АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в энергетике, строительстве и смежных с ними отраслях промышленности.
Известен теплообменный аппарат типа «труба в трубе», состоящий из трубчатых элементов, образованных двумя гладкими концентрически расположенными трубами (см. А.Г.Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии» М.: Химия 1971-784 с). Известные теплообменные аппараты весьма громоздки, требуют большого расхода металла на единицу поверхности теплообмена. Значительные затраты энергии на прокачку жидкости. Для увеличения поверхности теплообмена аппарата теплообменные элементы необходимо выполнять из нескольких параллельных секций.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является аппарат для процессов теплообмена, содержащий вращающийся теплообменный элемент с круглой проточной частью, выполненный в виде чередующихся секций в форме, «конфузор-диффузор», установленный соосно цилиндрической поверхности и образующий с ней центробежное теплообменное устройство типа «труба в трубе» (см. патент РФ №2306518 от 20.09.07. Бюл. №26 - прототип).
Недостатком прототипа является снижение эффективности теплообмена с ростом угловой скорости вращения вследствие консервативного влияния массовых центробежных сил на поток.
Задачей полезной модели является интенсификация процессов теплообмена при росте угловой скорости вращения теплообменного элемента центробежного теплообменного устройства типа «труба в трубе». Технический результат достигается тем, что в аппарате для проведения процессов теплообмена, содержащем теплообменный элемент в виде чередующихся элементов в форме «конфузор-диффузор», установленный соосно цилиндрической поверхности и образующий с ним теплообменное устройство типа «труба в трубе», согласно изобретения проточная часть теплообменного элемента выполнена в форме овала.
Отличительным признаком предлагаемого теплообменного устройства от указанного прототипа является придание проточной части теплообменного элемента овальной формы путем холодного обжатия конфузорно-диффузорных секций круглого сечения в горизонтальных разъемных штампах верхние и нижние бойки которого имеют рабочую часть, проточенную в замкнутом состоянии и соответствующую форме конфузорно-диффузорного канала овальной формы, на гидравлических или кривошипных прессах
Предлагаемый аппарат для проведения процессов теплообмена представлен на фиг.1, на фиг.2 сечение А-А проточной части теплообменного элемента и внутренней цилиндрической поверхности теплообменного устройства типа «труба в трубе».
Аппарат состоит из теплообменного элемента овальной формы 1, выполненного в виде чередующихся секций в форме конфузор-диффузор. На теплообменный элемент 1 коаксиально установлен жестко и герметично связан с цилиндрической поверхностью 2. Аппарат выполнен вращающимся, снабжен подшипниками 3, связан с электродвигателем 4.
Внутрь теплообменного элемента 1 подают воду, а в межтрубное пространство 5 через штуцер 6, соединенный через сальник 7 с цилиндрической поверхностью 2, в противоток насыщенный пар, который в виде конденсата выводится через патрубок 8.
Герметичность рабочих камер обеспечивается сочетанием лабиринтных и сальниковых уплотнений.
Аппарат для проведения процессов теплообмена работает следующим образом. После включения электродвигателя 4 при помощи клиноременной передачи осуществляется вращение теплообменного элемента овальной формы 1, жестко связанного с цилиндрической поверхностью 2.
В проточную часть теплообменного элемента 1 подают воду, а впротивоток в межтрубное пространство 5 через штуцер 6 - пар. При движении жидкости в проточной части вращающегося овального конфузорно-диффузорного элемента 1 реализуется закрученное течение среды, характеризующееся сложной трехмерной вихревой структурой потока, благоприятно влияющей на выравнивание температурных неоднородностей и усиливающих теплообменные процессы. Придание теплообменному элементу 1 овальной формы вызывает в процессе движения жидкости дополнительное перераспределение радиальных давлений по осям овала (на больших осях - большее давление на малых - меньшее), вследствие чего возникают дополнительно как продольные так и поперечные циркуляционные токи (вторичные течения в виде тороидальных или парных вихрей), вызывающие дополнительное перемешивание среды в проточной части канала теплообменного элемента 1, что способствует интенсификации процесса теплообмена и, в конечном счете, приводит к тепловой стабилизации на более коротком участке.
2
В процессе вращения теплообменного элемента 1 имеет место сброс конденсатной пленки с внешней поверхности теплообменного элемента. В результате наблюдается «пленочно-капельный» режим конденсации, увеличивающий коэффициент теплоотдачи для пара до значений 20000…40000 Bт/мK.
Все это в целом позволяет существенно сократить длину проточной части теплообменника, снизить металлоемкость аппарата и давление на «прокачку» сред в проточной части каналов.