Теплообменник

 

Изобретение относится к теплообменникам и может быть использовано для нагрева или охлаждения различных жидкостей . Цель изобретения - интенсификация теплообмена. Теплообменник содержит корпус 1 с торцевыми крышками 3 и концентрично установленные теплообменные элементы 2 в виде цилиндров, подключенные к распределительному 7 и собирающему 6 коллекторам Между теплообменными элементами 2 установлены турбулизирующие вставки 8 в виде спиралей. Смежные спирали имеют противоположные направления закрутки 3 ил., 3 табл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 28 0 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4720214/06 (22) 18.07,89 (46) 15.06.92. Бюл. ¹ 22 (71) Ташкентский политехнический институт им. А.P. Бируни (72) Г.Ш. Полищук, Б.М, Гурович, Я.С. Теплицкий, О.А. Вартеванян и А,Н. Воробьев (53) 621,565,94 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 731254, кл, F 28 D 7/10, 1978. (54) ТЕПЛООБМЕННИК (57) Изобретение относится к теплообменникам и может быть использовано для наИзобрет ние относится к энергетике. машиностроительной, химической, пищевой и другим отраслям промышленности и может использоваться как нагреватель или охладител ь.

Известен теплообменник, в котором установлены теплообменные трубы и турбулизаторы, образующие движение теплоносителей по винтовой линии.

Недостатком его является сложность и дороговизна изготовления.

Известен теплообменник, в котором в кольцевых каналах расположена камера смешения, а внутренние трубы снабжены коническими насадками, Его недостатком является сложность изготовления и невысокая интенсивность теплоотдачи.

Наиболее близким к предлагаемому является теплообменник, содержащий корпус с торцевыми крышками и каналами для рабочих сред, образованными концентрично установленными в корпусе теплообменны Ы 1740944 А1 грева или охлаждения различных жидкостей. Цель изобретения — интенсификация теплообмена, Теплообменник содержит корпус 1 с торцевыми крь1шками 3 и концентрично установленные теплообмен ные элементы 2 в виде цилиндров, подключенные к распределительному 7 и собирающему 6 коллекторам . Между теплообменными элементами 2 установлены турбулизирующие вставки 8 в виде спиралей. Смежные спирали имеют противоположные направления закрутки, 3 ил., 3 табл, ми элементами в виде цилиндров и подключенными к распределительному и собирающему коллекторам, причем каналы выполнены с уменьшающейся шириной в направлении к периферии, Рабочие среды последовательно протекают по каналам, но большое количество местных гидравлических сопротивлений на пути теплоносителей увеличивает гидравлическое сопротивление и снижает интенсивность теплообмена, что приводит к увеличению метатлоемкости и уменьшению компактности аппарата, Цель изобрегения — интенсификация теплообмена.

Это достигается тем, что в теплообменнике, содержащем корпус с торцевыми крышками и каналами для рабочих-сред, образованными концентрично установленными в корпусе теплообменными элементами в виде цилиндров и подключенными к распределительному и собирающему коллекторам, причем каналы выполнены с

1740944 уменьшающейся шириной в направлении к периферии, в каждом канале установлена турбулизирующая вставка в виде спирали с шириной, равной ширине канала, шаг которой составляет 9 — 11 ширины канала, а угол между спиралью и контактирующим с ней цилиндром равен 40 — 50О, при этом в смежных каналах спирали имеют противоположное направление закрутки.

Это позволяет достигнуть наибольшей турбулизации потоков рабочих сред, а увеличение диаметров концентрически расположенных цилиндров по направлению в периферии аппарата увеличивает коэффициент теплопередачи за счет уменьшения термических сопротивлений теплоотдачи, связанных с увеличением диаметров цилиндров (так называемый "эффект оребрения").

В аппарате передача тепла от горячей среды к холодной происходит в кольцевых каналах с двусторонним обогревом для холодной среды и двусторонним охлаждением для горячей среды, что значительно повышает интенсивность теплопередачи и производительность аппарата. Установка в кольцевых каналах спиралей разбивает поток на элементарные струйки, движущиеся винтообразно, что также приводит к дополнительной интенсификации теплопередачи.

На фиг, 1 изображен предлагаемый теплообменник со свободными коллекторами; на фиг. 2 — то же, с камерными коллекторами; на фиг, 3 — то же, вид сверху, Теплообменник содержит корпус 1 с торцевыми крышками 3, концентрично установленные в нем теплообменные элементы

2, распределительные 4, 7 и сборные 5, б коллекторы холодной и горячей сред. Между теплообменными элементами 2 установлены турбулизирующие вставки 8.

Теплообменник работает следующим образом.

Горячая среда поступает в теплообменник через распределительный коллектор 4, протекает между теплообменными элементами 2, попадает в сборный коллектор 5 и отводится из теплообменника. Холодная среда поступает через распределительный коллектор 7, протекает между теплообменными элементами 2 и отводится в сборный коллектор 6, Наличие турбулизирующих вставок 8 в виде спиралей с шагом, равным

9 — 11 ширины данного кольцевого канала, и углом между образующей спиоали и осью корпуса, равным 40-50, позволяет организовать течение рабочих сред по безотрывной винтовой линии с высокой степенью турбулентности. А направление встречной закрутки спиралей в смежно расположенных каналах обеспечивает высокую интен5

55 сивность теплопередачи между горячей и холодной средами, разбитыми на элементарные струйки, В табл. 1 приведены значения средних коэффициентов теплопередачи в теплообменнике с поверхностью теплообмена 8 м по сравнению с кожухотрубным стандартным теплообменником, производительностью 2 т/ч воды, подогретой на h, s == 50 С.

Из данных табл. 1 видно, что коэффициент теплопередачи в предлагаемом теплообменнике при одинаковых условиях намного выше, чем в стандартном. Уменьшение ширины кольцевого канала производится в соответствии с уравнением неразрывности, В табл, 2 приведены значения средних коэффициентов теплопередачи для предлагаемого теплообменника тех же парамеров в зависимости от шага спирали.

Как видно из данных 2, коэффициент теплопередачи принимает наибольшее значение, когда шаг плоской спирали принимает значение 9-11 размеров ширины кольцевого канала.

В табл. 3 приведены значения средних коэффициентов теплопередачи для предлагаемого теплообменника тех же параметров в зависимости от угла между образующей спирали и контактирующим с ней цилиндром, Как видно из данных табл. 3, оптимальный угол между образующей спирали и цилиндром составляет 40 — 50 С при других углах не удается достигнуть высоких коэффициентов теплопередачи.

Улучшение теплообменных характеристик теплообменника достигается также тем, что турбулизирующие вставки в смежно расположенных каналах имеют всгречную закрутку, Изобретение позволяет достичь значительное увеличение коэффициента теплопередачи, которое снижает металлоемкость и увеличивает компактность аппарата, а простота конструкции улучшает технологичность изготовления.

Формула изобретения

Теплообменник, содержащий корпус с торцевыми крышками и каналами для рабочих сред, образованными концентрично установленными в корпусе теплообменными элементами в виде цилиндров и подключенными к распределительному и собирающему коллекторам, причем каналы выполнены с уменьшающейся шириной в направлении к периферии, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, в каждом канале установлена турбулизирующая вставка в виде спирали с шириной, рав1740944

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

60

45

30

195

170

К, Вт!м К

190

205

160

140

40 ной ширине канала, шаг которой составляет

9 — 11 ширины канала, а угол между спиралью и контактирующим с ним цилиндром

40 — 50О, при этом в смежных каналах спирали имеют противоположное направление закрутки.

1740944

Составитель А.Воробьев

Редактор Н.Федорова Техред М.Моргентал Корректор Т,Малец

Заказ 2076 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101