МУЛЬТИТЕПЛОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
MULTIPIPE HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для проведения процессов теплообмена, в частности для утилизации низкопотенциальной тепловой энергии.
Известна тепловая труба, содержащая частично заполненные жидким теплоносителем корпус и расположенные в нем ребра, образующие каналы (капилляры), сообщающиеся между собой со стороны зон испарения и конденсации, ограниченные буртиками с обеих сторон [1].
Недостатком известного устройства является низкая удельная производительность, что снижает его эффективность.
Более близким к предлагаемому изобретению является плоская тепловая труба, содержащая корпус, разделенный на полости (камеры охлаждения и нагрева) горячего и холодного газов (горячей и холодной среды), в которых происходит охлаждение горячего и нагрев холодного газов, плоским диском на вращающемся валу с размещенными на нем параллельно валу тепловыми трубами, состоящими из корпуса с расположенными в нем зонами испарения, транспорта (капиллярного материала-фитиля) и конденсации, частично заполненными рабочей жидкостью [2].
Основным недостатком известного теплообменника является необходимость подвода механической энергии для вращения вала, что снижает его эффективность и надежность.
Техническим результатом предлагаемого мультитеплотрубного теплообменника является повышение эффективности и надежности.
Технический результат достигается в мультитеплотрубном теплообменнике (МТТТО), включающем корпус, разделенный на камеры охлаждения и нагрева, с размещенными в нем тепловыми трубами, состоящими из корпуса с расположенными в нем зонами испарения, транспорта (фитиля) и конденсации, частично заполненными рабочей жидкостью, причем в корпусе теплообменника помещены: камера охлаждения, снабженная патрубками входа и выхода горячей среды, зона испарения которой состоит из испарительных гильз, размещенных в шахматном порядке с внутренней поверхностью, покрытой полосами капиллярного материала (фитиля), образующими между собой канавки, коллекторная камера с массивом фитиля, соединенная через отверстия с открытыми торцами испарительных гильз и полосами фитиля камеры охлаждения соответственно, камера нагрева, снабженная патрубками входа и выхода холодной среды, в которой зона конденсации состоит из конденсационных гильз, также размещенных в шахматном порядке со смещением своих осей относительно осей испарительных гильз, крышки которых соединены с массивом фитиля коллекторной камеры подъемными фитилями, проходящими через центр конденсационных гильз, не касаясь поверхности их внутренних стенок, соединенных с отверстиями в крышке коллекторной камеры, причем зона транспорта состоит из соприкасающихся между собой полос в испарительных гильзах камеры охлаждения, массива в коллекторной камере и подъемных в конденсационных гильзах камеры нагрева фитилей.
Устройство предлагаемого мультитеплотрубного теплообменника (МТТТО) приведено на фиг.1-6.
МТТТО состоит из корпуса 1, внутри которого расположены камера охлаждения 2, снабженная патрубками входа и выхода горячей среды 3 и 4 соответственно, зона испарения которой состоит из испарительных гильз 5, размещенных в шахматном порядке, внутренняя поверхность которых покрыта полосами капиллярного материала (фитиля) 6, образующими между собой канавки 7, коллекторная камера 8 с массивом фитиля 9, соединенная через отверстия в своей крышке с открытыми торцами гильз 5 и полосами фитиля 6 соответственно, камера нагрева 10, снабженная патрубками входа и выхода холодной среды 11 и 12 соответственно, зона конденсации которой состоит из конденсационных гильз 13, также размещенных в шахматном порядке со смещением своих осей относительно осей испарительных гильз 5, крышки которых соединены с массивом фитилем 9 подъемными фитилями 14, проходящими через центр конденсационных гильз 13, не касаясь поверхности их внутренних стенок, соединенных с отверстиями в крышке коллекторной камеры 8, причем зона транспорта состоит из соприкасающихся между собой полос фитиля 6, массива фитиля 9 и подъемных фитилей 14.
Предлагаемый МТТТО работает следующим образом.
Предварительно, перед началом работы из камер 2, 8, 10 удаляют воздух и закачивают рабочую жидкость, которую выбирают в зависимости от температурного потенциала холодной и горячей сред до полного насыщения фитилей 6, 9, 14 (штуцеры для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг.1-6 не показаны), в количестве, достаточном для заполнения объема их пор и пара в паровом пространстве. После этого в камеру охлаждения 2 с испарительными гильзами 5 МТТТО через патрубок 3 подают горячую среду (жидкость или газ), а в камеру нагрева 10 с конденсационными гильзами 13 - холодную среду (жидкость или газ). Непрерывная циркуляция холодной и горячей сред обеспечивает интенсивный теплообмен рабочего тела (пара и жидкости) в камерах нагрева и охлаждения 10 и 2 с этими средами за счет создания в камерах 10 и 2 турбулентных потоков. В результате нагрева испарительных гильз 5 камеры охлаждения 2 происходит испарение рабочей жидкости в канавках 7, находящейся в фитиле 6, который транспортирует рабочую жидкость в зону испарения, предотвращает образование паровой пленки на внутренней поверхности испарительных гильз 5 и таким образом интенсифицирует процесс испарения, образуется пар, после чего полученный пар попадает в коллекторную камеру 8, откуда распределяется по паровому пространству конденсационных гильз 13 камеры нагрева 10, где конденсируется на внутренней поверхности гильз 13, образовавшийся конденсат под действием сил тяжести стекает на их дно, поглощается подъемными фитилями 14 и массивом фитиля 9, соединенным с полосами фитиля 6, откуда распределяется по внутренней поверхности гильз 5, после чего цикл повторяется. При этом процесс теплообмена с горячей и холодной средами протекает со скоростью, многократно превышающей скорость аналогичного процесса в обычных теплообменниках, обусловленной высокими значениями коэффициента теплопередачи в процессах испарения и конденсации [3, с.146; 4, с.106; 5, с.22].
Таким образом, предлагаемый МТТТО значительно повышает производительность теплообменника за счет наличия множества тепловых труб, многократно увеличивающих площадь контакта с горячей и холодной средами без подвода дополнительной механической энергии, что позволяет использовать его в промышленных масштабах и обеспечивает высокую эффективность и надежность, в том числе и при утилизации низкопотенциальной энергии.
ЛИТЕРАТУРА
1. А.с. №1783268, Мкл. F28D 15/02, 1991.
2. А.с. №1673824, Мкл. F28D 15/02, 1989.
3. А.Н.Плановский, П.И.Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1987, 496 с.
4. В.В.Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Высш. школа, 1988, 170 с.
5. Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. трудов. М., 1990, 157 с.