ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Теплообменный аппарат
Полезная модель относится к теплопередающим устройствам и может быть использована во всех областях техники, где используются теплообменные аппараты.
Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.
Известен теплообменный аппарат, содержащий трубу, внутри которой установлены турбулизаторы, предназначенные для интенсификации процесса конвективного теплообмена и выполненные в виде системы цилиндрических стержней, установленных диаметрально по винтовой линии с угловым смещением один относительно другого с шагом, равным или большим наружного диаметра стержня, см. А.с. NQ 798467, F28fl/40. Недостатком данного устройства является низкая эффективность теплообмена, требующая дополнительных затрат на увеличение мощности привода, усложнения конструкции.
Известен центробежный теплообменник с встречным перемещением жидкой и газообразной сред, содержащий корпус патрубками для ввода и удаления жидкости и газа, внутри которого установлен полый вал с отверстиями и закрепленными на нем тарелками параболической формы, установленными последовательно с образованием между ними пространств для направления потоков, см. А.с. № 514183, F28D11/02. В этом устройстве интенсификация процесса теплообмена происходит за счет увеличения скорости движения пленки жидкости вдоль теплопередающей стенки, однако коэффициент теплоотдачи низок, т.к. среды полностью не разделены и требуются дополнительные затраты мощности привода на перемещение жидкости к периферии корпуса устройства.
Известен вихревой аппарат для проведения тепломассообменных процессов в поле центробежных сил, содержащий цилиндрический корпус с тангенциальными патрубками для рабочей среды, торцовые крышки, внутренняя поверхность которых выполнена в виде поверхностей вращения с криволинейной образу1др1ей, выполненные в крышках осевые отверстия для вывода пара , при этом стенки торцовых крышек выполнены по образующим, имеющим разную кривизну, рм.а.с. № 965441, F22B29/02.
М.кл.:Р28011/02
жидкости . Центробежные силы в данном случае влияют лишь на интенсивность процесса испарения.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является недостаточная эффективность теплообменника, приводящая к необходимости увеличения его габаритов и усложнения конструкции.
Задачей полезной модели является повышение эффективности и , соответственно, интенсивности процесса теплоотдачи одной из сред , участвующих в процессе теплообмена , и увеличение коэффициента теплопередачи процесса, реализующегося в теплообменном аппарате.
Сущность заявляемой полезной модели выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.
Согласно полезной модели теплообменный аппарат, включающий средство для размещения не менее двух участвующих в теплообмене сред, разделенных теплопередающей стенкой , характеризуется тем, что теплопередающая стенка установлена с возможностью неравномерного перемещения, например, вращения, относительно средств для размещения сред, участвующих в теплообмене, таким образом, что в средах создаются инерционные силы, преимущественно направленные вдоль поверхности теплопередающей стенки.
В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Кроме этого, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения либо особые условия его использования, а именно :
-средства для размещения двух сред выполнены так, что участвующие в теплообмене среды полностью изолированы друг от друга,
-устройство снабжено дефлекторами, установленными внутри средства для размещения одной из участвующих в процессе теплообмена сред и имеющими форму, обеспечивающую интенсификацию процесса теплообмена, например, снабженными отверстиями, размещенными на разных расстояниях от продольной оси устройрра.
Заявленное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новой совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения.
Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленной совокупности признаков заключается в образовании в аппарате вихревой циркуляции среды в поле центробежных сил.
Получение упомянутого технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряда новых полезных свойств, а именно, увеличение коэффициента теплоотдачи и эффективности всего устройства .
Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим требованиям, предъявляемым к полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлен поперечный разрез по предлагаемому устройству , в котором происходит теплообмен между жидкой и газообразной средами.
Заявленное устройство содержит корпус со средством 1 для размещения газообразной среды (пара) и средством 2 для размещения жидкости . Эти две участвующие в процессе теплообмена среды полностью изолированы друг от друга и разделены теплопередающей стенкой 3. Теплопередающая 3 стенка установлена с возможностью неравномерного перемещения, например, вращения. В результате этого в средах создаются инерционные силы, преимущественно направленные вдоль поверхности теплопередающей стенки 3. Внутри средства 2 для размещения жидкости установлен дефлектор 4, разделяющий полость средства 2 на две полости 5 и 6 , сообщаемые периферийными 7 и центральными отверстия 8 , выполненными в дефлекторе 4 .
Устройство работает следующим образом.
При теплообмене между жидкостью и паром жидкость под действием центробежных сил перемещается вдоль теплопередающей стенки 3 и нагревается. Плотность жидкости падает ,а давление растет. На периферии средства 2 средняя плотность жидкости в полости 5 будет выше средней плотности жидкости в полости 6. Жидкость через периферийные отверстия 7 в дефлекторе 4 будет вытесняться из полости 5 в полость 6 и за счет перепада давления двигаться к центру устройства. При зафиксированном расходе жидкости через теплообменный аппарат , она будет опять через центральные отверстия 8 в дефлекторе 4 возвращаться в полость 5 и , таким образом, многократно участвовать в процессе теплообмена, проходя да)ль теплопередающей стенки 3. В устройстве образуется вихревая циркуляция жидиЬй
среды, что приводит к значительному увеличению скорости ее перемещения относительно теплопередающей стенки и, следовательно, увеличению коэффициента теплоотдачи. Вихревая циркуляция обеспечивает многократное прохождение единицы массы жидкости вдоль теплопередающей стенки. При движении жидкости от центра устройства к его периферии происходят дополнительные затраты механической энергии на перемещение жидкости, которые в дальнейщем компенсируются ее обратным перемещением к центру путем возврата части механической энергии в систему. Это снимает требование к увеличению мощности привода аппарата.
В заявленном устройстве увеличение теплоотдачи обусловлено несколькими причинами:
1.При вращении теплопередающей стенки 4 образующаяся пленка конденсата под действием центробежных сил интенсивно удаляется с поверхности теплопередающей стенки 4, оставляя ее практически сухой, что увеличивает коэффициент теплоотдачи в 3-5 раз.
2.Вращение теплопередающей стенки влияет на изменение критерия подобия Грасгофа, характеризующего интенсивность свободного движения жидкости, величина которого пропорциональна ускорению свободного падения. На жидкость, вращающуюся в емкости действует центробежное ускорение, которое может значительно превыщать значение ускорения свободного падения.
3.Во вращающемся теплообменнике создаются благоприятные условия для интенсивного движения жидкости под действием центробежных сил вдоль поверхности теплопередающей стенки, что увеличивает коэффициент теплоотдачи. Увеличение скорости движения жидкости относительно теплопередающей стенки приводит к росту числе Рейнольдса Re, а, следовательно, и критерия Нуссельта Nu, т.к. Nu tRet
Возможность промышленного применения заявленного технического рещения не вызывает сомнений , т.к. оно может быть осуществлено с использованием известных выпускаемых промышленностью средств.
Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества:
-повышение интенсивности процесса теплоотдачи,
-увеличение коэффициента теплопередачи процесса,