ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1995 года по МПК F28F13/12 F28D7/16 F28F1/40 

Изобретение относится к теплотехнике, в частности с рекуперативным теплообменным аппаратам.

Известен теплообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителей и пучок труб с расположенными внутри теплообменных трубок вставками, основное назначение которых состоит в турбулизации пристенного слоя путем создания там градиента давлений и скоростей и образования, желательно, мелкодисперсных вихрей [1]
Однако рост гидравлического сопротивления при этом, как правило, значительно опережает рост коэффициента теплопередачи, так как таким образом создаются не только мелкие, но и крупномасштабные вихревые структуры.

Кроме изложенных недостатков, метод с размещениями внутри трубок турбулизирующих поток вставок имеет еще один весьма существенный недостаток его практически невозможно реализовать в подавляющем большинстве случаев используемых в промышленности и транспорте теплообменников, когда внутренний диаметр трубки составляет порядка 10 мм и даже меньше, длина трубок достигает нескольких метров, а их количество исчисляется сотнями и даже тысячами (в судовых охладителях или конденсаторах трубки имеют внутренний диаметр 7,4 мм, длину около 2 м, а их количество достигает 2-2,5 тысяч).

Известен теплообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителей и пучок труб с расположенными внутри них гибкими вставками [2] выбранный в качестве прототипа.

Однако в этом техническом решении не указывается оптимальный размер вставки, что не позволяет в ряде случаев достичь требуемого результата. Кроме того, выполнение вставок по решению, выбранному в качестве прототипа, не учитывает изменения теплофизических свойств среды при движении последней внутри труб, например, при конденсации пара, что также снижает положительный эффект от применения гибких вставок.

Цель изобретения повышение тепловой эффективности аппаpата при минимальном росте гидравлического сопротивления и снижение скорости образования отложений.

Поставленная цель достигается тем, что расположенные внутри трубок гибкие вставки имеют максимальный поперечный размер, равный 0,4-0,6 внутреннего диаметра труб. При этом вставка имеет форму конуса с вершиной, расположенной в зоне подвода теплоносителя. Поверхность вставки может быть выполнена шероховатой и может иметь капиллярно-пористую структуру.

Выполнение вставки с максимальным поперечным размером, составляющим 0,4-0,6 внутреннего диаметра труб, позволяет исключить для прохода среды ту часть (центральную) трубки, которая эффективно не участвует в теплообмене.

Выполнение вставки в виде конуса с вершиной, расположенной в зоне подвода теплоносителя, позволяет улучшить процесс теплообмена при конденсации пара внутри трубок, так как при конденсации пара внутри трубок скорость его движения по мере продвижения вдоль трубки падает и соответственно уменьшается коэффициент теплопередачи. Увеличение диаметра поперечного сечения вставки пропорционально объему конденсирующего пара обеспечит возможность поддержания примерно постоянной скорости пара, а значит и коэффициента теплопередачи по всей длине трубки.

Выполнение поверхности вставки шероховатой позволит повысить эффективность очистки поверхности трубки от отложений, так как в процессе работы гибкая вставка будет, извиваясь, периодически касаться поверхности трубки.

Выполнение поверхности вставки с капиллярно-пористой структурой благоприятно повлияет на процесс конденсации пара, так как в этом случае при контактах извивающейся гибкой вставки с поверхностью трубки, на которой конденсируется пар, часть конденсата будет переходить на поверхность вставки и по ней транспортироваться к выходу из трубки, что приведет к снижению толщины слоя конденсата на поверхности трубки и значит повысит интенсивность процесса теплообмена. Наиболее эффективным является применение таких вставок в случаях конденсации пара внутри вертикально расположенных трубок с движением пара в них сверху вниз.

В результате достигается энергетически целесообразное повышение тепловой эффективности, когда рост гидравлического сопротивления примерно равен росту коэффициента теплоотдачи и кроме того снижается трудоемкость обслуживания теплообменника благодаря снижению скорости образования отложений на стенках трубок и, следовательно, более редко проводимой очистке.

На фиг.1 представлен теплообменный аппарат, продольное сечение, где изображен корпус 1, трубки 2, гибкие вставки 3, деталь 4 в которой гибкие вставки закреплены, патрубки 5 и 6 подвода и патрубки 7 и 8 отвода сред.

На фиг.2 изображена гибкая вставка; на фиг.3 узел I на фиг.2.

Теплообменник работает следующим образом.

Первая, например горячая, среда через патрубок 5 поступает внутрь трубок 2, пройдя по которым и за счет энергии потока приведя в змеевидное движение гибкие вставки, через патрубок 7 удаляется из теплообменника. Вторая, холодная среда поступает внутрь корпуса 1 теплообменного аппарата через патрубок 6 и, пройдя в межтрубном пространстве, удаляется из аппарата через патрубок 8.

Использование предлагаемого теплообменного аппарата позволит осуществить энергетически целесообразное повышение тепловой эффективности аппарата при одновременном снижении трудоемкости его обслуживания.

Использование: в теплотехнике, в частности в рекуперативных теплообменных аппаратах. Сущность изобретения: в каждой трубке 2 теплообменного аппарата располагается вставка 3 диаметром порядка 40 60% от внутреннего диаметра трубки, выполненная из гибкого материала, например полиэтилена. При этом вставка может иметь не цилиндрическую форму, а ее поверхность может быть не гладкой. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителя и пучок труб с расположенными внутри них гибкими вставками, отличающийся тем, что максимальный поперечный размер вставок составляет 0,4
0,6 внутреннего диаметра труб. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что вставка имеет форму конуса с вершиной, расположенной в зоне подвода теплоносителя. 3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что вставка выполнена шероховатой. 4. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что поверхность вставки имеет капиллярно-пористую структуру.