ТЕПЛООБМЕННИК
HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может использоваться в устройствах подогрева или охлаждения среды в теплоэнергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве систем теплоснабжения и горячего водоснабжения.
Известен теплообменный аппарат змеевикового типа (патент №112375, МПК F28D 7/02), содержащий корпус с крышками и размещенную в них трубку с прямыми концевыми участками, навитую в виде змеевика на сердечник, выполненный из трубы, один конец которой закреплен в верхней торцевой крышке корпуса, а второй конец заглушен, подключенный к патрубку подвода среды в межтрубное пространство, имеющий отверстия, рассредоточенные по всей его длине, сообщающие полость сердечника с межтрубным пространством, причем сердечник имеет длину меньшую, чем корпус, и равную длине навивки змеевика, нижняя торцевая крышка корпуса снабжена патрубком отвода среды.
Недостатком данного теплообменного аппарата является большое гидравлическое сопротивление.
Известен теплообменник типа "труба в трубе" (патент №135101, МПК F28D 7/10), состоящий из корпуса с патрубками для подвода нагреваемого теплоносителя, отвода охлажденного теплоносителя, внутренней трубы с наружным оребрением, внутренняя труба помимо наружного оребрения имеет внутреннее оребрение, выполненное в виде цельнометаллических стержней, расположенных в шахматном порядке, и содержит интенсификатор потока, представляющий собой заглушенную с двух сторон трубу.
Недостатком данного теплообменника является низкий коэффициент теплоотдачи по причине отсутствия турбулизации потока.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является теплообменник (патент №2489663, МПК F28D 7/14, МПК F28F 9/013), содержащий наружную и внутреннюю трубы, встроенные друг в друга, с присоединительными фланцами и патрубками подвода и отвода греющей (охлаждающей) среды, с горизонтальным U-образным соединением с отводами, внутренняя труба теплообменника с одной стороны жестко закреплена к фланцам наружной трубы, а второй конец внутренней трубы соединен отводом и установлен на опорах, приваренных к внешней трубе. Для обеспечения свободного перемещения внутренней трубы вследствие температурных удлинений втулки опоры изготовлены с зазором из материала с низким коэффициентом трения.
Недостатками данного теплообменника являются сложность установки отводов друг в друга, невозможность демонтажа, низкая эффективность теплообмена, вследствие недостаточной турбулизации потока, маленькая площадь теплообмена.
Задачей изобретения является усовершенствование конструкции и повышение эффективности теплообмена за счет увеличения коэффициента теплоотдачи, увеличения площади теплообмена, создания возможности для демонтажа теплообменника.
Технический результат изобретения достигается тем, что в теплообменнике, содержащем наружную и U-образную внутреннюю трубы, встроенные друг в друга, присоединительный фланец, патрубки подвода и отвода греющей или охлаждающей среды, внутренняя труба теплообменника жестко закреплена к фланцу наружной трубы, в отличие от прототипа наружная труба теплообменника выполнена цилиндрической, имеющей с одной стороны фланец с прикрепленными к нему патрубками подвода и отвода греющей или охлаждающей среды, что позволяет легко демонтировать теплообменник. Патрубок подвода среды удлинен до U-образной части наружной трубы, что обеспечивает движение среды через всю наружную трубу. Такая длина патрубка позволяет среде доходить до конца наружной трубы и не препятствовать ее выходу. Наружная труба с другой стороны заглушена. Во внутреннюю трубу с целью увеличения коэффициента теплоотдачи встроен турбулизатор в виде винтообразной ленты, периодически витой в различных направлениях. Оптимальное изменение направления витков составляет пять-шесть диаметров внутренней трубы. За пределами 6 диаметров внутренней трубы движение теплоносителя становится более установившимся, что снижает коэффициент теплоотдачи, а меньше 5 диаметров внутренней трубы возрастает гидравлическое сопротивление. Для увеличения площади теплообмена к внутренней трубе вдоль ее горизонтальной поверхности приварены металлические ленты высотой, позволяющей свободно извлекать внутреннюю трубу.
Конструкция изобретения поясняется фигурой 1, где показан продольный разрез теплообменника, и фигурой 2, где показан поперечный разрез теплообменника.
Предлагаемый теплообменник (фиг. 1) состоит из цилиндрической наружной 1 и U-образной внутренней 2 труб, встроенных друг в друга, присоединительного фланца 3 с прикрепленными к нему с помощью гаечных соединений патрубками подвода 4 и отвода 5 (фиг. 2) греющей (охлаждающей) среды. Для обеспечения движения теплоносителя по всей наружной трубе патрубок подвода удлинен до U-образной части внутренней трубы. Внутренняя труба прикреплена к фланцу при помощи гаек 6. Фланец закреплен к наружной трубе пи помощи гаечных соединений 7. Во внутреннюю трубу встроен турбулизатор 8 в виде винтообразной ленты, витой в различных направлениях. Расстояние, через которое меняется направление витков, составляет пять-шесть диаметров внутренней трубы. К внутренней трубе вдоль ее горизонтальной поверхности приварены металлические ленты 9.
Теплообменный аппарат работает следующим образом.
Одна из нагреваемых или охлаждаемых сред, в качестве которой может быть использована капельная жидкость, подается в U-образную внутреннюю трубу 2, режим движения среды становится турбулентным при прохождении через турбулизатор в виде винтообразной ленты, витой в различных направлениях, вследствие чего возрастает коэффициент теплоотдачи. Расстояние, через которое меняется направление витков, составляет пять-шесть диаметров внутренней трубы. Среда обменивается теплом с другой средой через стенку внутренней трубы, площадь теплоотдачи которой увеличена при помощи металлических лент, и выводится из аппарата. Другая греющая или охлаждающая среда подается через удлиненный до U-образной части внутренней трубы патрубок 4 в наружную цилиндрическую тубу 1, тем самым обеспечивая движение среды по всей наружной трубе, движется по межтрубному пространству и выводится через патрубок 5.
Предложенная конструкция теплообменника позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи, увеличить площадь теплообмена, создать возможность для демонтажа теплообменника.