Спиральный теплообменник
SPIRAL HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно: к устройствам для проведения теплообменных процессов и может быть использовано в химической, пищевой и нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
В различных отраслях промышленности широкое применение нашли теплообменники, служащие для передачи тепла от одной среды к другой через стенку из теплопроводного материала, разграничивающую эти среды.
Известен спиральный теплообменник, содержащий цилиндрический корпус, в котором размещены теплообменные поверхности, формируемые из элементов, представляющих собой попарно сваренные по контуру спиралевидные стенки, образующие внутренний спиралевидный щелевой канал. В сечении, перпендикулярном оси аппарата, спиралеобразные стенки формируют теплообменную поверхность по спирали Архимеда. Внутренние спиралевидные полости теплообменных элементов сообщаются с коллекторами входа и выхода одной среды, а наружные - с коллекторами входа и выхода другой среды (В.В. Буренин. Новые рекуперативные теплообменники для нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. «Нефтепереработка и нефтехимия», №3, 2005, стр. 44-45).
Известен спиральный теплообменник, содержащий каналы для рабочих сред, изготовленные из рулонной ленты, в одном из которых размещены штифты, снабженные турбулизаторами, выполненными из ленты, закрученной в продольном направлении (Патент РФ №2156423, МПК F28D 7/04; 20.09.2000 г.).
Известен спиральный теплообменник, содержащий два щелевых канала для прохода теплоносителей, образованных двумя свернутыми в спираль листами с элементами дистанционного расположения, внешние и внутренние коллекторы и торцовые уплотнения (Патент РФ №2306517, МПК: F28D 7/04; 04.10.2006 г.).
Общим недостатком данных технических решений является сложность конструкции, нетехнологичность изготовления теплообменника, а также повышенная масса, обусловленная наличием сложных узлов герметизации, высокая стоимость изготовления.
Известен спиральный теплообменник, содержащий корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из листов, детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнения торцов каналов, крышки с прокладками по торцам спирали (Н.В. Барановский и др. Пластинчатые и спиральные теплообменники. Машиностроение, М. 1973, с. 262-269).
Однако этот спиральный теплообменник имеет ряд недостатков: в нем в качестве деталей, фиксирующих расстояние между листами спирали и для создания жесткости листов, использованы штифты, приваренные к одному из листов. Уплотнение спирали производится с использованием упоров, выполненных из вставленной в канал ленты, приваренной к кромкам листов (Н.В. Барановский и др. Пластинчатые и спиральные теплообменники. Машиностроение, М. 1973, с. 263-264, рис. 142, варианты а, б, в, г).
Это приводит к значительному усложнению изготовления теплообменника, особенно в случае его использования для теплоносителей с высокими температурами (выше 400°С) и в условиях агрессивных и коррозийных сред.
Известен спиральный теплообменник, содержащий корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из листов, детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнение торцов спирали, крышки с прокладками по торцам спирали, отличающийся тем, что детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, выполнены в виде зигзагообразных проставок, размещаемых вдоль всей спирали (патент РФ на изобретение №2358218, заявка: 2008103289/06 от 28.01.2008, МПК: F28D 7/04 - прототип).
Основными недостатками являются сложность конструкции, значительные габариты и вес, недостаточно высокий коэффициент теплоотдачи.
Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и повышение коэффициента теплоотдачи.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном спиральном теплообменнике, содержащем корпус с установленным внутри двухканальным теплообменным элементом, подводящие и отводящие патрубки, установленные на корпусе, полости которых связаны с соответствующими полостями теплообменного элемента, согласно изобретению, двухканальный теплообменный элемент выполнен в виде двухзаходной цилиндрической спирали, центральные и периферийные части которой соединены между собой, при этом витая профилированная полость, образованная витками первого захода, соединена с подводящим и отводящим патрубками первого компонента, а витая профилированная полость, образованная витками второго захода, соединена с подводящим и отводящим патрубками второго компонента.
Сущность предложенного технического решения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан предложенный спиральный теплообменник, на фиг. 2 - предложенный спиральный теплообменник в сборе. На чертежах штриховой линией показан двухканальный теплообменный элемент. На фиг. 2 корпус не показан.
Предложенный спиральный теплообменник содержит корпус 1 с двухканальным теплообменным элементом 2, выполненным в виде двухзаходной цилиндрической спирали 3, центральные 4 и периферийные 5 части которой соединены между собой. Витая профилированная полость 6, образованная витками 7 первого захода, соединена с подводящим 8 и отводящим 9 патрубками первого компонента, а витая профилированная полость 10, образованная витками 11 второго захода, соединена с подводящим 12 и отводящим 13 патрубками второго компонента. С обоих торцов корпус закрыт крышками 14 и 15, в которых установлены подводящий 8 и отводящий 9 патрубки первого компонента, и подводящий 12 и отводящий 13 патрубок второго компонента.
Предложенный теплообменник работает следующим образом.
Первый горячий компонент подается в подводящий патрубок 8 первого компонента и далее поступает в витую профилированную полость 6. Проходя по полости, образованной витками 7 первого захода цилиндрической спирали 3 и витками 11 второго захода, компонент отдает тепло холодным стенкам витков 11 упомянутой полости. Далее компонент поступает в отводящий патрубок 9 и выводится из корпуса 1 наружу для дальнейшего использования.
Второй холодный компонент подается в подводящий патрубок 12 второго компонента и далее поступает в витую профилированную полость 10. Проходя по полости, образованной витками 11 второго захода цилиндрической спирали 3 и витками 7 первого захода, компонент принимает тепло от горячих стенок витков 7 упомянутой полости. Далее компонент поступает в отводящий патрубок 13 и выводится из корпуса 1 наружу для дальнейшего использования.
Таким образом, по длине теплообменника реализуется следующая схема теплообмена - первый компонент - второй компонент - первый компонент-второй компонент и т.д.
Использование предложенного технического решения позволит упростить конструкцию спирального теплообменника, уменьшить габариты и вес, улучшить условия теплообмена с повышением коэффициента теплоотдачи.