RU230915U1 - Спиральный кожухотрубный теплообменник - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к устройствам для проведения теплообменных процессов, и может быть использована в химической, пищевой и нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Спиральный кожухотрубный теплообменник содержит корпус и крышки с установленным внутри теплообменным элементом, подводящие и отводящие патрубки, установленные на крышках и корпусе, полости которых связаны с соответствующими полостями теплообменного элемента. Теплообменный элемент выполнен трехканальным. Каналы образованы двухзаходной цилиндрической спиралью и пучком труб, проходящим через витки спирали параллельно ее оси. Центральные и периферийные части цилиндрической спирали соединены между собой. Витая профилированная полость, образованная витками первого захода упомянутой спирали, соединена с подводящим и отводящим патрубками первого компонента. Витая профилированная полость, образованная витками второго захода упомянутой спирали, соединена с подводящим и отводящим патрубками второго компонента. Канал третьего компонента образован полостями труб, образующих упомянутый пучок труб, входные и выходные части которых соединены с подводящим и отводящим патрубками третьего компонента через крышки, причем трубы трубного пучка выполнены профилированными и имеют поперечное сечение в виде трехлучевой звезды. В варианте исполнения трубы трубного пучка выполнены профилированными и имеют поперечное сечение в виде четырехлучевой звезды. В варианте исполнения, каналы, образованные двухзаходной цилиндрической спиралью и наружной поверхностью пучка труб, проходящего через эту спираль, заполнены высокопористым металлом. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к устройствам для проведения теплообменных процессов, и может быть использована 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 корпус с установленным внутри двухканальным теплообменным элементом, подводящие и отводящие патрубки, установленные на корпусе, полости которых связаны с соответствующими полостями теплообменного элемента, отличающийся тем, что 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 (патент РФ на изобретение №2687669, заявка 2018120033 от 30.05.2018, МПК: F28D 1/047 - прототип).

Основными недостатками являются значительные габариты, невозможность обеспечения теплообмена трех компонентов между собой и 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 кожухотрубном теплообменнике, содержащем корпус и крышки с установленным внутри теплообменным элементом, подводящие и отводящие патрубки, установленные на крышках и корпусе, полости которых связаны с соответствующими полостями теплообменного элемента, согласно полезной модели, теплообменный элемент выполнен трехканальным, причем его каналы образованы двухзаходной цилиндрической спиралью и пучком труб, проходящим через витки спирали параллельно ее оси, при этом центральные и периферийные части цилиндрической спирали соединены между собой, при этом витая профилированная полость, образованная витками первого захода упомянутой спирали, соединена с подводящим и отводящим патрубками первого компонента, а витая профилированная полость, образованная витками второго захода упомянутой спирали, соединена с подводящим и отводящим патрубками второго компонента, при этом канал третьего компонента образован полостями труб, образующих упомянутый пучок труб, входные и выходные части которых соединены с подводящим и отводящим патрубками третьего компонента через крышки, причем трубы трубного пучка выполнены профилированными и имеют поперечное сечение в виде трехлучевой звезды.

Выполнение поперечного сечения трубы в виде трехлучевой звезды позволит увеличить периметр и площадь контакта компонентов между собой, уменьшить характерный размер струй компонента, подаваемого через трубу, что, в конечном итоге, даст возможность улучшить условия теплообмена.

В варианте исполнения трубы трубного пучка выполнены профилированными и имеют поперечное сечение в виде четырехлучевой звезды.

Выполнение поперечного сечения трубы в виде четырехлучевой звезды позволит увеличить периметр и площадь контакта компонентов между собой, уменьшить характерный размер струй компонента, подаваемого через трубу, что, в конечном итоге, даст возможность улучшить условия теплообмена.

В варианте исполнения, каналы, образованные двухзаходной цилиндрической спиралью и наружной поверхностью пучка труб, проходящего через эту спираль, заполнены высокопористым металлом, полученным из расплавленного компактного металла путем заполнения упомянутого пространства каналов зернистым материалом, температура плавления которого выше температуры плавления требуемого пористого металла, нагрева зернистого материала и упомянутых теплообменных поверхностей каналов до температуры, близкой к температуре плавления компактного металла, заполнения полостей между зернами этим металлом, находящимся в расплавленном состоянии, и удаления зернистого материала после охлаждения, причем пористость и размер пор пористого металла по сечению каналов различна.

Технический результат заключается в интенсификации теплообмена за счет заполнения межвиткового пространства пористым материалом.

Сущность предложенного технического решения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан предложенный спиральный кожухотрубный теплообменник, на фиг. 2 - вариант схемы движения теплоносителей в предложенном спиральном кожухотрубном теплообменнике, на фиг. 3 изображен предложенный спиральный кожухотрубный теплообменник, каналы которого заполнены высокопористым материалом, на фиг. 4 показаны сечения теплообменника с трубами в виде трехлучевой и четырехлучевой звезды.

Предложенный спиральный теплообменник содержит корпус 1 с трехканальным теплообменным элементом, выполненным в виде двухзаходной цилиндрической спирали 2 и пучком труб 3, проходящим через эту спираль. Центральные части двухзаходной спирали соединены между собой. Периферийные части двухзаходной цилиндрической спирали могут быть соединены между собой, а могут быть разъединены в случае необходимости отвода конденсата при необходимости. Витая профилированная полость 4, образованная витками 5 первого захода и проходящим через двухзаходную спираль пучком труб 3, соединена с подводящим 6 и отводящим 7 патрубками первого компонента, а витая профилированная полость 8, образованная витками 9 второго захода, соединена с подводящим 10 и отводящим 11 патрубками второго компонента. Трубное пространство, образованное пучком труб 3, через крышки 12 соединено с подводящим 13 и отводящим 14 патрубками третьего компонента.

Предложенный теплообменник работает следующим образом.

Первый горячий или холодный компонент подается в подводящий патрубок 10, проходит через витую профилированную полость 8 и отводится из отводящего патрубка 11. Второй горячий или холодный компонент подается в подводящий патрубок 6, проходит через витую профилированную полость 4 и отводится из отводящего патрубка 7. Третий горячий или холодный компонент подается в подводящий патрубок 13, проходит внутри трубного пучка 3 и отводится из отводящего патрубка 14. Через стенки каналов происходит обмен теплом между горячим и холодным теплоносителями в зависимости от требуемого режима работы.

При использовании предлагаемого теплообменника в качестве конденсатора, охлаждаемый конденсируемый компонент подается в канал 4 и/или 8, через подводящие патрубки 6 и/или 10. В данном случае периферийные части витков первого захода 5 двухзаходной спирали и/или периферийные части витков второго захода 9 двухзаходной спирали могут не иметь контакта с корпусом 1 для отвода конденсата. При этом патрубки входа и выхода компонентов могут использоваться как взаимозаменяемые. Полученные каналы для компонентов могут варьироваться для подачи горячего и/или холодного теплоносителя в зависимости от требуемого технологического процесса. Например, горячий компонент может подаваться в каналы пучка трубок 3 и канал 4, а холодный компонент - в канал 8 или наоборот.

В одном из вариантов исполнения (см. фиг. 3) каналы теплообменных элементов 4, 8, образованные двухзаходной цилиндрической спиралью 2 и наружной поверхностью проходящего через неё пучка труб 3, выполнены заполненными высокопористым металлом 15 и 16, полученным из расплавленного компактного металла путем заполнения упомянутого пространства каналов зернистым материалом, температура плавления которого выше температуры плавления требуемого пористого металла, нагрева зернистого материала и теплообменных поверхностей упомянутых каналов до температуры, близкой к температуре плавления компактного металла, заполнения полостей между зернами этим металлом, находящимся в расплавленном состоянии, и удаления зернистого материала после охлаждения. При этом пористость и размер пор высокопористого металла 15 и 16 в канале 4 и канале 8 могут быть различными, в зависимости от условий технологического процесса и требований к гидравлическому сопротивлению.

Высокопористый материал обеспечивает более интенсивную передачу тепла по каркасу пористого материала от горячего компонента к холодному. Дополнительное увеличение передачи тепла обеспечивается минимальным значением теплового сопротивления между пористым металлом и стенками каналов из-за практического исчезновения границы между внешней поверхностью стенок каналов и пористым металлом из-за образования единой кристаллической структуры металла стенок и пористого металла.

Использование предложенного технического решения позволит значительно уменьшить габаритные размеры и массу теплообменника, улучшить условия теплообмена с повышением коэффициента теплоотдачи и обеспечить возможность теплообмена трех компонентов.

Claims (3)

1. Спиральный кожухотрубный теплообменник, содержащий корпус и крышки с установленным внутри теплообменным элементом, подводящие и отводящие патрубки, установленные на крышках и корпусе, полости которых связаны с соответствующими полостями теплообменного элемента, отличающийся тем, что теплообменный элемент выполнен трехканальным, причем его каналы образованы двухзаходной цилиндрической спиралью и пучком труб, проходящим через витки спирали параллельно ее оси, при этом центральные и периферийные части цилиндрической спирали соединены между собой, при этом витая профилированная полость, образованная витками первого захода упомянутой спирали, соединена с подводящим и отводящим патрубками первого компонента, а витая профилированная полость, образованная витками второго захода упомянутой спирали, соединена с подводящим и отводящим патрубками второго компонента, при этом канал третьего компонента образован полостями труб, образующих упомянутый пучок труб, входные и выходные части которых соединены с подводящим и отводящим патрубками третьего компонента через крышки, причем трубы трубного пучка выполнены профилированными.

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что профилированные трубы трубного пучка имеют поперечное сечение в виде трехлучевой или четырехлучевой звезды.

3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что каналы, образованные двухзаходной цилиндрической спиралью и наружной поверхностью пучка труб, проходящего через эту спираль, заполнены высокопористым металлом, полученным из расплавленного компактного металла путем заполнения упомянутого пространства каналов зернистым материалом, температура плавления которого выше температуры плавления требуемого пористого металла, нагрева зернистого материала и упомянутых теплообменных поверхностей каналов до температуры, близкой к температуре плавления компактного металла, заполнения полостей между зернами этим металлом, находящимся в расплавленном состоянии, и удаления зернистого материала после охлаждения, причем пористость и размер пор пористого металла по сечению каналов различна.