ЗМЕЕВИКОВЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК ТИПА "ТРУБА В ТРУБЕ"

Полезная модель представляет собой теплообменный аппарат, который может найти широкое применение в ЖКХ, энергетике и смежных с ними отраслях промышленности.
Известен змеевиковый теплообменник типа «труба в трубе», выполненный в виде сдвоенных усеченных конусов, обращенных друг к другу основаниями (см. пат. на полезн. модель №155676 от 20.10.15 Бюл. №29)
Недостатками такого теплообменника являются большие габариты аппарата, значительная металлоемкость, сложность в обслуживании и ремонте.
Известен змеевиковый теплообменник типа «труба в трубе», изготовленный по винтовой спирали, внешний контур которого выполнен по экспоненциальной кривой (см. пат. на полезн. модель « 171543 от 06.06017 Бюл. №16).
Недостатком этого теплообменника является значительная высота аппарата, необходимая для достижения заданной эффективности теплообмена, на фиг. 4 осевой разрез аппарата фиг. 1.
Задачей полезной модели является снижение габаритов аппарата по высоте, обладающего высокой эффективностью и создание класса теплообменного оборудования, с использованием модульного принципа конструирования, широкой номенклатуры и типоразмеров.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в змеевиковом теплообменнике типа «труба в трубе», выполненный по винтовой спирали, аппарат состоит из двух усеченных конусов, установленных коаксиально один внутри другого, при этом меньшее и большее основания конусов обращены друг к другу.
Отличительная особенность предлагаемой конструкции теплообменника заключается в том, что аппарат состоит из двух усеченных конусов, коаксиально установленных один внутри другого, при этом меньшее и большее основания конусов обращены друг к другу.
На фиг. 1 представлен общий вид змеевикового теплообменника, на фиг. 2 - сечение А-А трубного пучка аппарата, на фиг. 3 - вариант фланцевых соединений между трубным и межтрубным пространством теплообменника, на фиг. 4 осевой разрез аппарата фиг. 1.
Змеевиковый теплообменник состоит из внешнего змеевикового теплообменника 1, выполненного на конус, и внутреннего змеевикового теплообменника 2, установленного коаксиально один внутри другого и также выполненного на конус.
При этом большее основание внутреннего змеевикового теплообменника 2 является продолжением меньшего основания змеевикового теплообменника 1, кроме того, меньшее основание теплообменника 2 обращено в сторону большего основания теплообменника 1, т.е. друг к другу.
Внутри внешней трубы 3 змеевиковых теплообменников 1, 2 смонтированы пучки труб 4, образующие трубное пространство 5, а между внутренней стенкой трубы 3 и пучком труб 4 сформировано межтрубное пространство 6. Внешняя труба 3 большего основания внутреннего змеевикового соединено с внешней трубой 3 меньшего основания змеевикового теплообменника 1 с помощью калача 7.
Аппарат работает следующим образом.
После подачи холодного теплоносителя в трубы, змеевика 4 трубного пучка 5 теплообменников 1, 2 в противоток в межтрубное пространство 6 теплообменника 1 подается горячий теплоноситель. В процессе противоточного движения тепло от горячего теплоносителя через стенки труб 4 трубного пучка передается холодному теплоносителю и нагревает последний.
Процесс теплообмена в трубах-змеевиках 4, согласно эксперименту, в 1,5-2 раза выше, чем в прямых трубах. Причем, как показывают исследования, интенсивность теплообмена растет с уменьшением отношения , где R - радиус змеевика, d - диаметр труб 4 трубного пучка 5. Так как радиусы R внешнего и внутреннего змеевиков изменяются по экспоненциальному закону, это, с одной стороны, ведет к резкому уменьшению величины R по высоте аппарата, а с другой - вызывает активный рост теплообмена в аппарате.
Следует заметить, что верхняя часть предлагаемого аппарата как бы «срезается» и монтируется в перевернутом состоянии внутри теплообменника 1. Эта особенность позволяет существенно снизить общую высоту аппарата (в 1,5-2 раза), не снижая эффективности теплообмена в нем, а также вести монтаж таких теплообменников в ограниченных по высоте помещениях.
Следует также отметить, что по мере уменьшения радиуса R змеевика внутреннего теплообменника 2 при движении жидкости в проточной части труб змеевиков 44 возрастает центробежная сила, вызывающая радиальный подъем давления.
Разность давлений между внутренней и наружной сторонами закругления в аппарате с малым радиусом змеевика R приводит к интенсивной поперечной циркуляции жидкости в трубах змеевика 4 теплообменников 1, 2, что обеспечивает быстрый разогрев жидкости на теплообменных участках змеевиков предлагаемого аппарата.
Таким образом, предлагаемый змеевиковый теплообменник при своих малых габаритных размерах позволяет обеспечить высокую эффективность теплообмена и является конкурентоспособным современному теплообменному оборудованию.