Теплообменный блок и способ осуществления теплообмена - заявка 2016139958 на патент на изобретение в РФ

1. Теплообменный блок (10), содержащий:
- оболочку (11), содержащую заднюю стенку (11d), переднюю стенку (22) и периферийную боковую стенку (11с);
- спиралевидный теплообменник (13), содержащий по меньшей мере один трубопровод для протекания первой теплопередающей текучей среды, свитый в множество витков вокруг продольной оси спирали; причем указанный теплообменник (13) установлен в указанной оболочке (11);
- зону подачи второй теплопередающей текучей среды, предназначенной для теплообмена с указанной первой теплопередающей текучей средой, образованную в оболочке (11) коаксиально и внутри относительно указанного теплообменника (13);
- первую сборную камеру (15) второй теплопередающей текучей среды, образованную снаружи относительно указанного теплообменника (13) между радиально наружной стенкой теплообменника (13) и периферийной боковой стенкой (11с) оболочки (11); и
- вторую сборную камеру (16) второй теплопередающей текучей среды, по меньшей мере частично отграниченную по меньшей мере одним разделительным элементом (14), установленным в аксиально наружном положении относительно указанного теплообменника (13);
причем периферийная боковая стенка (11с) оболочки (11) окружает и поперечно отграничивает теплообменник (13) и первую сборную камеру (15) второй теплопередающей текучей среды, по существу, на всей их аксиальной протяженности;
причем указанная вторая сборная камера (16) образована в аксиально наружном положении относительно указанного теплообменника (13) между указанным по меньшей мере одним разделительным элементом (14), периферийной боковой стенкой (11с) и задней стенкой (11d) или передней стенкой (22) оболочки (11);
причем указанные первая (15) и вторая (16) сборные камеры второй теплопередающей текучей среды отделены друг от друга указанным по меньшей мере одним разделительным элементом (14) и сообщаются друг с другом по текучей среде через по меньшей мере один первый канал (17а, 17а', 17b-17g; 14е), обеспечивающий протекание второй теплопередающей текучей среды из первой сборной камеры (15) во вторую сборную камеру (16), по существу, параллельно указанной периферийной боковой стенке (11с) и вблизи нее;
причем указанный разделительный элемент (14) содержит теплообменную часть, контактирующую с по меньшей мере одной частью концевого витка теплообменника (13) и предназначенную для обеспечения теплообмена между по меньшей мере одной указанной одной витковой частью теплообменника (13) и указанной второй сборной камерой (16); и
причем теплообменный блок (10) дополнительно содержит по меньшей мере один второй канал (35), обеспечивающий выход текучей среды из второй сборной камеры (16), при этом указанный второй канал (35) образован по периферии в указанной второй сборной камере (16) между аксиальным концом (11д) периферийной боковой стенки (11с) и задней стенкой (11 d) или передней стенкой (22) оболочки (11).
2. Теплообменный блок (10) по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один первый канал (17а, 17а'; 17b-17g; 14е) выполнен между периферийным краем указанного по меньшей мере одного разделительного элемента (14) и периферийной боковой стенкой (11с) оболочки (11) и/или в периферийной области указанного по меньшей мере одного разделительного элемента (14).
3. Теплообменный блок (10) по п. 1 или 2, содержащий множество первых каналов (17а, 17а', 17b-17g;), выполненных между периферийным краем указанного по меньшей мере одного разделительного элемента (14) и периферийной боковой стенкой (11с) оболочки (11) и/или периферийной областью указанного по меньшей мере одного разделительного элемента (14).
4. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 1-3, в котором суммарная площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая по меньшей мере одним первым каналом или указанным множеством первых каналов (17а, 17а', 17b-17g; 14е), составляет приблизительно от 5% до 30% полного внутреннего поперечного сечения оболочки (11).
5. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 1-4, в котором площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая указанным по меньшей мере одним первым каналом или указанным множеством первых каналов (17а, 17а', 17b-17g; 14е), равномерно распределена вдоль периметра указанной периферийной боковой стенки (11с).
6. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 1-4, в котором площадь поперечного сечения потока текучей среды, определяемая указанным по меньшей мере одним первым каналом или указанным множеством первых каналов (17а, 17а', 17b-17g; 14е), увеличивается вдоль периметра указанной периферийной боковой стенки (11с) по мере увеличения расстояния от указанного по меньшей мере одного второго канала (35), обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры (16).
7. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 1-6, в котором указанный разделительный элемент (14) содержит, по существу, пластинчатое или, по существу, кольцевидное тело.
8. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 1-7, в котором указанный разделительный элемент (14) включает в себя по меньшей мере один проставочный выступ (14f), отходящий вбок от периферийного края разделительного элемента (14) и с упиранием взаимодействующий с периферийной боковой стенкой (11с) оболочки (11).
9. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 1-8, дополнительно содержащий третью сборную камеру (18) второй теплопередающей текучей среды, образованную ниже по потоку от указанной второй сборной камеры (16); причем третья сборная камера (18) сообщается по текучей среде с указанным по меньшей мере одним каналом (35), обеспечивающим выход текучей среды из второй сборной камеры (16), и с образованным ниже по потоку от сборной камеры (18) отверстием (12а) для выпуска второй теплопередающей текучей среды из блока (10).
10. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 1-9, дополнительно содержащий по меньшей мере одну перегораживающую стенку (14d), проходящую между периферийной боковой стенкой (11с) оболочки (11) и частью периферийного края указанного по меньшей мере одного разделительного элемента (14), причем указанная перегораживающая стенка (14d) предназначена для ограничения прямого сообщения по текучей среде между первой сборной камерой (15) и второй сборной камерой (16).
11. Теплообменный блок (10) по п. 10, в котором указанная по меньшей мере одна перегораживающая стенка (14d) отходит от указанной части периферийного края указанного по меньшей мере одного разделительного элемента (14) или от периферийной боковой стенки (11с) оболочки (11).
12. Теплообменный блок (10) по п. 10 или 11, в котором указанная по меньшей мере одна перегораживающая стенка (14d) отходит от указанной части периферийного края указанного по меньшей мере одного разделительного элемента (14) или от периферийной боковой стенки (11с) оболочки (11) на указанном по меньшей мере одном втором канале (35), обеспечивающем выход текучей среды из второй сборной камеры (16).
13. Теплообменный блок (10) по п. 9, в котором указанная третья сборная камера (18) второй теплопередающей текучей среды образована в крышке (11е), отходящей от периферийной боковой стенки (11с) оболочки (11) и расположенной ниже по потоку от указанного по меньшей мере одного второго канала (35), обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры (16).
14. Теплообменный блок (10) по п. 10 или 13, в котором указанная крышка (11е) отходит от периферийной боковой стенки (11с) оболочки (11) на внутреннем отверстии (11f), выполненном, по меньшей мере, частично, в толще периферийной боковой стенки (11с) оболочки (11), причем указанный разделительный элемент (14) дополнительно содержит пластинчатую часть (14с), отходящую от указанной по меньшей мере одной перегораживающей стенки (14d) параллельно периферийной боковой стенке (11с) оболочки (11) и размещенную со стыковкой геометрических форм в указанное внутреннее отверстие (11f).
15. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 10-14, в котором по меньшей мере одна перегораживающая стенка (14d) содержит по меньшей мере один первый канал (14е), обеспечивающий возможность протекания второй теплопередающей текучей среды из указанной первой сборной камеры (15) к указанному по меньшей мере одному второму каналу (35), обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры (16), по существу, параллельно указанной периферийной боковой стенке (11с) оболочки (11) и вблизи нее.
16. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 1-15, в котором вторая сборная камера (16) второй теплопередающей текучей среды имеет, по существу, кольцевую конфигурацию.
17. Теплообменный блок (10) по п. 7, в котором указанный разделительный элемент (14) содержит, по существу, пластинчатое тело и по центру снабжен теплоизоляционным диском (19), обращенным к указанной зоне подачи второй теплопередающей текучей среды.
18. Теплообменный блок (10) по п. 17, в котором указанный теплоизоляционный диск (19) размещен в соответствующем гнезде (14а), выполненном по центру в теле разделительного элемента (14).
19. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 7, 17, 18, в котором тело разделительного элемента (14) имеет, по существу, пластинчатую форму, а указанная теплообменная часть разделительного элемента (14) содержит периферийный венец (14b) указанного тела.
20. Теплообменный блок (10) по п. 18, в котором гнездо (14а) теплоизоляционного диска (19) содержит нижнюю стенку, снаружи оснащенную по меньшей мере одним проставочным рельефом (14j), отходящим к задней стенке (11d) оболочки (11).
21. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 18-20, в котором гнездо (14а) теплоизоляционного диска (19), по существу, контактирует с задней стенкой (11d) оболочки (11).
22. Теплообменный блок (10) по п. 1 или 7, содержащий, по существу, кольцевой теплоизоляционный элемент (33), связанный с передней стенкой (22) оболочки (11) и обращенный к указанной зоне (21) подачи второй теплопередающей текучей среды.
23. Теплообменный блок (10) по п. 22, в котором указанный, по существу, кольцевой теплоизоляционный элемент (33) размещен в соответствующем гнезде (34), выполненном в передней стенке (22) оболочки (11).
24. Теплообменный блок (10) по п. 17 или 22, в котором вторая сборная камера (16) второй теплопередающей текучей среды образована, по меньшей мере, частично, коаксиально и снаружи относительно указанного теплоизоляционного диска (19) или указанного, по существу, кольцевого теплоизоляционного элемента (33).
25. Теплообменный блок (10) по п. 7, в котором тело разделительного элемента (14), является, по существу, кольцевидным, причем указанная теплообменная часть разделительного элемента (14) выполнена в виде части данного тела.
26. Теплообменный блок (10) по п. 19, в котором указанный периферийный венец (14b) тела разделительного элемента (14) по меньшей мере частично проходит спиралевидно, по существу, с тем же шагом витков, что и у витков теплообменника (13).
27. Теплообменный блок (10) по п. 25, в котором указанное, по существу, кольцевидное тело разделительного элемента (14) по меньшей мере частично проходит спиралевидно, по существу, с тем же шагом витков, что и у витков теплообменника (13).
28. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 16, 26, 27, в котором указанная вторая сборная камера (16) второго теплопередающего элемента имеет площадь поперечного сечения потока текучей среды, изменяющуюся в окружном направлении.
29. Теплообменный блок (10) по п. 1, в котором указанный разделительный элемент (14) содержит множество теплообменных выступов (23; 23'), отходящих от задней поверхности указанной теплообменной части указанного разделительного элемента (14), обращенной к задней стенке (11d) оболочки (11), или от передней поверхности указанной теплообменной части указанного разделительного элемента (14), обращенной к передней стенке (22) оболочки (11).
30. Теплообменный блок (10) по п. 29, в котором указанное множество теплообменных выступов (23; 23') распределено так, чтобы образовывать по меньшей мере один проход (25) для протекания второй теплопередающей текучей среды, проходящий в, по существу, радиальном направлении и/или в направлении, наклоненном относительно указанного, по существу, радиального направления.
31. Теплообменный блок (10) по п. 29 или 30, в котором указанные теплообменные выступы (23; 23') выполнены, по существу, в виде пальцев и/или ребер.
32. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 1-31, в котором указанный разделительный элемент (14) содержит множество отклоняющих ребер (24), отходящих от указанного периферийного края разделительного элемента (14), причем указанные отклоняющие ребра (24) имеют развитие в радиальном направлении к периферийной боковой стенке (11с) оболочки 11 и, опционально, в аксиальном направлении к задней стенке (11d) или к передней стенке (22) оболочки (11).
33. Теплообменный блок (10) по п. 17 или 22, в котором указанный по меньшей мере один разделительный элемент (14) дополнительно содержит по меньшей мере один, по существу, щелевидный сквозной паз (26), расположенный рядом с указанным диском (19) или с указанным, по существу, кольцевым теплоизоляционным элементом (33).
34. Теплообменный блок (10) по любому из пп. 1-33, в котором указанный теплообменный блок (10) является теплообменным блоком-конденсатором или рекуператором тепла.
35. Способ теплообмена между первой теплопередающей текучей средой и второй теплопередающей текучей средой в теплообменном блоке (10), содержащем:
- оболочку (11), содержащую заднюю стенку (11d), переднюю стенку (22) и периферийную боковую стенку (11с);
- спиралевидный теплообменник (13), содержащий по меньшей мере один трубопровод для протекания первой теплопередающей текучей среды, свитый в множество витков вокруг продольной оси спирали; причем указанный теплообменник (13) установлен в указанной оболочке (11);
- зону подачи второй теплопередающей текучей среды, предназначенной для теплообмена с указанной первой теплопередающей текучей средой, образованную в оболочке (11) коаксиально и внутри относительно указанного теплообменника (13);
- первую сборную камеру (15) второй теплопередающей текучей среды, образованную снаружи относительно указанного теплообменника (13) между радиально наружной стенкой теплообменника (13) и периферийной боковой стенкой (11с) оболочки (11); и
- вторую сборную камеру (16) второй теплопередающей текучей среды, по меньшей мере частично отграниченную по меньшей мере одним разделительным элементом (14), установленным в аксиально наружном положении относительно указанного теплообменника (13);
причем периферийная боковая стенка (11с) оболочки (11) окружает и поперечно отграничивает теплообменник (13) и первую сборную камеру (15) второй теплопередающей текучей среды, по существу, по всей их аксиальной протяженности;
причем указанные первая (15) и вторая (16) сборные камеры второй теплопередающей текучей среды отделены друг от друга указанным по меньшей мере одним разделительным элементом (14) с образованием указанной второй сборной камеры (16) между указанным по меньшей мере одним разделительным элементом (14), периферийной боковой стенкой (11с) и задней (11d) или передней (22) стенками оболочки (11);
причем указанный разделительный элемент (14) содержит теплообменную часть, контактирующую с по меньшей мере одной частью концевого витка теплообменника (13), и выполненную с обеспечением возможности теплообмена между по меньшей мере одной указанной одной витковой частью теплообменника (13) и указанной второй сборной камерой (16);
причем способ содержит следующие шаги:
- подают вторую теплопередающую текучую среду в указанную зону подачи;
- собирают вторую теплопередающую текучую среду в указанной первой сборной камере (15);
- подают вторую теплопередающую текучую среду из указанной первой сборной камеры (15) в указанную вторую сборную камеру (16), по существу, параллельно периферийной боковой стенке (11с) оболочки и вблизи нее через по меньшей мере один первый канал (17а, 17а', 17b-17g; 14е), предусмотренный между периферийным краем указанного по меньшей мере одного разделительного элемента (14) и периферийной боковой стенкой (11с) оболочки (11) и/или в периферийной области указанного по меньшей мере одного разделительного элемента (14);
- осуществляют теплообмен между второй теплопередающей текучей средой, протекающей в указанной второй сборной камере (16), и первой теплопередающей текучей средой, протекающей в концевом витке теплообменника (13), посредством указанной теплообменной части разделительного элемента (14); и
- выпускают вторую теплопередающую текучую среду из второй сборной камеры (16) в направлении, по существу, перпендикулярном продольной оси теплообменного блока (10), через по меньшей мере один второй канал (35), обеспечивающий выход текучей среды, образованный по периферии во второй сборной камере (16) между аксиальным концом (11g) периферийной боковой стенки (11с) и задней стенкой (11d) или передней стенкой (22) оболочки (11).
36. Способ по п. 35, дополнительно содержащий шаг, на котором ограничивают прямой проход второй теплопередающей текучей среды из указанной первой сборной камеры (16) в указанную вторую сборную камеру (16) посредством по меньшей мере одной перегораживающей стенки (14d), проходящей между периферийной боковой стенкой (11с) оболочки (11) и указанным разделительным элементом (14).
37. Способ по п. 35 или 36, дополнительно содержащий шаг, на котором вторую теплопередающую текучую среду подают из указанной второй сборной камеры (16) в третью сборную камеру (18), образованную ниже по потоку от указанной второй сборной камеры (16), и сообщающуюся по текучей среде с указанным по меньшей мере одним вторым каналом (35), обеспечивающим выход текучей среды из второй сборной камеры (16), и отверстием (12а) для выпуска второй теплопередающей текучей среды из блока (10).
38. Способ по любому из пп. 35-37, дополнительно содержащий шаг, на котором часть второй теплопередающей текучей среды подают из указанной первой сборной камеры (15) к по меньшей мере одному второму каналу (35), обеспечивающему выход текучей среды из второй сборной камеры (16).
39. Способ по любому из пп. 35-38, дополнительно содержащий шаг, на котором поток второй теплопередающей текучей среды пропускают через множество теплообменных выступов (23; 23'), отходящих от задней поверхности указанной теплообменной части указанного разделительного элемента (14), обращенной к задней стенке (11d) оболочки, или от передней поверхности указанной теплообменной части разделительного элемента (14), обращенной к передней стенке (22) оболочки (11).
40. Способ по любому из пп. 35-39, дополнительно содержащий шаг, на котором поток второй теплопередающей текучей среды пропускают в радиальном направлении к центральной части второй сборной камеры (16) и/или в направлении, наклоненном относительно указанного радиального направления.
41. Способ по любому из пп. 35-40, дополнительно содержащий шаг, на котором поток второй теплопередающей текучей среды отклоняют посредством множества отклоняющих ребер (24), отходящих от указанного периферийного края разделительного элемента (14) и имеющих развитие в радиальном направлении к периферийной боковой стенке (11с) оболочки (11) и, опционально, в аксиальном направлении к задней стенке (11d) или передней стенке (22) оболочки (11).
42. Способ по любому из пп. 35-41, дополнительно содержащий шаг, на котором регулируют динамику второй теплопередающей текучей среды, которую подают ко второй сборной камере (16), путем регулирования суммарной площади поперечного сечения потока текучей среды указанного по меньшей мере одного первого канала (17а, 17а', 17b-17g; 14е), сформированного между периферийным краем по меньшей мере одного разделительного элемента (14) и периферийной боковой стенкой (11с) оболочки (11) и/или в периферийной зоне указанного по меньшей мере одного разделительного элемента (14).
43. Способ по п. 42, в котором указанный шаг регулирования содержит равномерное распределение расхода второй теплопередающей текучей среды, подаваемой ко второй сборной камере (16), по периметру указанной периферийной боковой стенки (11с).
44. Способ по п. 42, в котором указанный шаг регулирования содержит равномерное распределение потока второй теплопередающей текучей среды, подаваемой ко второй сборной камере (16), по периметру указанной периферийной боковой стенки (11с) таким образом, чтобы увеличивать расход данной текучей среды с увеличением расстояния от по меньшей мере одного второго канала (35), обеспечивающего выход текучей среды из второй сборной камеры (16).
45. Нагревательное устройство или устройство кондиционирования воздуха, содержащее теплообменный блок по любому из пп. 1-34.
46. Устройство по п. 45, в котором теплообменный блок расположен горизонтально внутри оболочки указанного устройства.
Наверх