ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в энергетике, ЖКХ и смежных с ними отраслях промышленности.
Известен теплообменный элемент, представляющий собой пружинно-витую трубу в проточной части которой установлены интенсификаторы, жестко скрепленные с витками трубы (патент РФ №109282 на полезную модель от 10.10.11 Бюл. 28)
Известный теплообменный элемент имеет сложную конструкцию, кроме того возникают трудности при выполнении требований коаксиальности (соосности) при монтаже интенсификатора относительно проточной части пружинно-винтовой трубы.
Наиболее близким предлагаемому техническому решению является теплообменный элемент, представляющий собой пружинно-витую трубу, поверхность проточной части которой выполнена в виде чередующихся с заданным шагом выступов и впадин (патент РФ №119451 на полезную модель от 20.08.12 Бюл. 23).
Недостатком прототипа является низкая эффективность процесса теплообмена из-за предлагаемого варианта исполнения геометрии проточной части трубы.
Задачей полезной модели является увеличение эффективности теплообмена.
Технический результат достигается тем, что теплообменный элемент выполнен из проволоки, механически обработанной по длине.
Результат достигается также тем, что проволока свернута в спираль с жестким креплением по месту контакта образованных в ходе механической
обработки проволоки круговых сегментов, монолитно связанных с оребрением.
На фиг. 1 представлен теплообменный элемент 1, представляющий собой пружинно-витую трубу, выполненную из проволоки, механически обработанной по длине, с последующим ее свертыванием в спираль и жестким скреплением по месту контакта круговых сегментов 2, монолитно связанных с оребрением 3. Кроме того, теплообменный элемент снабжен по торцам короткими участками цилиндрических труб 4, жестко связанных с внутренним оребрением 3, с последующим креплением методом развальцовки трубы 4 в отверстиях трубной решетки теплообменника.
Предлагаемая конфигурация проточной части теплообменнлого элемента 1 выполняется перед свертыванием проволоки в спираль и может быть выполнена или методом волочения, когда проволоку протаскивают через волоку (фильеру) с отверстием по форме заданного поперечного сечения проволоки (см. Материаловедение и технология металлов под ред. Г.П. Фетисова, М.: Высшая школа, 2008, с. 570-574), или методом ротационной ковки, являющейся разновидностью ковки и осуществляемой на специальных ротационно-ковочных устройствах (см. статью Золотоносова Я.Д., Багоутдинова А.Г. Известия КГАСУ, 2013, №2(24), с. 150-157, пат. РФ №2542865 от 11.04.13).
Такие технологии позволяют получать проволоку в поперечном сечении с заданной геометрией с высокой точностью размеров, малой шероховатостью поверхности. В случае исполнения конфигурации проволоки в виде круговых сегментов 2, монолитно связанных с оребрением 3, исключается термическое контактное сопротивление в процессе теплообмена в месте перехода кругового сегмента в монолитно связанного с ним оребрения 3. На завершающем этапе подготовленная проволока сворачивается в спираль и по месту контакта круговых сегментов сваривается лазерной сваркой с образованием спирального цилиндрического теплообменного элемента 1.
Теплообменный элемент работает следующим образом.
После подачи среды в прочную часть теплообменного элемента 1, жидкость начинает турбулизироваться, двигаясь по сложной траектории с вращением, вызванным свертываемой в спираль проволокой с поперечным сечением в виде кругового сегмента 2, монолитно связанного с оребрением 3.
Интенсивная турбулизация потока в пограничном слое в пространстве между смежными стенками круговых сегментов 2, монолитно связанных с оребрением 3, благоприятно влияет на увеличение коэффициента теплоотдачи. Сокращение толщины стенки (в среднем в 2 раза за счет ее срезания с образованием кругового сегмента 2 и увеличения теплообменной поверхности за счет монолитного связанного с круговым сегментом оребрения 3 снижают термическое сопротивление стенки, что положительно отразится на росте коэффициента теплопередачи вновь разрабатываемых аппаратов теплообмена).
Экспериментально установлено, что предлагаемая конфигурация стенки теплообменного элемента позволяет в 2…3 раза увеличить передаваемый через стенку тепловой поток по сравнению с гладкой цилиндрической поверхностью.
Следует отметить также, что при выполнении предлагаемой конфигурации стенки теплообменного элемента в виде круговых сегментов, монолитно связанных с оребрением, в десятки раз снижает термическое сопротивление в месте перехода теплового потока от внешней стенки, а спиральное исполнение оребрения увеличивает поверхность теплообмена в среднем на 60%.
Таким образом, использование предлагаемых теплообменных элементов при проектировании и изготовлении теплообменного оборудования позволит существенно сократить габаритные размеры аппарата и снизить его металлоемкость.