РАДИАЛЬНО-СПИРАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
RADIAL-SPIRAL HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в различных отраслях промышленности для передачи теплоты между потоками флюидов.
Известен аппарат для проведения теплообменных и диффузионных процессов [RU 2075020, опубл. 10.07.1997 г., МПК F28D 7/04, F28D 9/00], содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителей, внутри которого установлен один или несколько (один над другим) блоков теплообменных элементов. Каждый блок сформирован из теплообменных элементов, представляющих собой попарно сваренные по контуру стенки, имеющие в поперечном сечении форму спирали Архимеда и образующие внутренний радиально-спиральный щелевой канал для одного из теплоносителей. Теплообменные элементы отделены друг от друга горизонтальными направляющими элементами, образующими наружные щелевые каналы для второго теплоносителя. Если теплообменник содержит более одного блока теплообменных элементов, то каждый блок снабжен патрубками для ввода и отвода теплоносителя, прокачиваемого через внутренний радиально-спиральный канал.
К недостаткам этого теплообменника относятся следующие:
- сложность конструкции теплообменника, содержащего несколько блоков теплообменных элементов, связанная с необходимостью его оснащения патрубками для межблочного вывода и ввода теплоносителя, большая высота теплообменника, содержащего несколько блоков теплообменных элементов, из-за его вертикальной компоновки,
- большое гидравлическое сопротивление теплообменника, содержащего несколько блоков теплообменных элементов, по линии теплоносителя из-за последовательного соединения последних.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является теплообменник Астановского радиально-спирального типа (варианты) [RU 2348882, опубл. 10.03.2009 г., МПК F28D 9/04], содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителей, внутри которого вдоль вертикальной оси установлены один над другим два или более блоков теплообменных элементов, образующих периферийный кольцевой и центральный цилиндрический распределительные коллекторы (для первого теплоносителя), каждый блок сформирован из вертикально установленных (аксиальных, при вертикальном направлении оси), прилегающих друг к другу теплообменных элементов, образующих кольцевой ряд вокруг вертикальной оси корпуса, каждый теплообменный элемент выполнен из двух соединенных друг с другом стенок с дистанционирующими выступами, имеющих в поперечном сечении форму спирали Архимеда и образующих во внутренней полости щелевой канал для одного из теплоносителей (для второго теплоносителя), причем внутренние полости теплообменных элементов всех блоков сообщаются с периферийным и центральным распределительными коллекторами, а дистанционирующие выступы теплообменных элементов образуют наружные вертикальные щелевые каналы для перемещения первого теплоносителя в аксиальном направлении, при этом между смежными блоками теплообменных элементов поочередно в периферийном и центральном распределительных коллекторах установлены горизонтальные перегородки. Кроме того, предпочтительно, каждый последующий блок выполняют с противоположным по сравнению с предыдущим блоком направлением кривизны теплообменных элементов.
Вариант теплообменника предусматривает дополнительное наличие промежуточных распределительных коллекторов, в которых установлены вертикальные цилиндрические перегородки для осуществления теплообмена между более чем двумя теплоносителями.
Недостатками данного теплообменника является:
- сложность конструкции, связанная с наличием центральных распределительных коллекторов, связанных с внутренними полостями теплообменных элементов,
- вертикальная компоновка, ограничивающая возможность размещения в помещениях, ограниченных по высоте,
- низкий средний температурный напор из-за перекрестноточного движения теплоносителей (первый теплоноситель движется аксиально, второй - радиально), снижающее средний температурный напор, что приводит к соответствующему увеличению площади теплообмена, массы и габаритов теплообменника.
Задачами настоящего изобретения являются: упрощение конструкции, исключение требований по компоновке, повышение среднего температурного напора.
Техническим результатом является:
- упрощение конструкции за счет применения теплообменных элементов, выполненных из двух стенок, имеющих нечетное количество (по меньшей мере один) радиальных разрезов, что позволяет исключить использование центральных распределительных коллекторов первого теплоносителя,
- исключение требований по компоновке теплообменника за счет произвольной ориентации его оси,
- повышение среднего температурного напора за счет обеспечения противоточного движения теплоносителей.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном теплообменнике, включающем цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителей, внутри которого вдоль оси установлены блоки теплообменных элементов, каждый из которых сформирован из аксиально установленных, прилегающих друг к другу теплообменных элементов, образующих кольцевой ряд вокруг оси корпуса, выполненных из двух, соединенных друг с другом, стенок с дистанционирующими выступами, имеющих в поперечном сечении форму спирали Архимеда и образующих во внутренней полости щелевой канал для второго теплоносителя, который связан с периферическим распределительным коллектором второго теплоносителя, а дистанционирующие выступы стенок теплообменных элементов образуют наружные аксиальные щелевые каналы для перемещения первого теплоносителя, особенностью является то, что теплообменник оснащен по меньшей мере одним блоком теплообменных элементов с двумя кольцевыми периферическими распределительными коллекторами второго теплоносителя, теплообменные элементы выполнены с нечетным количеством радиальных разрезов, по меньшей мере одним, стенки теплообменных элементов с одной стороны оснащены аксиально направленными дистанционирующими выступами, которые попеременно образуют в наружной полости аксиальные щелевые каналы для первого теплоносителя, а во внутренней полости аксиальные щелевые каналы для второго теплоносителя, соединенные с кольцевыми периферическими распределительными коллекторами, кроме того, в аксиальной части теплообменника размещена цилиндрическая обечайка с двумя противолежащими выпуклыми днищами, примыкающая к внутренним приосевым краям теплообменных элементов.
При необходимости кольцевые периферические распределительные коллекторы второго теплоносителя разных блоков выполняют сообщающимися друг с другом последовательно либо параллельно.
Оснащение теплообменника блоками теплообменных элементов с двумя периферическими распределительными коллекторами второго теплоносителя каждый, в которых теплообменные элементы выполнены с нечетным количеством радиальных разрезов, позволяет исключить использование центральных распределительных коллекторов второго теплоносителя, за счет чего упростить конструкцию теплообменника.
Выполнение каждой стенки теплообменного элемента с аксиально направленными дистанционирующими выступами с одной из сторон, которые попеременно образуют в наружной полости аксиальные щелевые каналы для первого, а во внутренней полости - для второго теплоносителя, позволяет осуществить противоточное движение теплоносителя, за счет чего на 20-50% повысить средний температурный напор.
Предложенная конструкция исключает требования по ориентации оси теплообменника.
Теплообменник состоит из корпуса 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 первого теплоносителя и патрубками подвода 4 и отвода 5 второго теплоносителя. Вдоль оси теплообменника установлены блоки 6 теплообменных элементов 7 с двумя кольцевыми периферическими распределительными коллекторами второго теплоносителя 8 и 9 (условно показан один блок), при этом в аксиальной части теплообменника размещена цилиндрическая обечайка 10 с двумя выпуклыми днищами, примыкающая к внутренним приосевым поверхностям теплообменных элементов 7. Каждый из теплообменных элементов 7 выполнен полым с нечетным количеством радиальных разрезов (условно показан один разрез 11), при этом стенки теплообменных элементов имеют аксиально направленные дистанционирующие выступы 12 с одной из сторон, которые попеременно образуют в наружной полости щелевые каналы 13 для первого, а во внутренней полости - щелевые каналы 14 для второго теплоносителя.
Предлагаемый теплообменник работает следующим образом. Первый теплоноситель через патрубок 2 поступает в корпус 1, движется вдоль теплообменных элементов 7 и выводится из патрубка 3. Второй теплоноситель через патрубок 4 поступает через кольцевой периферический коллектор 8 в щелевое пространство теплообменных элементов 7, где движется аксиально противотоком к первому теплоносителю, и выводится через кольцевой периферический коллектор 9 и патрубок 5.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет упростить конструкцию теплообменника, исключить требования по ориентации его оси, повысить средний температурный напор и может найти применение в различных отраслях промышленности.