ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ТУРБУЛИЗАТОРОМ

Полезная модель относится к теплообменным устройствам и может быть использована в водонагревательных установках для подогрева воды за счет отходящих газов из дымоходов, для систем отопления домов, сооружений и жилых помещений.
Известна теплообменная труба, имеющая кольцевые турбулизаторы - канавки и соответствующие им кольцевые турбулизаторы - выступы плавного профиля, выполненные состоящими из дуг окружности (патент РФ №2039335, опубл. 09.07.1995).
Недостаток такой теплообменной трубы с турбулизаторами - сложность их изготовления.
Известна водогрейная установка (патент РФ №2148216, опубл. 05.08.1998) и теплообменная установка (патент РФ №2179689, опубл. 15.12.1999), в которых дымогарные трубы снабжены турбулизаторами-катализаторами, размещенными в центре труб с движущейся рабочей средой.
Недостаток таких теплообменных установок с турбулизаторами - низкий КПД из-за слабых завихрений в прилежащих к стенкам труб тепловых потоках.
Известен отопительный аппарат (патент РФ №2238483, опубл. 13.04.2001), теплообменные элементы которого выполнены в виде труб прямоугольного или квадратного сечения с турбулизаторами на стержнях, свободно вставленных в трубах, с элементами, размещенными под углом 90° к потоку газов сгорания с перекрытием 0,63-0,83 площади сечения труб.
Недостаток таких теплообменных элементов с турбулизаторами - ограниченное применение, только для стационарных устоявшихся режимов горения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является теплообменник, включающий каналы для рабочих сред, завихрители, установленные на центральной оси равномерно по длине трубы с шагом t и выполненные в виде наклонных лопастей, на оконечностях которых дополнительно установлены дискретные кольцевые проволочные стержни, выполняющие роль турбулизаторов (патент РФ №2150644, опубл. 10.06.2000).
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в увеличении интенсивности теплообмена, снижении температуры отходящих газов.
Для достижения поставленной цели в теплообменном элементе с турбулизатором, содержащем трубу, укрепленные на центральном стержне и установленные с шагом t по длине трубы, и выполненные в виде лопастей завихрители, лопасти укреплены во втулках с возможностью их свободного вращения вокруг центрального стержня, но с фиксацией от продольного перемещения по последнему, угол между лопастями составляет α. Угол α между лопастями определяется количеством последних, шаг установки лопастей может быть как равномерным, так и неравномерным, центральный стержень закреплен в трубе с помощью каркаса с продольными рессорами.
Отличительными признаками предлагаемого теплообменного элемента с турбулизатором от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются следующие:
- лопасти укреплены во втулках с возможностью их свободного вращения вокруг центрального стержня, но с фиксацией от продольного перемещения по стержню,
- угол между лопастями составляет α и зависит от количества лопастей,
- шаг установки лопастей может быть как равномерным, так и неравномерным,
- центральный стержень закреплен в трубе с помощью каркаса с продольными рессорами.
Благодаря наличию этих признаков существенно увеличивается теплообмен, снижается температура отходящих газов.
Предлагаемый теплообменный элемент с турбулизатором иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2.
На фиг.1 изображен продольный разрез теплообменного элемента с турбулизатором; на фиг.2 - поперечный разрез.
Теплообменный элемент с турбулизатором представляет собой трубу 1 (фиг.1, 2). В трубе 1 с помощью каркаса 2 установлен центральный стержень 3 в подшипниках 4. На центральном стержне 3 установлены завихрители 5. Завихрители 5 представляют собой лопасти 6. Лопасти 6 установлены во втулках 7 с возможностью их свободного вращения вокруг центрального стержня 3. Угол α - угол между лопастями 6. Угол α зависит от количества лопастей 6 в завихрителе 5. В предлагаемой полезной модели этот угол составляет 90°, т.к. лопастей 6 в завихрителе 5 всего 4. Завихрители 5 по длине трубы 1 установлены с шагом t. Шаг t может бать как равномерным, так и неравомерным. Каркас 2 снабжен продольными рессорами 8. Продольные рессоры 8 обеспечивают упругую фиксацию каркаса 2 в трубе 1.
Турбулизатор теплообменного элемента работает следующим образом.
Рабочая среда в виде отходящих горячих газов при движении в трубе 1 воздействует на лопасти 6 завихрителей 5. Обтекая лопасти 6 завихрителей 5 при малой скорости движения отходящие газы изменяют направление своего движения, снижают скорость и увеличивают время передачи тепла к конвективной поверхности трубы 1. При увеличении скорости движения рабочей среды увеличивается воздействие на лопасти 6. Лопасти 6 начинают вращаться вокруг центрального стержня 3. Благодаря этому происходит турбулизация горячих отходящих газов, что увеличивает интенсивность теплообмена, снижая температуру отходящих газов. Путем изменения шага t расположения завихрителей 5 вдоль центрального стержня 3 регулируют участки теплообмена по интенсивности.