ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1996 года по МПК F28D9/00 F28F3/04 

Изобретение относится к аппаратам для утилизации теплоты паровоздушных выбросов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например, в текстильной и химической.

Известен трубчато-пластинчатый теплообменник, использующий тепло паровоздушной смеси для нагрева воды [1] содержащий пучок труб оребренных плоскими пластинами, образующими конфузорно-диффузорные каналы для прохода газообразного теплоносителя, причем угол между пластинами в конфузорной и диффузорной частях канала составляет 16-90 градусов.

Недостатком данной конструкции является высокое аэродинамическое сопротивление, вследствие загромождения проходного сечения пучком труб и нерационально выбранного угла раскрытия конфузорно-диффузорных участков. Как известно из справочной литературы (Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -М. Машиностроение, 1975) угол конфузора и диффузора свыше 40 градусов приводит к резкому увеличению аэродинамического сопротивления, что не рационально с экономической точки зрения.

Другим недостатком данной конструкции является то, что интенсификация теплообмена на конфузорно-диффузорных каналах не дает выигрыша в теплопереносе к нагреваемой воде, так как последняя практически не имеет контакта с этими пластинами.

Известен пластинчатый теплообменник [2] содержащий профилированные листы с гофрами, образующими осесимметричные каналы переменного сечения и снабженные прорезями для перетока среды в смежные каналы, причем гофры выполнены в виде последовательно соединенных конфузоров, а прорези размещены в плоскости перпендикулярной оси гофр в местах сопряжения смежных конфузоров.

Недостатком этого теплообменника является высокое аэродинамическое сопротивление на участке сопряжения конфузорных частей, где происходит срыв потока и образование застойных зон в области размещения прорезей. Кроме того, образование застойных зон уменьшает эффективную поверхность теплообмена и, как следствие, приводит к снижению эффективности данного устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является теплообменник [3] который содержит корпус и каналы, размещенные внутри корпуса и выполненные в виде последовательно чередующихся диффузорных и конфузорных участков с теплоотдающими и тепловоспринимающими поверхностями. На теплоотдающих поверхностях диффузорных участков каналов размещено пористое покрытие, капилляры которого расположены перпендикулярно поверхности диффузорных участков.

Однако, указанный теплообменник имеет существенный недостаток и не пригоден для утилизации теплоты паровоздушных смесей, удаляемых из машин отделочного оборудования текстильной промышленности, по причине забивания пористых покрытий пухом, содержащимся в них. Кроме того, забитое пухом пористое покрытие обладает значительным термическим сопротивлением, что снижает его теплотехническую эффективность. С другой стороны, пористое покрытие практически не поддается чистке, что значительно ухудшает технико-экономические показатели работы данного оборудования.

Целью настоящего изобретения является уменьшение энергозатрат путем снижения аэродинамического сопротивления и интенсификация процессов переноса.

Указанная цель достигается тем, что в теплообменнике входной и выходной патрубки, а также размещенные во внутренней полости профилированные листы, образующие каналы переменного сечения в виде последовательно чередующихся конфузорных и диффузорных участков, расположены вдоль оси теплообменника. Стенки конфузорных участков по холодному теплоносителю сделаны перфорированными, длина конфузорных и диффузорных участков одинаковая, угол их раскрытия равен 15-40 градусам, а перфорация выполнена в виде отверстий, расположенных в шахматном порядке со степенью перфорации 0,05-0,2.

Расположение патрубков подвода и отвода теплоносителей, конфузорных и диффузорных участков камеры теплообменника вдоль одной оси снижает аэродинамическое сопротивление, так как устраняет необходимость изменения направления движения воздуха. На проницаемых участках интенсифицируется теплообмен за счет непосредственного контакта холодного и горячего теплоносителя, а также турболизирующего влияния конфигурации каналов. Чередование конфузорных и диффузорных участков уменьшает толщину пограничного слоя и дополнительно интенсифицирует теплоперенос.

Дополнительный эффект достигается за счет присутствия капельной жидкости на стенках конфузоров по горячему теплоносителю, что интенсифицирует теплообмен к стенке, при этом происходит осушение влажного горячего теплоносителя, что увеличивает тепловой поток от одного теплоносителя к другому за счет фазовых переходов.

Признаков, сходных с отличительными признаками заявляемого теплообменника, в известных технических решениях не обнаружено.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема теплообменника, где на фиг. 2 его общий вид.

Теплообменник представляет собой горизонтальную камеру 1 с вертикально расположенными профилированными листами 2, образующими каналы переменного сечения в виде последовательно чередующихся конфузорных 3 и диффузорных 4 участков. С одной стороны камеры расположены патрубки подвода холодного 5 и горячего 6 теплоносителя, а с другой отвода 7, 8 соответственно. В стенках конфузора имеются отверстия 9 для перетока (фильтрации) теплоносителей.

Теплообменник работает следующим образом. Паровоздушная смесь, удаляемая из отделочного оборудования, подведенная к камере 1 через патрубок 8 проходит по конфузорно-диффузорным каналам 3, 4, образуемым профилированными пластинами 2. Отработанный газ удаляется в атмосферу через патрубок 8. Холодный воздух через патрубок 5 поступает в камеру проходит через каналы нагревается и направляется на технологические нужды через патрубок 7. При прохождении диффузорного участка часть горячего теплоносителя через отверстия 9 попадает в холодный воздух и нагревает его за счет непосредственного смешения. Кроме того, холодный воздух нагревается за счет теплопереноса через разделительную стенку, причем конфузорно-диффузорный канал позволяет интенсифицировать перенос за счет турбулизации потока и уменьшения толщины пограничного слоя. Отсос через перфорацию также интенсифицирует теплообмен за счет уменьшения термического сопротивления на стенке.

Интенсивность теплообмена со стороны горячего теплоносителя дополнительно увеличивается за счет орошения конфузорной части, что позволяет дополнительно нагреть холодный воздух на 3-4 градуса.

Использование предлагаемого изобретения имеет существенные преимущества перед прототипом. Благодаря расположению патрубков подвода и отвода теплоносителей, конфузорно-диффузорных каналов вдоль одной оси снижается аэродинамическое сопротивление участка, на котором располагается теплообменник, позволяет интенсифицировать теплообмен между холодным и горячим теплоносителями за счет непосредственного контакта последних, конфузорно-диффузорных каналов и орошения поверхности.

Использование: для утилизации теплоты паровоздушных выбросов в различных отраслях промышленности, например, в текстильной и химической. Сущность изобретения: теплообменник содержит камеру 1 с профилированными листами 2, которые образуют конфузор-диффузорные каналы 3, 4. С одной стороны расположены патрубки подвода, а с другой - отвода теплоносителей. В стенках конфузорных участков имеются отверстия для организации фильтрации горячего теплоносителя в холодный. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Теплообменник, содержащий кожух, входные и выходные патрубки для теплоносителей, а также размещенные в полости кожуха профилированные листы, образующие горизонтальные каналы для холодного и горячего теплоносителя в виде последовательно чередующихся диффузионных и конфузорных участков, отличающийся тем, что участки имеют одинаковую длину и угол раскрытия, составляющий 15 40^o, причем на стенках конфузорных участков канала для холодного теплоносителя выполнена перфорация в виде отверстий, расположенных в шахматном порядке, а степень перфорации составляет 0,05 0,2. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что степень перфорации равномерно возрастает от 0,05 на входе холодного теплоносителя в канал до 0,2 на его выходе из канала.