ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к конструкции теплообменника.
Известно водопропускающее устройство с электроподогревом [1. А.с. №2013711. 5 F 24 H 1/20, Н 05 В 3/00. Водопропускающее устройство Жидковых с электроподогревом / О.Н.Жидков, О.Д.Жидков. Опубл. 30.05.94. Бюл. №10], содержащее снабженный подводящим патрубком и выпускным отверстием корпус, в полости которого установлен пакет неподвижных электродов, расположенных вертикально и с зазорами между собой, насадку с отверстием в днище, установленная соосно с корпусом и с охватом последнего, выпускное отверстие выполнено в днище корпуса, снабженного установленной по оси обечайкой, обрамляющий щелевидный канал, расширяющийся по направлению подвода воды.
Недостаток известного водопропускающего устройства с электроподогревом [1] заключается в возможности его использования только для нагрева воды. Кроме этого, наличие в корпусе пакета неподвижных электродов приводит к отложению на их поверхности солей, содержащихся в воде, и необходимости периодической отчистки неподвижных электродов.
Известен теплообменник с электроподогревом [2. Полезная модель №31165. 7 Р 28 Д 15/02. Теплообменник с электроподогревом / В.В.Стулов, Ю.Г.Кабалдин. Опубл. 20.07.2003. Бюл. №20], содержащий корпус с поперечной перегородкой, установленной в нем, с образованием каналов для теплообменивающихся сред, при этом в перегородке установлен пучок оребренных термосифонов, испарительные участки термосифонов расположены в щелевидном канале корпуса, расширяющемся по направлению подвода горячей среды с углом раскрытия составляющим α=5-10°, к которому примыкает выпускное отверстие корпуса, подводящий патрубок, в щелевидном канале
размещены последовательно направлению движения горячей среды плоские электронагреватели с регулируемой мощностью, термопара в щелевидном канале с горячей средой, в конденсационной части термосифонов расположен вентилятор, термопара на наружной поверхности корпуса, система автоматического управления работой теплообменника.
Недостаток теплообменника с электроподогревом [2] заключается в возможности его использования только для нагревания воздуха в помещениях.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого теплообменника, заключается в повышении эффективности передачи тепла, расширении возможности его работы и нагревании различных жидкостей.
Заявляемый теплообменник характеризуется следующими существенными признаками.
Ограничительные признаки: корпус с подводящим патрубком и выпускным отверстием; нагреватели.
1
2
1
2
1
Отличительные признаки: корпус выполнен цилиндрическим; нагревающий контур, расположенный коаксиально внутри корпуса; нагревающий контур выполнен в виде цилиндрической тепловой трубы с зонами нагрева и охлаждения; в зоне нагрева тепловой трубы расположен электрический нагревающий элемент; зона охлаждения тепловой трубы расположена в корпусе с зазором «δ»; диаметр тепловой трубы «Д», диаметр цилиндрического корпуса «Д», длина зоны охлаждения тепловой трубы «L» связаны соотношением Д/Д=0,85-0,9, L/Д=20-30; угол установки корпуса теплообменника с горизонтальной плоскостью α=6-12°; поверхность зоны охлаждения тепловой трубы выполнена оребренной; регулятор мощности нагревающего элемента; термопара в корпусе; система автоматического управления работой теплообменника.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого теплообменника и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Выполнение корпуса теплообменника цилиндрическим, например из трубы, уменьшает затраты времени и средств на его изготовление. Кроме этого, создаются условия достижения максимальной эффективности нагревания жидкости.
Расположение нагревающего контура коаксиально внутри корпуса создает условия для равномерного нагревания жидкости.
Выполнение нагревающего контура в виде цилиндрической тепловой трубы с зонами нагрева и охлаждения [3. Процессы переноса тепла и массы в тепловых трубах / В.Ф.Пресняков, В.И.Луценко, Ю.В.Наврузов и др. АН Украины. Ин-т геотехн. Механики. - Киев: Наук. Думка, 1992. - 160 с.] позволяет высокоэффективно транспортировать тепло в зону охлаждения и уменьшает габариты теплообменника.
Расположение в зоне нагрева тепловой трубы электрического нагревающего элемента позволяет разогревать тепловую трубу до заданной температуры, зависящей от теплофизических свойств нагреваемой жидкости.
Расположение зоны охлаждения тепловой трубы в корпусе с зазором «δ» позволяет подавать в зазор нагреваемую жидкость и высокоэффективно нагревать ее.
1
2
1
2
Уменьшение соотношения Д/Д<0,85 (где «Д» - диаметр тепловой трубы, «Д» - диаметр цилиндрического корпуса) приводит к нерациональному уменьшению поверхности теплообмена зоны охлаждения тепловой трубы и уменьшению количества передаваемого ей тепла для нагревания жидкости. Кроме этого, нерациональное увеличение зазора «δ» между зоной охлаждения тепловой трубы и корпусом уменьшает значение коэффициента теплоотдачи нагреваемой в зазоре жидкости и эффективность теплообменника в целом.
1
2
Увеличение соотношения Д/Д>0,9 не позволяет изготовить поверхность зоны охлаждения тепловой трубы заданного оребрения и нерационально снижает эффективность передачи тепла в жидкость. Кроме этого, возможное отложение солей на поверхности зоны охлаждения тепловой трубы приводит
к дополнительному уменьшению зазора «δ» и нерациональному увеличению гидравлического сопротивления движению нагреваемой жидкости.
1
1
Уменьшение соотношения L/Д<20 (где «L» - длина зоны охлаждения тепловой трубы, «Д» - диаметр тепловой трубы) приводит к нерациональному уменьшению поверхности теплообмена зоны охлаждения тепловой трубы и снижению эффективности всей конструкции.
1
Увеличение соотношения L/Д>30 приводит к нерациональному увеличению массы всей конструкции, уменьшению температуры поверхности зоны охлаждения тепловой трубы и снижению эффективности работы теплообменника.
Уменьшение угла установки корпуса теплообменника с горизонтальной плоскостью α<6° приводит к необходимости усложнения конструкции тепловой трубы для передачи заданного количества теплоты, увеличению времени и средств на изготовление тепловой трубы и ее стоимости.
Увеличение угла установки корпуса теплообменника с горизонтальной плоскостью α>12° затрудняет, в ряде случаев, расположение теплообменника в помещении и к снижению эффективности передачи тепла тепловой трубой.
Выполнение поверхности зоны охлаждения тепловой трубы оребренной увеличивает площадь поверхности теплообмена и количество отводимого нагревающей жидкостью тепла.
Наличие регулятора мощности нагревающего элемента позволяет эффективно использовать теплообменник для нагревания различных жидкостей.
Установка в корпусе теплообменника термопары позволяет получать сигналы о температуре нагреваемой жидкости.
Наличие системы автоматического управления работой теплообменника позволяет своевременно производить включение и выключение теплообменника при наличии и отсутствии нагревающей жидкости и достижении жидкостью заданной температуры нагрева.
На фиг.1 приведен внешний вид заявляемого теплообменника для нагревания жидкости, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1.
Заявляемый теплообменник на фиг.1 и 2 состоит корпуса 1 с подводящим патрубком 2 и выпускным отверстием 3, нагревающего контура 4 в виде цилиндрической тепловой трубы с зоной нагрева 5 и зоной охлаждения 6, электрического нагревающего элемента 7 с регулятором мощности, термопары 8.
Предварительно перед подачей напряжения на электрический нагревающий элемент 7 через подводящий патрубок 2 в корпус 1 подается нагреваемая жидкость, которая вытекает через выпускное отверстие 3, а термопарой 8 подается сигнал в систему автоматического управления работой теплообменника. Включается подача напряжения на электрический нагревающий элемент 7 с разогревом и испарением теплоносителя, находящегося в зоне нагрева 5 нагревающего контура 4 - цилиндрической тепловой трубы. Образующиеся при испарении теплоносителя пары, поступают в зону охлаждения 6 и конденсируются на внутренней поверхности цилиндрической тепловой трубы с передачей тепла через стенку трубы нагреваемой жидкости. В случае перегрева нагреваемой жидкости выше заданной температуры термопарой 8 подается сигнал в систему автоматического управления работой теплообменника и отключается подача напряжения на электрический нагревающий элемент 7.