Циклонный теплообменный элемент рекуператора
Владельцы патента RU 2279608:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Архангельский государственный технический университет Федерального агентства по образованию (Рособразование) (АГТУ) (RU)
Изобретение относится к теплообменной технике и может найти применение при нагреве воздуха в промышленной теплоэнергетике. Сущность изобретения в том, что циклонный теплообменный элемент рекуператора содержит внешний и центральный каналы, образованные внутренней и наружной, заглушенной с одного конца днищем, трубами, подключенными к патрубкам подвода и отвода воздуха, размещенным в зоне противоположных относительно днища торцов труб, причем патрубок подвода воздуха установлен тангенциально на наружной трубе. При этом внутренняя труба имеет квадратное поперечное сечение. Такое выполнение повышает тепловую эффективность циклонного теплообменного элемента рекуператора. 2 ил.
Изобретение относится к теплообменной технике и может найти применение в промышленной теплоэнергетике.
Известен теплообменный элемент рекуперативного воздухоподогревателя, выполненный в виде внутренней и наружной труб, последняя из которых заглушена с торца днищем, расположенным от выходного торца внутренней трубы с заданным зазором (А.С. 941793, МПК 3 F 23 L 15/04, 1982). Недостатком этого решения является низкий уровень интенсивности теплообмена.
Известен теплообменный элемент рекуператора, содержащий кольцевой и центральный каналы, образованные внутренней и наружной, заглушенной с одного торца днищем, трубами, подключенными к патрубкам подвода и отвода воздуха, размещенным в зоне противоположных относительно днища торцов труб, причем патрубок подвода воздуха размещен на наружной трубе и установлен тангенциально (А.С. 1386804, МПК 4 F 23 L 15/04, 1987).
Данное техническое решение является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.
Недостатком прототипа является относительно низкая интенсивность теплоотдачи на наружной поверхности внутренней круглой трубы, где влияние центробежных сил носит стабилизирующий характер, и внутренней поверхности наружной трубы.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение интенсивности теплоотдачи на внешней поверхности внутренней трубы и на внутренней поверхности наружной трубы, а также повышение тепловой эффективности и термостойкости теплообменного элемента рекуператора.
Это достигается тем, что в циклонном теплообменном элементе рекуператора, содержащем внешний и центральный каналы, образованные внутренней и наружной, заглушенной с одного конца днищем, трубами, подключенными к патрубкам подвода и отвода воздуха, размещенным в зоне противоположных относительно днища торцов труб, патрубок подвода воздуха установлен тангенциально на наружной трубе, а внутренняя труба имеет квадратное поперечное сечение.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен циклонный теплообменный элемент рекуператора, на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1.
Циклонный теплообменный элемент рекуператора содержит внешний канал 1 и центральный канал 2 квадратного поперечного сечения, образованные внутренней квадратной 3 и наружной круглой 4 трубами, днище 5 наружной трубы, входной 6, установленный тангенциально на наружной трубе, и выходной 7 патрубки.
Циклонный теплообменный элемент рекуператора работает следующим образом. Холодный воздух через патрубок 6 вводится во внешний канал 1 между внутренней 3 и наружной 4 трубами и закручивается у внутренней поверхности наружной трубы. Движущийся по спиральной траектории воздух нагревается у внутренней поверхности наружной трубы 4, доходит до днища 5 и выводится по внутренней трубе 3 и патрубок 7 наружу. Из-за квадратной формы поперечного сечения внутренней трубы закрученный поток нагреваемого воздуха срывается с ее ребер, а у граней образуются вихревые зоны, что приводит к ликвидации стабилизирующего влияния центробежных сил и значительной интенсификации теплоотдачи на ее поверхности. Вследствие периодических сужений и расширений проходного сечения межтрубного канала по направлению движения нагреваемого воздуха наблюдается соответствующее изменение скорости воздушного потока, что интенсифицирует теплоотдачу и на внутренней поверхности наружной трубы, температура трубы снижается, а следовательно, повышается и ее термоустойчивость.
Интенсификация теплоотдачи в устройстве в целом определяет значительное повышение тепловой эффективности циклонного теплообменного элемента рекуператора.
Картина движения воздуха во внешнем канале теплообменного элемента и достигнутая интенсификация конвективного теплообмена подтверждены специальными опытами (Сабуров Э.Н. Циклонные нагревательные устройства с интенсифицированным конвективным теплообменом. - Архангельск: Сев. - Зап.кн. изд-во, 1995. - 341 с.).
Циклонный теплообменный элемент рекуператора, содержащий внешний и центральный каналы, образованные внутренней и наружной, заглушенной с одного конца днищем, трубами, подключенными к патрубкам подвода и отвода воздуха, размещенным в зоне противоположных относительно днища торцов труб, причем патрубок подвода воздуха установлен тангенциально на наружной трубе, отличающийся тем, что внутренняя труба выполнена квадратного поперечного сечения.
