Теплообменный элемент

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована в качестве конструктивных элементов теплообменных аппаратов с конденсацией теплоносителя.
Известен пучок теплообменных элементов, содержащий трубу с навитым на нее проволочным оребрением [SU 821901, F28F 1/36, 1981].
Недостатком этого элемента является низкий коэффициент теплоотдачи при конденсации пара при использовании его в вертикальных конденсаторах. Рост толщины образующейся на поверхности трубы пленки конденсата приводит к переливу конденсата через ребро, образованное проволокой.
В качестве прототипа выбран теплообменные элемент [SU 1000730, F28F 1/36, 1983], содержащий трубу с навитым на нее проволочным оребрением, состоящим из отдельных спиральных витков, расположенных с заданным шагом по длине трубы. Для интенсификации теплообмена осуществляется промежуточный отвод конденсата, для чего каждый из витков имеет участок в виде отвода от трубы под острым углом к направлению навивки.
Недостатком данного теплообменного элемента является низкий коэффициент теплоотдачи, вызванный частичным удалением конденсата с поверхности теплообмена.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение коэффициента теплоотдачи, уменьшение массы и габаритов теплообменников-конденсаторов.
Технический результат достигается тем, что теплообменный элемент, содержащий вертикально расположенную трубу, имеющую проволочную навивку с заданным шагом по длине трубы снабжен коническими шайбами и дополнительными трубами с проволочной навивкой, расположенными вокруг центральной гладкой трубы, являющейся конденсатоотводящей поверхностью, конические шайбы расположены на трубах и выполнены в виде полого усеченного конуса с центральным отверстием в основании для отвода конденсата к центральной трубе и отверстиями на боковой поверхности, расположенными вокруг центрального, для прохождения труб, при этом конические шайбы установлены на трубах с шагом 2-6 витков.
На фиг. 1 показан общий вид теплообменного элемента, на фиг. 2 - поперечный разрез теплообменного элемента в сечении 1-1, на фиг. 3 - поперечный разрез теплообменного элемента в сечении 2-2, на фиг. 4 - конденсатоотводящая коническая шайба.
Теплообменный элемент (фиг. 1 и фиг. 2) содержит трубы 1 со спирально-проволочным оребрением 2, навитым с шагом S, гладкую трубу 3 и конденсатоотводящие конические шайбы 4, установленные через 2-6 витков. Разрез теплообменного элемента с конденсатоотводящей шайбой приведен на фиг. 3. Конические шайбы 4 расположены на трубах 1, 3 и выполнены в виде полого усеченного конуса с центральным отверстием 5 в основании для отвода конденсата к центральной трубе 3 и отверстиями 6 на боковой поверхности, расположенными вокруг центрального отверстия 5, для прохождения труб 1. Конденсатоотводящие конические шайбы 4 (фиг. 4) имеют центральное отверстие 5 диаметром, превышающим диаметр центральной конденсатоотводящей гладкой трубы 3 для свободного стекания конденсата. Конические шайбы 4 установлены на трубах с шагом 2-6 витков. Проволочная навивка на трубах выполнена с шагом 1-3 диаметров трубы, диаметр проволоки составляет 0,056-0,086 диаметров трубы.
Теплообменный элемент работает следующим образом.
Пар конденсируется на наружной поверхности трубы 1, попадает в канавку, образованную стенкой трубы и проволокой 2, удерживаясь на поверхности проволоки под действием сил поверхностного натяжения движется до конденсатоотводящей конической шайбы 4, по которой стекает к центру, попадает в кольцевой зазор между центральной трубой 3 и шайбой 4. А затем стекает вниз по поверхности центральной конденсатоотводящей трубы 3. При этом конденсат по трубе 1 не попадает под шайбу 4.
Повышение интенсивности теплоотдачи достигается уменьшением толщины пленки конденсата на всей поверхности труб с проволочной навивкой, кроме того, ввиду повышенного расхода конденсата по поверхности центральной трубы на ней становится возможным развитие турбулентного режима течения конденсата, что также приводит к интенсификации теплообмена.
Таким образом, предлагаемый теплообменный элемент позволяет повысить интенсивность теплообмена при конденсации пара, а следовательно, уменьшить массу и габариты теплообменников-конденсаторов.
Источники информации
1. А. с. СССР №821901, F28F 1/36, 1981.
2. А. с. СССР №1000730, F28F 1/36, 1983.