АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована 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.)
Данные теплообменные аппараты весьма громоздки, требуют большого расхода металла на единицу поверхности теплообмена, значительные затраты энергии на прокачку жидкости. Для увеличения поверхности теплообмена аппарата необходимо теплообменный комплекс выполнить из нескольких параллельных секций.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является аппарат для проведения процессов теплообмена, содержащий вращающийся теплообменный элемент с проточной частью, выполненной в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор» с установленными внутри ребрами плавникового типа с прорезями, образующими лепестки «гребешка» (см. патент на пол. модель №100205 Бюл. №34 от 10.12.10 - прототип).
Недостатком прототипа является невысокая циркуляционная составляющая скорости в пограничном слое у стенки теплообменного элемента, что снижает эффект разрушения пограничного слоя, примыкающего к стенке, и падение коэффициента теплообмена от внутренней поверхности трубы к жидкости.
Задачей полезной модели является увеличение эффективности теплообмена в проточной части теплообменного элемента «конфузор-диффузор».
Результат достигается тем, что в аппарате для проведения процессов теплообмена, содержащем вращающийся теплообменный элемент с проточной частью, выполненной в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор», с установленными внутри ребрами плавникового типа с прорезями, образующими лепестки «гребешка», и установленную соосно трубу, согласно полезной модели лепестки «гребешка» отогнуты последовательно в правом и левом направлении под углом 150°-160° к плоскости лепестка с образованием боковых отгибов треугольной формы.
Предлагаемый аппарат для проведения процессов теплообмена представлен на фиг.1, на фиг.2 показано расположение ребер с лепестками «гребешка», выполненные последовательно с отгибом правого и левого направлений, на фиг.3 узел Б фиг.1, на фиг.4 вид В фиг.3, на фиг.5 представлен общий вид аппарата в трехмерном измерении, на фиг.6 узел С фиг.5 в трехмерном измерении.
Аппарат для проведения процессов теплообмена состоит из внутреннего теплообменного элемента 1, выполненного в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор», внутри которого смонтированы ребра 2, имеющие лепестки в виде «гребешка», выполненные вырубкой на прессах и последующим их боковым отгибом треугольной формы 3 и 4 правого и левого направлений, расположенных под углом 150°-160° к плоскости лепестка. Установка ребер 2 в проточную часть теплообменного элемента 1 осуществляется с внутренней (проточной) стороны этого элемента в зазоры, образованные путем фрезерования (дисковой или «пальчиковой» фрезой) сквозных канавок на образующей теплообменных элементов, с последующей сваркой (например, лазерной) по боковому периметру ребра 2 к стенке теплообменного элемента 1.
Соосно теплообменному элементу 1 установлена внешняя вращающаяся труба 5. Внешняя труба 5, жестко связанная с внутренним теплообменным элементом 1, образует аппарат типа «труба в трубе», который смонтирован в подшипниках 6 и вращается от электродвигателя 7.
Внешняя труба 5 и теплообменный элемент 1 образуют межтрубное пространство 8. В трубе 5 имеется штуцер 9, соединенный через сальник 10 для подачи насыщенного пара, который в виде конденсата выводится через штуцер 11.
Герметичность между теплообменным элементом 1 и внешней вращающейся трубой 5 обеспечивается сваркой.
Аппарат для проведения процессов теплообмена работает следующим образом.
После включения электродвигателя 7 при помощи клиноременной передачи осуществляется вращение теплообменного элемента 1 совместно с внешней трубой 5.
В проточную часть теплообменного элемента 1 подают воду, а в противоток в межтрубное пространство 8 через штуцер 9 - пар. В процессе движения в проточной части теплообменного элемента 1 жидкость у внутренней стенки теплообменного элемента за счет наличия лепестков в виде «гребешка», выполненных последовательно с отгибом правого и левого направлений под углом 150°-160° к плоскости лепестка, совершает зигзагообразное движение, диспергируя в отверстиях между лепестками. Тем самым разрушается пограничный слой у стенок теплообменного элемента 1, что интенсифицирует теплообмен, вызывая рост коэффициентов теплоотдачи от внутренней стенки 1 к жидкости. Кроме того, зигзагообразное движение жидкости в проточной части теплообменного элемента 1 усиливает циркуляцию жидкости в поперечном сечении вращающегося теплообменного элемента 1, способствуя образованию вторичных вихрей, что также вызывает рост коэффициентов теплоотдачи от стенки теплообменного элемента 1 к жидкости.
Благодаря предлагаемому техническому решению сохраняется полезная теплообменная поверхность ребра, что позволяет увеличить площадь оребрения по сравнению с прототипом почти в два раза. Это позволит с одной стороны существенно сократить длину ребра, а с другой снизить гидравлическое сопротивление на прокачку жидкости в проточной части теплообменного элемента 1.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит существенно интенсифицировать процесс теплообмена в аппарате, сократить длину его проточной части, снизить гидравлическое сопротивление в аппарате и давление насоса для «прокачки» теплоагента в рабочей полости вращающегося теплообменного элемента.