Теплообменник

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в коаксиально-вихревых теплообменниках различного назначения. В теплообменнике, содержащем коаксиальные трубы со спиральными многозаходными канавками, имеющими взаимно противоположное направление закрутки, образующими на каждой трубе пересекающиеся спиральные гофры, гофры выполнены трапецеидальной формы, а в местах пересечения противоположно направленных спиральных гофр выполнены полусферические (чашеобразные) лунки, причем, по меньшей мере, две смежные в радиальном направлении трубы установлены таким образом, что их спиральные гофры образуют между собой замкнутые спиральные пересекающиеся каналы, имеющие в сечении форму неправильного шестигранника. Технический результат - увеличение мощности теплообменника за счет увеличения поверхности теплообмена при снижении габаритов теплообменника и повышения интенсивности теплообмена. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в коаксиально-вихревых теплообменниках различного назначения.

Известен теплообменник, содержащий две соосно установленные трубы, разделенные кольцевым зазором и выполненные со спиральными канавками, имеющими взаимно противоположное направление закрутки (RU 2027969 С1, МПК F28D 7/12, F28F 1/16, 13/12, 27.01.1995).

Использование такого теплообменника позволяет интенсифицировать теплообмен как внутри, так и снаружи теплообменного элемента, однако не снижает его габаритов.

Известен теплообменный аппарат, содержащий корпус и установленные внутри него коаксиальные трубы с образованием кольцевых полостей, в каждой кольцевой полости установлены перегородки в виде спиралей, образующих со стенками труб спиральные каналы, а стенки труб выполнены с рифлениями, ориентированными поперек направления потока (RU 115057 U1, МПК F28D 7/00, 20.04.2012).

В этом теплообменном аппарате благодаря введению спиралей значительно увеличивается длина пути и время теплового контакта, а за счет уменьшения сечения потока увеличивается его скорость, и повышается турбулизация потоков, и увеличивается интенсивность теплообмена, однако поверхность теплообмена в данной конструкции практически не увеличивается. Кроме того, объемы и длина пути внутреннего и внешнего потоков отличаются, что приводит к дисбалансу потоков.

Известен теплообменник, содержащий коаксиальные трубы со спиральными многозаходными канавками, имеющими взаимно противоположное направление закрутки, образующими на каждой трубе пересекающиеся спиральные гофры (US 20110056663 A1, МПК F28D 7/10, 10.03.2011).

Недостатком этого теплообменника является его значительные габариты и недостаточная интенсивность теплообмена.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи значительного увеличения поверхности теплообмена при снижении габаритов теплообменника и повышения интенсивности теплообмена.

Указанная задача решается за счет того, что в теплообменнике, содержащем коаксиальные трубы со спиральными многозаходными канавками, имеющими взаимно противоположное направление закрутки, образующими на каждой трубе пересекающиеся спиральные гофры, гофры выполнены трапецеидальной формы, а в местах пересечения противоположно направленных спиральных гофр выполнены полусферические (чашеобразные) лунки, причем, по меньшей мере, две смежные в радиальном направлении трубы установлены таким образом, что их спиральные гофры образуют между собой замкнутые спиральные пересекающиеся каналы, имеющие в сечении форму неправильного шестигранника.

Кроме того, теплообменник имеет нечетное количество труб.

На фиг.1 изображен теплообменник с тремя коаксиальными трубами.

На фиг.2 изображена одна из двух смежных труб - внутренняя труба.

На фиг.3 изображена одна из двух смежных труб - наружная труба.

Теплообменник содержит коаксиальные трубы 1, 2, 3 со спиральными гофрами 4, образованными спиральной накаткой с постоянным шагом спирали. На каждой трубе накатывается минимум две спиральные линии гофр 4 - правозаходная и левозаходная. Через каждую половину шага спиралей гофры 4 пересекаются и в местах их пересечения выполнены полусферические (чашеобразные) лунки 5. Гофры 4 выполнены трапецеидальной формы. Трубы установлены таким образом, что гофры 4 смежных в радиальном направлении труб образуют замкнутые спиральные шестигранные каналы 6, полости которых сходятся и расходятся в местах пересечения гофр 4, при этом в местах пересечения образуется полость, на противоположных, в радиальном направлении, сторонах которой напротив друг друга расположены две лунки 5. В результате такой установки труб образуется сотовая конструкция шестигранных пересекающихся спиральных каналов для двух теплоносителей.

В заявленном теплообменнике целесообразно устанавливать нечетное количество труб, 3, 5 и т.д., так как в такой конструкции через каждые три слоя труб проходит два потока теплоносителей, имеющих как минимум по одному активно перемешиваемому каналу и по одному периферийному с постоянным сечением.

При работе теплообменника каждый из теплоносителей движется по смежным спиральным каналам 6, один направляется сверху, а другой - снизу. Попадая в спиральные каналы, поток каждого теплоносителя закручивается относительно оси теплообменника, при этом скорость потока приобретает радиальную составляющую. Далее поток попадает в чаши лунок 5 на противоположных сторонах шестигранного спирального канала в месте пересечения и расходится в двух противоположных направлениях, что обуславливает возникновение вихревых течений. Сложное закрученное движение потока приводит к интенсивному перемешиванию, что обуславливает интенсификацию теплообмена.

Таким образом, конструкция предлагаемого теплообменника позволяет значительно увеличить мощность теплообменника, не увеличивая его габариты.

1. Теплообменник, содержащий коаксиальные трубы со спиральными многозаходными канавками, имеющими взаимно противоположное направление закрутки, образующими на каждой трубе пересекающиеся спиральные гофры, отличающийся тем, что гофры выполнены трапецеидальной формы, а в местах пересечения противоположно направленных спиральных гофр выполнены полусферические (чашеобразные) лунки, причем, по меньшей мере, две смежные в радиальном направлении трубы установлены таким образом, что их спиральные гофры образуют между собой замкнутые спиральные пересекающиеся каналы, имеющие в сечении форму неправильного шестигранника.

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что теплообменник имеет нечетное количество труб.