RU2119629C1 - Heat exchange device - Google Patents
Heat exchange device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2119629C1 RU2119629C1 RU96111434A RU96111434A RU2119629C1 RU 2119629 C1 RU2119629 C1 RU 2119629C1 RU 96111434 A RU96111434 A RU 96111434A RU 96111434 A RU96111434 A RU 96111434A RU 2119629 C1 RU2119629 C1 RU 2119629C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- rotor
- heating
- heat
- liquid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплообменным аппаратам, преимущественно для нагрева вязких жидкостей, например жидкого топлива типа мазута, перед сжиганием его в котлах. Может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промышленности и техники, где требуется малогабаритное высокоэффективное оборудование для нагревания жидкостей. The invention relates to heat engineering, namely to heat exchangers, mainly for heating viscous liquids, for example liquid fuel such as fuel oil, before burning it in boilers. It can be used in chemical, food and other industries and equipment where small-sized highly efficient equipment for heating liquids is required.
Известно множество теплообменных аппаратов, предназначенных для нагревания различных по составу и консистенции жидкостей (см. 1) книгу Бажан П.И. и др. Справочник по теплообменным аппаратам. - М., Машиностроение, 1989 г., 368 с. ; 2) Справочник по теплообменникам (в двух томах). Том 1, перевод с английского языка, под ред. Петухова В.С. и Шикова В.К. - М., Энергоатомиздат, 1987 г. , 581 с.; 3) Справочник по теплообменникам (в двух томах), том 2, перевод с английского, под редакцией Мартиненко О.Г., Михалевича А.А. , Шикова В.К. - М., Энергоатомиздат, 1987 г., 352 с.). There are many known heat exchangers designed to heat liquids of different composition and consistency (see 1). Bazhan P.I. et al. Handbook of heat exchangers. - M., Mechanical Engineering, 1989, 368 p. ; 2) Handbook of heat exchangers (in two volumes). Volume 1, translation from English, ed. Petukhova V.S. and Shikova V.K. - M., Energoatomizdat, 1987, 581 p .; 3) Guide to heat exchangers (in two volumes), volume 2, translation from English, edited by Martinenko OG, Mikhalevich AA , Shikova V.K. - M., Energoatomizdat, 1987, 352 p.).
Кроме того, имеются теплообменники-нагреватели с использованием электрической энергии, например с применением ТЭНов (электрокотлы, грелки в помещениях, масло- и топливонагреватели и т.д.) или индукционные нагреватели, использующие токи "Фуко", образующиеся в магнитопроводных стенках и разогревающих их до высокой температуры (см. книгу Хромченко Ф.А., Корольков П.М. Технология и оборудование для термической обработки сварных соединений. - М., Энергоатомиздат, 1987 г. и другие источники). In addition, there are heat exchangers-heaters using electric energy, for example, with the use of heating elements (electric boilers, heating pads in rooms, oil and fuel heaters, etc.) or induction heaters using Foucault currents generated in the magnetic walls and warming them to high temperature (see the book Khromchenko F.A., Korolkov P.M. Technology and equipment for heat treatment of welded joints. - M., Energoatomizdat, 1987 and other sources).
Однако использовать этот принцип для нагрева жидкостей в безнакипном режиме не представляется возможным. However, it is not possible to use this principle for heating liquids in a non-scale mode.
Существуют способы, уменьшающие загрязнения теплообменных поверхностей теплообменных аппаратов, например, путем создания пульсации жидкости в проточной части теплообменного аппарата (см. книгу Федоткин И.М., Липсман В. С. Интенсификация теплообмена в аппаратах пищевых производств. - М., Пищевая промышленность, 1972 г. , 240 с.). Этот способ только частично уменьшает накипеобразование, а колебательные (пульсирующие) движения жидкости имеют трудно устранимое свойство затухать, что снижает пульсационный эффект, а устройства для создания пульсирующего потока достаточно сложны и громоздки. There are methods that reduce the pollution of the heat exchange surfaces of heat exchangers, for example, by creating a pulsation of liquid in the flow part of the heat exchanger (see the book Fedotkin I.M., Lipsman V.S. Intensification of heat transfer in food production apparatuses. - M., Food industry, 1972, 240 p.). This method only partially reduces scale formation, and the vibrational (pulsating) fluid movements have a difficultly decaying property to decay, which reduces the ripple effect, and devices for creating a pulsating flow are quite complex and cumbersome.
Все вышеперечисленные теплообменные аппараты не обеспечивают в достаточной степени чистоты теплообменной поверхности в процессе своей работы, они имеют весьма существенные тепловые потери в окружающую среду, неэкономичны, в большинстве своем имеют большие габариты. All of the above heat exchangers do not provide a sufficient degree of purity of the heat exchange surface during their operation, they have very significant heat losses to the environment, are uneconomical, most of them have large dimensions.
Известно изобретение под названием "Теплообменное устройство", содержащее расположенный в корпусе вращающийся барабан с перфорированной боковой поверхностью, образующей с внутренней поверхностью корпуса кольцевую полость, подключенную к источнику подачи газа, магистраль подачи жидкости в барабан и отводные каналы для жидкости и газа, причем канал для отвода газа сообщен с центральной частью внутренней полости барабана (см. авт.св. N 494589, кл. F 28 D 11/02, 1973 г.). The invention is known as a “heat exchanger”, comprising a rotating drum located in the housing with a perforated side surface, forming an annular cavity connected to the gas supply source, a fluid supply line to the drum and drain channels for liquid and gas, with a channel for the gas outlet is in communication with the central part of the inner cavity of the drum (see ed. St. N 494589, class F 28 D 11/02, 1973).
Недостатками этого теплообменного устройства являются относительно невысокая интенсивность теплообмена при наличии внутренних локальных источников тепла и ограничение температуры подогрева газообразного теплоносителя, так как максимально допустимая температура подогрева ограничивается предельной температурой жидкого теплоносителя. Кроме того, устройство имеет большие габариты и не исключает подгорание продукта или его реагентное изменение. The disadvantages of this heat exchange device are the relatively low heat transfer rate in the presence of internal local heat sources and the limitation of the heating temperature of the gaseous coolant, since the maximum allowable heating temperature is limited by the limiting temperature of the liquid coolant. In addition, the device is large and does not exclude the burning of the product or its reagent change.
Известно теплообменное устройство, содержащее те же конструктивные элементы, что и теплообменное устройство по авт.св. N 494589, но отличающееся от последнего тем, что внутри барабана по его периферии размещены трубки, закрепленные на торцах барабана, причем трубки снабжены нагревательными элементами (см. авт.св. N 775606, кл. F 28 D 11/02, 1973 г.). Known heat exchange device containing the same structural elements as the heat exchange device according to ed. N 494589, but differing from the latter in that the tubes are mounted inside the drum along its periphery and are mounted on the ends of the drum, and the tubes are equipped with heating elements (see ed. St. N 775606, class F 28 D 11/02, 1973 )
С помощью этого устройства осуществить подогрев вязкого жидкого топочного мазута не представляется возможным, так как затруднена прокачка мазута через множество мелких отверстий, которые создадут большое гидродинамическое сопротивление. Не меньшее сопротивление вращению барабана создает вязкий мазут, если его прокачивать через кольцевое пространство, образованное корпусом и цилиндрической перфорированной стенкой барабана. Так как вязкий мазут в кольцевом пространстве находится в холодном состоянии. Using this device, it is not possible to heat up a viscous liquid fuel oil, since it is difficult to pump fuel oil through many small holes, which will create a large hydrodynamic resistance. No less resistance to the rotation of the drum creates a viscous fuel oil, if it is pumped through the annular space formed by the housing and the cylindrical perforated wall of the drum. Since viscous fuel oil in the annular space is in a cold state.
Кроме того, если бы каким-то образом удалось все же прокачать мазут через проточную часть устройства, то его разогрев при контакте с нагревательными трубками сопровождался бы пригоранием к трубкам смолистых и гудронирующих веществ, входящих в химический состав мазута, что снизит теплообмен. In addition, if somehow it was possible to pump fuel oil through the flow part of the device, its heating upon contact with the heating pipes would be accompanied by burning resinous and tar substances included in the chemical composition of the fuel oil to the pipes, which would reduce heat transfer.
Известен теплообменный аппарат, преимущественно для охлаждения вязких жидкостей, содержащий охлаждаемый корпус с соосно размещенным в нем барабаном, установленным на вращающемся полом валу для циркуляции хладагента, и коллекторные камеры, подключенные к полости корпуса, при этом внутри барабана установлен перфорированный стакан с ложным дном и сеткой на боковой поверхности для распределения хладагента по внутренней поверхности барабана, а в коллекторных камерах установлены лопаточные колеса для прокачивания жидкости через полость корпуса, причем на внутренней поверхности корпуса укреплены радиальные перфорированные ребра, а барабан выполнен в виде усеченного конуса с углом конусности порядка 1-5o (см. авт.св. N 455235, кл. F 28 D 11/02 от 30.12.74 г.).A heat exchanger is known, mainly for cooling viscous liquids, comprising a cooled case with a drum coaxially placed in it mounted on a rotating hollow shaft for refrigerant circulation, and manifold chambers connected to the body cavity, while a perforated glass with a false bottom and mesh is installed inside the drum on the side surface for the distribution of refrigerant on the inner surface of the drum, and in the collector chambers are equipped with impeller wheels for pumping fluid through the cavity orpusa, wherein the inner surface of the casing are reinforced perforated radial fins and the drum is formed as a truncated cone with a cone angle of the order of 1-5 o (cm. N SU, 455235, cl. F 28 D 11/02 of 30.12.74 g .).
Рассматривая конструкцию данного устройства, можно отметить в качестве недостатка наличие гладкой внутренней поверхности барабана, а также перфорированного стакана, которые не обеспечивают необходимой турбулизации хладагента на теплообменной поверхности барабана, что препятствует желаемому повышению интенсивности теплообмена. Considering the design of this device, it is possible to note as a disadvantage the presence of a smooth inner surface of the drum, as well as a perforated glass, which do not provide the necessary turbulization of the refrigerant on the heat exchange surface of the drum, which prevents the desired increase in the intensity of heat transfer.
Кроме того, использовать данное устройство для разогрева топочного мазута не представляется возможным. Изменить его назначение, т.е. вместо охлаждения осуществлять нагревание, можно, по крайней мере, двумя путями. Один из них - путем подачи в полость теплообменного аппарата не хладагента, а водяного пара. В этом случае исключается необходимость вращающего барабана с сеткой. Кроме этого не происходит пленочного кипения. In addition, it is not possible to use this device for heating fuel oil. Change its purpose, i.e. instead of cooling, heating can be done in at least two ways. One of them is by supplying not refrigerant, but water vapor to the cavity of the heat exchanger. In this case, the need for a rotating drum with a net is eliminated. In addition, film boiling does not occur.
Второй путь - подавать в полость горячую воду. Как известно, горячую воду можно нагреть максимум до 100oC. Если воду греть выше, то резко возрастет давление, что потребует высокой прочности аппарата, а это приведет к переходу теплообменника в разряд опасных аппаратов, работающих под повышенным давлением, что крайне нежелательно.The second way is to feed hot water into the cavity. As you know, hot water can be heated up to a maximum of 100 o C. If the water is heated higher, then the pressure will increase sharply, which will require high strength of the device, and this will lead to the transfer of the heat exchanger to the discharge of hazardous devices operating under high pressure, which is extremely undesirable.
В основу изобретения положена задача по усовершенствованию известного теплообменного аппарата и создание такого аппарата, который бы обеспечил:
а) высокую эффективность нагрева жидкости без образования накипи, пригорания и других термических загрязнений на греющей поверхности аппарата при повышении температуры греющей поверхности; б) уменьшение потерь тепла в окружающую среду; в) повышение гидродинамических качеств аппарата; г) регулировку в широком диапазоне нагрева жидкости.The basis of the invention is the task of improving the known heat exchanger and the creation of such an apparatus, which would provide:
a) high efficiency of heating the liquid without the formation of scale, burning and other thermal contaminants on the heating surface of the apparatus with increasing temperature of the heating surface; b) reduction of heat loss to the environment; c) increasing the hydrodynamic qualities of the apparatus; d) adjustment in a wide range of heating fluid.
Поставленная задача достигается за счет изменения принципа нагрева теплообменной стенки аппарата, конструктивного усовершенствования корпуса, одной из коллекторных камер, лопаточного колеса и возможности регулировать нагрев жидкости. Суть этих изменений и усовершенствований заключается в том, что в теплообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус, покрытый термически стойкой электроизоляцией и установленной на ней (вокруг корпуса) токоведущей обмоткой (например, индукционной), над которой по периметру корпуса установлены магнитопроводы из шихтованной электротехнической стали, которые покрыты легким кожухом с теплоизоляцией, соосно расположенный внутри цилиндрического корпуса ротор, который вместе с внутренней поверхностью корпуса образует кольцевой зазор для прохода нагреваемой жидкости, коллекторные камеры, подключенные к корпусу и имеющие всасывающий и нагнетательные патрубки, лопаточные колеса для прокачивания жидкости, присоединенные к ротору, согласно изобретению внешняя поверхность покрыта тугоплавкой электроизоляцией, поверх которой расположена токоведущая (индукционная) обмотка с магнитопроводами с внешней стороны и защищенных кожухом и электро-теплоизоляцией, всасывающая коллекторная камера снабжена нагнетательной камерой и лопаточным колесом и которая выполнена в виде (ресивера) частично (по длине), охватывающей корпус кольцевой полостью и отверстиями на корпусе по его периметру, сообщающие нагнетательную камеру с кольцевым зазором, а диаметр лопаточного колеса превышает диаметр ротора, кроме того, аппарат снабжен перепускной трубкой с регулирующим органом, а концы трубки изогнуты и заведены в полости нагнетального и всасывающего патрубков, причем загнутая часть перепускной трубки в нагнетательном патрубке установлена своим отверстием встречно потоку жидкости, а загнутая часть перепускной трубки во всасывающем патрубке своим отверстием установлена по ходу потока (спутно) жидкости, идущей на нагрев в аппарат. The task is achieved by changing the principle of heating the heat exchange wall of the apparatus, constructive improvement of the housing, one of the manifold chambers, the blade wheel and the ability to regulate the heating of the liquid. The essence of these changes and improvements lies in the fact that in a heat exchanger containing a cylindrical body, covered with thermally stable electrical insulation and mounted on it (around the body) a current-carrying winding (for example, induction), over which magnetic circuits made of lined electrical steel are installed around the perimeter of the body, which are covered with a light casing with thermal insulation, a rotor coaxially located inside the cylindrical body, which together with the inner surface of the body forms an annular gap OR for the passage of the heated fluid, collector chambers connected to the housing and having suction and discharge nozzles, impellers for pumping fluid connected to the rotor, according to the invention, the outer surface is coated with refractory electrical insulation, over which there is a current-carrying (induction) winding with magnetic circuits on the outside and protected by a casing and electro-thermal insulation, the intake manifold chamber is equipped with a discharge chamber and a blade wheel and which is made in the form e (receiver) partially (in length), covering the housing with an annular cavity and openings on the housing along its perimeter, communicating the discharge chamber with an annular gap, and the diameter of the blade wheel exceeds the diameter of the rotor, in addition, the apparatus is equipped with a bypass tube with a regulating body, and the ends the tubes are bent and inserted into the cavities of the discharge and suction pipes, the bent part of the bypass pipe in the discharge pipe being installed with its opening counter to the fluid flow, and the bent part of the bypass pipe on its suction inlet port is installed downstream (satellite) of liquid goes to the heating of the apparatus.
Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом позволяет сделать вывод, что оба аппарата имеют общие следующие существенные признаки - это корпус, охваченный нагревательным элементом (устройством), ротор, соосно расположенный внутри корпуса, кольцевой зазор между ротором и внутренней поверхностью корпуса, коллекторные камеры, подключенные к корпусу, лопаточные колеса для прокачивания нагреваемой жидкости. A comparative analysis of the claimed device with the prototype allows us to conclude that both devices have the following essential features in common - a housing covered by a heating element (device), a rotor coaxially located inside the housing, an annular gap between the rotor and the inner surface of the housing, collector chambers connected to casing, paddle wheels for pumping heated fluid.
Отличительными особенностями заявляемого теплообменного аппарата являются следующие: внешняя поверхность корпуса покрыта термостойкой электроизоляцией, поверх которой расположена токоведущая обмотка (например, индукционная) с магнитопроводами из шихтованной, электротехнической стали; всасывающая коллекторная камера снабжена нагнетательной камерой, в которую поступает жидкость с лопаточного колеса, нагнетательная камера выполнена в виде кольцевой полости с отверстиями на корпус по его периметру (вокруг), которые сообщают полость нагнетательной камеры с кольцевым зазором; а диаметр лопаточного колеса превышает диаметр ротора; аппарат снабжен перепускной трубкой с регулирующим органом (клапаном); концы трубки загнуты и заведены в полости нагнетательного и всасывающего патрубков; причем загнутая часть перепускной трубки в нагнетательном патрубке своим отверстием установлена встречно потоку жидкости, а загнутая часть перепускной трубки во всасывающем патрубке своим отверстием установлена по ходу потока (спутно) жидкости, идущей в аппарат для нагрева. Distinctive features of the inventive heat exchanger are as follows: the outer surface of the casing is covered with heat-resistant electrical insulation, on top of which there is a current-carrying winding (for example, induction) with magnetic circuits of lined, electrical steel; the intake manifold chamber is equipped with an injection chamber into which fluid is supplied from the blade wheel, the injection chamber is made in the form of an annular cavity with holes on the perimeter of the housing (around), which communicate with the annular gap of the injection chamber cavity; and the diameter of the blade wheel exceeds the diameter of the rotor; the apparatus is equipped with a bypass tube with a regulatory body (valve); the ends of the tube are bent and inserted into the cavity of the discharge and suction nozzles; moreover, the bent part of the bypass tube in the discharge pipe with its opening is installed opposite the fluid flow, and the bent part of the bypass pipe in the suction pipe with its hole is installed along the (fluid) stream of the liquid going to the heating apparatus.
Все вышеперечисленные отличительные признаки обеспечивают выполнение поставленной задачи. All of the above distinguishing features provide the fulfillment of the task.
Тугоплавкая электроизоляция (термически стойкая), нанесенная на внешнюю поверхность корпуса и установленная на ней, токоведущая обмотка (например, индукционная) с магнитопроводами с внешней стороны и закрытие защитным кожухом с теплоизоляцией обеспечивают высокую эффективность нагрева жидкости за счет передачи почти всей энергии индуктивности греющей стенки корпуса и через нее жидкости. Одновременно уменьшаются потери тепла в окружающую среду (теплопотери минимальные, так как большая часть энергии индуктивности идет непосредственно на нагрев стальной греющей стенки). Refractory electrical insulation (thermally stable) deposited on the outer surface of the casing and installed on it, a current-carrying winding (for example, induction) with magnetic cores on the outside and closing with a protective casing with thermal insulation provide high heating efficiency of the fluid due to the transfer of almost all the inductance energy of the heating wall of the casing and fluid through it. At the same time, heat loss to the environment is reduced (minimum heat loss, since most of the inductance energy goes directly to the heating of the steel heating wall).
При вращении ротора в кольцевом зазоре образуются вихревые течения Тэйлора (см. стр. 481 книгу Шлихтинг "Теория пограничного слоя". - М., Наука. Гл. ред. физ. мат. лит. , 1974 г., 711 с.), которые способствуют интенсивной турбулизации потока нагреваемой жидкости, что приводит к разрушению пограничного слоя жидкости на внутренней цилиндрической стенке корпуса, которая нагревается токами Фуко (индукционный нагрев). When the rotor rotates in the annular gap, Taylor vortex flows form (see p. 481 Schlichting's book “Theory of the Boundary Layer.” - M., Nauka. Gl. Ed. Phys.Mat. Lite., 1974, 711 pp.), which contribute to intensive turbulization of the flow of the heated fluid, which leads to the destruction of the boundary layer of fluid on the inner cylindrical wall of the housing, which is heated by Foucault currents (induction heating).
Интенсивная турбулизация жидкости, разрушая пограничный слой, увеличивает интенсивность теплообмена, что в свою очередь, охлаждая теплопередающую стенку корпуса, препятствует ее перегреву, обеспечивает созданию максимального температурного напора, а радиальные потоки (течения Тэйлора) исключают пригорание жидкости или образование накипи. Intense turbulization of the liquid, destroying the boundary layer, increases the heat transfer rate, which, in turn, cooling the heat transfer wall of the case, prevents its overheating, ensures the creation of maximum temperature pressure, and radial flows (Taylor flows) exclude liquid sticking or scale formation.
Немаловажными существенными признаками являются также наличие нагнетательной камеры в виде кольцевой полости, в которой размещено лопаточное колесо, диаметр которого превышает диаметр ротора, к которому оно присоединено. Эти признаки улучшают гидродинамические качества насосного узла теплообменного аппарата, а именно повышает напор жидкости, тем самым улучшается прокачка жидкости через аппарат и в конечном итоге увеличивается производительность аппарата. Кроме того, нагнетательная камера выполняет роль ресивера, выравнивая поток жидкости, выходящей с лопаток колеса перед входом в кольцевой зазор через отверстия, расположенные по периметру корпуса. Important essential features are also the presence of an injection chamber in the form of an annular cavity in which a blade wheel is placed, the diameter of which exceeds the diameter of the rotor to which it is attached. These signs improve the hydrodynamic qualities of the pump unit of the heat exchanger, namely it increases the pressure of the liquid, thereby improving the pumping of liquid through the device and ultimately increases the productivity of the device. In addition, the discharge chamber acts as a receiver, equalizing the flow of fluid exiting the wheel blades before entering the annular gap through openings located around the perimeter of the housing.
И последний отличительный признак - это обводная трубка с регулирующим органом. Наличие этой трубки позволяет, в случае необходимости, регулировать в широком диапазоне нагрев жидкости до необходимой температуры путем многократной прокачки части жидкости через кольцевой зазор аппарата для повторного ее нагрева. Тем самым имеется возможность быстрого нагрева жидкости до высокой температуры. And the last distinguishing feature is a bypass tube with a regulatory body. The presence of this tube allows, if necessary, to regulate in a wide range the heating of the liquid to the required temperature by repeatedly pumping part of the liquid through the annular gap of the apparatus for re-heating it. Thus, it is possible to quickly heat the liquid to a high temperature.
Таким образом, можно констатировать, что теплообменный аппарат в результате усовершенствования в совокупности со всеми перечисленными отличительными признаками позволяет обеспечить достижение поставленной цели получить технический результат, заключающийся в повышении эффективности нагрева жидкости без образования накипи и пригорания на греющей поверхности аппарата, уменьшении потерь тепла в окружающую среду, повышении гидродинамических качеств аппарата и возможности регулирования нагрева жидкости в широком диапазоне, при этом быстро нагреть жидкость. Кроме того, индуктивный нагрев цилиндрической теплообменной стенки, роль которой выполняет корпус, позволяет нагреть стенку (корпус) до очень высокой температуры и этим увеличить температурный напор (тепловой поток) между греющей стенкой корпуса и нагреваемой жидкостью, что не удается достичь другими доступными способами нагрева. Thus, it can be stated that the heat exchanger as a result of improvement, together with all the distinguishing features listed above, allows achieving the set goal to obtain a technical result consisting in increasing the efficiency of heating the liquid without the formation of scale and burning on the heating surface of the device, reducing heat loss to the environment , increasing the hydrodynamic qualities of the apparatus and the possibility of regulating the heating of the liquid in a wide range, while Quickly heat the liquid. In addition, the inductive heating of the cylindrical heat exchange wall, the role of which is played by the casing, allows the wall (casing) to be heated to a very high temperature and thereby increase the temperature head (heat flux) between the heating wall of the casing and the heated fluid, which cannot be achieved with other available heating methods.
На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство (общий вид); на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows the proposed device (General view); in FIG. 2 is a section AA in FIG. one.
Теплообменный аппарат содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительным фланцем 2, магнитопроводами 3 (размещение магнитопроводов представлено на фиг. 2), соосно размещенный внутри корпуса ротор 4. Между корпусом и ротором образован кольцевой зазор 5. The heat exchanger comprises a cylindrical body 1 with a connecting flange 2, magnetic circuits 3 (the location of the magnetic circuits is shown in Fig. 2), a
Внешняя цилиндрическая поверхность корпуса покрыта термостойкой электроизоляцией 6, поверх которой расположена токоведущая (индукционная) обмотка 7 с клеммными выводами 8. В свою очередь индукционная обмотка 7 также закрыта термостойкой электротеплоизоляцией 9, которая уменьшает теплопотери в окружающую среду и обеспечивает электробезопасность. Электротеплоизоляцией 9 заполнено пространство между обмоткой и магнитопроводами. Магнитопроводы и электротеплоизоляция фиксируются и удерживаются на корпусе с помощью кожуха 10, который также защищает магнитопроводы и электротеплоизоляцию от случайных повреждений и случайного проникновения влаги. Таким образом, данная совокупность деталей: токоведущая обмотка, магнитопроводы, термически стойкая электротеплоизоляция совместно со стальной стенкой корпуса образуют индукционный греющий элемент (ИГЭ) теплообменного аппарата. The outer cylindrical surface of the housing is covered with heat-resistant
Далее, к цилиндрическому корпусу 1 с помощью присоединительного фланца 2 установлена коллекторная камера 11. Коллекторная камера 11 имеет всасывающую полость 13, насосный узел в виде лопаточного колеса 14 и нагнетательную камеры 15, которая выполнена в виде охватывающей корпус 1 кольцевой полости с отверстиями 16 на корпусе 1 по его периметру, которые сообщают нагнетательную камеру с кольцевым зазором 5. Коллекторная камеры 11 снабжена всасывающим патрубком 17 и подшипником 18 с сальниковым уплотнением концевика приводного вала 19. Насосный узел служит для прокачки через кольцевой зазор теплообменного аппарата нагреваемой жидкости и подсоединен к корпусу соосно. Further, a collector chamber 11 is installed to the cylindrical body 1 by means of a connecting flange 2. The collector chamber 11 has a suction cavity 13, a pump assembly in the form of a blade wheel 14 and a discharge chamber 15, which is made in the form of an annular cavity enclosing the housing 1 with holes 16 on the housing 1 along its perimeter, which communicate with the discharge chamber with an
Коллекторная камера 12 содержит свой подшипник 20 с сальниковым уплотнением концевика вала ротора и свой нагнетательный патрубок 21. The collector chamber 12 contains its bearing 20 with the packing of the end of the shaft of the rotor and its discharge pipe 21.
Лопаточное колесо 14 присоединено к ротору 4 со стороны всасывания. Диаметр лопаточного колеса 14 превышает диаметр ротора 4. С противоположного конца ротор 4 имеет лопатки 22, высота которых близка к внутреннему диаметру корпуса, а их длина перекрывает размер сечения нагнетательного патрубка 21. Лопатки 22 служат для усиления насосного эффекта (например, увеличения напора и, как следствие, увеличения производительности теплообменного аппарата). С целью уменьшения гидравлических потерь на лопатках 22, они с торцевой части прикрыты кольцом 23. Последнее направляет поток жидкости в нагнетательный патрубок 21. The impeller 14 is connected to the
Нагнетательный 21 и всасывающий 17 патрубки соединены перепускной трубкой 24, концы которой загнуты и заведены в полости нагнетательного 21 и всасывающего 17 патрубков. Причем загнутая часть 25 трубки 24 в нагнетальном патрубке 21 установлена своим отверстием встречно к потоку жидкости, а загнутая часть 26 трубки 24, установленная в полости всасывающего патрубка 17, своим отверстием расположена по ходу потока жидкости (спутно потоку), что обеспечивает устойчивую циркуляцию отбираемой жидкости для ее повторного нагревания. Перепускная трубка 24 снабжена регулировочным органом (клапаном) 27, который позволяет регулировать объем отбираемой жидкости для повторного нагрева, например, при запуске теплообменного аппарата в работу. The discharge 21 and the
Работа теплообменного аппарата осуществляется следующим образом. The operation of the heat exchanger is as follows.
Подвергающаяся нагреву жидкость через всасывающий патрубок 17 поступает во всасывающую полость 13, заполняя при этом полости лопаточного колеса 14. После этого приводится во вращение лопаточное колесо 14 с ротором 4. Жидкость с лопаток колеса 14 поступает под давлением в нагнетательную камеру 15 и через отверстия 16 заполняет кольцевой зазор 5 между корпусом 1 и ротором 4. The heated fluid through the
После того, как жидкость заполнит кольцевое пространство 5, в электрическую сеть включается индукционная токовая обмотка 7, которая за счет возникновения токов "Фуко" в стальной магнитопроводной стенке корпуса 1 осуществляет нагрев стенки и примыкающей к ней жидкости, понижая ее вязкость. After the liquid fills the
После включения токовой обмотки 7 и первоначального некоторого разжижения вязкости жидкости в кольцевом пространстве 5, включается во вращение ротор 4 с лопаточным колесом 14, и жидкость в кольцевом зазоре интенсивно турбулируется за счет образования вихревых течений Тэйлора (см. книгу Шлихтинга), которые, разрушая пограничный слой нагреваемой жидкости на внутренней поверхности цилиндрической стенки корпуса 1 (нагреваемой токами "Фуко"), интенсифицируют теплообмен, а лопаточное колесо обеспечивает прокачивание разогретой жидкости через кольцевой зазор аппарата. Далее, нагретая в кольцевом зазоре жидкость поступает на лопатки 22 ротора 4 (где жидкости сообщается дополнительная энергия) и с максимальным напором и скоростью отводится через патрубок 21 из теплообменного аппарата по назначению. After turning on the current winding 7 and initially liquefying the viscosity of the liquid in the
В процессах нагревания жидкостей возникает необходимость более быстрого их разогрева до более высокой температуры, например, вязкой жидкости типа топочного мазута, применяемого в качестве топлива в котельных. Наиболее часто такие случаи возникают в зимнее время при пуске котельных агрегатов. In the processes of heating liquids, it becomes necessary to heat them more quickly to a higher temperature, for example, a viscous liquid such as heating oil, which is used as fuel in boiler rooms. Most often, such cases occur in the winter when starting up boiler units.
В этом случае поступают следующим образом. В теплообменном аппарате имеется перепускная трубка 24, которая позволяет частично возвращать уже нагретую жидкость для более высокого повторного нагрева. Для этого манипулируют регулировочным клапаном 27, приоткрывая его либо частично, либо полностью. При этом разогретая жидкость, протекающая в патрубке 21 с максимальной скоростью за счет скоростного напора, отбирается загнутым концом 25 трубки 24 и перетекает через трубку 24 и регулировочный клапан 27 в полости всасывающего патрубка 17, а так как загнутый конец 26 трубки 24 направлен спутно потоку жидкости, поступающей в патрубок 17, то за кромками загнутого конца 26 образуется пониженное давление (эжекция), что вызывает отсос жидкости, перепускаемой из патрубка 21. Таким образом, установка перепускной трубки 24 по данной схеме обеспечивает надежную циркуляцию нагреваемой жидкости для ее повторного нагрева до более высокой температуры. In this case, proceed as follows. The heat exchanger has a
В случае нагрева жидкости до умеренной температуры регулировочный клапан 27 или частично прикрывается, или закрывается полностью. If the liquid is heated to a moderate temperature, the
Таким образом, применение индукционного нагрева дает возможность осуществлять нагрев теплопередающей стенки корпуса аппарата до очень высоких температур, создавая предельный температурный напор при нагреве жидкости, что позволяет при данном способе турбулизации обеспечить максимальный теплосъем, так как энергия индукции (тепловая) сосредотачивается в теплообменной стенке корпуса и почти полностью передается жидкости, уменьшая этим потери в окружающую среду, что является важным свойством теплообменных аппаратов. Thus, the use of induction heating makes it possible to heat the heat transfer wall of the apparatus body to very high temperatures, creating an extreme temperature head when heating the liquid, which makes it possible to provide maximum heat removal with this turbulization method, since the induction energy (thermal) is concentrated in the heat exchange wall of the body and almost completely transmitted to the liquid, thereby reducing losses to the environment, which is an important property of heat exchangers.
Кроме этого, в предлагаемом аппарате за счет интенсивной турбулизации пограничного слоя посредством течений Тэйлора исключается образование накипи или пригорание жидкости к теплообменной стенке, вследствие чего греющая поверхность остается в процессе всей работы чистой, при этом интенсивность теплообмена сохраняется на постоянном уровне. Т.е. предлагаемый аппарат является теплообменником с незагрязняющейся теплообменной поверхностью, работающий с неизменяющимися коэффициентами теплообмена. In addition, in the apparatus of the apparatus, due to intensive turbulization of the boundary layer by means of Taylor flows, the formation of scale or burning of the liquid to the heat exchange wall is excluded, as a result of which the heating surface remains clean during the entire operation, while the heat transfer intensity is maintained at a constant level. Those. the proposed apparatus is a heat exchanger with a non-contaminating heat exchange surface, working with unchanging heat transfer coefficients.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96111434A RU2119629C1 (en) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | Heat exchange device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96111434A RU2119629C1 (en) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | Heat exchange device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU96111434A RU96111434A (en) | 1998-09-10 |
| RU2119629C1 true RU2119629C1 (en) | 1998-09-27 |
Family
ID=20181614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96111434A RU2119629C1 (en) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | Heat exchange device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2119629C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2504927C1 (en) * | 2012-06-19 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Induction heating device of oil products |
| RU181306U1 (en) * | 2017-12-20 | 2018-07-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Electric heating device |
-
1996
- 1996-06-06 RU RU96111434A patent/RU2119629C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2504927C1 (en) * | 2012-06-19 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Induction heating device of oil products |
| RU181306U1 (en) * | 2017-12-20 | 2018-07-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Electric heating device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7168395B2 (en) | Submerged combustion LNG vaporizer | |
| CN1082684A (en) | Combination boiler | |
| US5332369A (en) | Pump unit with cooling jacket for electric motor | |
| US4501231A (en) | Heating system with liquid pre-heating | |
| RU2119629C1 (en) | Heat exchange device | |
| CN204678365U (en) | Spiral stream guidance hangs courage formula waste-heat recoverer | |
| EP0390902B1 (en) | Heating apparatus with a heat exchanger | |
| RU2594910C1 (en) | Device to prevent formation of paraffin and hydrate deposits in oil wells | |
| US4377133A (en) | Cryogenic heater | |
| US1403319A (en) | Heat-exchange apparatus | |
| US3934574A (en) | Heat exchanger | |
| RU2349854C2 (en) | Method of low-temperature heat utilisation and device for its implementation | |
| RU2005127469A (en) | METHOD AND DEVICE FOR PREPARING LIPSTICK | |
| RU2072491C1 (en) | Heat exchange device | |
| RU96108748A (en) | ENERGY INSTALLATION | |
| CA2523457C (en) | Submerged combustion lng vaporizer | |
| SU1118843A1 (en) | Heat-exchanging member of double pipe type | |
| RU2035682C1 (en) | Heat exchanging apparatus | |
| RU2242683C2 (en) | Hydraulic heater | |
| RU2504927C1 (en) | Induction heating device of oil products | |
| SU1386804A1 (en) | Heat exchanging element of recuperator | |
| RU2178125C1 (en) | Method and apparatus for heating liquid heat-transfer agent | |
| RU2032346C1 (en) | Equipment for smoking food products | |
| RU2080516C1 (en) | Steam-and-water condensation boiler | |
| RU2229066C2 (en) | Electrohydraulic heat generator |