СПИРАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к устройствам для проведения теплообменных процессов между двумя средами через стенку и может быть использована в химической, пищевой и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.
Из предшествующего уровня техники известны спиральные теплообменники (СТ), содержащие каналы для рабочих сред, изготовленные из рулонной ленты, см. RU №2156423, МПК F28D 7/04; 20.09.2000 г., RU №2306517, МПК F28D 7/04; 04.10.2006 г.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип предложенной полезной модели, является СТ, содержащий корпус с входными и выходными патрубками для подачи и отвода рабочих сред, цилиндрический сердечник в виде центрального патрубка снабженного двумя коллекторами, отделенными друг от друга продольной внутренней перегородкой закрепленной в центральном патрубке, цилиндрическая стенка которого снабжена боковыми каналами коллекторов, двух спирально изогнутых металлических листов, в виде концентричных спиралей, края центральной части которых закреплены на поверхности центрального патрубка, в спиральных каналах, образованных между смежными витками концентричных спиралей установлены дистанционные элементы, каждый спиральный канал сообщен с соответствующими коллектором и входным и выходными патрубками, RU №2358218, МПК F28D 9/04, 10.06.2009.
Общим недостатком вышеуказанных СТ является снижение эффективности теплообмена при неравных расходах рабочих сред через каналы СТ, что обусловлено разной скоростью протекания этих сред по их каналам, при этом (при разных расходах рабочих сред) достаточно сложно обеспечить требуемые по технологии температуры взаимодействующих рабочих сред. На производстве одним из способов устранения этого недостатка является установка блоков СТ по два, четыре и более аппаратов.
Технической задачей, решаемой предложенной полезной моделью является повышение эффективности СТ за счет снижения времени пребывания одной из рабочих сред в СТ.
Решение указанной технической задачи обеспечено тем, что СТ, содержащий корпус с входными и выходными патрубками для подачи и отвода рабочих сред, цилиндрический сердечник в виде центрального патрубка снабженного двумя коллекторами, отделенными друг от друга продольной внутренней перегородкой закрепленной в центральном патрубке, цилиндрическая стенка которого снабжена боковыми каналами коллекторов, спирально изогнутые металлические листы, в виде двух концентричных спиралей, края центральной части которых закреплены на поверхности центрального патрубка, в спиральных каналах, образованных между смежными витками концентричных спиралей установлены дистанционные элементы, каждый спиральный канал сообщен с соответствующими коллектором и входным и выходными патрубками. Согласно полезной модели, коллекторы выполнены с разной площадью поперечного сечения, при этом внутренняя перегородка установлена со смещением h относительно оси центрального патрубка в сторону коллектора с меньшей площадью поперечного сечения, причем величина смещения перегородки составляет h=0.9-0,1 Rв, где Rв - радиус внутренней поверхности центрального патрубка, при этом коллектор с меньшей площадью поперечного сечения подключен к входным и выходными патрубкам для прохода рабочей среды с меньшим объемным расходом. Смещение h пропорционально по величине отношению объемных расходов рабочих сред через коллекторы, при этом величина h имеет предельные максимальное и минимальное значения при, соответственно, максимальной и минимальной разнице объемных расходов рабочих сред.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где: на фиг. 1 - продольный разрез общего вида теплообменника; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.
1
2
1
2
1
2
СТ состоит из корпуса 1 с входными 2, 2 и выходными 3 и 3 патрубками, двух концентричных спиралей, навитых из двух спирально изогнутых листов 4 и 5 вокруг сердечника в виде центрального патрубка (ЦП) 6, снабженного двумя коллекторами 6 и 6, выполненными с неравными поперечными сечениями и отделенными друг от друга продольной перегородкой 7, закрепленной внутри ЦП 6.
3
4
1
2
1
2
1
1
1
1
2
2
Таким образом СТ снабжен периферийной спиральной А и цилиндрической центральной Б частями. В спиральной части А между смежными витками двух концентричных спиралей, расположены два спиральных канала 8 и 9 (дистанционные элементы между листами спирали условно не показаны), каждый из которых сообщен через боковые каналы 6 и 6 в стенке ЦП 6 с соответствующим коллектором 6 или 6. Коллекторы 6 и 6 выполнены с разной площадью поперечного сечения, при этом перегородка 7 установлена в ЦП 6 со смещением h относительно его оси в сторону коллектора 6 с меньшей площадью поперечного сечения. Величина смещения перегородки 7 составляет h=0.9-0,1 Rb, где Rb - радиус внутренней поверхности центрального патрубка. Коллектор 6 подключен к входным 2 и выходным 3 патрубкам через которые прокачивается рабочая среда с меньшим объемным расходом, а через патрубки 2 и 3 прокачивается вторая рабочая среда с большим объемным расходом. Смещение h пропорционально по величине отношению объемных расходов рабочих сред через коллекторы, при этом величина h имеет предельные максимальное и минимальное значения при, соответственно, максимальной и минимальной разнице объемных расходов рабочих сред.
1
2
3
На наружной поверхности ЦП 6 вдоль направляющей его цилиндрической поверхности, расположенной напротив одного из продольных краев перегородки 7 и лежащей в ее плоскости прикреплена внутренняя кромка спирально изогнутого листа 4, аналогично, но с противоположного края перегородки 7 прикреплена внутренняя кромка второго спирально изогнутого листа 5. За счет этого, каждый спиральный канал 8 и 9 сообщен с соответствующим коллектором 6 или 6. Наружные кромки спирально изогнутых листов 4 и 5, приварены к перемычкам 10. Концентричные спирали из спирально изогнутых листов 4 и 5, изготовляют таким образом, что торцы листов лежат строго в одной плоскости. Затем их помещают между фланцами 11 и стягивают болтами. Для лучшей герметизации и устранения перетекания теплоносителей между фланцами и листами по всему поперечному сечению теплообменника помещают прокладку (условно не показана) из резины, паранита, асбеста или мягкого металла. Такая конструкция обеспечивает возможность чистки поверхностей нагрева и работу без перетекания теплоносителей при давлениях до 4·10 Па.
При работе СТ рабочая среда быстрее проходит через коллектор с меньшей емкостью, соответственно снижается время прохождения этого объема с соответствующим снижением времени прохождения СТ этой рабочей средой. Это позволяет обеспечить (без перегревов и недогревов) требуемую по технологии температуру рабочей среды (теплоносителя), т.е. фактически расширить диапазон возможного применения СТ.
В процессе проектирования, а также на производстве заранее известен расход рабочих сред, который может быть разным. В этих случаях особенно удобно использовать СТ со смещенной разделительной перегородкой, поскольку величиной смещения этой перегородки можно обеспечить требуемую скорость прохода рабочих сред (теплоносителей) и, следовательно, обеспечить требуемый нагрев или охлаждение рабочих сред за один проход через СТ.