Теплообменник

 

Заявленное изобретение предназначено для использования в теплообменной аппаратуре, в системах отопления, горячего водоснабжения зданий различного назначения, а также может быть использовано в энергетической, химической, металлургической и горной промышленности. Теплообменник включает каналы для рабочих сред, образованные внешним корпусом и внутренними трубами с турболизаторами, причем теплообменник снабжен шайбами, выполненными в виде сегментных конструкций для турбулизации хладагента и размещенными в средней части корпуса теплообменника, причем количество шайб и углы их поворота вокруг продольной оси теплообменника обеспечивают вращение потока хладагента на 360° при проходе его всей длины внешнего корпуса, турболизаторы потоков жидкостей размещены внутри труб и установлены в виде спирали с шагом t/d_вн=1/5-3, где t – шаг спирали, d_вн - внутренний диаметр труб. Изобретение позволяет повысить теплообмен и технологичность изготовления теплообменника при его минимальных габаритных характеристиках. 3 ил.

Предлагаемое устройство относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения зданий различного назначения, а также может быть использовано в энергетической, химической, металлургической и горной промышленности.

Известны теплообменники и теплообменные трубы (авт. свид. СССР №№383992, 511513, 615349, 624100, 735903, 1334039, 1370419, 1443814, 1749682; патент РФ №№ 2105260, 2121122, 2122165; патент ФРГ №1953628; патент США №2342117; Дрейцер Г.А. “Исследование солеотложений при течении воды с повышенной карбонатной жидкостью в каналах с дискретными турбулизаторами. - Теплоэнергетика, 1996, №3, с.30-35 и другие).

Из известных устройств наиболее близким является “Теплообменник” (патент РФ №2121122, F 28 D 7/00, 1996), который и выбран в качестве прототипа.

В указанном теплообменнике каналы для рабочих сред снабжены турбулизаторами на наружной поверхности труб, выполненными в виде гибких металлических стержней, установленных по спирали с шагом t, определяемым из соотношения

t/D_H=0,44-0,75;

и отношением диаметра стержня спирали к наружному диаметру трубы

d/d_H=0,06-0,08;

где d_н - наружный диаметр трубы;

D_H - наружный диаметр трубы по турбулизатору;

d - диаметр стержня спирали.

Теплообменник позволяет уменьшить оседание взвеси на наружных поверхностях и интенсифицировать теплообменник.

Конструкция теплообменника дает возможность работать длительное время без специальных мероприятий по очистке наружных труб от взвеси. Кроме того, возможно использование тепловых насосов при утилизации низкопотенциальной теплоты из загрязненных промышленных и хозбытовых стоков, что обеспечит экономию топливно-энергетических ресурсов.

Однако известный теплообменник сложен в изготовлении и не обеспечивает максимально возможного теплообмена при минимальных габаритных характеристиках.

Технической задачей изобретения является повышение теплообмена и технологичности изготовления при минимальных габаритных характеристиках теплообменника.

Поставленная задача решается тем, что теплообменник, включающий каналы для рабочих сред, образованные внешним корпусом и внутренними трубами с турбулизаторами, снабжен шайбами, выполненными в виде сегментных конструкций для турбулизации хладагентов и размещенными в средней части корпуса теплообменника, причем количество шайб и углы их поворота вокруг продольной оси теплообменника обеспечивают вращение потока хладагента на 360° при проходе его всей длины внешнего корпуса, турболизаторы потоков жидкости размещены внутри труб и установлены в виде спирали с шагом

t/d_вн=1,5-3,

где d_вн - внутренний диаметр труб.

На фиг.1 представлен разрез предлагаемого теплообменника. На фиг.2 изображены оконечные шайбы, а на фиг.3 показана сегментная шайба.

Теплообменник содержит корпус 1, внутренние трубы 2, оконечные шайбы 3, сегментные шайбы 4, патрубки для подвода и отвода хладагента 5, стаканы с патрубками для подвода и отвода жидкости 6, турболизаторы потоков жидкости 7.

Устройство работает следующим образом.

Поток жидкости, обладающий потенциальной теплотой, поступает через соответствующий стакан 6 во внутренние трубы 2 теплообменника 1. Хладагент через соответствующий патрубок 5 поступает в межтрубное пространство. Поток жидкости протекает навстречу хладагенту и отдает ему свое тепло. Шайбы 4 выполнены в виде сегментных конструкций для турбулизации хладагента и размещены в средней части корпуса теплообменника 1. Количество шайб и углы их поворота вокруг продольной оси теплообменника обеспечивают вращение потока хладагента на 360° при проходе его всей длины L внешнего корпуса. Например, при L=170 см устанавливается 5 сегментных шайб, размещенных равномерно по внутренней длине теплообменника с поворотом друг относительно друга на 72°.

Турбулизаторы 7 потоков жидкости размещены внутри труб 2 и установлены в виде спирали с шагом

t/d_вн=1,5-3

где d_вн - внутренний диаметр труб.

Турбулизатор 7 и шайбы 4 создают искусственную турбулизацию и дополнительное завихрение хладагента и потоков жидкостей по спирали, что позволяет интенсифицировать теплообмен между потоками жидкости и хладагентом, повысить технологичность при минимальных габаритных характеристиках теплообменника 1.

По экспериментальным данным и выполненным расчетам отношения t/d_вн=1,5-3 оптимальны для всех теплообменников, в которых теплопередающие поверхности - трубы.

Таким образом, предлагаемый теплообменник по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение теплообмена и технологичность изготовления при минимальных габаритных характеристиках теплообменника. Это достигается за счет турбулизации хладагента и потоков жидкости.

Эффективность предлагаемого теплообменника была проверена фирмой “Карат”, где были выполнены экспериментальные образцы, подобраны габаритные размеры и проведены натурные испытания.

Формула изобретения

Теплообменник, включающий каналы для рабочих сред, образованные внешним корпусом и внутренними трубами с турболизаторами, отличающийся тем, что он снабжен шайбами, выполненными в виде сегментных конструкций для турбулизации хладагента и размещенными в средней части корпуса теплообменника, причем количество шайб и углы их поворота вокруг продольной оси теплообменника обеспечивают вращение потока хладагента на 360° при проходе его всей длины внешнего корпуса, турболизаторы потоков жидкостей размещены внутри труб и установлены в виде спирали с шагом t/d_вн=1/5-3, где t – шаг спирали, d_вн - внутренний диаметр труб.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3