ТЕПЛООБМЕННИК ПЛЕНОЧНОГО ТИПА Российский патент 2001 года по МПК F28C3/06 F28D15/00 

Изобретение относится к теплохладотехнике, конкретно к устройствам для охлаждения жидкости с использованием искусственного и естественного холода /например, воды с последующим охлаждением ею продукции пищевой промышленности/.

Известен теплообменник пленочного типа, содержащий корпус с верхней и нижней коллекторными камерами и подключенным к ним трубным пучком (SU 851078, F 28 D 3/04, 1981).

Недостаток этого пленочного тебплообменника - ненадежность в обеспечении образования жидкостной пленки на теплообменных трубах, так как даже небольшое отклонение труб от вертикального положения приводит к срыву пленки с их поверхности и снижению эффективности работы теплообменника.

Известен также теплообменник пленочного типа, содержащий корпус, в котором размещены частично погруженные в жидкость цилиндры /пленкообразующие поверхности/, расположенные один в другом, корпус в верхней части снабжен патрубками для ввода и вывода холодной газообразной среды, циркулирующей над жидкостью и вдоль поверхностей, причем внешним приводом осуществляется вращение вала, которым соединены пленкообразующие поверхности (SU 428187, F 28 C 3/06, 1974 г.).

Недостаток этого теплообменника - низкая эффективность теплообмена, так как при движении газообразного потока вдоль пленкообразующей поверхности отсутствует турбулизация газового потока, в пристенной зоне режим течения газового потока будет ламинарным, с точки зрения теплообмена малоэффективным.

Наиболее близким аналогом является теплообменник по SU 794353, F 28 D 15/02, который содержит корпус с патрубками ввода и вывода охлаждающей газообразной среды и охлаждаемой жидкости, в котором на валу закреплены частично погруженные в жидкость пленкообразующие поверхности, выполненные в виде герметичных тепловых труб с оребрением, заполненных рабочим веществом.

Недостаток этого теплообменника - низкая эффективность теплообмена.

Задача изобретения - интенсификация процесса теплообмена между холодной газообразной средой и охлаждаемой в теплообменнике жидкостью.

Технический результат - уменьшение необходимой для выполнения поставленной задачи поверхности теплообмена /т.е. создание более компактного и, следовательно, более дешевого теплообменника/.

Для этого в теплообменнике пленочного типа, содержащем корпус с патрубками ввода и вывода теплообменивающихся сред, в котором на валу закреплены частично погруженные в жидкость пленкообразующие поверхности, вал выполнен полым с заглушенными торцами и перфорированными стенками, а пленкообразующие поверхности - в виде герметичных разомкнутых тепловых труб с оребрением, заполненных рабочим веществом и размещенных по длине вала с последовательным угловым смещением в плоскости, перпендикулярной его оси, при этом патрубок ввода жидкости введен в полость вала. Кроме того, оребрение выполнено в виде пар пластин, между пластинами размещен пористый материал с высокой теплопроводностью, а оптимальное угловое смещение α тепловых труб составляет 5-10^o.

В таком теплообменнике улучшается теплообмен между газообразной и жидкой средами, так как указанное закрепление тепловых труб на валу усиливает турбулизацию газового потока. Усилению турбулентности газового потока и увеличению теплосъема способствует также оребрение тепловых труб /для еще большего усиления этого эффекта пластины оребрения на соседних тепловых трубах можно расположить в шахматном порядке/. Кроме того, при прохождении через жидкость пористого материала происходит его насыщение охлаждаемой жидкостью.

При контакте этого материала с газовым потоком происходит интенсивное охлаждение жидкости, находящейся в пористом материале, за счет конвективного теплообмена и за счет испарения части этой жидкости. При подаче отепленной жидкости внутрь полости вала в теплообмене участвует и внутренняя поверхность вала, что тоже способствует увеличению теплосъема.

На фиг. 1 показан поперечный разрез теплообменника, на фиг. 2 - продольный разрез /по вертикальной оси симметрии на фиг. 1/, на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1, на фиг. 5 - вид Г на фиг. 1 /с местным разрезом/.

Теплообменник пленочного типа содержит корпус 1 с патрубками 2 /для входа/ и 3 /для выхода/ холодной газовой среды /например, морозного уличного воздуха зимой/, полый вал 4, на внешней поверхности которого скобой 5 закрепляются овалообразные тепловые трубы 6, нижний и верхний концы разомкнутой ветви которых герметичны /фиг. 5/. На части прямолинейных участков тепловых труб 6 выполнено оребрение в виде парно расположенных с обеих сторон тепловой трубы 6 пластин 7 /вместе с тепловыми трубами они являются пленкообразующими поверхностями/, между которыми размещено пористое вещество 8 высокой теплопроводности, сами же тепловые трубы 6 закреплены на валу 4 и по его длине с последовательным угловым смещением α в плоскости, перпендикулярной оси вала, например, 5-10^o. Патрубок 9, по которому от потребителя холода поступает отепленная вода, свободно введен во внутреннюю полость вала 4, а в последнем выполнены отверстия 10, сообщающие полость вала с внутренним объемом корпуса.

Теплообменник работает следующим образом.

Нижняя часть корпуса 1 заполнена охлаждаемой жидкостью /например, водой, используемой затем для охлаждения молока на молокозаводе/. Отепленная вода от потребителя холода поступает внутрь полого вала 4. При вращении вала 4 /от любого привода, который на чертеже не показан/ теплая вода через отверстия 10 будет поступать в корпус 1 и с помощью тепловых труб 6, оребрения 7 и пористого материала 8 /которые и составляют пленкообразующие поверхности/ участвовать в теплообмене с холодной газообразной средой, поступающей в теплообменник через патрубок 2.

Таким образом, та часть тепловых труб, оребрения 7 и пористого материала 8, которые в данный момент находятся в жидкости, выполняет роль зоны испарения /за счет тепла воды внутри этой части тепловых труб 6 происходит испарение рабочего вещества, находящегося внутри них/, а та часть тепловых труб 6, оребрения 7 и пористого материала 8, что находится в это время в контакте с холодной газообразной средой, выполняет роль зоны конденсации /здесь внутри тепловых труб 6 происходит конденсация паров работы его вещества тепловых труб и передача тепла холодному газообразному потоку/. Следовательно, в заявляемом теплообменнике передача тепла от воды к холодному газообразному потоку происходит не только путем частичного испарения этой воды из водяной пленки на пленкообразующих поверхностях, но и за счет работы тепловых труб в соответствии с их принципом действия. Патрубок 11 служит для отвода охлажденной жидкости холодопотребителю. Для уменьшения уноса капель воды с потоком воздуха в патрубке 3 может быть установлен каплеотбойник 12.

Теплообменник предназначен для охлаждения жидкости с использованием искусственного и естественного холода и может быть использован в хладотехнике. Теплообменник содержит корпус с патрубками ввода и вывода охлаждающей газообразной среды и охлаждаемой жидкости, в котором на валу закреплены пленкообразующие поверхности в виде разомкнутых герметичных тепловых труб с оребрением, размещенных по длине вала с последовательным угловым смещением в плоскости, перпендикулярной его оси, при этом патрубок ввода охлаждаемой жидкости введен в полость вала. Конструкция теплообменника обеспечивает повышение эффективности теплообмена. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Теплообменник пленочного типа, содержащий корпус с патрубками ввода и вывода охлаждающей газообразной среды и охлаждаемой жидкости, в котором на валу закреплены частично погруженные в жидкость пленкообразующие поверхности, выполненные в виде герметичных тепловых труб с оребрением, заполненных рабочим веществом, отличающийся тем, что вал выполнен полым с заглушенными торцами и перфорированными стенками, а тепловые трубы выполнены разомкнутыми и размещены по длине вала с последовательным угловым смещением в плоскости, перпендикулярной его оси, при этом патрубок ввода охлаждаемой жидкости введен в полость вала. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что оребрение выполнено в виде пар пластин. 3. Теплообменник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что между пластинами размещен пористый материал с высокой теплопроводностью. 4. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что оптимальное угловое смещение α тепловых труб равно 5 - 10^o.