ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1998 года по МПК F28F1/02 F28F13/00 F28F13/04 

Изобретение относится к котельной технике. Его целесообразно использовать в теплообменных устройствах при охлаждении продуктов сгорания ниже температуры точки росы.

Известна экономайзерная труба (Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. М., 1973, с. 262), которая выполнена оребренной с двумя ответными фланцами.

Известен теплообменный элемент (SU, авторское свидетельство N 307258 A, F 28 B 1/02, 1971), (ближайший аналог), ребра которого выполнены М-образной формы, суживающиеся от основания к вершине. Трубы могут быть выполнены как с продольным, так и с поперечным оребрением. Оребрение выполнено для увеличения интенсификации теплообмена в паровом конденсаторе.

Однако, при передаче теплоты от продуктов сгорания, имеющих температуру ниже температуры точки росы, вследствие значительного количества инертной составляющей происходит ухудшение тепломассообмена. Часть теплоты передается конвекцией, а другая часть конденсацией водяных паров из продуктов сгорания.

При использовании в конденсационном экономайзере теплообменного элемента с геометрическими формами ближайшего аналога имеют место следующие недостатки:
1. Увеличение площади теплопередающей поверхности за счет М-образного оребрения по отношению к круглой трубе невелико, что привело бы к возрастанию массогабаритных показателей.

2. В трубном пучке конденсат с вышерасположенных трубок падает на нижерасположенные. При этом происходит возрастание толщины пленки конденсата, что увеличивает термическое сопротивление при передаче теплоты.

3. Наличие М-образного оребрения при скоростях омываемого потока 12-15 м/с (экономически целесообразной для экономайзеров) приводит к значительному росту аэродинамического сопротивления, что приведет к перерасходу электроэнергии на привод дымососа.

4. Конструкция ближайшего аналога сложна и дорога при изготовлении.

Задача, решаемая изобретением заключается в том, чтобы повысить эффективность процесса тепломассообмена и снизить аэродинамическое сопротивление.

Для достижения поставленной задачи профиль трубки выполнен каплевидным, центральная ось которой наклонена под углом α к горизонту, а квадратные фланцы, стороны которых больше, чем у поперечных квадратных ребер, находящихся на трубе на величину двух толщин "а" этого же ребра, перпендикулярно которым со стороны узкой части основания каплевидной трубы между крайними ребрами расположена вертикальная перегородка, выступающая ниже ребра на его толщину "а", причем дополнительная ось основания каплевидной трубы расположена выше горизонтальной оси симметрии ребра на величину эксцентриситета "e".

На фиг. 1 и 2 изображен теплообменный элемент, состоящий из: 1 - квадратного фланца, 2 - квадратного ребра, 3 - профиля трубы каплевидного профиля, 4 - вертикальной перегородки, 5 - центральной наклонной оси, 6, 7 - дополнительной и большой осей основания трубы каплевидного профиля.

Теплообменный элемент передает теплоту следующим образом. Продукты сгорания отдают тепло посредством конвекции и конденсации водяных паров. Образовавшаяся на наружной поверхности теплообменного элемента пленка конденсата стекает по каплевидному профилю основания трубы 3. Капли конденсата накапливаются в нижней части, наклонной к горизонту под углом α, вертикальной перегородки 4. По ней он удаляется в сторону нижерасположенного квадратного фланца 1, откуда струйкой конденсат сливается вниз. Конденсат, который образовался на квадратных ребрах 2 теплообменного элемента, попадает на поверхность нижеразмещенного теплообменного элемента.

Поставленная задача решена благодаря переходу к каплевидному профилю основания трубы теплообменного элемента, что устраняет накопление конденсата в нижней части трубы. Коэффициент аэродинамического сопротивления профиля трубы каплевидного профиля исходя из литературных данных примерно на порядок меньше, чем у оребренной трубы ближайшего аналога. Это позволяет существенно увеличить скорость омывания теплообменного элемента продуктами сгорания, что позволяет увеличить скорость продуктов сгорания и приводит к возрастанию интенсивности тепломассообмена.

Изобретение предназначено для применения в котельной технике, связанной с охлаждением продуктов сгорания ниже температуры точки росы. Теплообменный элемент содержит оребренную трубу, профиль которой выполнен каплевидным, а ее центральная ось наклонена под углом α к горизонту, квадратные фланцы, стороны которых больше, чем у поперечных квадратных ребер на величину двух толщин "а" этого же ребра, вертикальную перегородку, расположенную перпендикулярно квадратным ребрам со стороны узкой части основания каплевидной трубы между крайними ребрами и выступающую ниже ребра на его толщину "а". Причем дополнительная ось основания каплевидной трубы расположена выше горизонтальной оси симметрии ребра на величину эксцентриситета"е". Технический результат (снижение аэродинамического сопротивления и повышение эффективности теплообмена) достигается благодаря переходу к каплевидному профилю основания трубы теплообменного элемента, что устраняет накопление конденсата в нижней части трубы, а также существенно снижает аэродинамическое сопротивление. 2 ил.

Теплообменный элемент, состоящий из оребренной трубы, отличающийся тем, что профиль трубы выполнен каплевидным, центральная ось которой наклонена под углом α к горизонту, а квадратные фланцы, стороны которых больше, чем у поперечных квадратных ребер, находящихся на трубе, на величину двух толщин "а" этого же ребра, перпендикулярно которым со стороны узкой части основания каплевидной трубы между крайними ребрами расположена вертикальная перегородка, выступающая ниже ребра на его толщину "а", причем дополнительная ось основания каплевидной трубы расположена выше горизонтальной оси симметрии ребра на величину эксцентриситета "е".