ТЕПЛООБМЕННИК
HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в коаксиально-вихревых теплообменниках различного назначения.
Известен теплообменник, содержащий две соосно установленные трубы, разделенные кольцевым зазором и выполненные со спиральными канавками, имеющими взаимно противоположное направление закрутки (RU 2027969 С1, МПК F28D 7/12, F28F 1/16, 13/12, 27.01.1995).
Использование такого теплообменника позволяет интенсифицировать теплообмен как внутри, так и снаружи теплообменного элемента, однако не снижает его габаритов.
Известен теплообменный аппарат, содержащий корпус и установленные внутри него коаксиальные трубы с образованием кольцевых полостей, в каждой кольцевой полости установлены перегородки в виде спиралей, образующих со стенками труб спиральные каналы, а стенки труб выполнены с рифлениями, ориентированными поперек направления потока (RU 115057 U1, МПК F28D 7/00, 20.04.2012).
В этом теплообменном аппарате благодаря введению спиралей значительно увеличивается длина пути и время теплового контакта, а за счет уменьшения сечения потока увеличивается его скорость, и повышается турбулизация потоков, и увеличивается интенсивность теплообмена, однако поверхность теплообмена в данной конструкции практически не увеличивается. Кроме того, объемы и длина пути внутреннего и внешнего потоков отличаются, что приводит к дисбалансу потоков.
Известен теплообменник, содержащий коаксиальные трубы со спиральными многозаходными канавками, имеющими взаимно противоположное направление закрутки, образующими на каждой трубе пересекающиеся спиральные гофры (US 20110056663 A1, МПК F28D 7/10, 10.03.2011).
Недостатком этого теплообменника является его значительные габариты и недостаточная интенсивность теплообмена.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи значительного увеличения поверхности теплообмена при снижении габаритов теплообменника и повышения интенсивности теплообмена.
Указанная задача решается за счет того, что в теплообменнике, содержащем коаксиальные трубы со спиральными многозаходными канавками, имеющими взаимно противоположное направление закрутки, образующими на каждой трубе пересекающиеся спиральные гофры, гофры выполнены трапецеидальной формы, а в местах пересечения противоположно направленных спиральных гофр выполнены полусферические (чашеобразные) лунки, причем, по меньшей мере, две смежные в радиальном направлении трубы установлены таким образом, что их спиральные гофры образуют между собой замкнутые спиральные пересекающиеся каналы, имеющие в сечении форму неправильного шестигранника.
Кроме того, теплообменник имеет нечетное количество труб.
На фиг.1 изображен теплообменник с тремя коаксиальными трубами.
На фиг.2 изображена одна из двух смежных труб - внутренняя труба.
На фиг.3 изображена одна из двух смежных труб - наружная труба.
Теплообменник содержит коаксиальные трубы 1, 2, 3 со спиральными гофрами 4, образованными спиральной накаткой с постоянным шагом спирали. На каждой трубе накатывается минимум две спиральные линии гофр 4 - правозаходная и левозаходная. Через каждую половину шага спиралей гофры 4 пересекаются и в местах их пересечения выполнены полусферические (чашеобразные) лунки 5. Гофры 4 выполнены трапецеидальной формы. Трубы установлены таким образом, что гофры 4 смежных в радиальном направлении труб образуют замкнутые спиральные шестигранные каналы 6, полости которых сходятся и расходятся в местах пересечения гофр 4, при этом в местах пересечения образуется полость, на противоположных, в радиальном направлении, сторонах которой напротив друг друга расположены две лунки 5. В результате такой установки труб образуется сотовая конструкция шестигранных пересекающихся спиральных каналов для двух теплоносителей.
В заявленном теплообменнике целесообразно устанавливать нечетное количество труб, 3, 5 и т.д., так как в такой конструкции через каждые три слоя труб проходит два потока теплоносителей, имеющих как минимум по одному активно перемешиваемому каналу и по одному периферийному с постоянным сечением.
При работе теплообменника каждый из теплоносителей движется по смежным спиральным каналам 6, один направляется сверху, а другой - снизу. Попадая в спиральные каналы, поток каждого теплоносителя закручивается относительно оси теплообменника, при этом скорость потока приобретает радиальную составляющую. Далее поток попадает в чаши лунок 5 на противоположных сторонах шестигранного спирального канала в месте пересечения и расходится в двух противоположных направлениях, что обуславливает возникновение вихревых течений. Сложное закрученное движение потока приводит к интенсивному перемешиванию, что обуславливает интенсификацию теплообмена.
Таким образом, конструкция предлагаемого теплообменника позволяет значительно увеличить мощность теплообменника, не увеличивая его габариты.