Способ подвода теплового потока к жидкому теплоносителю в теплообменнике Советский патент 1981 года по МПК H05B3/20 F28F23/02 

(54) СПОСОБ ПОДВОДА ТЕПЛОВОГО ПОТОКА К ЖИДКОМУ ТЕПЛОНОСИТЕЛЮ В ТЕПЛООБМЕННИКЕ

1

Изобретение относится к теплотех:п ке и может быть использовано в установках, где необходимо обеспечивать подогрев жидкого теплоносителя.

Известен способ подйода тепла к теплоносителю, когда нагревательные злементы не имеют непосредственного контакта с теплоносителем, и тепловой поток от нагревательных элементов передается теплоносителю теплопроводностью через электроизоляционные, материалы 11 .

Нагревательный элемент представляет собой электрическую спираль, равномерно намотанную (с одинаковым шагом) на поверхность трубы. В этом случае удельный тепловой поток (тепловой поток с единицы греющей поверхности (к теплоносителю будет постоянным по всей длине греющей поверхности (по ходу теплоносителя). Считая коэффициент теплоотдачи от греющей поверхности к теплоносителю постоянным, температура греющей поверхности

и средняя по сечению температура теплоносителя будут линейно возрастать по длине греющей поверхности.

Для каждого конкретного жидкого теплоносителя существует критическая температура Т,р, при которой теплоноситель меняет свои физико-химические свойства разложение теплоносителя, .кипение) . Температура теплоносителя на выходе из нагревателя за10ведомо выбирается ме.,ыле критической, однако при больших значе {иях удельного теплового потока и малых значениях коэффициента теплоотдачи температуры теплоносителя в пристеночном

«S слое может стать вьше критической, начнется его разложение (или кипение) , что приведет к местным перегревам и foжeт вывести из строя установку с нагревательными элементами. Ве20роятность возникновения такой ситуации возрастает при больших ресурсах работы нагревателей (например, до 10000)ч и выше , так как наличие незначительного количества посторонних примесей в теплоносителе может при вести к возникновению местных перегревов и достижению температуры значения Поэтому нагревательные эле менты с постоянным удельным тепловым потоком обладают потенциальной возмо ностью возникновения аварийных ситуа ций. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является спо соб подвода теплового потока к жидкому теплоносителю в теплообменнике при котором осуществляют нагрев теп. лоносителя по длине теплообменника п закону Г23. Однако в данном способе не предусмотрено создание температурного режима, поддерживаннцего жидкость в стабильном агрегатном состоянии. Цель изобретенияг - исключение воз можности измерения физико-химических свойств теплоносителя по длине греющей поверхности. Поставленная цепь достигается тем что температуру теплообменника поддерживают равной или меньшей критической температуры превращения агре гатного сос ояния теплоносителя, а закон нагреьа теплоносителя выбирают в соответствии с выражением -dLF X V(Tn.ft-T...... Ь пов 4.ftx) где QP А удельный тепловой поток, Вт/м коэффициент теплоотдачи, Вт/м град; температура теплоносителя на входе, град; F - поверхность теплообмена,м теплоемкость теплоносителя Дж/кг.град; массовьй расход тедлоносителя, кг/с; длина гренлцей поверхности, переменная координата по д не греющей поверхности, м (О X i L) . На фиг. 1 показано распределение температуры теплоносителя по сечению теплообменника; на фиг. 2 -. зависимость температуры греющей повер ности и средней температуры жидкости от приведенной длины нагревателя при постоянном удельном потоке; на фиг. 3 изображена зависимость удель ного теплового потока к теплоносите 4 ю от приведенной длины нагревателя ри постоянной температуре греющей оверхности; на фиг. 4 даны зависиости температуры греющей поверхности иСредней температуры теплоносителя от приведенной длины нагревателя при переменном по длине греюей поверхности теплоподводе. На графиках показаны удельный теповой поток Яо от греющей поверхности к теплоносителю; температура Т nog. ренщей поверхности; температура Т идкости теплоносителя , средняя по сечению; критическая температура Тцр. идкости; приведенная длина Х/1. нагревателя. Средняя по сечению температура тепоносителя при переменном по длине греющей поверхности теплоподводе меняется по экспоненциальному закону (фиг. 4) в отличие от линейного зако-, на при постоянном теплоподводе (фиг. 2). Температура греющей поверхности постоянна и меньше критической температуры теплоносителя, поэтому температура теплоносителя в любом слое всегда меньше критической. Способ осуществляют следующим образом. Для обеспечения подвода удельного теплового потока к теплоносителю по экспоненциальному закону сечение электрического нагревательного элемента выполненного, например, из графита должно меняться по закону где S сечение нагревательного элемента;полная тепловая производительность;и - электрическое напряжение, приложенное к концам нагревательного элемента; f - удельное сопротивление материала нагревательного элемента;(в-.м)-Р/Ь;Ка ч tpb X - переменная координата по длине греющей поверхности. Использование предлагаемого способа подвода удельного теплового потока к теплоносителю обеспечивает ис«кпючение возможности изменения физико-химических свойств теплоносителя по длине греющей поверхности, что увеличивает надежность и ресурс работы нагревательного аппарата, позв ляет сделать его более компактным. Формула изобретения Способ подвода теплового потока к жидкому теплоносителю в теплообменнике, при котором осуществляют нагрев теплоносителя по длине теопо обменника по заданному закону, о тличающийся тем, что, с це лью обеспечения стабильности агрегатного состояния теплоносителя, те пературу теплообменника поддерживаю равной или меиьшей критической температуры превращения агрегатного со стояния теплоносителя, а закон нагрева теплоносителя выбирают в соот ветствии с выражением X V-«(nc«T,.,)e Э/ вк пр гцеекл cnitflffAA

ОЛЛУС TAtfS /f ЫУ do- удельный тепловой поток, d- - коэффициент теппоотдачи, Вт/м град; температура греющей поверхности, град; ..Ч текпература теплоносителя на входе в теплообменную поверхность, град; - поверхность теплообмена, м ; теплоемкость теплоноснгеля, Дж/кгград; ЯГ - массовый расход теплоносителя, кг/с; L - длина грекяцей поверхностном; X переменная- координата по дянне греющей поБархностй, м (). Источники информации, ятые во внимание при экспертизе .Патент США N 2513242, 219-382, . .Авторское свидетельство СССР 9708, кл. Н 05 В 3/22, 1967.