Результат интеллектуальной деятельности: Теплообменник

Изобретение относится к теплообменным устройствам, а точнее к теплообменным аппаратам типа труба в трубе, и может быть использовано в энергетике и транспорте.

Известны теплообменники, содержащие наружную трубу для первого теплоносителя с патрубками входа и выхода и замкнутыми на торцах, внутреннюю трубу для второго теплоносителя, также содержащую патрубки для входа и выхода (см. патент на полезную модель №125319, класс МПК F28D 71/10 RU), в котором первый теплоноситель движется внутри кольцевого канала, образованного наружной трубой и внутренней трубой.

Известен струйный теплообменник, в котором в межтрубном пространстве имеется цилиндрическая перфорированная круглыми отверстиями вставка к поверхности теплообмена (см. патент RU 2502930), через отверстия которой происходит ввод теплоносителя. Однако он имеет недостаток в виде низкой эффективности из-за большого гидравлического сопротивления вследствие того, что весь поток теплоносителя пропускается через малые отверстия в перфорированной вставке.

Известны также теплообменные трубы, содержащие вставки, увеличивающие теплоотдачу от горячей стенки трубы к теплоносителю (см. патент RU 2111432 F28F 1/40, F28F 1/08).

Известен теплообменник типа труба в трубе, в котором во внутренней трубе и в межтрубном пространстве имеются винтовые вставки, при этом потоки теплоносителя двигаются по винтовым спиралям (см. патент RU 2502931). Эффективность данного теплообменника определяется длиной пути прохождения теплоносителя в контакте с теплообменной поверхностью.

Указанные теплообменники имеют общие недостатки, заключающиеся в следующем. При протекании жидкости вдоль нагретой поверхности внутренней трубы, температура в пограничном слое потока теплоносителя увеличивается. Вследствие этого изменяются характеристики теплоносителя, в частности изменяется вязкость теплоносителя. Это в свою очередь влияет на характер движения теплоносителя и коэффициент теплоотдачи. Таким образом, вблизи стенки движется поток с пониженной вязкостью, а в центральной и периферийной областях потока теплоносителя образуются зоны с повышенной вязкостью и более низкой температурой. При этом уменьшается эффективность теплообменника.

Целью изобретения является повышение эффективности теплообменника путем увеличения степени перемешивания теплоносителя, при минимальном гидравлическом сопротивлении.

Поставленная задача решается за счет того, что в предложенном теплообменнике. содержащем две коаксиально расположенные трубы, в межтрубном пространстве расположены с зазором между собой пластины, закрепленные между собой обечайками, выполненные с просечными перфорациями, лепестки которых направлены навстречу двигающемуся теплоносителю.

Коаксиально распложенные пластины с просечными перфорациями в теплообменнике могут быть расположены таким образом, что расстояние между пластинами и внутренней трубой увеличивается по длине теплообменника.

Суммарная площадь перфораций пластин в предложенном теплообменнике может быть равна или меньше суммарной площади зазоров между пластинами.

Ширина пластин с просечными перфорациями и угол наклона лепестков просечных перфораций в заявленном теплообменнике может изменяется по длине теплообменника.

В межтрубном пространстве на обечайках устанавливаются изогнутые пластины по форме внутренней трубы, перфорированные просечными отверстиями, при этом отогнутые лепестки перфораций направлены навстречу набегающему потоку холодного теплоносителя. С помощью этих лепестков холодная часть теплоносителя, имеющего более высокую вязкость, направляется в зону контакта с нагретой поверхностью внутренней трубы. Так как в зоне нагрева вязкость теплоносителя уменьшается, то теплоноситель становится более подвижным, и он вытесняется через щели между пластинами в холодную область потока. Таким образом, происходит постоянное перемешивание потока теплоносителя из периферийной зоны в область контакта с нагретой поверхностью внутренней трубы, что увеличивает эффективность теплообменника.

На Фиг. 1 схематично показан разрез теплообменника. На Фиг. 2 представлен элемент внутренней трубы с прикрепленными перфорированными просечными отверстиями пластинами.

Теплообменник содержит наружную трубу 1, внутри которой концентрично расположена труба 2. В межтрубном пространстве расположены пластины 3 с просечными перфорациями 4, лепестки 5 которых отогнуты навстречу потоку двигающейся жидкости. Пластины 3 скреплены между собой обечайками 6, надетыми на внутреннюю трубу 2. Пластины 3, имеющие кривизну по форме внутренней трубы 2, расположены параллельно друг другу с зазором 7 между собой.

Перфорированные пластины изготавливаются из тонколистовой стали путем проката через вальцы с пуансонами, имеющими пирамидальные выступы. Далее они изгибаются по радиусу, скрепляются с помощью контактной сварки с обечайками. Вся конструкция вставляется внутрь теплообменника в межтрубное пространство.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При движении холодного теплоносителя по кольцевому каналу, образованному внутренней трубой 2 и наружной трубой 1, среда теплоносителя перемещается через перфорации 4 пластин 3, скрепленных обечайками 6, в область нагрева между трубой 2 и пластинами 3. Лепестки 5 просечных перфораций 4 способствуют этому перемещению. Нагреваясь от контакта с поверхностью внутренней трубы 2 с горячим теплоносителем, теплоноситель, находящийся между пластинами 3 и поверхностью внутренней трубы 2, нагревается, изменяет свою вязкость, становится более подвижным и через щели 7 вытесняется в область между пластинами 3 внешней трубы 1, в которой движется теплоноситель с большей вязкостью.

Таким образом, заявленная конструкция теплообменника позволяет интенсифицировать теплоотдачу и более эффективно передавать тепловую энергию от горячего теплоносителя к холодному.