Теплообмінний блок теплоутилізатора

Теплообмінний блок теплоутилізатора, який містить пакет пластин з рядами отворів з відбортуванням, що входять в отвори суміжних пластин з утворенням труб, причому кожна з утворених труб споряджена з однієї із сторін пакета глухим дном, з іншої сторони пристроєм для заповнення теплоносієм, звільнена від повітря і частково заповнена теплоносієм та герметизована, який відрізняється тим, що отвори мають плоско-овальну форму. (19) (21) u200901021 (22) 09.02.2009 (24) 25.05.2009 (46) 25.05.2009, Бюл.№ 10, 2009 р. (72) НІЩИК ОЛЕКСАНДР ПАВЛОВИЧ, UA, ГЕРШУНІ ОЛЕКСАНДР НАУМОВИЧ, UA, ПИСЬМЕННИЙ ЄВГЕН МИКОЛАЙОВИЧ, UA (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ", UA 3 Спорядження кожної з утворених труб з однієї із сторін пакета пластин глухим дном, з іншої сторони пристроєм для заповнення теплоносієм, звільнення цих труб від повітря і часткове заповнення їх теплоносієм з наступною герметизацією дозволяє забезпечити підвищення ефективності роботи в порівнянні з аналогом за рахунок реалізації в кожній з утворених труб при функціонуванні теплоутилізатора з пропонованим теплообмінним блоком випаровувально-конденсаційного контуру. Багаторазове збільшення поверхні теплообміну з боку теплоносія, для руху якого в технічному рішенні-аналогові були призначені труби, досягається тим, що внутрішню поверхню труб замінено на розгалужену поверхню теплообміну, набрану з пластин, а зв'язок між потоками теплоносіїв з різною температурою, що проходять через теплообмінний блок у відокремлених за допомогою однієї з ущільнених у корпусі теплоутилізатора пластин камерах, ефективно здійснюється за допомогою випаровувально-конденсаційних контурів всередині утворених труб, що передають тепловий потік з однієї камери в іншу. При цьому температура по всій поверхні випаровувальних частин контурів, як і по всій поверхні конденсаційних частин контурів буде приблизно однаковою В теплоутилізаторі з теплообмінним блоком-прототипом реалізований ефективний спосіб теплообміну як зі сторони гарячого, так і холодного середовищ, а саме шляхом поперечного обтікання гарячим і холодним потоками теплоносіїв зовнішніх поверхонь випаровувально-конденсаційних контурів, що являють собою пакет пластин. В теплоутилізаторі з теплообмінним блоком-прототипом може використовуватись як найбільш ефективний протитечієвий (зустрічний) режим руху теплоносіїв, при якому забезпечується найкраще використання існуючої різниці температур між теплоносіями та найбільше змінювання температури кожного з теплоносіїв [див., наприклад книгу Справочник по теплообмінникам: в 2 т. Т.1.- М.: Энергоатомиздат, 1987, с.7,8], так і, при необхідності, прямотечієвий (паралельний рух) теплоносіїв. В той же час недоліком даного технічного рішення є те, що кругла в перерізі форма утворюваних труб не є оптимальною за тепловими і аеродинамічними характеристиками, так як аеродинамічний опір пучка труб круглої форми в перерізі більший в порівнянні з трубами більш обтічної форми, до яких належать плоско-овальні або, як їх ще називають, овалоподібні в перерізі труби [див., наприклад, книгу В.М. Антуфьев. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. -М.-Л.: Энергия. -1966, с.28, 29, табл.2-3]. В основу корисної моделі поставлено задачу створення теплообмінного блоку теплоутилізатора, в якому нова форма труб дозволила б забезпечити підвищення ефективності роботи. Поставлена задача вирішується тим, що в теплообмінному блокові теплоутилізатора, який містить пакет пластин з рядами отворів з відбортуванням, що входять в отвори суміжних пластин з утворенням труб, причому кожна з утворених труб споряджена з однієї із сторін пакета глухим дном, 41621 4 з іншої сторони пристроєм для заповнення теплоносієм, звільнена від повітря і частково заповнена теплоносієм та герметизована, згідно з корисною моделлю, отвори мають плоско-овальну форму. Виконання отворів плоско-овальної форми дозволяє забезпечити підвищення ефективності роботи поверхонь з труб цієї форми в перерізі в порівнянні з прототипом, так як вони мають кращі теплові характеристики за рахунок більших величин коефіцієнтів тепловіддачі α в порівнянні з круглотрубними пучками при одних і тих же діаметрах круглих труб і діаметрах закруглень плоскоовальних труб в перерізі та поперечних і повздовжніх кроків труб в пучках [див. книгу В.М. Антуфьев. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева.- Μ.-Л.: Энергия. -1966, с.32, рис.2-3, а]. При одних і тих же питомих витратах потужності Νο на подолання аеродинамічного опору, що виникає під час руху теплоносія крізь пучок труб заданого профілю, процес тепловіддачі від плоско-овальних в перерізі труб характеризуються більшими величинами коефіцієнтів тепловіддачі, наприклад при No = 500 величина α для поверхонь з плоско-овальними трубами в перерізі складає α ≈220Вт/(м2⋅К) для шахматного розміщення труб у пучку, тоді як для гладкотрубного шахматного пучка величина α при тому ж значенні Νο = 500 складає приблизно 170Вт/(м2⋅К) (діаметр круглих труб і діаметр закруглень плоско-овальних в перерізі труб складає 20мм, довжина повздовжньої осі плоско-овальних труб в перерізі складає 3,5 цього діаметра, величини поперечних і повздовжніх кроків труб складають відповідно 2,48 і 3,71мм, а потік середовища, що омиває зовнішню поверхню труб, рухається паралельно повздовжній осі плоско-овальних труб). Технічна суть та принцип дії запропонованого теплообмінного блоку теплоутилізатора пояснюється кресленням. На Фіг.1 зображений теплообмінний блок теплоутилізатора з коридорним розміщенням отворів, загальний вигляд; на Фіг.2 - окрема пластина теплообмінного блоку; на Фіг.3 - вид А з Фіг.1; на Фіг.4 - переріз Б-Б з Фіг.3; на Фіг.5 - теплообмінний блок теплоутилізатора з шахматним розміщенням отворів, загальний вигляд; на Фіг.6 - теплообмінний блок у корпусі теплоутилізатора. Теплообмінний блок теплоутилізатора містить пакет пластин 1 з рядами отворів плоско-овальної форми 2 з відбортуванням 3, яке входить в отвори суміжних пластин 1 з утворенням труб 4 плоскоовальної форми в перерізі. Кожна з плоскоовальних труб 4 споряджена з однієї із сторін пакета глухим дном 5, а з іншої - дном з пристроєм для заповнення труб теплоносієм 6. В теплообмінному блокові отвори 2 можуть розміщуватися порізному, може використовуватися коридорне розміщення (Фіг.1), шахматне (Фіг.5) або інше. При розміщенні теплообмінного блока в корпусі теплоутилізатора 7 одна з пластин 1 ущільнюється в 5 корпусі 7, утворюючи камери: 8 - для гарячого і 9 для холодного теплоносіїв. Теплообмінний блок теплоутилізатора працює наступним чином. Теплообмінний блок встановлюється в корпусі теплоутилізатора 7 так, що утворені труби 4 плоско-овальної форми в перерізі займають вертикальну або близьку до вертикальної орієнтацію. Одна з пластин 1 ущільнюється в корпусі 7 з утворенням камер для гарячого 8 та холодного 9 середовища. Гаряче середовище, наприклад відхідні димові гази подається в камеру 8. Холодне середовище, яке повинно бути нагріте, наприклад повітря, подається у камеру для холодного середовища 9. Гаряче середовище рухається в камері 8, де нагріває нижні ділянки труб 4, охолоджується та виходить з іншої сторони утилізатора. Теплоносій в трубах 4, кожна я яких являє собою випаровувально-конденсаційний контур, випаровується або кипить і переносить у вигляді пари за рахунок прихованої теплоти випаровування тепловий потік у камеру 9 для холодного середовища. У цій камері 9 теплоносій на верхніх ділянках труб 4 конденсується при охолодженні холодним середовищем, яке при цьому нагрівається. Сконденсований теплоносій труб 4 повертається у вигляді рідини на нижні ділянки цих труб 4 у камеру 8 для гарячого середовища. Далі цикл повторюється. Виготовлена модель теплообмінного блоку з п'яти стальних пластин товщиною 1мм розміром 158×100мм, кожна з яких мала по одному отвору 41621 6 плоско-овальної форми з відбортуванням. Шляхом посадки з натягом відбортувань пластин в отвори суміжних пластин (крім першої пластини теплообмінного блоку) була утворена труба плоскоовальної форми в перерізі - діаметр закруглень 30мм, довжина повздовжньої осі - 105мм. Після збірки теплообмінного блоку для досягнення герметичності він покривався вуглекислою міддю, розведеною водою (див. а.с. СРСР №977130) та прогрівався при температурі 1100-1150°С [див. статтю С. Гопин. Изобретено в СССР //Изобретатель и рационализатор. -1988. -№10. С.18-19]. В результаті проведених вимірювань і розрахунків було встановлено наступне. 1. Виконання моделі теплообмінного блоку дозволило впевнитись у можливості виготовлення теплоутилізаційного обладнання з використанням випаровувально-конденсаційних контурів без застосування товстостінних несучих труб для їх виготовлення. 2. Як показали проведені вимірювання і розрахунки, дане технічне рішення дозволяє досягти високих значень показника конструктивної компак2 тності F/V (порядку 700м поверхні теплообміну на 1м3 габаритного об'єму теплообмінного блоку теплоутилізатора) та вагового показника або показника конструктивної матеріалоємності теплообмінного блоку (маса теплообмінного блоку порядку 2,5кг на 1м2 поверхні теплообміну теплообмінного блоку теплоутилізатора). 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 41621 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601