ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1994 года по МПК F28F1/14 

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к теплообменным поверхностям нагрева, и может быть использовано преимущественно в котлостроении.

Известны теплообменные поверхности, содержащие трубы с ребрами прямоугольного сечения. Такие поверхности используются, например, в экономайзерах для повышения их эффективности.

Недостатком этих поверхностей является повышенная трудоемкость изготовления из-за большого объема сварочных работ, обусловленного необходимостью приварки полос к гладкой трубе. Кроме того, не исключается прожог труб при приварке ребер к трубам, что снижает их надежность.

Наиболее близким к заявляемому по техническому существу и достигаемому эффекту из известных (прототипом) является теплообменный элемент, содержащий трубу, заключенную в оболочку, образующую с трубой плавниковые ребра и имеющую с ней зоны контакта в центральной части, вдоль которых выполнены непрерывные деформированные участки шириной меньше ширины зон контакта.

Недостатком прототипа является пониженная эффективность теплообмена, т. к. в районе контакта трубы и оболочки металл работает менее эффективно (термическое сопротивление контакта), а в районе плавников он омывается только с одной стороны.

Другим недостатком прототипа является перерасход металла, обусловленный наличием холостого металла оболочки в районе контакта ее с трубой, что увеличивает его вес и стоимость. Кроме того, ограниченная зона контакта трубы с оболочкой при полом плавниковом оребрении предполагает необходимость выполнения деформированных участков для улучшения фиксации оболочки на трубе.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена и снижение металлоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменном элементе, содержащем трубу с продольными плавниковыми ребрами, образованными внешней оболочкой, контактирующей с трубой на части длины, согласно изобретению оболочка на участках между ребрами имеет прямоугольные отверстия, расположенные в чередующемся порядке с диаметрально противоположных сторон.

Поставленная цель достигается также тем, что плавниковые ребра имеют разную высоту.

Увеличение теплообмена достигается тем, что часть (половина) поверхности трубы взаимодействует с омывающей ее теплообменной средой непосредственно, а не через оболочку, металл плавниковых ребер омывается с двух сторон. Выполнение оболочки на участках между ребрами с прямоугольными отверстиями, расположенными в чередующемся порядке с диаметрально противоположных сторон, позволяет снизить ее металлоемкость почти вдвое.

На фиг. 1 представлен фрагмент общего вида теплообменного элемента; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (с плавниковыми ребрами одинаковой высоты); на фиг. 3 - то же (с плавниковыми ребрами разной высоты).

Теплообменный элемент содержит трубу 1, размещенную во внешней оболочке 2, образующей продольные плавниковые ребра 3. Оболочка 2 выполнена из полосы с внутренними периодическими поперечными просечками 4, при этом смежные участки 5 полосы между просечками 4 выдавлены в противоположные стороны и в образовавшийся канал вставлена труба 1. При таком выполнении оболочки 2 труба 1 с каждой стороны относительно плавниковых ребер 3 оказывается частично открытой за счет образования прямоугольных отверстий в оболочке 2 в местах, выдавленных в противоположные стороны, участков 5 полосы между смежными просечками 4.

Необходимый натяг между оболочкой 2 и трубой 1 обеспечивают обжатием известными способами оболочки 2 на трубе 1 по концам просечек 4 без деформации трубы 1. Длину просечек 4 выполняют больше половины периметра трубы 1 с тем, чтобы после выдавливания смежных участков 5 полосы между просечками 4 в противоположные стороны в образовавшийся канал можно было ввести трубу 1. Для получения теплообменного элемента с плавниковыми ребрами 3 разной высоты просечки 4 выполняют с требуемым смещением к одной из боковых кромок полосы.

Теплообменный элемент работает следующим образом.

При омывании снаружи газами (например, горячими) тепло поступает с двух сторон к плавниковым ребрам 3. Кроме того, тепло поступает еще непосредственно к трубе 1, половина поверхности которой через упомянутые отверстия доступна для непосредственного контакта с газами, и, наконец, дополнительно тепло поступает к трубе 1 через теплообмен от газов к участкам 5 полосы и затем через их контакт с трубой 1. Через этот контакт в трубу 1 стекает и тепло, полученное плавниковыми ребрами 3. При разной высоте плавниковых ребер 3 можно обеспечить уменьшение эрозии и загрязнения.

Таким образом, часть тепла поступает непосредственно в трубу 1, а остальное тепло поступает в нее из полосы, через ее плавниковые ребра 3 и участки 5 полосы. Дальше тепло передается среде внутри трубы 1.

Использование: в теплообменных поверхностях нагрева, преимущественно в котлостроении. Сущность изобретения: теплообменный элемент содержит трубу с продольными плавниковыми ребрами, образованными внешней оболочкой, контактирующей с трубой на части длины. На участках оболочки, расположенных между ребрами, выполнены прямоугольные отверстия, расположенные в чередующемся порядке с диаметрально противоположных сторон. Плавниковые ребра имеют разную высоту. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий трубу с продольными плавниковыми ребрами, образованными внешней оболочкой, контактирующей с трубой на части длины, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена и снижения металлоемкости, оболочка на участках между ребрами имеет прямоугольные отверстия, расположенные в чередующемся порядке с диаметрально противоположных сторон элемента. 2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что плавниковые ребра имеют разную высоту.