АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в энергетике, строительстве и смежных с ними отраслях промышленности.
Известен теплообменный аппарат типа «труба в трубе», состоящий из трубчатых элементов, образованных двумя гладкими концентрически расположенными трубами (см. А.Г.Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии» М.: Химия 1971 - 784 с). Известные теплообменные аппараты весьма громоздки, требуют большого расхода металла на единицу поверхности теплообмена. Значительные затраты энергии на прокачку жидкости. Для увеличения поверхности теплообмена аппарата теплообменные элементы необходимо выполнять из нескольких параллельных секций.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является аппарат для проведения процессов теплообмена, содержащий вращающийся теплообменный элемент с проточной частью, выполненной в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор», и установленную соосно внешнюю трубу, образующую с ним теплообменное устройство типа «труба в трубе», причем внешняя труба выполнена с автономным приводом вращения (см. патент на пол. модель №92102 от 10.03.2010 Бюл. №7 - прототип).
Недостатком прототипа является недостаточная поверхность теплообмена внутренней проточной части вращающегося теплообменного элемента.
Задачей полезной модели является увеличение площади поверхности теплообмена внутренней проточной части теплообменного элемента типа «конфузор-дифффузор».
Результат достигается тем, что в аппарате для проведения процессов теплообмена, содержащем вращающийся теплообменный элемент с проточной частью, выполненной в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор» и установленную соосно внешнюю трубу, образующую с ним теплообменное устройство типа «труба в трубе», согласно полезной модели внутри проточной части теплообменного устройства установлены ребра плавникового типа с прорезями, образующими «гребешок».
Результат достигается тем, что расстояние между прорезями «гребешка» равно толщине ребра.
Предлагаемый аппарат для проведения процессов теплообмена представлен на фиг.1, на фиг.2 расположение ребер плавникового типа, на фиг.3 фрагмент ребра с прорезями.
Аппарат для проведения процессов теплообмена состоит из внутреннего теплообменного элемента 1, выполненного в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор», внутри которого смонтированы ребра 2 плавникового типа, имеющие прорези, образующие «гребешок», получаемые путем вырубки на прессах. Причем расстояние между прорезями «гребешка» «t» принимают равным толщине ребра «S», что позволяет, не снижая общую теплообменную поверхность, положительно влиять на процесс конвективного теплообмена. Следует отметить, что вырубка прорезей с расстоянием «t» меньше толщины ребра «S» может вызвать быстрое заполнение прорезей «водяными камнями», снижая эффект оребрения. Если расстояние «t» выполнено больше толщины ребра «S» - уменьшается коэффициент теплоотдачи из-за снижения эффекта образования вторичных течений.
Установка ребер в проточную часть теплообменного элемента осуществляется с внешней стороны этого элемента в зазоры, образованные путем фрезерования (дисковой или «пальчиковой» фрезой) сквозных канавок на образующей теплообменных элементов, с последующей сваркой (например лазерной) по внешнему периметру ребра к стенке теплообменного элемента.
Соосно теплообменному элементу 1 установлена внешняя вращающаяся труба 3. Внешняя труба 3 жестко связана с внутренним теплообменным элементом 1, образуют аппарат типа «труба в трубе», который смонтирован в подшипниках 4 и вращается от электродвигателя 5.
Внутрь теплообменного элемента 1 подают воду, а в межтрубное пространство 6 через штуцер 7, соединенный через сальник 8 с внешней вращающейся трубой 3, в противоток насыщенный пар, который в виде конденсата выводится через штуцер 9.
Герметичность между теплообменным элементом 1 и внешней вращающейся трубой 3 обеспечивается сваркой.
Аппарат для проведения процессов теплообмена работает следующим образом.
После включения электродвигателя 5 при помощи клиноременной передачи осуществляется вращение теплообменного элемента 1 и внешней трубы 3.
В проточную часть теплообменного элемента 1 подают воду а в противоток в межтрубное пространство 6 через штуцер 7 - пар. В процессе обтекания развитой ребристой поверхности ребер 2 и поверхности стенок канала теплоносителем в проточной части теплообменного элемента 1 происходит нагрев жидкости до требуемых температурных градиентов. Исследования показывают, что для интенсификации теплопередачи и сокращения габаритов рассматриваемого теплообменного аппарата внутренняя теплообменная поверхность по отношению к внешней теплообменной поверхности теплообменного элемента должна быть увеличена в 16…20 раз.
2
2
В связи с этим отметим, что ребра плавникового типа с прорезями, с одной стороны, не подавляют циркуляцию жидкости в поперечном сечении трубы, способствуют образованию вторичных течений, что вызывает высокие коэффициенты теплоотдачи от внутренней поверхности трубы к жидкости, а с другой, способствует многократному разрушению пограничного слоя, формирующегося на ребрах, обеспечивая передачу заданных тепловых потоков от поверхности ребра, что позволяет поддерживать высокую движущую силу процессов теплообмена, а благодаря предлагаемому виду выполнение прорезей ребер площадь теплообменной поверхности, контактирующей с водой может быть увеличена в 10…20 раз, что компенсирует в аппарате меньшие значения коэффициентов теплоотдачи со стороны воды (=1310 Вт/мК) по отношению к сбрасываемой с внешней поверхности 1 парожидкостной пленки, где коэффициент теплоотдачи может достигать =21000…25000 Вт/мК.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит увеличить поверхность теплообмена проточной части теплообменного элемента в среднем на 40%, сократить длину проточной части конфузорно-диффузорного канала приблизительно на 600 мм, снизить гидравлическое сопротивление при движении жидкости в теплообменных элементах и оптимизировать условия работы перекачивающего насоса на сеть.