ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ
HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов.
Известен теплообменник, содержащий корпус, состоящий из наружной и внутренней стенок, установленных коаксиально с кольцевым зазором и образующих полость для рабочего тела, подводящего и отводящего коллекторов с патрубками, теплообменные элементы, выполненные в виде двухслойных цилиндрических оболочек, соединенные между собой и корпусом при помощи пилонов, установленных на концах теплообменных элементов, при этом в пилонах выполнены каналы для подвода и отвода рабочего тела (патент РФ №2569990, Заявка №: 2014149786/06 от 09.12.2014, МПК:F28D 7/10 - прототип).
Предложенный теплообменник работает следующим образом. Во внутреннюю полость теплообменника подается теплоноситель. Теплоноситель равномерно распределяется в полости теплообменника и движется в кольцевых зазорах, расположенных между теплообменными элементами и внутренней стенкой корпуса. Рабочее тело через подводящий патрубок поступает в подводящий коллектор и далее в кольцевой зазор, расположенный между наружной стенкой и внутренней стенкой корпуса. В кольцевом зазоре рабочее тело разделяется на два потока. Первый поток рабочего тела проходит в кольцевом зазоре между наружной стенкой и внутренней стенкой корпуса, нагревается и отводится в отводящий коллектор. Второй поток рабочего тела поступает по пилонам в кольцевые зазоры, расположенные между стенками теплообменных элементов. Проходя по кольцевым зазорам, рабочее тело нагревается, после чего поток по пилонам поступает в отводящий коллектор. В отводящем коллекторе два потока рабочего тела смешиваются между собой. Рабочее тело выходит из отводящего коллектора через отводящий патрубок.
Основными недостатками является сложность конструкции, значительные габаритные размеры, обусловленные значительными конструктивными зазорами между кольцевыми теплообменными элементами, неравномерность нагрева оболочек, вызванная последовательностью прохождения теплоносителя от периферийной оболочки к центральной, что, в конечном итоге, снижает эффективность работы теплообменника.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, улучшение технических характеристик и расширение функциональных возможностей теплообменного аппарата.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном теплообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус с входными и выходными патрубками ввода и отвода первого и второго компонентов, расположенными на корпусе, теплообменные элементы, установленные внутри корпуса в определенном порядке, полости которых связаны с соответствующими полостями подвода и отвода компонентов, согласно изобретению, корпус теплообменного аппарата выполнен состоящим из входной, центральной и выходной частей, при этом центральная часть выполнена в виде полого цилиндра с двумя днищами, а входная и выходная части выполнены из нескольких полых цилиндрических обечаек, скрепленных между собой, причем каждая упомянутая обечайка содержит одно днище, при этом обечайки выполнены разного диаметра, увеличивающимся от входной части к центральной и уменьшающимся от центральной части к выходной, причем количество обечаек входной части соответствует количеству обечаек выходной части, при этом обечайки установлены последовательно с обеих сторон центральной части корпуса таким образом, что образуют чередующиеся входные полости первого и второго компонентов, и чередующиеся выходные полости первого и второго компонентов, при этом упомянутые входные и выходные полости первого компонента открываются в общие входной и выходной коллекторы первого компонента соответственно, установленные на корпусе теплообменного аппарата, и выполненные в виде труб с патрубками подачи или приема компонента, а упомянутые входные и выходные полости второго компонента открываются в общие входной и выходной коллекторы второго компонента соответственно, установленные на корпусе теплообменного аппарата, и выполненные в виде труб с патрубками подачи или приема компонента, при этом теплообменные элементы выполнены в виде нескольких коаксиально установленных труб разного диаметра и разной длины, причем трубы большего диаметра и меньшей длины образуют периферийную часть теплообменного элемента, а трубы меньшего диаметра и большей длины образуют его центральную часть, при этом входная и выходная часть наружной трубы теплообменного элемента установлена в днищах центральной части корпуса, а каждая последующая труба теплообменного элемента установлена в днищах входной и соответствующей ей выходной частей внутри предыдущей трубы с образованием кольцевых радиальных зазоров между стенками труб, соединенных с полостью первого или второго компонентов, при этом полости кольцевых радиальных зазоров первого и второго потоков монотонно чередуются между собой.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид теплообменного аппарата, продольный разрез, на фиг. 2 - входная часть теплообменного аппарата в увеличенном масштабе, на фиг. 3 - выходная часть теплообменного аппарата в увеличенном масштабе.
Предложенный теплообменный аппарат содержит цилиндрический корпус, состоящий из входной 1, центральной 2 и выходной 3 частей. Центральная часть 2 выполнена в виде полого цилиндра с двумя днищами. Входная 1 и выходная 3 части выполнены из нескольких полых цилиндрических обечаек 4, скрепленных между собой. Каждая обечайка 4 содержит одно днище. Обечайки 4 выполнены разного диаметра, увеличивающимся от входной части к центральной и уменьшающимся от центральной части к выходной, причем количество обечаек входной части соответствует количеству обечаек выходной части. Обечайки 4 установлены последовательно с обеих сторон центральной части 2 корпуса таким образом, что образуют чередующиеся входные полости 5 и 6 первого и второго компонентов соответственно, и чередующиеся выходные полости 7 и 8 первого и второго компонентов. Упомянутые входные 5 и выходные 7 полости первого компонента открываются в общие входной 9 и выходной 10 коллекторы первого компонента соответственно. Входные 6 и выходные 8 полости второго компонента открываются в общие входной 11 и выходной 12 коллекторы второго компонента соответственно. Теплообменный элемент 13 выполнен в виде нескольких коаксиально установленных труб 14 разного диаметра и разной длины. Трубы 14 большего диаметра и меньшей длины образуют периферийную часть теплообменного элемента, а трубы меньшего диаметра и большей длины образуют его центральную часть. Входная и выходная часть наружной трубы теплообменного элемента установлена в днищах центральной части корпуса. Каждая последующая труба теплообменного элемента установлена в днищах входной и соответствующей ей выходной частей внутри предыдущей трубы с образованием кольцевых радиальных зазоров между стенками труб, соединенных с полостью первого или второго компонентов, при этом полости кольцевых радиальных зазоров первого и второго потоков монотонно чередуются между собой.
На трубах выполнены ребра 15, расположенные по винтовой линии, причем направление навивки на предыдущей трубе отлично от направления навивки на последующей трубе.
Предложенный теплообменный аппарат работает следующим образом.
Из входного коллектора 9 первого компонента компонент поступает в полости первого компонента 5, образованные обечайками 4, и из них в кольцевые зазоры теплообменного элемента 13, образованного из труб 14. Пройдя по кольцевым зазорам, первый компонент собирается в выходных полостях 7 первого компонента, после чего поступает в выходной коллектор 10 первого компонента и отводится далее для дальнейшего использования.
Из входного коллектора 11 второго компонента, компонент поступает в полости второго компонента 6, образованные обечайками 4, и из них в кольцевые зазоры теплообменного элемента 13, образованного из груб 14. Пройдя по кольцевым зазорам, второй компонент собирается в выходных полостях 8 второго компонента, после чего поступает в выходной коллектор 12 первого компонента и отводится далее для дальнейшего использования.
Теплообмен между компонентами осуществляется через стенки труб 14 теплообменного элемента 13.
Схема подачи компонентов в виде коаксиальных полых колец, между стенками труб 14 теплообменного элемента 13, позволяет увеличить в несколько раз площадь поверхности теплообмена с одновременным уменьшением толщины струи. Такое решение дает возможность реализовать схему подачи первого и второго компонентов с их чередованием, что, в конечном итоге, даст возможность повысить эффективность работы теплообменного аппарата и обеспечить требуемые характеристики по теплообмену при значительно меньших габаритных размерах теплообменного аппарата. Наличие на наружной поверхности труб ребер 15 позволяет улучшить условия теплообмена.
Направление подачи первого и второго компонентов может быть как попутным при подаче их в одну сторону, так и противоположным, при подаче навстречу друг другу.
Использование предложенного технического решения позволит улучшить технические характеристики и расширить функциональные возможности теплообменного аппарата.