способ теплообмена между теплоносителями, разделенными стенкой

Формула изобретения

Способ теплообмена между теплоносителями, разделенными стенкой, в котором тепло от горячего теплоносителя к холодному передают непосредственно через теплопроводные стержни, проходящие через стенку, и стенку, отличающийся тем, что стержни расположены перпендикулярно потокам теплоносителей, а часть тепла, передаваемая через стенку, несоизмеримо меньше, чем тепло, передаваемое через стержни.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к интенсивным способам передачи тепла от горячего теплоносителя к холодному и может быть использовано в теплообменниках энергетической, металлургической и других отраслей промышленности, в том числе в системах утилизации тепла отходящих газов технологических установок.

Известно, что если в теплообменниках тепло передают через гладкую разделительную стенку, то теплообмен между теплоносителями не может быть интенсивным. В этом случае поток горячего теплоносителя омывает разделительную стенку и передает ей тем больше тепла, чем больше разность температуры между этим теплоносителем и стенкой. С противоположной стороны стенка омывается холодным теплоносителем, получающим тепло от стенки. Количество переданного стенкой тепла также увеличивается пропорционально разности температуры между стенкой и холодным теплоносителем. При этом взаимодействие потока со стенкой происходит только в тонком слое около поверхности стенки. Иными словами, в теплообмене участвует лишь небольшая часть теплоносителя, которая находится около стенки.

Из уровня техники известно техническое решение - способ теплообмена между теплоносителями, разделенными стенкой, в котором тепло от горячего теплоносителя к холодному передают непосредственно через теплопроводный стержень, проходящий через стенку (SU 1027502 А, 07.07.1983).

Непосредственное участие стенки в процессе теплообмена приводит к некоторому уменьшению теплопередачи, так как в стенке происходит естественное выравнивание температуры по ее длине и, следовательно, к уменьшению локальной разности температуры между теплоносителем и стенкой.

Из анализа патентной и научно-технической литературы можно сделать вывод, что для интенсификации теплообмена между теплоносителями, разделенными стенкой, используют средства (турбулизаторы), которые во всех случаях значительно увеличивают сопротивление теплообменника и нетехнологичны в изготовлении.

Задача настоящего изобретения заключается в предложении нового интенсивного способа теплообмена между теплоносителями, разделенными стенкой, реализация которого не влечет за собой увеличения сопротивления, поскольку не требует дополнительной турбулизации потока теплоносителя.

В предлагаемом способе осуществляется теплообмен между теплоносителями, разделенными стенкой, причем согласно изобретению тепло от горячего теплоносителя к холодному передают непосредственно через теплопроводные стержни, проходящие через стенку, и саму стенку, при этом стержни расположены перпендикулярно потокам теплоносителей, а часть тепла, передаваемая через стенку несоизмеримо меньше, чем тепло, передаваемое через стержни.

Сущность нового способа заключается в том, что горячий теплоноситель, омывая часть теплопроводного стержня, расположенного внутри канала с горячим теплоносителем, передает ему тепло, которое через другую часть стержня, омываемую холодным теплоносителем, сразу передается холодному теплоносителю. Разделительная стенка в этом способе передачи тепла не играет определяющей роли и может даже вообще не участвовать в теплообмене.

Новый технический результат заключается в том, что способ передачи тепла за счет исключения в теплообмене необходимости передачи тепла стенке является очень интенсивным и одновременно экономически выгодным, так как в нем нет большого сопротивления потоку теплоносителя, не требуется больших мощностей для его прокачки через теплообменник. Выполнение отверстий в стенке и установка в них теплопроводных стержней технологически намного проще, чем изготовление оребренных стенок, в особенности, внутри оребренных труб.

На фиг. 1 схематично проиллюстрирована передача тепла по предлагаемому способу. Стрелками показано движение тепла от горячего теплоносителя 1, омывающего часть стержня 2, выступающую над стенкой 3 со стороны канала с горячим теплоносителем, далее по стержню 2 минуя стенку 3 к холодному теплоносителю 4. Часть тепла, передаваемая непосредственно через стенку, несоизмеримо меньше, чем тепло, передаваемое через стержни, и на фиг.1 не показана.

На фиг. 2 представлено устройство для осуществления заявленного способа теплообмена. Устройство содержит корпус 1, внутри которого размещены канал для горячего теплоносителя и каналы 3 для холодного теплоносителя. Каналы 3 и 3 разделены стенкой 4, в которой выполнены отверстия 5. В них герметично (для исключения перетоков теплоносителей) закреплены теплопроводные стержни 6 в направлении, перпендикулярном поверхности стенки. Исходя из конкретных теплотехнических задач длина, диаметр, материал, количество стержней, а также схема их расположения по поверхности стенки подбираются таким образом, чтобы часть тепла, передаваемая через стенку, была как минимум на порядок меньше, чем тепло, передаваемое через стержни.

Теплообменное устройство можно изготавливать по модульной схеме, т.е. конструировать теплообменники с необходимым количеством модулей.