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 краплеподібну форму. (19) (21) u200901959 (22) 04.03.2009 (24) 25.08.2009 (46) 25.08.2009, Бюл.№ 16, 2009 р. (72) НІЩИК ОЛЕКСАНДР ПАВЛОВИЧ, ГЕРШУНІ ОЛЕКСАНДР НАУМОВИЧ, ПИСЬМЕННИЙ ЄВГЕН МИКОЛАЙОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" 3 43568 4 Спорядження кожної з утворених труб з однієї подібні в перерізі труби [див., наприклад, книгу із сторін пакета пластин глухим дном, з іншої стоВ.М. Антуфьев. Эфективность различных форм рони пристроєм для заповнення теплоносієм, звіконвективных поверхностей нагрева. - М. - Л.: льнення цих труб від повітря і часткове заповненЭнергия. - 1966, с.29, табл.2-3, поверхня №4]. ня їх теплоносієм з наступною герметизацією В основу корисної моделі поставлено задачу дозволяє отримати в рішенні - найближчому анастворення теплообмінного блоку теплоутилізатологові високу ефективність роботи за рахунок реара, в якому нова форма труб дозволила б забезлізації в кожній з утворених труб при функціонупечити підвищення ефективності роботи. ванні теплоутилізатора з цим теплообмінним Поставлена задача вирішується тим, що в теблоком випаровувально-конденсаційного контуру. плообмінному блокові теплоутилізатора, який місВ результаті отримують велику площу поверхні тить пакет пластин з рядами отворів з відбортутеплообміну з боку кожного з теплоносіїв, між якиванням, що входять в отвори суміжних пластин з ми відбувається теплообмін. Багаторазове збільутворенням труб, причому кожна з утворених труб шення поверхні теплообміну з боку теплоносія, споряджена з однієї із сторін пакета глухим дном, для руху якого в технічному рішенні-аналогові буз іншої сторони пристроєм для заповнення теплоли призначені труби, досягається тим, що внутріносієм, звільнена від повітря і частково заповнена шню поверхню труб замінено на розгалужену потеплоносієм та герметизована, згідно з корисною верхню теплообміну, набрану з пластин. Тобто моделлю, отвори мають краплеподібну форму. кожний з теплоносіїв пропускається через розгаВиконання отворів краплеподібної форми долужену пластинчасту поверхню в окремих камезволяє забезпечити підвищення ефективності рорах, що відділяються одна від одної однією з пласботи поверхонь з труб цієї форми в перерізі в потин, яка ущільнюється в корпусі теплоутилізатора рівнянні з найближчим аналогом, тому що вони при монтажі теплообмінного блоку. Зв'язок між мають кращі теплові характеристики за рахунок потоками теплоносіїв з різною температурою, що більших величин коефіцієнтів тепловіддачі a в проходять через теплообмінний блок у відокремпорівнянні з круглотрубними пучками при одному і лених камерах, здійснюється за допомогою випатому ж діаметрі круглої труби і діаметрі більшого ровувально-конденсаційних контурів всередині закруглення труб краплеподібної форми в перерізі утворених труб. Ці випаровувально-конденсаційні - діаметр меншого закруглення складає половину контури ефективно передають теплові потоки з діаметра більшого закруглення, а довжина покамери в камеру при незначних перепадах темпевздовжньої осі складає 3,5 діаметра більшого заратур по їх довжині. В теплоутилізаторі з цим тепкруглення [див. книгу В.М. Антуфьев. Эффективлообмінним блоком-найближчим аналогом реаліность различных форм конвективных зований ефективний спосіб теплообміну між поверхностей нагрева. - М. -Л.: Энергия.-1966, гарячим і холодним середовищами шляхом викос.29, табл. 2-3, с.32, рис.2-3, а]. При одних і тих же ристання поперечного обтікання гарячим і холодпитомих витратах потужності No на подолання ним потоками теплоносіїв зовнішніх поверхонь аеродинамічного опору, що виникає під час руху випаровувально-конденсаційних контурів з суцільтеплоносія крізь пучок труб заданого профілю, ними ребрами у вигляді пакету пластин. Важливою процес тепловіддачі від труб краплеподібної форперевагою теплоутилізаторів з теплообмінним ми в перерізі характеризуються більшими величиблоком-найближчим аналогом є також те, що в них нами коефіцієнтів тепловіддачі, наприклад при може використовуватись як найбільш ефективний No=500 величина а для поверхонь з трубами краппротитечієвий (зустрічний) режим руху теплоносілеподібної в перерізі форми складає a»(250-260) їв, при якому забезпечується найкраще викорисВт/(м2×К) для шахматного розміщення труб у пучку, тання існуючої різниці температур між теплоносіятоді як для гладкотрубного пучка з тим же шахмами та найбільше змінювання температури кожного тним розміщенням труб у пучку величина а при з теплоносіїв [див. книгу А. Фраас, М. Оцисик. Растому ж значенні No=500 складає приблизно чет и конструирование теплообменников. - М.: 170Вт/(м2×К) (діаметр круглих труб і діаметр більАтомиздат, 1971, с.6, рис.1.2]. Аналіз приведених шого закруглення труб краплеподібної форми в на цьому рисунку даних показує, що, наприклад, перерізі складає 20мм, діаметр меншого закругпри відносній поверхні теплообміну, рівній 1, відлення труб краплеподібної форми складає 10мм, ношення підвищення температури холодного тепдовжина повздовжньої осі складає 70мм, величини лоносія до різниці вхідних температур теплоносіїв відносних (дорівнюють відношенню величин кроків у відсотках складає: прямоточний (паралельний поперечних і повздовжніх до діаметра більшого однонаправлений) рух - близько 37, перехресний закруглення труби краплеподібної форми) поперерух - близько 55, протитечієвий рух - близько 64), а чних і повздовжніх кроків труб краплеподібної фотакож, при необхідності, прямотечієвий (паралерми в перерізі у пучку складають відповідно 2,15 і льний) рух теплоносіїв. 2,91, а потік середовища, що омиває зовнішню В той же час недоліком даного технічного ріповерхню труб, направлений паралельно повздошення є те, що найбільш проста у виконанні кругвжній осі труб краплеподібної форми в перерізі, а ла в перерізі форма утворюваних труб не є найтакож направлений зустрічно більшому закругленкращою за тепловими і аеродинамічними ню (20мм). Тобто при No=500 величина a для похарактеристиками. Величини коефіцієнтів тепловерхонь з трубами краплеподібної форми в перевіддачі більші для пучків краплеподібних в перерізі різі в (1,47-1,53) рази більша в порівнянні з труб, а аеродинамічний опір пучка труб круглої круглотрубними пучками. Таке ж становище має форми в перерізі більший в порівнянні з трубами місце і при інших значеннях No. Що стосується більш обтічної форми, до яких належать краплеаеродинамічного опору, то при однаковій величині 5 43568 6 лоутилізатора. Теплоносій в трубах 4, кожна я яких a для обох поверхонь, рівній, наприклад, являє собою випаровувально-конденсаційний кон100Вт/(м2×К), величини No відрізняються в 2,8 рази тур, випаровується або кипить і переносить у ви- відповідно 50 та 18 для круглотрубного пучка та гляді пари за рахунок прихованої теплоти випаропучка з труб краплеподібної форми в перерізі. вування тепловий потік у камеру 9 для холодного Тобто аеродинамічний опір пучка краплеподібних середовища-теплоносія. У цій камері 9 теплоносій у перерізі труб значно менший у порівнянні з пучу трубах 4 конденсується при їх охолодженні руком круглотрубних у перерізі труб. хомим холодним середовищем-теплоносієм, яке Технічна суть та принцип дії запропонованого при цьому нагрівається та виходить з теплоутилітеплообмінного блоку теплоутилізатора пояснюзатора. Сконденсований теплоносій труб 4 поверється кресленням. тається у вигляді рідини на нижні ділянки цих труб На Фіг.1 зображений теплообмінний блок теп4 у камеру 8 для гарячого середовища-теплоносія. лоутилізатора з коридорним розміщенням отворів Такі цикли відбуваються протягом всього періоду краплеподібної форми в перерізі, загальний вироботи теплоутилізатора з даним теплообмінним гляд; блоком. на Фіг.2 - окрема пластина теплообмінного Виготовлена модель теплообмінного блоку з блоку; п'яти стальних пластин товщиною 0,5мм розміром на Фіг.3 - вид А з Фіг.1; 158x100мм, кожна з яких мала в центральній часна Фіг.4 - переріз Б-Б з Фіг.3; тині по одному отвору краплеподібної форми з на Фіг.5 - теплообмінний блок теплоутилізатовідбортуванням (діаметр більшого і меншого зара з шахматним розміщенням отворів краплеподікруглень відповідно складають 20 та 10мм, довжибної форми в перерізі, загальний вигляд; на повздовжньої осі складає 70мм). Шляхом посана Фіг.6 - теплообмінний блок з коридорним дки з натягом відбортувань пластин в отвори розміщенням отворів у корпусі теплоутилізатора. суміжних пластин (крім першої пластини теплообТеплообмінний блок теплоутилізатора містить мінного блоку) була утворена труба краплеподібпакет пластин 1 з рядами отворів краплеподібної ної форми в перерізі. Для досягнення герметичноформи 2 з відбортуванням 3, яке входить в отвори сті стінок утвореної труби теплообмінний блок 2 суміжних пластин 1 з утворенням труб 4 краплеразом з встановленими глухим дном та пристроєм подібної форми в перерізі. Кожна з краплеподібних для заповнення труби теплоносієм покривається в перерізі труб 4 споряджена з однієї із сторін папастою "Малахіт", що являє собою порошок дрібкета глухим дном 5, а з іншої - пристроєм для заного помолу вуглекислої міді, розведений водою повнення труб теплоносієм 6. В теплообмінному [див. а.с. СРСР №977130] та прогрівається при блокові отвори 2 з відбортуваннями 3 можуть розтемпературі (1100-1150)°С [див. статтю С. Гопин. міщуватися по-різному, може використовуватися Охлаждающие пакети // Изобретатель и рационакоридорне розміщення (Фіг.1), шахматне (Фіг.5) лизатор.-1988.-№10.-С.18-19]. або інше. При розміщенні теплообмінного блока в В результаті проведених вимірювань і розракорпусі теплоутилізатора 7 одна з пластин 1 ущіхунків було встановлено наступне. льнюється в корпусі 7, утворюючи камери: 8 - для 1. Виконання моделі теплообмінного блоку гарячого і 9 - для холодного теплоносіїв (Фіг.6). відповідно запропонованому технічному рішенню Теплообмінний блок теплоутилізатора працює дозволило впевнитись у можливості виготовлення наступним чином. Теплообмінний блок встановтеплоутилізаторів з використанням випаровувальлюється в корпусі теплоутилізатора 7 так, що но-конденсаційних контурів з трубами невеликих утворені труби 4 краплеподібної форми в перерізі товщин стінок краплеподібної форми в перерізі займають вертикальну або близьку до вертикальбез застосування товстостінних несучих труб. ної орієнтацію. Одна з пластин 1 ущільнюється в 2. Як показали проведені вимірювання і розракорпусі 7 з утворенням камери 8 для гарячого та хунки, дане технічне рішення дозволяє досягти камери 9 для холодного середовища-теплоносія. високих значень показника конструктивної компакГаряче середовище-теплоносій, наприклад відхідні тності F/V (порядку 700м поверхні теплообміну F димові гази подається в камеру 8. Холодне серена 1м3 габаритного об'єму V теплообмінного блоку довище-теплоносій, яке повинно бути нагріте, натеплоутилізатора) та вагового показника або покаприклад повітря, подається у камеру для холоднозника конструктивної матеріалоємності F/m теплого середовища-теплоносія 9. обмінного блоку (маса m теплообмінного блоку Гаряче середовище-теплоносій рухається в порядку 2,5кг на 1м2 поверхні F теплообміну тепкамері 8, нагріваючи при цьому нижні ділянки труб лообмінного блоку теплоутилізатора). 4, охолоджується та виходить з іншої сторони теп 7 43568 8 9 Комп’ютерна верстка В. Мацело 43568 Підписне 10 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