МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам, и может быть использована, в частности, в пищевой промышленности для тепловой обработки жидких продуктов.
Известна конструкция теплообменного аппарата, содержащего пакет по крайней мер из трех цилиндрических труб, расположенных соосно с образованием кольцевых каналов, и двух введенных в каналы и контактирующих с их стенками кольцевых коллекторов, имеющих по два глухих канала, сообщенных с соответствующими кольцевыми каналами проточками [2]. Все трубы кроме наружной выполнены в виде свитой в пространственную спираль ленты с образованием спиральных выступов, контактирующих вершинами с внутренней поверхностью соседней трубы. Недостатком данной конструкции является недостаточная степень турбулизации потоков теплоносителей, снижающая эффективность теплообмена.
Наиболее близким по технической сущности является конструкция теплообменного аппарата, содержащего пакет, по крайней мере, из трех гофрированных цилиндрических труб, расположенных соосно с образованием кольцевых каналов и двух введенных в каналы и контактирующих с их стенками кольцевых коллекторов, имеющих по два глухих канала, сообщенных с соответствующими кольцевыми каналами проточками [2]. Недостатком данной схемы сложность изготовления гофрированной стенки трубы.
Предлагаемый многоканальный теплообменный аппарат содержит пакет по крайней мере из трех труб, расположенных соосно с образованием кольцевых каналов, два установленных навстречу друг другу кольцевых коллектора с наружными соосными ступенчатыми цилиндрическими поверхностями, введенными в каналы и контактирующими с их стенками,
причем каждый из коллекторов имеет два продольных глухих канала, сообщенных с соответствующими кольцевыми каналами проточками.
С целью повышения эффективности теплообмена трубы выполнены многогранными, с турбулизирующими выдавками, расположенными на трубе наименьшего диаметра наружу трубы, а на остальных трубах поочередно наружу и внутрь. По краям к трубам приварены заходные кольца, наружные края которых могут быть выполнены развальцованными. Внутри трубы наименьшего диаметра установлена опорная гладкостенная труба.
Наличие выдавок на теплообменной поверхности повышает степень турбулизации потока. Расположение их в определенном порядке, например в шахматном, придает потоку вращательное движение, увеличивая тем самым интенсивность теплообмена. Расположением выдавок наружу и внутрь трубы достигается турбулизация и продукта, движущегося внутри, и теплохладоносителя, движущегося снаружи.
Конструкция теплообменного аппарата упрощает технологию изготовления, так как вместо достаточно сложного изготовления гофрированной стенки трубы, турбулизирующие выдавки выполняются на листе, который затем сворачивается в многогранную трубу.
Цилиндрическая форма заходных колец, приваренных по краям, упрощает герметизацию внутреннего пространства аппарата, позволяя использовать уплотнения простейшей конструкции. С целью облегчения сборки край заходного кольца выполнен развальцованным.
Опорная гладкостенная труба, расположенная внутри трубы наименьшего диаметра, увеличивает прочность аппарата, позволяет снизить толщину стенок труб, за счет чего снижается металлоемкость и интенсифицируется процесс теплообмена.
Данная полезная модель поясняется чертежом.
На фиг.1 приведена схема многоканального теплообменного аппарата;
на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.3 - разрез А-А на фиг 2; на фиг 4 - разрез Б-Б на фиг.2.
Многоканальный теплообменный аппарат содержит пакет по крайней мере из трех труб 1, например, из нержавеющей стали, расположенных соосно с образованием кольцевых каналов 2, и двух установленных навстречу друг другу кольцевых коллекторов 3 и 4, например, из нержавеющей стали, с наружными соосными ступенчатыми цилиндрическими поверхностями 5, введенными в каналы 2 и контактирующими со стенками труб 1.
Каждый из коллекторов 3 и 4 имеет два продольных глухих канала 6 и 7, сообщенных с соответствующими кольцевыми каналами 2 проточками 8. Скрепление торцевых коллекторов 3 и 4 и цилиндрических труб 1 в пакет может быть осуществлено, например, с помощью шпильки 9 и гаек 10. На шпильке 9 установлен тепловой компенсатор 11 выполненный, например, в виде пружины.
Трубы 1 выполнены многогранными, с турбулизирующими выдавками 12, расположенными на трубе наименьшего диаметра внутрь трубы, а на остальных трубах поочередно наружу и внутрь. По краям к трубам 1 приварены заходные кольца 13, наружные края которых могут быть выполнены развальцованными. Каждая труба 1 уплотняется с обоих концов на ступенчатых цилиндрических поверхностях 5 парными кольцевыми резиновыми прокладками 14 круглого сечения, установленными в канавках 15.
Внутри трубы 1 наименьшего диаметра установлена опорная гладкостенная труба 16. Так как по трубе наименьшего диаметра участвующая в теплообмене жидкость движется только с наружной стороны, для снижения стоимости изготовления выдавки на ней расположены только наружу.
В торцевых коллекторах 3 и 4 между, каждой парой канавок 15 выполнены кольцевые проточки 17, соединенные отверстиями 18 с коллектором 19 и предназначенные для контроля утечек через прокладки 14
и обеспечивающие полную взаимную герметичность соседних кольцевых каналов 2.
Для большей эффективности теплопередачи рекомендуется выбирать общее число кольцевых каналов 2 нечетным, чтобы продукт двигался по четным каналам и всегда омывался теплохладоносителем с двух сторон.
Многоканальный теплообменный аппарат работает следующим образом. Через глухие каналы 6 и 7 торцевого коллектора 3 подается соответственно теплохладоноситель и обрабатываемый продукт, например молоко. Далее по проточкам 8 теплохладоноситель и молоко поступают в кольцевые каналы 2 и протекают между турбулизирующими выдавками так, что молоко протекает между двумя кольцевыми каналами 2 с теплохладоносителем. После тепловой обработки молоко и теплохладоноситель поступают соответственно в каналы 6 и 7 торцевого коллектора 4 и далее к потребителю.
Так как опорная гладкостенная труба 16 не контактирует с участвующими в теплообмене средами, она может быть изготовлена не из нержавеющей стали, а из углеродистой, что снижает стоимость аппарата.
В случае утечки продукта или теплохладоносителя через прокладки 14 жидкость поступает через кольцевые проточки 17, отверстия 18 в коллектор 19, что позволяет контролировать утечки через прокладки 14 и обеспечивает полную взаимную герметичность соседних кольцевых каналов 2.
Тепловой компенсатор 11 позволяет компенсировать температурные продольные деформации труб путем деформации пружины.
Наличие турбулизирующих выдавок 12 на поверхности труб 1 повышает степень турбулизации потока и приближает процесс к движению потока в межстенном зазоре пластинчатого теплообменного аппарата. Расположение выдавок 12 в шахматном порядке, придает потоку вращательное движение, дополнительно увеличивая степень турбулизации. Расположением выдавок 12 наружу и внутрь трубы достигается
турбулизация и продукта, движущегося внутри, и теплохладоносителя, движущегося снаружи.
Цилиндрическая форма заходных колец 13, приваренных по краям многогранной трубы позволяет использовать резиновые прокладки 14 выполненные в виде кольца. Развальцовка края заходного кольца 13 облегчает сборку теплообменного аппарата.
Использование предлагаемого многоканального теплообменного аппарата позволило увеличить эффективность теплообмена, снизить стоимость и металлоемкость аппарата, упростить технологию его изготовления.
Литература
1. Патент РФ №2037118, МПК 6 F 28 D 7/10 Устройство Теплообменник / Дубинкин Б.Н., Смирнов В.И. / №5062469/06; заявлено 21.09.92; Опубл. 09.06.95; Бюл. №16.
2. Tetra Spiraflo Multichannel MC. Technical Manual. / Руководство по эксплуатации. Tetra Pak Processing Systems AB. - Lund Sweden., 2000 г., 38 c. - прототип.