Теплообмінник

Винахід відноситься до теплообмінних апаратів і може бути використаний в системах утилізації низькопотенційних теплових енергоресурсів для опалення приміщень різного призначення, наприклад, сільськогосподарських споруд. Відомий теплообмінник, що складається з багатошарового пакета із еластичного матеріалу з каналами для теплообмінюваних середовищ, в якому шари пакета послідовно з'єднані лінійними швами, розміщеними у шаховому порядку в поперечному перерізі теплообмінника [1]. Недоліком вказаного теплообмінника є складна технологія виготовлення через велику кількість не зв'язаних між собою конструктивних елементів. Найбільш близьким рішенням по технічній суті та одержуваному результату при його використанні є теплообмінник, що включає корпус, в якому розташовані теплообмінна стінка, плоскі труби, виконані із зигзагоподібно складеного рукава з розширеннями на кінцевих ділянках, встановлені в контакті одна з іншою боковими поверхнями цих ділянок [2]. Недоліком цього теплообмінника є низька інтенсивність теплообміну та відсутність можливості регулювання теплового режиму, а наявність розрізів на полімерній плівці, яка утворює теплообмінну поверхню, значно зменшує його міцність та надійність в експлуатації. Завданням винаходу є створення конструкції теплообмінника з теплопередаючою стінкою зигзагоподібної форми, виконаної з тонкої полімерної плівки без розрізів, що дасть можливість інтенсифікувати процес теплообміну, регулювати тепловий режим теплообмінника, підвищити його міцність і надійність, розширити область застосування. Поставлене завдання досягається тим, що теплообмінник, який має корпус з розташованою в ньому теплопередаючою стінкою з еластичного матеріалу та канали для руху теплоносіїв, у відповідності з даним винаходом, корпус має з одного боку патрубки площею " S" для подачі та відведення тепловіддаючого теплоносія, з протилежного боку патрубки площею " s" для подачі та відведення теплосприймаючого теплоносія, а теплопередаюча стінка є цільною і натягнута на стрижні діаметром " d" для утворення каналів руху теплосприймаючого теплоносія та на стрижні діаметром " D" для утворення каналів руху тепловіддаючого теплоносія, причому діаметри стрижнів зв'язані між собою співвідношенням d G ×c = 1 1 , де D G2 × c 2 G1 і c 1 - витрата і теплоємність тепловіддаючого теплоносія, a G2 і c 2 - витрата і теплоємність теплосприймаючого теплоносія. Виконання теплопередаючої стінки теплообмінника з цільної (без розрізів) полімерної плівки підвищує її міцність і надійність в експлуатації, а розміщення в його корпусі стрижнів для натягування на них цієї плівки дає можливість утворення теплопередаючої поверхні зигзагоподібної форми та каналів для руху теплоносіїв, які рівномірно омивають поверхню теплопередачі, інтенсифікуючи процес теплообміну. Стрижні, розміщені з одного боку теплообмінника, мають діаметр " d" , а стрижні з протилежного боку діаметр G ×c d " D" , причому співвідношення цих діаметрів відповідає співвідношенню витрат теплоносіїв 1 1 , завдяки G2 × c2 D чому швидкості руху теплоносіїв з обох боків теплопередаючої стінки можна визначити в залежності від параметрів та витрат теплоносіїв. Відповідно до витрат теплоносіїв вибираються і площі патрубків для подачі та відведення цих теплоносіїв. Таким чином, всі окремі конструктивні ознаки теплообмінника та їх нова сукупність і нові зв'язки між ними дозволяють досягти нового позитивного ефекту винаходу, що виражається в інтенсифікації теплообміну між теплопередаючою стінкою та теплоносієм, в підвищенні міцності і надійності теплообмінника, в можливості регулювання його теплового режиму та в розширенні області застосування. Винахід пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображений загальний вигляд теплообмінника, а на фіг. 2 поперечний переріз А-А. Теплообмінник включає корпус 7, який має з одного боку патрубок 2 площею " S" для подачі тепловіддаючого теплоносія та патрубок 3 для відведення тепловіддаючого теплоносія, а з протилежного боку - патрубок 4 площею " s" для подачі теплосприймаючого теплоносія та патрубок 5 для відведення теплосприймаючого теплоносія. Площі патрубків, приєднаних до корпуса 1, визначаються із співвідношення J1 J S = 2 s, де G1 G2 J1,J2 , G1, G2 - швидкості та витрати відповідно тепловіддаючого (індекс 1) і теплосприймаючого (індекс 2) теплоносіїв. В корпусі 1 розміщена теплопередаюча стінка 6 з цільного еластичного матеріалу, натягнута на стрижні 7 діаметром " d" , та на стрижні 8 діаметром " D" , завдяки чому утворені канали 9 для руху тепловіддаючого теплоносія та канали 10 для руху теплосприймаючого теплоносія. При цьому діаметри стрижнів зв'язані між собою співвідношенням d G ×c = 1 1, D G2 × c 2 де G1 і c 1 - витрата і теплоємність тепловіддаючого теплоносія, a G2 і c 2 - витрата і теплоємність теплосприймаючого теплоносія. Теплообмінник працює таким чином: тепловіддачий теплоносій подається в теплообмінник через патрубок 2, рівномірно розподіляється між каналами 9 і, рухаючись вздовж них, віддає теплоту через еластичну теплопередаючу стінку 6 теплоносію, що рухається в каналах 10, відділених від каналів 9 цією ж теплопередаючою стінкою 6. Охолоджений в каналах 9 теплоносій через патрубок 3 відводиться з теплообмінника. Теплосприймаючий теплоносій подається в теплообмінник через патрубок 4 і, рухаючись вздовж каналів 10, сприймає теплоту від тепловіддаючого теплоносія через теплопередаючу стінку 6. Нагрітий в каналах 10 теплоносій виходить з теплообмінника через патрубок 5. Взаємний напрямок руху теплоносіїв в каналах 9 та в каналах 10 теплообмінника може бути як прямоструминним так і протиструминним. Під дією динамічних сил руху теплоносіїв та сил, які з'являються в результаті зміни тисків в каналах 9 та в каналах 10, теплопередаюча стінка 6 постійно змінює свою форму, турбулізуючи примежовий шар теплоносіїв та сприяючи цим самим інтенсифікації конвективного теплообміну між рідиною або газом, що рухається в теплообміннику, і поверхнею стінки 6. Інтенсивність теплообміну між теплоносієм і теплопередаючою стінкою 6 залежить, як відомо, від швидкості руху цього теплоносія, яка залежить від його витрати та площі поперечного перерізу каналів 9 та каналів 10. Площу поперечного перерізу кожного з каналів 9 при заданій і постійній висоті корпуса 1 можна змінювати, змінюючи діаметри " D" стрижнів 8, а каналів 10 - відповідно змінюючи діаметри " d" стрижнів 7. Співвідношення між швидкостями руху та витратами теплоносіїв можна одержати з рівняння G1 × c1 × J1 × D = G2 × c 2 × J 2 × d, яке справедливе при однакових температурних перепадах теплоносіїв. В цьому рівнянні G1, c 1, J1 та G2 , c 2 , J2 - витрата, теплоємність і швидкість тепловіддаючого (індекс 1) та теплосприймаючого (індекс 2) теплоносіїв. Тоді, при необхідності задання однакових швидкостей теплоносіїв ( J1 = J2 ) в каналах 9 та в каналах 10 можна визначити потрібні для цього діаметри " d" стрижнів 7 та діаметри " D" стрижнів 8 за d G ×c рівнянням = 1 1. D G2 × c 2 Аналогічно можна визначити швидкості руху теплоносіїв при однакових діаметрах стрижнів 7 та стрижнів 8 G ×c ( d = D) J2 = J1 × 1 1 . G2 × c 2 Таким чином, змінюючи діаметри " d" стрижнів 7 та діаметри " D" стрижнів 8, можна конструювати теплообмінник для різних умов його роботи з високою ефективністю теплообмінних процесів. Теплообмінник з еластичною полімерною теплопередаючою стінкою 6 може бути використаним в системах утилізації низькопотенційних джерел теплової енергії для опалення приміщень різного призначення, наприклад, сільськогосподарських споруд, теплично-овочевих комбінатів, теплиць.