Составной элемент теплообменного аппарата
Владельцы патента RU 2773425:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в рекуперативных теплообменных аппаратах. В теплообменном аппарате, выполненном из составных элементов в пространстве таким образом, что нагревающая среда создает два тепловых поля, при этом оптимальное соотношение поверхностей взаимодействия теплообменных элементов рекуператора - тепловых мостов определяют из физико-математической зависимости: =. Технический результат – повышение КПД рекуператора. 5 ил.
Изобретение относится к теплообменной технике и может найти применение при теплообмене в двух средах и более: в газообразных, жидких и твердо-текучих состояниях, а также с различными их сочетаниями относительно друг друга.
Известен теплообменник (заявка 94038777/06, 28.09.1994), содержащий корпус, трубу для подачи охлаждающего теплоносителя с наружным оребрением, расположенную в корпусе соосно ему, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной трубой, установленной соосно корпусу между ним и основной трубой для подачи охлаждающего теплоносителя с образованием полости между корпусом и дополнительной трубой для подачи охлаждающего теплоносителя, при этом внутренний диаметр дополнительной трубы равен наружному диаметру оребрения.
Недостатком известного решения является низкий коэффициент теплопередачи в виду малой площади взаимодействия по отношению к объему взаимодействующих теплообменных сред. Отсутствие математических закономерностей в проектировании теплообменника.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение этих недостатков и достижении более эффективной работы при движении сред.
Технический результат - конструкция позволяет значительно повысить КПД теплообменного аппарата за счет увеличения теплообмена между теплообменными средами за счет того, что нагревающая среда создает два тепловых поля.
Технический результат достигается тем, что составной элемент теплообменного аппарата, выполненный в виде полой трубы, согласно изобретению, в полостях трубы составного элемента, по всей ее длине герметично установлены теплообменные элементы - тепловые мосты, к полой трубе перепендикулярно присоединен дополнительный корпус, содержащий дополнительный тепловой мост, стенки дополнительного корпуса и дополнительного теплового моста образуют полое пространство, сообщающееся с полым пространством трубы, сечение каналов теплообменного аппарата, по которым происходит движение соответствующей среды, рассчитывается из соотношения поверхностей взаимодействующих сред по следующей формуле:
- соотношения поверхностей взаимодействующих сред;
α - коэффициент теплопроводности среды;
ρ - плотность теплоносителя;
υ - скорость теплоносителя;
ƒ - сечение канала теплообменного аппарата, по которому происходит движение соответствующей среды;
ср - теплоемкость среды;
- среднее значение температуры среды;
- температура нагревающей и нагреваемой среды на входе соответственно;
- температура нагревающей и нагреваемой среды на выходе соответственно;
для придания необходимой жесткости конструкции теплообменного аппарата, составной элемент имеет чередующиеся выступы и пазы, для соединения с соответствующими пазами и выступами другого составного элемента, через данные выступы и пазы проходят дополнительные сквозные каналы.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 - составной элемент теплообменного аппарата.
На фиг. 2 - Изометрия вида сверху составного элемента теплообменного аппарата.
На фиг. 3 - вид сверху составного элемента теплообменного аппарата.
На фиг. 4 - вид А составного элемента теплообменного аппарата.
На фиг. 5 - разрез Б-Б фиг. 3 составного элемента теплообменного аппарата.
Теплообменный аппарат (рекуператор) состоит из соединенных между собой составных элементов 1, которые выполнены в виде полой трубы, количество составных элементов 1, определяется получением необходимой производительности, в полостях трубы (каналах) теплообменного аппарата, по всей ее длине герметично установлены теплообменные элементы - тепловые мосты 2. Тепловые мосты 2 имеют любую трехмерную форму, причем форма теплового моста 2 может изменяться на всем его протяжении.
Для придания необходимой жесткости конструкции теплообменного аппарата, составные элементы 1 для соединения между собой имеют чередующиеся выступы 3 и пазы 4, стыкующиеся с соответствующими пазами 4 и выступами 3 другого составного элемента 1. Через данные выступы 3 и пазы 4 проходят дополнительные сквозные каналы 5. Нагревающая среда, поступающая в отверстие 6, проходя по каналу начинает взаимодействовать с тепловым мостом 2, Сквозные каналы 5 одного составного элемента 1 соединяются с отверстиями каналов 7 следующего составного элемента 1, тем самым пропуская нагревающую среду дальше к частям 8 составного элемента 1. Часть 8 одного составного элемента 1 в свою очередь присоединяется к части 6 следующего составного элемента 1 и весь цикл повторяется.
Нагревающая среда, поступающая через отверстие 6, доходит до середины полости трубы (канала) составного элемента 1, далее тепловой поток нагревающей среды разделяется и часть его через отверстия 5 направляется в дополнительный тепловой мост 9, расположенный перепендикулярно полой трубе 10 в составном элементе 1. Стенки дополнительного корпуса и дополнительного теплового моста 9 образуют полое пространство, сообщающееся с полым пространством труб. Это полое пространство одного составного элемента 1, соединяясь с другим составным элементом 1, формирует систему нагревающих элементов, и образует единое двухмерное поле нагрева.
Сущность изобретения заключается в полном использовании трехмерного пространства, два из которых занимает нагревающая среда, а одно - нагреваемая. Интенсификация теплопередачи достигается за счет того, что на границе раздела двух сред рекуператора, герметично установлен теплообменный элемент - тепловой мост 2, который соединяет охлаждаемую и охлаждающую среду и используется с целью приведения площади взаимодействия теплообмена между теплообменными средами к оптимальному значению на основе физико-математических расчетов. Оптимальное соотношение поверхностей взаимодействующих сред рассчитывается по следующей формуле:
- соотношения поверхностей взаимодействующих сред;
α - коэффициент теплопроводности среды;
ρ - плотность теплоносителя;
υ - скорость теплоносителя;
ƒ - сечение канала теплообменного аппарата, по которому происходит движение соответствующей среды;
ср - теплоемкость среды;
- среднее значение температуры среды;
- температура нагревающей и нагреваемой среды на входе соответственно;
- температура нагревающей и нагреваемой среды на выходе соответственно.
Технический результат достигается за счет того, что теплообменные элементы рекуператора содержат в своей конструкции такие элементы как тепловые мосты, позволяющие регулировать и приводить к оптимальному соотношению площади нагреваемой и нагревающей поверхностей между собой. Кроме того конструкция самого рекуператора выполнена таким образом что расположение плоскостей взаимодействующих сред в пространстве происходит в двух тепловых полях вместо одного. Таким образом, это приводит к компактности теплообменного аппарата с увеличением энергоэффективности.
Составной элемент теплообменного аппарата, выполненный в виде полой трубы, отличающийся тем, что в полостях трубы составного элемента, по всей ее длине герметично установлены теплообменные элементы – тепловые мосты, к полой трубе перепендикулярно присоединен дополнительный корпус, содержащий дополнительный тепловой мост, стенки дополнительного корпуса и дополнительного теплового моста образуют полое пространство, сообщающееся с полым пространством трубы, сечение каналов теплообменного аппарата, по которым происходит движение соответствующей среды рассчитывается из соотношения поверхностей взаимодействующих сред по следующей формуле:
=
- соотношения поверхностей взаимодействующих сред;
- коэффициент теплопроводности среды;
- плотность теплоносителя;
- скорость теплоносителя;
f - сечение канала теплообменного аппарата, по которому происходит движение соответствующей среды;
ср – теплоёмкость среды;
=0,5(
+
) – среднее значение температуры среды;
- температура нагревающей и нагреваемой среды на входе соответственно;
- температура нагревающей и нагреваемой среды на выходе соответственно;
для придания необходимой жесткости конструкции теплообменного аппарата, составной элемент имеет чередующиеся выступы и пазы, для соединения с соответствующими пазами и выступами другого составного элемента, через данные выступы и пазы проходят дополнительные сквозные каналы.
