RU11317U1

RU11317U1 - HEAT EXCHANGE DEVICE

Info

Publication number: RU11317U1
Application number: RU99105673/20U
Authority: RU
Inventors: В.И. Голубев
Original assignee: Голубев Виктор Иванович
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 1999-09-16

Abstract

1. Теплообменный аппарат, включающий средство для размещения не менее двух участвующих в теплообмене сред, разделенных теплопередающей стенкой, отличающийся тем, что теплопередающая стенка установлена с возможностью неравномерного перемещения, например вращения, относительно средств для размещения сред, участвующих в теплообмене, таким образом, что в средах создаются инерционные силы, преимущественно направленные вдоль поверхности теплопередающей стенки.2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что средства для размещения двух сред выполнены так, что участвующие в теплообмене среды полностью изолированы друг от друга.3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что устройство снабжено дефлекторами, установленными внутри средства для размещения одной из участвующих в процессе теплообмена сред и имеющими форму, обеспечивающую интенсификацию процесса теплообмена, например снабженными отверстиями, размещенными на разных расстояниях от продольной оси устройства.1. A heat exchanger comprising a means for accommodating at least two media involved in heat transfer separated by a heat transfer wall, characterized in that the heat transfer wall is mounted with the possibility of uneven movement, for example rotation, relative to the means for accommodating the media involved in heat transfer, so that inertial forces are created in the media, mainly directed along the surface of the heat transfer wall. 2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the means for accommodating two media are made so that the media involved in the heat transfer are completely isolated from each other. The apparatus according to claims 1 and 2, characterized in that the device is equipped with deflectors installed inside the means for accommodating one of the media involved in the heat exchange process and having a shape that enables the intensification of the heat exchange process, for example, provided with holes located at different distances from the longitudinal axis of the device.

Description

Теплообменный аппаратHeat exchanger

Полезная модель относится к теплопередающим устройствам и может быть использована во всех областях техники, где используются теплообменные аппараты.The utility model relates to heat transfer devices and can be used in all areas of technology where heat exchangers are used.

Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.To assess the novelty and technical level of the claimed solution, we consider a number of well-known technical means of a similar purpose.

Известен теплообменный аппарат, содержащий трубу, внутри которой установлены турбулизаторы, предназначенные для интенсификации процесса конвективного теплообмена и выполненные в виде системы цилиндрических стержней, установленных диаметрально по винтовой линии с угловым смещением один относительно другого с шагом, равным или большим наружного диаметра стержня, см. А.с. NQ 798467, F28fl/40. Недостатком данного устройства является низкая эффективность теплообмена, требующая дополнительных затрат на увеличение мощности привода, усложнения конструкции.Known heat exchanger containing a pipe, inside which there are turbulators designed to intensify the convective heat transfer process and made in the form of a system of cylindrical rods installed diametrically along a helical line with an angular displacement of one relative to another with a step equal to or greater than the outer diameter of the rod, see A .with. NQ 798467, F28fl / 40. The disadvantage of this device is the low efficiency of heat transfer, requiring additional costs to increase drive power, design complexity.

Известен центробежный теплообменник с встречным перемещением жидкой и газообразной сред, содержащий корпус патрубками для ввода и удаления жидкости и газа, внутри которого установлен полый вал с отверстиями и закрепленными на нем тарелками параболической формы, установленными последовательно с образованием между ними пространств для направления потоков, см. А.с. № 514183, F28D11/02. В этом устройстве интенсификация процесса теплообмена происходит за счет увеличения скорости движения пленки жидкости вдоль теплопередающей стенки, однако коэффициент теплоотдачи низок, т.к. среды полностью не разделены и требуются дополнительные затраты мощности привода на перемещение жидкости к периферии корпуса устройства.A centrifugal heat exchanger with oncoming movement of liquid and gaseous media is known, comprising a housing with nozzles for introducing and removing liquid and gas, inside of which a hollow shaft with holes and parabolic-shaped plates fixed to it, installed in series with the formation of spaces between them for directing flows, is installed, see A.S. No. 514183, F28D11 / 02. In this device, the intensification of the heat transfer process occurs due to an increase in the velocity of the liquid film along the heat transfer wall, however, the heat transfer coefficient is low, because media are not completely separated and additional drive power costs are required to move the fluid to the periphery of the device casing.

Известен вихревой аппарат для проведения тепломассообменных процессов в поле центробежных сил, содержащий цилиндрический корпус с тангенциальными патрубками для рабочей среды, торцовые крышки, внутренняя поверхность которых выполнена в виде поверхностей вращения с криволинейной образу1др1ей, выполненные в крышках осевые отверстия для вывода пара , при этом стенки торцовых крышек выполнены по образующим, имеющим разную кривизну, рм.а.с. № 965441, F22B29/02.A vortex apparatus for conducting heat and mass transfer processes in the field of centrifugal forces is known, comprising a cylindrical body with tangential nozzles for the working medium, end caps, the inner surface of which is made in the form of surfaces of revolution with a curvilinear pattern, made in the caps axial openings for steam output, while the walls of the end covers are made by generators having different curvature, pm.a.s. No. 965441, F22B29 / 02.

М.кл.:Р28011/02M.cl .: P28011 / 02

жидкости . Центробежные силы в данном случае влияют лишь на интенсивность процесса испарения.liquids. Centrifugal forces in this case only affect the intensity of the evaporation process.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.According to the greatest number of similar features and the result achieved using the given technical solution is selected as a prototype of the claimed utility model.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является недостаточная эффективность теплообменника, приводящая к необходимости увеличения его габаритов и усложнения конструкции.The disadvantages of the prototype, which does not allow us to achieve our goal, is the insufficient efficiency of the heat exchanger, which leads to the need to increase its dimensions and complicate the design.

Задачей полезной модели является повышение эффективности и , соответственно, интенсивности процесса теплоотдачи одной из сред , участвующих в процессе теплообмена , и увеличение коэффициента теплопередачи процесса, реализующегося в теплообменном аппарате.The objective of the utility model is to increase the efficiency and, accordingly, the intensity of the heat transfer process of one of the media involved in the heat transfer process, and to increase the heat transfer coefficient of the process implemented in the heat exchanger.

Сущность заявляемой полезной модели выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.The essence of the claimed utility model is expressed in the following set of essential features, sufficient to achieve the above technical result.

Согласно полезной модели теплообменный аппарат, включающий средство для размещения не менее двух участвующих в теплообмене сред, разделенных теплопередающей стенкой , характеризуется тем, что теплопередающая стенка установлена с возможностью неравномерного перемещения, например, вращения, относительно средств для размещения сред, участвующих в теплообмене, таким образом, что в средах создаются инерционные силы, преимущественно направленные вдоль поверхности теплопередающей стенки.According to a utility model, a heat exchanger comprising a means for accommodating at least two media involved in heat transfer separated by a heat transfer wall is characterized in that the heat transfer wall is mounted with the possibility of uneven movement, for example, rotation, relative to means for accommodating the media involved in heat transfer, thus that inertial forces are created in the media, mainly directed along the surface of the heat transfer wall.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.This is the totality of essential features that provides a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Кроме этого, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения либо особые условия его использования, а именно :In addition, the claimed solution has optional features characterizing its particular cases, specific forms of its material embodiment or special conditions for its use, namely:

-средства для размещения двух сред выполнены так, что участвующие в теплообмене среды полностью изолированы друг от друга,- the means for accommodating two media are made so that the media involved in the heat transfer are completely isolated from each other,

-устройство снабжено дефлекторами, установленными внутри средства для размещения одной из участвующих в процессе теплообмена сред и имеющими форму, обеспечивающую интенсификацию процесса теплообмена, например, снабженными отверстиями, размещенными на разных расстояниях от продольной оси устройрра.-the device is equipped with deflectors installed inside the means for accommodating one of the media involved in the heat transfer process and having a shape that provides for the intensification of the heat transfer process, for example, provided with holes located at different distances from the longitudinal axis of the device.

Заявленное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новой совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения.The claimed technical solution is new, as it is characterized by the presence of a new set of features that is absent in all objects of equipment of a similar purpose known to us.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленной совокупности признаков заключается в образовании в аппарате вихревой циркуляции среды в поле центробежных сил.The immediate technical result that can be obtained by implementing the claimed combination of features is the formation in the apparatus of the vortex circulation of the medium in the field of centrifugal forces.

Получение упомянутого технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряда новых полезных свойств, а именно, увеличение коэффициента теплоотдачи и эффективности всего устройства .The receipt of the aforementioned technical result ensures that the object of the invention as a whole has a number of new useful properties, namely, an increase in the heat transfer coefficient and the efficiency of the entire device.

Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим требованиям, предъявляемым к полезной модели.The above allows you to recognize the claimed technical solution in accordance with the requirements of the utility model.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлен поперечный разрез по предлагаемому устройству , в котором происходит теплообмен между жидкой и газообразной средами.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a cross-section through the proposed device, in which heat exchange occurs between liquid and gaseous media.

Заявленное устройство содержит корпус со средством 1 для размещения газообразной среды (пара) и средством 2 для размещения жидкости . Эти две участвующие в процессе теплообмена среды полностью изолированы друг от друга и разделены теплопередающей стенкой 3. Теплопередающая 3 стенка установлена с возможностью неравномерного перемещения, например, вращения. В результате этого в средах создаются инерционные силы, преимущественно направленные вдоль поверхности теплопередающей стенки 3. Внутри средства 2 для размещения жидкости установлен дефлектор 4, разделяющий полость средства 2 на две полости 5 и 6 , сообщаемые периферийными 7 и центральными отверстия 8 , выполненными в дефлекторе 4 .The claimed device comprises a housing with means 1 for accommodating a gaseous medium (steam) and means 2 for accommodating a liquid. These two media involved in the heat exchange process are completely isolated from each other and separated by a heat transfer wall 3. The heat transfer 3 wall is installed with the possibility of uneven movement, for example, rotation. As a result of this, inertial forces are created in the media, mainly directed along the surface of the heat transfer wall 3. Inside the means 2 for accommodating the liquid, a deflector 4 is installed that separates the cavity of the means 2 into two cavities 5 and 6, communicated by peripheral 7 and central holes 8 made in the deflector 4 .

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При теплообмене между жидкостью и паром жидкость под действием центробежных сил перемещается вдоль теплопередающей стенки 3 и нагревается. Плотность жидкости падает ,а давление растет. На периферии средства 2 средняя плотность жидкости в полости 5 будет выше средней плотности жидкости в полости 6. Жидкость через периферийные отверстия 7 в дефлекторе 4 будет вытесняться из полости 5 в полость 6 и за счет перепада давления двигаться к центру устройства. При зафиксированном расходе жидкости через теплообменный аппарат , она будет опять через центральные отверстия 8 в дефлекторе 4 возвращаться в полость 5 и , таким образом, многократно участвовать в процессе теплообмена, проходя да)ль теплопередающей стенки 3. В устройстве образуется вихревая циркуляция жидиЬйDuring heat transfer between the liquid and steam, the liquid moves under the action of centrifugal forces along the heat transfer wall 3 and heats up. The density of the liquid decreases, and the pressure rises. At the periphery of the means 2, the average density of the fluid in the cavity 5 will be higher than the average density of the fluid in the cavity 6. The fluid through the peripheral holes 7 in the deflector 4 will be forced out of the cavity 5 into the cavity 6 and move to the center of the device due to the pressure drop. With a fixed flow rate of the liquid through the heat exchanger, it will again through the central holes 8 in the deflector 4 return to the cavity 5 and, thus, repeatedly participate in the heat exchange process, passing through the heat transfer wall 3. A vortex circulation of liquid forms in the device

среды, что приводит к значительному увеличению скорости ее перемещения относительно теплопередающей стенки и, следовательно, увеличению коэффициента теплоотдачи. Вихревая циркуляция обеспечивает многократное прохождение единицы массы жидкости вдоль теплопередающей стенки. При движении жидкости от центра устройства к его периферии происходят дополнительные затраты механической энергии на перемещение жидкости, которые в дальнейщем компенсируются ее обратным перемещением к центру путем возврата части механической энергии в систему. Это снимает требование к увеличению мощности привода аппарата.medium, which leads to a significant increase in the speed of its movement relative to the heat transfer wall and, therefore, to an increase in the heat transfer coefficient. Vortex circulation provides multiple passage of a unit mass of fluid along the heat transfer wall. When the fluid moves from the center of the device to its periphery, additional costs of mechanical energy for the movement of the fluid occur, which are further compensated by its reverse movement to the center by returning part of the mechanical energy to the system. This removes the requirement to increase the drive power of the device.

В заявленном устройстве увеличение теплоотдачи обусловлено несколькими причинами:In the claimed device, the increase in heat transfer is due to several reasons:

1.При вращении теплопередающей стенки 4 образующаяся пленка конденсата под действием центробежных сил интенсивно удаляется с поверхности теплопередающей стенки 4, оставляя ее практически сухой, что увеличивает коэффициент теплоотдачи в 3-5 раз.1.When the heat transfer wall 4 rotates, the condensate film formed under the action of centrifugal forces is intensively removed from the surface of the heat transfer wall 4, leaving it practically dry, which increases the heat transfer coefficient by 3-5 times.

2.Вращение теплопередающей стенки влияет на изменение критерия подобия Грасгофа, характеризующего интенсивность свободного движения жидкости, величина которого пропорциональна ускорению свободного падения. На жидкость, вращающуюся в емкости действует центробежное ускорение, которое может значительно превыщать значение ускорения свободного падения.2. The rotation of the heat transfer wall affects the change in the Grashof similarity criterion, which characterizes the intensity of free movement of a fluid, the value of which is proportional to the acceleration of gravity. Centrifugal acceleration acts on a fluid rotating in a container, which can significantly exceed the value of the gravitational acceleration.

3.Во вращающемся теплообменнике создаются благоприятные условия для интенсивного движения жидкости под действием центробежных сил вдоль поверхности теплопередающей стенки, что увеличивает коэффициент теплоотдачи. Увеличение скорости движения жидкости относительно теплопередающей стенки приводит к росту числе Рейнольдса Re, а, следовательно, и критерия Нуссельта Nu, т.к. Nu tRet3.In a rotating heat exchanger, favorable conditions are created for intensive fluid movement under the action of centrifugal forces along the surface of the heat transfer wall, which increases the heat transfer coefficient. An increase in the fluid velocity relative to the heat transfer wall leads to an increase in the Reynolds number Re, and, consequently, the Nusselt criterion Nu, since Nu tret

Возможность промышленного применения заявленного технического рещения не вызывает сомнений , т.к. оно может быть осуществлено с использованием известных выпускаемых промышленностью средств.The possibility of industrial application of the claimed technical solution is not in doubt, because it can be carried out using well-known commercially available means.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества:Using the claimed solution in comparison with all known means of a similar purpose provides the following advantages:

-повышение интенсивности процесса теплоотдачи,-increasing the intensity of the heat transfer process,

-увеличение коэффициента теплопередачи процесса,- an increase in the heat transfer coefficient of the process,

Claims

1. A heat exchanger comprising a means for accommodating at least two media involved in heat transfer separated by a heat transfer wall, characterized in that the heat transfer wall is mounted with the possibility of uneven movement, for example rotation, relative to the means for accommodating the media involved in heat transfer, so that inertial forces are created in the media, mainly directed along the surface of the heat transfer wall.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the means for accommodating two media are made so that the media involved in heat transfer are completely isolated from each other.

3. The apparatus according to claims 1 and 2, characterized in that the device is equipped with deflectors installed inside the means for accommodating one of the media involved in the heat exchange process and having a shape that provides for the intensification of the heat exchange process, for example, provided with holes located at different distances from the longitudinal axis devices.