ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель предназначена для применения в теплообменных аппаратах и может быть использована в энергетической промышленности, в частности в холодильных и криогенных установках.
Известна конструкция змеевикового теплообменника [Пат. 2402732 РФ, МКИ6 F28D 7/00, F 28F 9/013, опубл. 27.10.2010 г.], который имеет множество труб, навитых по спирали в один или несколько концентричных слоев вокруг центральной трубы, образующих пучок труб, и кожух, ограничивающий внешнее пространство вокруг труб, а также содержит, по меньшей мере, один теплонепередающий упругий элемент, расположенный внутри кожуха теплообменника, радиально вне пучка труб.
Недостатками конструкции являются большие массогабаритные характеристики и относительно невысокая интенсивность теплообмена, за счет реализации сравнительно менее эффективной схемы течения охлаждающей и охлаждаемой сред (схема – поперечный ток), а также за счет того, что в данной конструкции поверхность сердечника не используется в процессе теплообмена.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту  является теплообменник   по патенту RU 159993, МПК F28D 7/00, опубл. 27.02.2016), который имеет множество труб, навитых по спирали в один или несколько концентричных слоев вокруг центральной трубы, образующих пучки труб, и кожух, ограничивающий внешнее пространство вокруг труб, при этом центральная труба разделена перегородками на два изолированных друг от друга объема, каждый из которых соединен, по меньшей мере, с одним патрубком и с пучками труб, причем каждая из множества труб, образующих трубные пучки, сообщает два изолированных объема центральной трубы между собой, а трубы во всех концентричных слоях навиты с одинаковым осевым шагом таким образом, что между витками пучков труб сформированы спиральные каналы.
Недостатками прототипа являются сложная технология изготовления теплообменника, обусловленная большим количеством сварных швов для крепления спиральнозавитых трубок трубного пучка в труднодоступных местах, а также  выходом присоединительных патрубков на оба  торца теплообменника, что усложняет монтаж/демонтаж и обслуживание теплообменника и требует большого свободного пространства  вокруг установки, с целью доступа к отдельному теплообменному элементу, что нецелесообразно в условиях стесненных помещений, в частности на транспортных объектах.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение технологичности, ремонтопригодности и эргономичности обслуживания теплообменника, путём вывода присоединительных патрубков в область одной торцевой поверхности теплообменника, а также путём снижения количества мест под сварку и обеспечения доступности сварочных мест.
Указанный технический результат достигается тем, что теплообменник, который имеет множество теплообменных труб, навитых по спирали в один или несколько концентричных слоёв вокруг центральной трубы, снабжённой торцевой перегородкой, причём навитые по спирали теплообменные трубы образуют пучки труб, между которыми сформированы спиральные межтрубные каналы, содержит также кожух, ограничивающий внешнее пространство вокруг труб, и изолированные объёмы, сообщённые между собой с помощью труб, образующих трубные пучки,   согласно заявляемому техническому решению, теплообменник дополнительно содержит две крышки и две трубные решётки, теплообменные трубы, образующие трубные пучки, закреплены и загерметизированы в трубных решётках, два изолированных объема теплообменника образованы каждой из крышек с одной из трубных решёток,   один из этих изолированных объёмов соединён с трубой ввода охлаждаемой среды, а другой - с патрубком для  охлаждённой среды, а слои труб навиты таким образом, что между кожухом и смежным слоем труб, между смежными слоями труб и между центральной трубой и смежным слоем труб имеются радиальные зазоры, содержащие спирально завитую проволоку, в центральной трубе выполнены радиальные каналы, сообщающие изолированный объем, образованный центральной трубой, кожухом и трубными решетками, с патрубком для подачи охлаждающей среды, а изолированный объем, образованный центральной трубой, трубой ввода охлаждаемой среды, трубной решеткой и перегородкой, сообщён с патрубком для удаления охлаждающей среды, причём все присоединительные патрубки расположены в области одной торцевой поверхности теплообменника.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на Фиг. 1 представлен вид теплообменника с торца;
на Фиг. 2 изображен  разрез теплообменника по Б-Б на Фиг. 1;
на Фиг. 3 представлен  вид А в увеличенном масштабе на Фиг. 2;
на Фиг. 4 показан  разрез теплообменника по В-В на Фиг. 1.
1
2
1
2
Теплообменник содержит показанные на Фиг.2 первую крышку 1и вторую крышку 1,а также расположенную со стороны первой крышки 1первую трубную решетку 2 и расположенную со стороны второй крышки 1 вторую трубную решетку 2 (обозначены одной позицией).
1
2
Первая крышка 1 с первой трубной решеткой 2образуют изолированный объем 3, а вторая крышка 1  со второй трубной решеткой 2 образуют изолированный объем 4.
Для целей настоящей полезной модели термин «изолированный»  означает «отдельный, обособленный, отделенный от окружающего» а патрубки являются присоединительными патрубками.
Изолированный объём 3 соединён с трубой ввода охлаждаемой среды 5, а изолированный объём 4 соединен с патрубком 6 для вывода охлаждаемой среды. Оба изолированных объёма 3 и 4 соединены с трубным пучком 7. Теплообменные трубы 8, образующие трубный пучок 7, закреплены и загерметизированы в трубных решётках 2 и сообщают два изолированных объема 3 и 4 между собой.
В центральной трубе 9, соосной трубе ввода охлаждаемой среды 5,  со стороны первой трубной решетки 2 выполнены радиальные каналы 10, сообщающие изолированные объемы 11 и 12.
.
Изолированный объем 11 образован центральной трубой 9, кожухом 13, первой трубной решеткой 2 и второй трубной решеткой 2
Изолированный объем 12 образован центральной трубой 9, трубой ввода охлаждаемой среды 5, первой трубной решеткой 2 и перегородкой 14.
Изолированный объём 11 соединен с патрубком 15 для подачи охлаждающей среды, а изолированный объём 12 соединён с патрубком 16 для удаления охлаждающей среды. Слои 17 труб 8 трубных пучков 7 навиты таким образом, что между кожухом 13 и смежным слоем труб 17, а также между смежными слоями труб 17 и между центральной трубой 9 и смежным слоем труб 17 имеются радиальные зазоры, содержащие спирально завитую проволоку 18, причем радиальные зазоры и спирально завитая проволока 18 образуют спиральные межтрубные каналы 19.
Заявляемый теплообменник работает следующим образом.
Охлаждающая среда, например вода, подается насосом в патрубок 15, из которого попадает в изолированный объем 11 между центральной трубой 9 и кожухом 13, из которого распределяется и протекает по спиральным межтрубным каналам 19, отбирая тепло с поверхностей теплообменных труб  8 трубного пучка 7.
Затем охлаждающая среда, пройдя межтрубные спиральные каналы 19, через радиальные каналы 10, выполненные в центральной трубе 9, попадает в изолированный объем 12, протекая по которому охлаждает трубу 5 с охлаждаемой средой, например с хладагентом, который движется противотоком, затем, пройдя изолированный объем 12, охлаждающая среда удаляется через патрубок 16.
При этом охлаждаемая среда, например газообразный хладагент,  подается в трубу для подачи охлаждаемой среды 5, пройдя которую попадает в изолированный объем 3, из которого распределяется по трубам 8 трубного пучка 7. Двигаясь в трубе 5 и внутри спирально завитых труб 8 трубного пучка 7, охлаждаемая среда отдает тепло охлаждающей среде. Затем, пройдя трубный пучок 7, охлаждаемая среда направляется в изолированный объем 4, из которого подается в патрубок 6. В том случае, если охлаждаемая среда – газообразный хладагент, в процессе его движения по охлаждаемым трубным каналам происходит процесс конденсации и в объем 4 направляется жидкая фаза хладагента.
Изолированный объем 4 в данном случае выполняет функцию сборника жидкого хладагента – ресивера. Движение сред организовано таким образом, что каждая из них движется по спирали, при этом схема движения сред – противоток.
Таким образом, данное техническое решение позволяет повысить технологичность и ремонтопригодность, а также удобство эксплуатации теплообменника за счет вывода присоединительных патрубков в область одной торцевой поверхности теплообменника, а также снижения количества мест под сварку и доступности сварочных мест, за счет крепления и герметизации теплообменных трубок, образующих трубный пучок,  в трубных решетках.