ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к области теплотехники и предназначена для применения в любых отраслях техники для подогрева и охлаждения газообразных или жидких сред.
Известен аналогичный газожидкостный теплообменник, описанный в книге («Компактные теплообменники» В.М.Кейс, А.Л.Лондон. Изд. Энергия. Москва. 1967. С.11-13).
Газожидкостный теплообменник изготавливается в виде пакета плоских труб, между которыми находятся соединяющие их ребра, жидкость перемещается в плоских трубах, а газ между соединяющими их ребрами.
Недостатком данной конструкции является ее низкая надежность.
В качестве прототипа выбран газожидкостный теплообменник (патент РФ №2342615), включающий два жидкостных контура и заключенные между ними теплосъемные ребра.
Характерной особенностью данного газожидкостного теплообменника является то, что поток газа вводится перпендикулярно поверхности одного из жидкостных контуров, который, соударяясь с поверхностью жидкостного контура, трансформируется в параллельной поверхности в радиально растекающийся поток. Перпендикулярность струи газа обуславливает высокий коэффициент теплопередачи в зоне соприкосновения с поверхностью теплообменника. С учетом высокой температуры поступающего газа, несмотря на сравнительно малую поверхность соприкосновения перпендикулярного потока, соизмеримую сечению струи газа, происходит передача значительной части тепла. В частности, для струи газа диаметром 60…80 мм и температурой 1100…1500 C° при использовании теплообменника из алюминиевого сплава на стадии соударения газа с поверхностью передается до 30…40% от общего тепла, передаваемого от газа к жидкости.
Недостатком прототипа является низкая надежность, обусловленная очень высокой теплонапряженностью участка теплообмена, на который перпендикулярно поверхности поступает горячий газ. В случае ухудшения теплосъема со стороны жидкостного контура, например, вследствие попадания в жидкость смазочных масел, что в практике случается достаточно часто, и образования на поверхности теплообменника масляной пленки, наиболее теплонапряженные участки могут расплавиться, что приведет к выводу из строя теплообменника и разгерметизации жидкостного контура.
Для повышения надежности газожидкостного теплообменника необходима такая конструкция теплообменника, при которой зона максимальной теплопередачи соответственно максимальной температуры будет локализована не на плоских участках, разделяющих газовый и жидкостной контуры, а на вершинах теплосъемных ребер.
В этом случае перегрев, который может привести к локальному оплавлению теплообменного ребра, не приведет к разрушению теплообменника.
Локальное оплавление теплосъемного ребра увеличивает сечение области перетекания к теплосъемному ребру другого частичного теплообменника, что приведет к уменьшению потока тепла к теплообменнику, у которого локально оплавилось теплосъемное ребро, и если за ним по ходу движения газового потока расположено теплосъемное ребро другого частичного теплообменника, то произойдет соответствующее увеличение теплового потока к другому теплообменнику.
Такое перераспределение теплового потока при локальных перегревах предохраняет теплообменник от разрушения при возникающих неконтролируемых загрязнениях, обращенных к жидкости поверхностях теплообменника.
Для обеспечения высокой надежности и одновременно с этим высокой эффективности теплообменника необходимо организовать газовый поток таким образом, чтобы значительная часть потока имела составляющую перпендикулярную к поверхности теплообменника, разделяющей газ и жидкость, а другая часть потока двигалась, огибая боковую поверхность теплосъемных ребер и перемещаясь через вершину теплосъемных ребер последовательно от теплосъемного ребра одного теплообменного контура к теплосъемного ребру другого теплообменного контура.
Для этой цели частичные теплообменные контуры должны быть изготовлены таким образом, чтобы при смыкании они образовывали лабиринт из незакрытых каналов, в котором одна боковая стенка незакрытого канала образована теплосъемным ребром одного теплообменника, а другая соответствующим теплосъемным ребром другого.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является достижение высокой надежности газожидкостного теплообменника при неконтролируемом ухудшении теплосъема со стороны жидкостных контуров.
Технический результат достигается тем, что в газожидкостном теплообменнике, состоящем из двух жидкостных теплообменных контуров и заключенных между ними теплосъемных ребер, жидкостные теплообменные контуры выполнены в виде плоских пластин из материала, обладающего высокой теплопроводностью, с крышками, формирующими жидкостные теплообменные контуры, с перпендикулярными к поверхности теплообменного контура теплосъемными ребрами, расположенными перпендикулярно к направлению втекающего горячего газа, и ограничительными стенками, формирующими замкнутую полость газового контура с патрубком выхода охлажденных газов, причем при смыкании двух жидкостных теплообменных контуров теплосъемные ребра образуют лабиринт из незакрытых каналов, в которых горячий газ перемещается от входа к выходу.
На фиг.1 показан газожидкостный теплообменник, где 1, 2 - плоские пластины; 3, 4 - крышки; 5, 6 - жидкостные контуры; 7, 8 - теплосъемные ребра; 9 - вход горячего газа; 10, 11 - ограничительные стенки; 12 - патрубок выхода охлажденных газов.
Работу предлагаемой полезной модели в условиях образования на теплообменной поверхности со стороны жидкостного контура загрязнений, препятствующих теплопередаче, можно проиллюстрировать следующим образом (фиг.2 и фиг.3).
На фиг.2 представлен газожидкостный теплообменник с образованной из загрязнений теплоизолирующей пленкой. При образовании на поверхности теплообменника загрязнения 14 происходит интенсивный разогрев теплосъемного ребра 7 с достижением в области вершины теплосъемного ребра 15 температуры плавления. При расплавлении вершины теплосъемного ребра 7 площадь соприкосновения газового потока с теплосъемным ребром уменьшится, и, соответственно, его температура станет ниже температуры плавления. В то же время увеличится сечение газового потока, поступающего к расположенному за ним теплосъемному ребру 8.
На фиг.3 представлен газожидкостный теплообменник после оплавления теплосъемного ребра 7. На теплосъемном ребре 8 показана зона 16, в которой происходит повышение температуры по сравнению с тем значением, которое было до оплавления теплосъемного ребра 7. Но поскольку тепловой поток к теплосъемному ребру 8 меньше, чем к теплосъемному ребру 7, то вероятность его оплавления существенно ниже, даже в случае наличия загрязняющих пленок в жидкостном контуре 6.