ТЕПЛООБМЕННИК ТИПА "ТРУБА В ТРУБЕ" С РЕГУЛИРУЕМОЙ ПЛОЩАДЬЮ ТЕПЛООБМЕНА Российский патент 1999 года по МПК F28D7/10 

Изобретение относится к области теплообмена и может быть использовано для теплообмена в теплообменниках типа "труба в трубе".

Известны способы для поддержания заданной температуры охлаждаемой жидкости путем регулирования теплообмена в теплообменниках типа "труда в трубе" с помощью изменения расхода охлаждающей жидкости или турбулизацией пограничного слоя за счет различных завихрителей (авторское свидетельство СССР N 1 578 438, кл. F 28 F 13/12, 1990).

В известном устройстве турбулизация пограничного слоя достигается за счет проволочного пружинного завихрителя. Интенсивность теплообмена зависит от изменения расхода охлаждающей жидкости. Длина турбулизирующего участка контролируется грузом, жестко закрепленным на нижнем конце пружинного завихрителя. Груз выполнен из материала с магнитными свойствами, а в зоне колебания груза размещена катушка.

Недостатком данного устройства является то, что турбулизация пограничного слоя происходит за счет пружинного завихрителя, а регулирование теплообмена происходит путем изменения расхода охлаждающей жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является теплообменник типа "труба в трубе" с регулируемой площадью теплообмена, содержащий наружную трубу с патрубком подвода охлаждающей жидкости и внутреннюю трубу с охлаждаемой жидкостью (авторское свидетельство СССР N 992 993, кл. F 22 F 7/10, 1983) - см. фиг. 1.

Недостатком данного устройства является то, что для турбулизации потока охлаждающей жидкости применяется раздвижная система с зазорами, и изменение поверхности теплообмена происходит за счет движения ступенчатых частей внутренней трубы.

Для устранения этих недостатков в теплообменнике, содержащем наружную трубу с патрубком подвода охлаждающей жидкости и внутреннюю трубу с охлаждаемой жидкостью, внутренняя труба выполнена в виде конуса, а патрубок подвода наружной трубы - тангенциальным.

Предлагаемое устройство представлено на фиг. 2, где обозначено:
1 и 2 - вход и выход охлаждаемой жидкости соответственно;
3 - патрубок тангенциального подвода охлаждающей жидкости;
4 - выходное отверстие охлаждающей жидкости;
5 - внутренняя труба в виде конуса;
6 - наружная труба;
7 - воронкообразная поверхность охлаждающей жидкости.

Предлагаемый теплообменник содержит наружную трубу 6 с патрубком 3 тангенциального подвода охлаждающей жидкости и выходным отверстием 4 охлаждающей жидкости, внутреннюю трубу 5, выполненную в виде конуса с входом 1 и выходом 2 для охлаждаемой жидкости и помещенную внутри воронкообразной поверхности охлаждающей жидкости 7 в наружной трубе 6.

Подача охлаждающей жидкости в наружную трубу 6 осуществляется тангенциально через патрубок 3 для улучшения образования воронкообразной поверхности 7 охлаждающей жидкости у стенок внутренней трубы 5. Вращающаяся воронкообразная поверхность охлаждающей жидкости 7 вокруг стенок внутренней трубы 5 турбулизирует пограничный слой, улучшая теплообмен.

Регулирование площади теплообмена и турбулизации потока охлаждающей жидкости у внутренней трубы 5 основано на изменении давления охлаждающей жидкости в межтрубном пространстве.

Давление жидкости в межтрубном пространстве определяется по формуле

где H_i - давление охлаждающей жидкости;
D - диаметр выходного отверстия наружной трубы;
ν - скорость движения охлаждающей жидкости в выходном отверстии наружной трубы;
g - ускорение свободного падения.

В предлагаемом устройстве процесс воронкообразования происходит без завихрителей, вставок и лопаток за счет величины давления охлаждающей жидкости H_i, зависящей от диаметра выходного отверстия D наружной трубы 4 и скорости жидкости ν в выходном отверстии трубы 4. Длина воронкообразной поверхности l₁ зависит от величины давления H_i или диаметр D и скорость ν охлаждающей жидкости в выходном отверстии 4.

При повышении температуры охлаждаемой жидкости величина давления охлаждающей жидкости повышается до H₂, и в процессе теплообмена участвует длина l₂ охлаждаемой поверхности внутренней трубы 5.

При понижении температуры охлаждаемой жидкости величина давления охлаждающей жидкости поднимается до H₁ и в процессе теплообмена участвует длина охлаждаемой поверхности l₁.

Таким образом, предлагаемый теплообменник позволяет интенсифицировать теплообмен за счет воронкообразного вращательного движения охлаждающей жидкости и связанной с ней турбулизации потока жидкости у стенок внутренней трубы 5, а изменение давления охлаждающей жидкости влечет за собой изменение площади теплообмена, чем достигается регулирование процесса теплообмена. С помощью изменения давления охлаждающей жидкости регулируется длина воронкообразующей поверхности, а соответственно и поверхность теплообмена, которая необходима для поддержания заданной температуры охлаждаемой жидкости.

Теплообменник содержит наружную трубу (6) с патрубком (3) тангенциального подвода охлаждающей жидкости и выходным отверстием (4) для охлаждающей жидкости и внутреннюю трубу (5), выполненную в виде конуса со входом (1) и выходом (2) для охлаждаемой жидкости и помещенную в охлаждающую жидкость (7) в наружной трубе (6). Вращающаяся воронкообразная поверхность охлаждающей жидкости (7) вокруг стенок внутренней трубы (5) турбулизирует пограничный слой, улучшая теплообмен. Регулирование площади теплообмена и турбулизации потока охлаждающей жидкости у внутренней трубы (5) основано на изменении давления охлаждающей жидкости в межтрубном пространстве. 2 ил.

Теплообменник типа "труба в трубе" с регулируемой площадью теплообмена, содержащий наружную трубу с патрубком подвода охлаждающей жидкости и внутреннюю трубу с охлаждаемой жидкостью, отличающийся тем, что внутренняя труба выполнена в виде конуса, а патрубок подвода наружной трубы тангенциальным.