Способ увеличения передача тепла через стенку от газов к жидкости Советский патент 1936 года по МПК F28D15/02 F28F13/00 

Почти во всех агрегатах, где происходит теплообмен между газами и жидкостями через разделяющую поверхность (стенку), имеет место существенное различие в величине коэфициентов теплоперехода от жидкости к стенке (или обратно) - аз и от газов к стенке (или обратно)-а,, причем коэфициент теплоперехода .от жидкости к стенке во много раз больше, чем от газов к стенке.

Проблема повышения коэфицкента а теплоперехода от газов к стенке имеет огромное практическое значение, ибо происходящее при этом увеличение суммарного коэфициента k теплопередачи означает пропорциональное уменьшение необходимой поверхности нагрева (поверхности разделительной стенки).

Связь, зстановленная между условиями теплопередачи и гидродинамическим режимом, позволила указать в свое время ряд методов повышения aj. Сюда относится увеличение скоростей газового потока, уменьшение диаметра труб (для трубчатых поверхностей нагрева), искусственная турбулизация потока и т. д.

Все эти методы в той или иной степени нашли распространение в практике конструирования агрегатов с теплообменными поверхностями. Однако этими методами оказалось невозможно полностью разрешить проблему повышения «j до значений, приближающихся к величине о. (коэфициенту теплоперехода на стороне жидкости).

Ниже предлагается принципиально новый способ радикального увеличения коэфидиента теплоперехода с газовой стороны. Предлагаемый способ повышения заключается в следующем. Пустьтепло передается от газЬ через стенку к жидкости А, причем температура газа выше температуры жидкости А.

В газовый поток в начале теплообменной поверхности впрыскивается жидкость Б, которая должна обладать рядом определенных свойств, в частности, она должна иметь температуру кипения при давлении, существующем в газовом потоке, более высокую, нежели температура жидкости Л, и более высокую, нежели температура стенки теплообменной поверхности с газовой стороны.

Жидкость В применительно к конкретным условиям выбирается особо.

Количество жидкости В, вводимой в газовый поток, должно быть таким, чтобы газ оказался насыщенным парами жидкости В, испарение которой понизит

температуру газа и несколько уменьшит температурный напор, существовавший между и жидкостью А.

По мере продвижения смеси газа и жидкости вдоль поверхности нагрева на теплообменной стенке (на поверхности нагрева) пары жидкости В будут постепенно конденсироваться и обеспечат на поверхности нагрева с газовой стороны присутствие жидкой пленки из жидкости В.

Коэфициент теплоперехода а будет теперь, естественно, такой же, как от конденсирующейся жидкости, т. е. весьма большим.

Теплообмен же между газом и парами жидкости В, осуществляемый при их перемешивании, происходит во много раз Интенсивнее, нежели теплообмен через стенку, и практически одинаковая температура газа и паров жидкости В должна обеспечиваться.

Сконденсированная жидкость В вновь вводится в очередную порцию поступающего газа. Процесс, круговой для жидкости В, идет непрерывно.

Часть паров испаряющейся жидкости В будет уходить с газами, покидающими теплбобменную поверхность (количество их определяется парциальным давлением их при температуре уходящих газов). Это количество паров необходимо при установившемся режиме компенсировать вводом в газы соответствующего по весу количества жидкости В в начале теплообменной поверхности.

Предлагаемый способ, по указанию авторов, дает следующий эффект: величина а, возрастает в 100 - 1000 раз; суммарный коэфициент теплопередачи возрастает в 50-500 раз; температурный напор уменьшается в 1,5-5 раз; в результате, при заданном количестве передаваемого тепла, потребная поверхность нагрева уменьшается в 10-330 раз или, при данной поверхности нагрева, количество передаваемого тепла возрастает в 10-330 раз; расходуется некоторое количество жидкости В, пропорциональное, вообще говоря, количеству работающего газа. Это количество тем меньше, чем ниже температура покидающих поверхность нагрева газов.

В случае передачи тепла от жидкости А к газу процесс происходит

обратным путем, а именно: на поверхности нагрева с газовой стороны жидкость В испаряется и температура кипения ее должна быть ниже температуры жидкости Л. В этом случае теплопередача к газу происходит при коэфициенте теплоперехода от стенки к газу, равном коэфициенту теплоперехода от стенки к испаряющейся жидкости.

По существу в рассмотренных случаях жидкость В, например, дифенилоксид является „промежуточным теплоносителем, своего рода катализатором процесса теплопередачи.

Предлагаемый способ интенсификации теплопередачи основан таким образом на применении „катализатора теплопередачи.

Применение, нг пример, дифенилоксида в качестве промежуточного теплоносителя обусловлен тем, что он не реагирует с дымовыми газами, не коррозирует металла, имеет температуру кипения при атмосферном давлении выше температуры кипения воды при 22 атм. и имеет весьма малое парциальное давление паров при температуре отходящих газов.

В каждом конкретном случае выбор жидкости катализатора производится особо, в зависимости от предъявляемых к нему требований. В частности, в паровых котлах может быть применен ряд других катализаторов теплопередачи.

Следует отметить, что выбираемая по экономическим соображениям температура уходящих газов (например, в паровых котлах), при применении катализатора теплопередачи будет значительно ниже, чем обычно (уменьшение стоимости поверхности нагрева, поглощающей единицу тепла, при увеличении я). Следовательно и потери катализатора с уходящими газами можно значительно снизить (они уменьшаются с понижением температуры).

В некоторых специальных случаях эти потери вообще не играют решающей роли, ибо основным является уменьшение веса установки, которое обусловлено применением катализатора.

При давлении газа, близком к атмосферному, подача катализатора может осуществляться и самотеком без усложнения установки насосом.

Применение катализатора теплопередачи может быть использовано в утилизаторах отходящего тепла двигателей внутреннего горения и промышленных печей.

В некоторых случаях (для некоторых жидкостей катализаторов) тотери жидкости с газами могут быть приближены к нулю химическим выделением каталиatropa из отходящих газов.

Предмет изобретения. Способ увеличения передачи тема через стенку от газов к жидкости, отлшчающийся тем, что в газы, отдающие тепло, вводится распыленном состоянии промежуточный теплоноситель, испаряющийся в газовой среде и конденсирующийся с отдачей тепла на трубах. заполненных средой, воспринимающей тепло.