Теплообменник

)50 51)5 Р 28 О 7/ ИСАНИЕ РЕТЕНИ В ий институт Я.С. Теоробьев теплообмен вано для на плон ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СМ 731254, кл, Г 28 О 7/10, 1978(57) Изобретение относится кникам и может быть использо Изобрет .ние относится к энергетике. машиностроительной, химической, пищевой и другим отраслям промышленности и может использоваться как нагреватель или охладител ь.Известен теплообменник, в котором установлены теплообменные трубы и турбулизаторы, образующие движение те осителей по винтовой линии,Недостатком его является сложность и дороговизна изготовления.Известен теплообменник, в котором в кольцевых каналах расположена камера смешения,а внутренние трубы снабжены коническими насадками,Его недостатком является сложность изготовления и невысокая интенсивность теплоотдачи.Наиболее близким к предлагаемому является теплообменник, содержащий корпус с торцевыми крышками и каналами для рабочих сред, образованными концентрично установленными в корпусе теплообменныгрева или охлаждения различных жидкостей. Цель изобретения - интенсификация теплообмена, Теплообменник содержит корпус 1 с торцевыми крь 1 шками 3 и концентрично установленные теплообмен ные элементы 2 в виде цилиндров, подключенные к распределительному 7 и собирающему 6 коллекторам . Между теплообменными элементами 2 установлены турбулизирующие вставки 8 в виде спиралей. Смежные спирали имеют противоположные направления закрутки, 3 ил., 3 табл,ми элементами в виде цилиндров и подключенными к распределительному и собирающему коллекторам, причем каналывыполнены с уменьшающейся шириной внаправлении к периферии,Рабочие среды последовательно протекают по каналам, но большое количествоместных гидравлических сопротивлений на Ьпути теплоносителей увеличивает гидравли- (ческое сопротивление и снижает интенсив- чОность теплообмена, что приводит к ф,увеличению метаглоемкости и уменьшениюкомпактности аппарата,Цель изобрегения - интенсификация втеплообмена. вюзиЭто достигается тем, что в теплообменнике, содержащем корпус с торцевымикрышками и каналами для рабочих сред,образованными концентрично установленными в корпусе теплообменными элементами в виде цилиндров и подключенными краспределительному и собирающему коллекторам, причем каналы выполнены суменьшающейся шириной в направлении к периферии, в каждом канале установлена турбулизирующая вставка в виде спирали с шириной, равной ширине канала, шаг которой составляет 9 - 11 ширины канала, а угол между спиралью и контактирующим с ней цилиндром равен 40 - 50 О, при этом в смежных каналах спирали имеют противоположное направление закрутки.Это позволяет достигнуть наибольшей турбулизации потоков рабочих сред, а увеличение диаметров концентрически расположенных цилиндров по направлению в периферии аппарата увеличивает коэффициент теплопередачи за счет уменьшения термических сопротивлений теплоотдачи, связанных с увеличением диаметров цилиндров (так называемый "эффект оребрения").В аппарате передача тепла от горячей среды к холодной происходит в кольцевых каналах с двусторонним обогревом для холодной среды и двусторонним охлаждением для горячей среды, что значительно повышает интенсивность теплопередачи и производительность аппарата. Установка в кольцевых каналах спиралей разбивает поток на элементарные струйки, движущиеся винтообразно, что также приводит к дополнительной интенсификации теплопередачи.На фиг, 1 изображен предлагаемый теплообменник со свободными коллекторами; на фиг. 2 - то же, с камерными коллекторами; на фиг, 3 - то же, вид сверху,Теплообменник содержит корпус 1 с торцевыми крышками 3, концентрично установленные в нем теплообменные элементы 2, распределительные 4, 7 и сборные 5, б коллекторы холодной и горячей сред. Между теплообменными элементами 2 установлены турбулизирующие вставки 8.Теплообменник работает следующим образом.Горячая среда поступает в теплообменник через распределительный коллектор 4, протекает между теплообменными элементами 2, попадает в сборный коллектор 5 и отводится из теплообменника, Холодная среда поступает через распределительный коллектор 7, протекает между теплообменными элементами 2 и отводится в сборный коллектор 6, Наличие турбулизирующих вставок 8 в виде спиралей с шагом, равным 9 - 11 ширины данного кольцевого канала, и углом между образующей спиоали и осью корпуса, равным 40-50, позволяет организовать течение рабочих сред по безотрывной винтовой линии с высокой степенью турбулентности. А направление встречной закрутки спиралей в смежно расположенных каналах обеспечивает высокую интенсивность теплопередачи между горячей ихолодной средами, разбитыми на элементарные струйки,В табл. 1 приведены значения средних5 коэффициентов теплопередачи в теплообменнике с поверхностью теплообмена 8 мпо сравнению с кожухотрубным стандартным теплообменником, производительностью 2 т/ч воды, подогретой на Ь =- 50 С.10 Из данных табл, 1 видно, что коэффициент теплопередачи в предлагаемом теплообменнике при одинаковых условияхнамного выше, чем в стандартном, Уменьшение ширины кольцевого канала пооизво 15 дится в соответствии с уравнениемнеразрывности,В табл, 2 приведены значения среднихкоэффициентов теплопередачи для предлагаемого теплообменника тех же парамеров20 в зависимости от шага спирали,Как видно из данных 2, коэффициенттеплопередачи принимает наибольшее значение, когда шаг плоской спирали принимает значение 9-11 размеров ширины25 кольцевого канала.В табл. 3 приведены значения среднихкоэффициентов теплопередачи для предлагаемого теплообменника тех же параметровв зависимости от угла между образующей30 спирали и контактирующим с ней цилиндром,Как видно из данных табл. 3, оптимальный угол между образующей спирали и цилиндром составляет 40 - 50 С при других35 углах не удается достигнуть высоких коэффициентов теплопередачи,Улучшение теплообменных характеристик теплообменника достигается такжетем, что турбулизирующие вставки в смежно40 расположенных каналах имеют всгречнуюзакрутку,Изобретение позволяет достичь значительное увеличение коэффициента теплопередачи, которое снижает металлоемкость и45 увеличивает компактность аппарата, а простота конструкции улучшает технологичность изготовления,Формула изобретенияТеплообменник, содержащий корпус с50 торцевыми крышками и каналами для рабочих сред, образованными концентрично установленными в корпусе теплообменнымиэлементами в виде цилиндров и подключенными к распределительному и собирающе 55 му коллекторам, причем каналы выполненыс уменьшающейся шириной в направлениик периферии, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью интенсификации теплообмена, вкаждом канале установлена турбулизирующая вставка в виде спирали с шириной, рав1740944 Таблица 1 Таблица 2 аблица 3 5 30 2 195 К, Вт/м ной ширине канала, шаг которой составляет 9 - 11 ширины канала, а угол между спиралью и контактирующим с ним цилиндром 40 - 50 О, при этом в смежных каналах спирали имеют противоположное направлениезакрутки.,Ма аказ 2076 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101