Теплообменный элемент

 

Изобретение относится к теплопередающим устройствам и может найти применение в теплообменниках для охлаждения вязкой жидкости. Изобретение имеет целью интенсификацию теплообмена со стороны вязкой жидкости. Теплообменный элемент содержит трубу 1 с диаметрально установленными внутри нее трубками 3 и 4 меньшего диаметра. Трубки 3 и 4 собраны попарно с взаимно перпендикулярным их расположением в каждой паре, при этом каждая последующая пара трубок повернута относительно предыдущей пары на угол 45^o. Трубки 3 и 4 имеют диаметр d, отношение к которому диаметра D трубы 1 находится в пределах 1,4 ≅D≅ 5,0. Трубки 3, 4 могут иметь обтекаемую форму поперечного сечения или снабжены продольными ребрами, ориентированными вдоль потока вязкой жидкости в трубе 1. При работе теплообменного элемента греющий (охлаждающий) теплоноситель поперечно омывает наружную поверхность трубы 1 и проходит внутри трубок 3 и 4, а поток вязкой жидкости движется внутри трубы 1, омывая при этом наружные поверхности трубок 3 и 4. Интенсификация теплообмена происходит за счет равномерного по сечению нагрева теплоносителя, увеличивая скорости его течения и изменения направления струй. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к теплопередающим устройствам и может найти применение в тех областях техники, где используются теплообменные аппараты для нагрева или охлаждения вязких жидкостей. Цель изобретения интенсификация теплообмена при использовании вязкой жидкости. На фиг. 1 изображен теплообменный элемент, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 один вариант выполнения поперечного сечения диаметральных трубок; на фиг.4 другой вариант выполнения поперечного сечения трубок. Теплообменный элемент содержит трубу 1 с отверстиями 2, в которых герметично закреплены трубки 3 и 4 меньшего диаметра. Трубки 3 и 4 в трубе 1 расположены диаметрально, разнесены вдоль ее оси и собраны попарно с взаимно перпендикулярным их расположением в каждой паре, при этом каждая последующая пара трубок 3 и 4 повернута по отношению к предыдущей паре на угол 45^о. Отношение диаметра D трубы 1 к диаметру d трубок 3 и 4 находится в пределах 1,4 < D/d ≅ 5,0. Теплообменный элемент может быть выполнен с трубками 3 и 4 круглого поперечного сечения, однако они могут иметь и другую обтекаемую форму поперечного сечения, например, эллиптическую, овальную, каплевидную. В этом случае они ориентируются большой осью вдоль оси трубы 1 и в качестве определяющего размера берется размер с малой оси. При круглой форме поперечного сечения трубки 3, 4 могут быть снабжены продольными ребрами 5, ориентированными вдоль потока среды в трубе 1. Теплообменный элемент работает следующим образом. Греющий (охлаждающий) теплоноситель (газообразный или жидкий) поперечно омывает наружную поверхность трубы 1 и проходит внутри трубок 3 и 4, а поток вязкой жидкости движется внутри трубы 1, омывая также наружные поверхности трубок 3 и 4, при этом через стенки трубы 1 и трубок 3 и 4 происходит теплообмен между двумя средами. Трубки 3 и 4 поочередно разрезают поток вязкой жидкости в различных диаметральных сечениях, т.е. контактируют практически со всем ее объемом, за счет чего обеспечивается равномерный нагрев (охлаждение) вязкой жидкости по сечению потока. Благодаря установке пар взаимно перпендикулярных трубок 3 и 4 последовательно с угловым смещением в 45^о трубки каждой последующей, после первой, пары контактируют с областями потока, имеющими значительную разность температур по отношению к трубкам 3 и 4, а струи, на которые поток вязкой жидкости разделяется трубками 3 и 4, имеют меньшее поперечное сечение, т.к. уменьшается толщина прогреваемого слоя жидкости, и, кроме того, струи регулярно изменяют направление течения, в результате чего увеличивается скорость течения. Все это способствует интенсификации теплообмена со стороны вязкой жидкости. Эффект интенсификации теплообмена достигается при отношениях диаметра трубы 1 к диаметру трубок 3 и 4, находящихся в пределах от 1,4-5, причем усиливается с уменьшением величины отношения в указанных пределах. Использованием трубок 3, 4 с эллиптическим, овальным или каплевидным поперечным сечением, оказывающих меньшее сопротивление движению потока жидкости, чем трубки круглого поперечного сечения или выполнением трубок 3 и 4 с продольными ребрами 5, ориентированными вдоль потока, достигаются, кроме того, снижение гидравлического сопротивления теплообменного элемента и увеличение удельной поверхности теплообмена. В результате интенсификации теплообмена со стороны вязкой жидкости и увеличения удельной поверхности теплообмена увеличивается теплосъем, приходящийся на единицу длины теплообменного элемента, а это позволяет уменьшить габариты и металлоемкость теплообменника. Применение теплообменного элемента наиболее эффективно при использовании в качестве греющего конденсирующегося теплоносителя, например, водяного пара. В этом случае упрощается конструкция теплообменника и все поверхности теплообменного элемента во время работы будут иметь одинаковую температуру, близкую к температуре конденсации теплоносителя.

Формула изобретения

1. ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий трубу, в полости которой диаметрально размещены трубки меньшего диаметра, причем каждая пара трубок расположена взаимно перпендикулярно, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена при использовании вязкой жидкости, угол поворота каждой последующей пары трубок относительно предыдущей составляет 45^o, а отношение диаметра D трубы к диаметру d трубок составляет 1,4 < D/d ≅ 5,0. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что трубки имеют сечение обтекаемой формы, ориентированное большей осью вдоль оси трубы. 3. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что трубки снабжены продольными ребрами, ориентированными вдоль оси трубы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 2-2002

Извещение опубликовано: 20.01.2002        

---