ТЕПЛООБМЕННИК БЫТОВОЙ

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для увеличения интенсивности конвективного теплообмена и может быть использована в теплоэнергетической, коммунальной, транспортной и других отраслях народного хозяйства.
В перечисленных отраслях народного хозяйства большое значение имеет применение устройств, использующих конвективный теплообмен для нагрева и охлаждения жидкостей и газов, для предотвращения теплового загрязнения окружающей среды. Основным показателем работы данных устройств является интенсификация теплопередачи.
Известен пакет пластин для теплообменника (варианты), содержащий пластины, имеющие на поверхности выступы, образованные механически прикрепленными к одной из сторон каждой пластины объемными геометрическими элементами, при этом выступы механически прикреплены и к другой стороне каждой пластины и чередуются по обеим осям плоскости пластин, кроме того, пластины с выступами разделены между собой гладкими пластинами [патент RU №2184916].
Однако при механическом креплении элементов к пластинам теплообменника высок риск разгерметизации системы, кроме того повышается трудоемкость их изготовления и монтажа.
Также известен пластинчатый воздухоподогреватель, представляющий собой пластины, попарно соединенные между собой с образованием каналов. Каждая из пластин содержит в качестве турбулизаторов выемки и выступы продолговатой формы в чередующемся порядке. Пластины также снабжены опорными выступами для образования между листами нужного зазора и не являющимися турбулизаторами [А.С. №1575062].
Данный пластинчатый воздухоподогреватель обладает тем недостатком, что при обтекании выступов вихри образуются лишь в кормовой их части и не обладают высокой эффективностью.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является теплообменник, включающий полости для пропуска охлаждаемой и охлаждающей жидкостей, элементы, турбулизирующие поток жидкости, при этом элементы, турбулизирующие поток, выполнены в виде чередующихся впадин и возвышений в форме усеченных конусов, расположенных коридорно или шахматно на соседних перегородках противоположно друг другу и с соблюдением их общей соосности [патент RU №2355969].
Однако данное техническое решение характеризуется низкой эффективностью из-за недостаточной площади контакта для осуществления теплообмена между охлаждающей и охлаждаемой жидкостями. Кроме того выступы и впадины в форме усеченных конусов обладают достаточно обтекаемой формой, что снижает эффективность турбулизации.
Задачей предполагаемой полезной модели является повышение эффективности конвективного теплообмена между рабочей средой (охлаждающей/охлаждаемой жидкостью) и окружающей средой.
Техническим результатом является увеличение площади контакта между рабочей средой и окружающей средой за счет выполнения профиля пластин змеевидным с образованием проточного теплообменного канала, а также наличия цилиндрических полых выступов на внутренней поверхности канала, служащими для турбулизации потока рабочей среды.
Поставленная задача решается тем что, теплообменник бытовой включает, по крайней мере, две профилированные пластины, неразъемно-соединенные друг с другом с образованием проточного теплообменного канала для пропуска рабочей среды. При этом внутренние стенки канала снабжены турбулизирующими поток элементами, выполненными в виде цилиндрических полых выступов, расположенных на противоположных пластинах вдоль оси проточного канала коридорно или шахматно с соблюдением их общей соосности. Профиль каждой пластины выполнен змеевидным. При этом цилиндрические полые выступы выполнены высотой, меньше величины, определяемой в соответствии с выражением:
h=0,5L-j;
где: L - расстояние между пластинами, j - толщина пластины теплообменника.
Предложенная полезная модель поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3.
На фиг.1 представлен теплообменник с коридорным расположением турбулизирующих поток элементов.
На фиг.2 представлен теплообменник с шахматным расположением турбулизирующих поток элементов.
На фиг.3 - вид профиля канала.
Позициями 1-7 на фиг.1-3 обозначены:
1 - клапан подвода рабочей среды;
2 - клапан отвода рабочей среды;
3 - цилиндрические выступы;
4 - пластина 1;
5 - пластина 2;
6 - сварка по периметру;
7 - ось противоположно расположенных цилиндров
8 - проточный теплообменный канал;
9 - продольная ось проточного канала.
Теплообменник бытовой представляет собой, по крайней мере, две профилированные пластины 4, 5 со змеевидной структурой рельефа, неразъемно-соединенные между собой с образованием герметичного проточного теплообменного канала 8 между ними, и снабжен клапанами подвода и отвода рабочей среды 1, 2, соответственно. Герметичность соединения пластин 4, 5 может быть обеспечена сваркой по периметру 6.
Проточный теплообменный канал 8 в теплообменнике может быть выполнен в виде протяженных вертикальных участков, соединенных короткими горизонтальными участками, или в виде протяженных горизонтальных участков, соединенных короткими вертикальными участками, или в виде диагонально расположенных участков.
Внутренняя поверхность проточного теплообменного канала 8 снабжена полыми цилиндрическими выступами 3, размещенными на каждой пластине с соблюдением общей соосности цилиндров, расположенных на противоположных пластинах. При этом ось 7 противоположно расположенных цилиндров перпендикулярна продольной оси канала 9.
Выступы на каждой пластине могут быть расположены коридорно, т.е., по крайней мере, в один ряд вдоль продольной оси 9 проточного канала 8, или шахматно, т.е., по крайней мере, в два ряда со смещением относительно друг друга по направлению этих рядов как минимум на половину расстояния между соседними выступами, образующими один ряд. При этом шаг расположения выступов остается постоянным и составляет 2-3 величины диаметра. При выполнении шага большей величины наблюдается недостаточная турбулизация потока, поток переходит в ламинарный режим, при выполнении шага меньшей величины - затрудняется прохождение рабочей среды через проточный канал теплообменника.
При этом цилиндрические выступы 3 выполняются высотой, меньше величины, определяемой по формуле:
h=0,5L-j;
где: L - расстояние между пластинами, j - толщина пластины теплообменника.
Выполнение выступов высотой, больше данной величины, является нецелесообразным с точки зрения монтажа - возможны соприкосновения цилиндрических выступов 3, что затруднит неразъемное соединение пластин 4, 5 теплообменника сваркой по периметру 6.
Цилиндрические выступы 3 выполнены полыми с помощью одного и того же штампа для каждой пластины, таким образом достигается увеличение поверхности теплообмена.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В проточный канал 8 теплообменника бытового из системы теплоснабжения через клапан подвода рабочей среды 1 осуществляют подачу рабочей среды, в качестве которой может быть использована нагретая жидкость, перегретый пар или расплавленный металл. При обтекании цилиндрических выступов 3, характер движения рабочей среды резко изменяется: поток турбулизируется (периодически рассекается на цилиндрических выступах с увеличением скорости и образованием вихрей), благодаря чему интенсифицируется теплообмен между рабочей средой и окружающей теплообменник средой. При этом шахматное расположение цилиндрических выступов является наиболее предпочтительным, т.к. способствует повышению турбулизации за счет извилистого движения рабочей среды, что приводит к увеличению интенсивности теплообмена и эффективности конструкции. Через клапан отвода рабочей среды 2 отработанная рабочая среда направляется обратно в систему теплоснабжения.
Пример.
Из листа нержавеющей стали 12Х18Н10Т с помощью одного штампа были изготовлены две пластины теплообменника размером 900*500 мм и толщиной 1,5 мм, после чего были неразъемно-соединены друг с другом с помощью сварки по периметру образованного проточного теплообменного канала. Толщина готового теплообменника составила 40 мм. Ширина проточного теплообменного канала составила 35 мм. Высота цилиндрических выступов на внутренней поверхности канала составила 16 мм, диаметр - 12 мм. Выступы расположены на каждой пластине коридорно с шагом 35 мм.
При этом эффективность теплообмена увеличилась на 20%.
Таким образом, использование заявляемого технического решения позволяет повысить экономичность, надежность и эффективность теплообменных устройств.