RU2141089C1

RU2141089C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2141089C1
Application number: RU98103485A
Authority: RU
Inventors: В.П. Барковский; А.С. Финкельбаум; А.М. Хабаров
Original assignee: Зао Нпп "Старт"
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1999-11-10

Abstract

FIELD: chemical, petroleum refining and food-processing industries and mechanical engineering. SUBSTANCE: heat exchanger has passages for heat-transfer agent and working product with common walls and devices for inlet and outlet of heat-transfer agent and working product. Walls of heat exchanger are made from continuous band which is bent and twisted in spiral around axis of bend. Cavities between adjacent turns of band surface form passage for heat-transfer agent and working product which are alternating. Provision is made for versions of use of flat, corrugated or beaded bands. EFFECT: avoidance of internal welds; facilitated manufacture; enhanced efficiency of heat transfer. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, фармацевтической, парфюмерной, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства. The invention relates to heat exchange equipment and can be used in chemical, oil refining, food, pharmaceutical, perfumery, engineering and other sectors of the economy.

Известен теплообменник для жидкого теплоносителя, содержащий пакет по крайней мере из трех гофрированных цилиндрических труб, расположенных соосно с образованием кольцевых каналов и двух установленных навстречу друг другу торцевых коллекторов с наружными соосными ступенчатыми цилиндрическими поверхностями, введенными в каналы и контактирующими с их стенками (US, патент, 4146088, кл. F 28 D 7/10, 1979). A heat exchanger for a liquid heat carrier is known, comprising a packet of at least three corrugated cylindrical pipes arranged coaxially with the formation of annular channels and two end collectors mounted towards each other with external coaxial stepped cylindrical surfaces introduced into the channels and in contact with their walls (US, patent , 4146088, CL F 28 D 7/10, 1979).

Недостатками известного теплообменника являются понижение его тепловой эффективности при снижении температурного напора, когда лимитирующим тепловым сопротивлением становится гофрированная стенка трубы, которая не может быть меньше некоторой величины, определяемой из условия устойчивости трубы при нагружении ее наружным давлением, а также недостаточная степень турбулизации потоков теплоносителей в полостях теплообменника. The disadvantages of the known heat exchanger are a decrease in its thermal efficiency while lowering the temperature head, when the corrugated wall of the pipe becomes the limiting thermal resistance, which cannot be less than a certain value determined from the condition of pipe stability under loading by external pressure, as well as an insufficient degree of turbulization of the coolant flows in the cavities heat exchanger.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению является теплообменник, включающий каналы для теплоносителя и рабочего продукта, имеющие общие стенки, и устройства для ввода и вывода теплоносителя и рабочего продукта (RU, патент, 2075020, F 28 D 7/04, 9/00, 1997). The closest set of essential features to the claimed invention is a heat exchanger, including channels for the coolant and the working product, having common walls, and devices for input and output of the coolant and the working product (RU, patent, 2075020, F 28 D 7/04, 9 / 00, 1997).

Недостатком указанной конструкции является низкая надежность вследствие наличия большого количества внутренних сварных швов, в случае появления негерметичности в которых устранить эту неисправность практически невозможно. The disadvantage of this design is the low reliability due to the presence of a large number of internal welds, in case of leaks in which it is almost impossible to eliminate this malfunction.

Задачей изобретения является создание теплообменника, обладающего технологичностью изготовления и высокой эффективностью теплопередачи. The objective of the invention is to provide a heat exchanger with manufacturability and high heat transfer efficiency.

Поставленная задача решается за счет того, что в теплообменнике, включающем имеющие общие стенки каналы для теплоносителя и рабочего продукта и устройства для ввода и вывода теплоносителя и рабочего продукта, стенки теплообменника выполнены из цельной ленты, согнутой и навитой в плоскую спираль вокруг оси сгиба таким образом, что полости между соседними витками поверхностей ленты образуют каналы для теплоносителя и рабочего продукта, расположенные с чередованием друг за другом. The problem is solved due to the fact that in the heat exchanger including common channels for the coolant and the working product and the device for input and output of the coolant and the working product, the walls of the heat exchanger are made of a single tape, bent and wound into a flat spiral around the bend axis in this way that the cavities between adjacent turns of the surface of the tape form channels for the coolant and the working product, located alternating one after another.

Подобное конструктивное исполнение теплообменника позволит исключить наличие уплотнительных стыков и внутренних сварных швов за счет использования цельной ленты, в результате чего достигается высокая технологичность изготовления устройства и высокая надежность при эксплуатации, т.к. при использовании, например, плоской ленты возможно наличие только наружных сварных швов, возникающих при креплении верхних и нижних стенок. А при возможном использовании ленты с отбортовками - при соединении отбортовок, образующих верхние и нижние стенки, между собой. Such a design of the heat exchanger will eliminate the presence of sealing joints and internal welds due to the use of a single strip, which results in high manufacturability of the device and high reliability during operation, as when using, for example, a flat tape, only the external welds that occur when fastening the upper and lower walls are possible. And with the possible use of ribbons with flanges - when connecting flanges, forming the upper and lower walls, with each other.

Кроме того, каждая из стенок (кроме внешней, которая усиливается снаружи) теплообменника испытывает не давление рабочего тела, а только разницу между этим давлением и давлением охлаждающей жидкости, что позволяет сделать ее тонкой и, следовательно, улучшить теплообмен, облегчить и удешевить конструкцию прибора. In addition, each of the walls (except the external one, which is amplified externally) of the heat exchanger does not experience the pressure of the working fluid, but only the difference between this pressure and the pressure of the coolant, which allows it to be thin and, therefore, improve heat transfer, facilitate and cheapen the design of the device.

Помимо этого, конструкция почти исключает тепловой контакт каналов с внешней средой, поэтому не требует теплозащиты каналов, что позволяет также уменьшить габариты прибора и увеличить его эффективность. In addition, the design almost eliminates the thermal contact of the channels with the external environment; therefore, it does not require thermal protection of the channels, which also makes it possible to reduce the dimensions of the device and increase its efficiency.

Кроме того, для повышения эффективности теплопередачи, лента для изготовления стенок теплообменника может быть выполнена гофрированной, что позволит увеличить степень турбулизации потоков теплоносителя и рабочего продукта в каналах теплообменника и увеличить поверхность теплообмена. In addition, to increase the efficiency of heat transfer, the tape for the manufacture of the walls of the heat exchanger can be corrugated, which will increase the degree of turbulization of the flow of heat carrier and the working product in the channels of the heat exchanger and increase the heat transfer surface.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображен общий вид теплообменника; на фиг. 2 - начальная стадия навивки теплообменника; на фиг. 3 - внутренний вид каналов; на фиг. 4 - вариант использования ленты с отбортовками. The invention is illustrated by drawings, where: in FIG. 1 shows a general view of a heat exchanger; in FIG. 2 - the initial stage of winding the heat exchanger; in FIG. 3 - internal view of the channels; in FIG. 4 - an option of using a tape with flanges.

Теплообменник включает канал 1 для теплоносителя, канал 2 для рабочего продукта, устройства 3 и 4 для ввода соответственно теплоносителя и рабочего продукта и устройства 5 и 6 для вывода соответственно теплоносителя и рабочего продукта. Каналы 1 и 2 разделены между собой стенками 7, выполненными из цельной ленты, согнутой и навитой в плоскую спираль вокруг оси сгиба. При навивке ленты полости между соседними витками поверхностей ленты образуют спиральные каналы для теплоносителя и рабочего продукта, расположенные с чередованием друг за другом. Сверху и снизу полости каналов закрываются соответственно верхними 8 и нижними 9 стенками. При использовании металлической ленты для изготовления стенок 7 верхние 8 и нижние 9 стенки могут быть выполнены в виде металлической полосы профиля или металлического круга, приваренных к ленте. При использовании ленты из синтетических и природных полимерных материалов верхние 8 и нижние 9 стенки могут быть выполнены в виде уплотнительных элементов из соответствующих материалов. The heat exchanger includes a channel 1 for a coolant, a channel 2 for a working product, devices 3 and 4 for introducing a coolant and a working product, respectively, and a device 5 and 6 for outputting a coolant and a working product, respectively. The channels 1 and 2 are separated by walls 7 made of a single tape, bent and wound into a flat spiral around the axis of the bend. When winding the tape, the cavities between adjacent turns of the tape surfaces form spiral channels for the coolant and the working product, arranged alternately one after the other. The cavities of the channels above and below are closed by the upper 8 and lower 9 walls, respectively. When using a metal tape for the manufacture of walls 7, the upper 8 and lower 9 walls can be made in the form of a metal strip profile or a metal circle welded to the tape. When using tapes from synthetic and natural polymeric materials, the upper 8 and lower 9 walls can be made in the form of sealing elements from the corresponding materials.

Использование ленты с отбортовками позволяет исключить использование дополнительных элементов для изготовления верхних и нижних стенок, т.к. в качестве верхних 8 и нижних 9 стенок используются отбортовки, позволяющие, кроме того, выдерживать заданный интервал при намотке ленты в плоскую спираль. The use of flanging tape eliminates the use of additional elements for the manufacture of upper and lower walls, because flanges are used as the upper 8 and lower 9 walls, which, in addition, can withstand the specified interval when winding the tape in a flat spiral.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При вихревом движении теплоносителя и рабочего продукта навстречу друг другу теплоноситель подается в теплообменник в канал 1 посредством устройства 3, а рабочий продукт в канал 2 посредством устройства 4. When the coolant and the working product swirl towards each other, the coolant is supplied to the heat exchanger in channel 1 by means of device 3, and the working product into channel 2 by means of device 4.

Передача тепла от теплоносителя к рабочему продукту осуществляется через стенки 7 из теплопроводного материала, которые служат поверхностью теплообмена. Вывод теплоносителя из теплообменника осуществляется посредством устройства 5, а вывод рабочего продукта - посредством устройства 6. Heat transfer from the coolant to the working product is carried out through the walls 7 of the heat-conducting material, which serve as the heat transfer surface. The output of the coolant from the heat exchanger is carried out by means of the device 5, and the output of the working product through the device 6.

Использование данного изобретения позволит сократить затраты на изготовление и эксплуатацию теплообменника, за счет значительного сокращения количества материалов, а также отсутствия внутренних сварных швов, что делает прибор ремонтно-пригодным. Высокая эффективность работы и компактность конструкции позволяет уменьшать размеры теплообменника. The use of this invention will reduce the cost of manufacturing and operating a heat exchanger, due to a significant reduction in the number of materials, as well as the absence of internal welds, which makes the device repair-suitable. High efficiency and compact design allows to reduce the size of the heat exchanger.

Кроме того, предложенная конструкция не предусматривает внутри себя ни одного уплотнительного соединения, что повышает надежность при эксплуатации. In addition, the proposed design does not provide for a single sealing connection, which increases reliability during operation.

Claims

1. A heat exchanger comprising common channels for a heat carrier and a working product and devices for input and output of a heat carrier and a working product, characterized in that the walls of the heat exchanger are made of a single tape bent and wound into a flat spiral around the bend axis so that the cavity between adjacent turns of the surface of the tape form channels for the coolant and the working product, located alternating one after another.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tape is made corrugated.

3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the tape is made with flanges.