Теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D7/00 F28F9/22 

Изобретение относится к теплообмен- ному оборудованию, в частности к теплообменникам для нагревания или охлаждения газа, водяного пара в энергетике, пищевой, легкой, текстильной и других отраслях промышленности, в установках для сушки материалов, фиксации красителей на тканях и других видах термической обработки материалов. Известны теплообменники, содержащие кожух, теплообменную внутреннюю трубу со спиральным оребрением, перекрывающим проходное сечение кожуха. На части высоты оребрения выполнены прорези, что позволило изготовить перемычки, турбу- лизирующие поток /1/.

Недостатком известного теплообменника являются малые коэффициенты теплообмена, значительные затраты металла на изготовление спирального оребрения. В процессе изготовления прорезей на спиральном оребрении часто происходит отрыв оребрения от труб.

Известный теплообменник имеет большое гидравлическое сопротивление для прохода нагреваемой среды между кожухом и теплообменными трубами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному теплообменнику является теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообмеиных труб, поперечные перегородки в межтрубном пространстве, перекрывающие проходное сечение кожуха и имеющие ячейки под трубы с криволинейными по меньшей мере на части их периметра стенками /2/.

Недостатком такого теплообменника являются малые коэффициенты теплообмена, так как максимальные коэффициенты теплообмена имеют место только в местах прохода среды через поперечные перегородки в межтрубном пространстве, а скорость среды за счет расширения струи подает по мере удаления от перегородки.

Цель настоящего изобретения - интенсификация теплообмена.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике каждая перегородка выполнена из пластин, соединенных между собой под углом друг к другу с образованием упомянутых ячеек, причем по меньшей мере две стенки каждой ячейки на части их высоты выполнены изогнутыми по винтовой линии. Кроме того, цель достигается тем, что пластины в каждой перегородке расположены перпендикулярно друг к другу.

Кроме того, цель достигается тем, что суммарная площадь проходных сечений ячеек с трубами в каждой перегородке равна 0,2Ч),45 площади проходного сечения кожуха, а поперечные перегородки установлены относительно друг друга на расстоянии в 10-12 раз большем эквивалентного диаметра ячейки.

На фиг. 1 показан продольный разрез

теплообменника; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - перегородка с пластинами; на фиг. 4 - графики.

Теплообменник состоит из кожуха 1,

пучка теплообменных труб 2, подводящих и отводящих патрубков 3 и 4, поперечных перегородок 5, выполненных из пластины 6 и 7. Поперечные перегородки 5 перекрывают проходное сечение кожуха 1 и имеют ячейки

9 под трубы 2 с криволинейными двумя стенками 8 ячейки, изогнутыми по винтовой линии на части их высоты. Пластины в каждой перегородке расположены перпендикулярно друг к другу, а каждая пластина выполнена с прорезями. Причем пластина 7 имеет отогнутые стенки 8 ячейки. Теплообменные трубы установлены в каждую ячейку с зазором, а внутри теплообменных труб установлены электрические нагреватели 10, как

показано на фиг. 2, или вместо нагревателей может прогоняться теплоноситель.

Теплообменник работает следующим образом.

Нагреваемая среда через подводящий

патрубок 3 подается в межтрубное пространство теплообменника, проходит через ячейки 9 перегородки 5. В каждой ячейке нагреваемая среда закручивается изогнутыми по винтовой линии стенками 8 вокруг

труб 2, создает локальные турбулентные потоки нагреваемой среды вокруг каждой трубы. На электрические нагреватели 10 подают напряжение или пропускают теплоноситель внутри теплообменных труб 2.

Тепло передается через стенки пучка тепло- обменных труб и потоком нагреваемой среды отводится с высоким коэффициентом теплоотдачи, Нагретую среду отводят через патрубок 4.

На фиг. 4 представлены результаты экспериментальных исследований выполненных на теплообменнике, которые показывают, что максимальная относительная теплоотдача с 1 м поверхности пучка

теплообменных труб достигается при следующих значениях отношений:

2 bJQTB. РЖ.С.

I

.отв.

0,2-0,45 и 10-12,

где 2 SOTQ. - суммарная площадь проходных сечений ячеек;

РЖ.с. - площадь проходного сечения кожуха;

I - расстояние между перегородками;

dsKB.oTB. - эквивалентный диаметр ячейки;

QOTH. относительная теплоотдача с 1 м2 поверхности пучка теплообменных труб;

Нотн. - относительное гидравлическое сопротивление перегородок.

Кроме того, на фиг. 4 приведена кривая зависимости относительного гидравлического сопротивления перегородок Нотн. от указанных выше отношений. Из этой зависимости видно, что при значениях

0,2 и

I

10

ж.с.

начинается рост относительного гидравлического сопротивления перегородок Нотн. Этим и объясняется снижение QOTH. при значениях отношений ниже указанных диапазонов. При увеличении значений этих отношений соответственно более 0,45 и 12 уменьшается теплоотдача с 1 м поверхности нагрева. Таким образом, предложенный диапазон изменения указанных отношений является оптимальным.

Коэффициент теплоотдачи среды в теплообменнике, предложенном в изобретении, в 1,5-2 раза превышает коэффициенты теплоотдачи, получаемые в известных теплообменниках, а гидравлическое сопротивление меньше, чем в известных конст0

5

0

5

0

5

рукциях. Кроме того, удельная металлоемкость предложенной конструкции теплообменника меньше, чем известного, описанного в прототипе.

Формула изобретения

1.Теплообменник, содержащий кожухе пучком теплообменных труб и поперечные перегородки в межтрубном пространстве, перекрывающие проходное сечение кожуха и имеющие ячейки под трубы с криволинейными на части периметра каждой ячейки стенками, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, каждая перегородка выполнена из пластин, соединенных между собой под углом друг к другу с образованием упомянутых ячеек, причем последние имеют четырехгранную форму и криволинейные стенки по меньшей мере у двух граней каждой ячейки, которые на части их высоты выполнены изогнутыми по винтовой линии.

2.Теплообменник по п. 1,отличаю- щ и и с я тем, что пластины в каждой перегородке расположены перпендикулярно друг другу.

3.Теплообменник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что суммарная площадь проходных сечений ячеек с трубами в каждой перегородке равна 0,2-0,45 площади проходного сечения кожуха, а поперечные перегородки установлены относительно друг друга на расстоянии, в 10-12 раз большем эквивалентного диаметра ячейки.

Использование: для осуществления нагрева или охлаждения газа, водяного пара в энергетике, пищевой, легкой, текстильной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: интенсификация теплообмена обеспечивается тем, что в теплообменнике, содержащем кожух 1, пучок теплообменных труб 2 и поперечные перегородки в межтрубном пространстве, перекрывающие проходное сечение кожуха 1 и выполненные из пластины 6 и 7, соединенных между собой под углом друг к другу с образованием четырехгранных ячеек 9. по меньшей мере две стенки 8 каждой ячейки 9 на части их высоты выполнены изогнутыми по винтовой линии. При этом пластины 6 и 7 каждой перегородки могут быть расположены перпендикулярно друг к другу. Кроме того, суммарная площадь проходных сечений ячеек 9 с трубами 2 в каждой перегородке равна 0,2-0,45 площади проходного сечения кожуха 1, а поперечные перегородки установлены относительно друг друга на расстоянии, в 10-12 раз большем эквивалентного диаметра ячейки 9. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. СО с Ю х4 vl Os Ю СЛ Ю 8

И

4

) Г

9

1 5

) Г

9

/

9

Фиг.

Физ.З

U ff

П0тн}(0тн

Ј$0т6.

о 0,1 о,г о,з о, 0,5 о,б oj о,д (19 to

г

7 д 9 10 11 12 а 14 Фиг.Ь

ймВ. о/п

ймВ. о/пВ.