жидкость около этой стенки течет вдоль поверхности к внутренней стенке. Таким образом, в спирали вторичный поток образует пару вихрей в поперечном сечении трубы 6. Одновременно рабочая жидкость движется вдоль оси трубы и, следовательно, ее траектория имеет форму винтовой линии.

После выхода из спиралей в прямолинейном канале вторичные течения сохраняются на длине 50-75 диаметров трубы спирали. Следовательно, в промежуточный кольцевой коллектор 14 входит устойчивое вторичное течение. Здесь потоки рабочей жидкости,перемешиваются и поступают в спирали, связанные с выходным коллектором 10; Для сохранения кинетической энергии закрученного потока спирали, связанные с входным и выходным коллекторами, имеют противоположную закрутку. Из выходнр59го коллектора 10 через патрубок 12 жидкость выходит из теплообменника. В теплообменнике предлагаемой конструкции технико-экономический эффект достигается в результате увеличения коэффициента теплопередачи и дополнительного интенсивного перемешивания продукта в промежуточном кольцевом коллекторе и вследствие простой технологии изготовления. При использований предлагаемого теплообмен ника для неньютоновских вязкопластичных жид костей при оптимальном режиме работы коэффициент теплопередачи увеличивается в 10 раз по сравнению с Прямой трубой. Формула изобретения 1. Спиральный теплообменник, содержащий кожух с поярусно размещенными секциями трубчатых спиралей, расположенных вокруг центральной трубы, разделенной продольной перегородкой на входной и выходной коллекторы, к которым подключены спирали соответствующих секций, причем спирали смежных ярусов имеют противоположную закрутку, о т5личающийся теА4, что, с целью интенсификации теплообмена, между смежными ярусами дополнительно установлен промежуточный кольцевой коллектор в виде разделенного поперечной перегородкой тора, к которому подключены спирали секций вышераспопоженного яруса, связанные со входным коллектором, и спирали секций нижерасположенного яруса, связанные с выходным коллектором. 2. Теплообменник по п. 1, о т л и ч а ib щ и и с я тем, что между ярусами установлены в чередующемся по высоте порядке центральные и кольцевые периферийные поперечные перегородки для зигзагообразного перемещения среды. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 491815, кл. F 28 О 7/02, 1970. i 2.Патент СССР N 462354, кл. F 28 D 7/02, опублик. 1975. 3.Патент Франции № 1403239, кл. F 28 D, опублик. 1965. 4.Авторское свидетельство СССР № 557251, кл. F 28 D 7/04, 1974.