CS224673B1

CS224673B1 - Heat exchanger

Info

Publication number: CS224673B1
Application number: CS712581A
Authority: CS
Inventors: Oldrich Ing Csc Oslejsek
Original assignee: Oslejsek Oldrich
Priority date: 1981-09-29
Filing date: 1981-09-29
Publication date: 1984-01-16

Description

Vynález se týká výměníku tepla, opatřenného teplosměnnou soustavou alespoň jedna trubka v trubce, u které je ve vnitřní trubce veden okruh vnitřního prostředí a v prostoru mezi vnitřní trubkou a vnější trubkou je veden okruh vnějšího prostředí, zejména pro elektrické stroje točivé zavřeného provedení s nuceným uzavřeným okruhem vnitřního prostředí a nuceným otevřeným okruhem vnějšího prostředí.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a heat exchanger provided with a heat exchange system having at least one pipe in a pipe in which an inner environment circuit is guided in the inner tube and an external environment circuit is guided in the space between the inner tube and the outer tube. the internal environment circuit and the forced open circuit of the external environment.

224 673224 673

- 2 224 873- 2,224,873

Elektrické stroje točivé zavřeného provedení, charakterizované uzavřeným okruhem vnitřního prostředí s vřazeným prvním ventilátorem a otevřeným okruhem vnějšího prostředí s vřazeným druhým ventilátorem, jsou vybavovány výměníkem tepla. Většina v současné době užívaných výměníků-tepla bývá trubkové koncepce, přičemž nejčastěji jsou používány soustavy hladkých kovových trubek, kdy okruh vnitřního horkého prostředí je veden vně trubek a okruh vnějšího studeného prostředí je veden uvnitř trubek. Jsou známy mnohé varianty uspořádání těchto trubkových výměníků. Podle způsobu vedení okruhů vnitřního a vnějšího prostředí jsou systémy souproudé, protiproudé i křížové. U těchto systémů se dosahuje různého stupně využití teplosměnné plochy, avšak převážně nízkého, přičemž jejich závažným nedostatkem ,je nerovnoměrné rozložení vedení prostředí, například vzduchu, ve všech aktivních Částech výměníku tepla. Nerovnoměrnost rozložení toku okruhu vnitřního prostředí vzniká při jeho náhlých ohybech těsně před vstupem do výměníku, nebo také ohybem toku úřímo v prostoru mezi trubkami. Analogicky vzniká nerovnoměrnost rozložení toku okruhu vnějšího prostředí při náhlé změně jeho směru vedení před vstupem do trubek. Tyto skutečnosti vynucují návrhy výměníků tepla s nadměrnou teplosměnnou plochou, což vede k výrazně vyšší hmotnosti a zastavovacím rozměrům výměníků tepla. Pozoruhodné svým rovnoměrným způsobem vedení okruhů horkého a studeného prostředí jsou trubkové výměníky tepla typu alespoň jedna trubka v trubce, u kterých je ve vnitřní trubce veden uzavřený okruh horkého prostředí a v prostoru mezi vnitřní trubkou a vnější trubkou je veden okruh studeného prostředí, popřípadě naopak. Je zřejmé, že má-li se zabezpečit podmínkaClosed-loop rotary electrical machines, characterized by a closed circuit of the internal environment with the first fan inserted and an open circuit of the external environment with the second fan inserted, are equipped with a heat exchanger. Most of the heat exchangers currently in use are of the tubular design, the most commonly used are plain metal pipe systems, where the circuit of the internal hot environment is routed outside the tubes and the circuit of the external cold medium is routed inside the tubes. Many variations of the arrangement of these tube exchangers are known. Depending on the way the circuits of internal and external environment are routed, the systems are co-current, counter-current and cross-circuit. These systems achieve different degrees of utilization of the heat exchange surface, but are largely low, and their serious drawback is the uneven distribution of environmental conduits, such as air, in all active parts of the heat exchanger. The uneven flow distribution of the inner-circuit circuit arises in the case of its sudden bends just before entering the exchanger, or also by bending the flow directly in the space between the tubes. Analogously, there is an uneven flow distribution of the external environment circuit when the direction of the conduit suddenly changes before entering the tubes. This forces the design of heat exchangers with an excessive heat exchange surface, resulting in significantly higher mass and stop dimensions of the heat exchangers. Remarkable in their uniform way of conducting the hot and cold circuit circuits are at least one pipe-in-tube heat exchangers in which a closed hot-circuit circuit is guided in the inner tube and a cold-circuit circuit is guided in the space between the inner tube and the outer tube. Obviously, to ensure the condition

- 3 224 673 zrovnoměrnění toku, je třeba se často uchylovat k náročným a výrobně komplikovaným konstrukcím, které mají jednak nepříznivý vliv na velikost výrobních pořizovacích nákladů a navíc svým velkým hydraulickým odporem a tlakovou ztrátou citelně snižují účinnost chlazení elektrického stroje točivého zavřeného provedení.- 3,224,673 flow uniformity, it is often necessary to resort to sophisticated and complicated constructions which, on the one hand, have an adverse effect on the size of the production cost and, in addition, their high hydraulic resistance and pressure drop considerably reduce the cooling efficiency of the rotary closed machine.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u výměníku tepla podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vnější trubky i vnitřní trubky jsou vytvořeny z poddajně tvarovatelného materiálu.The aforementioned drawbacks are eliminated in the heat exchanger according to the invention, which is characterized in that both the outer tubes and the inner tubes are made of a flexible material.

Přednosti řešení výměníku tepla podle vynálezu spočívají zejména v tom, že užitím vnitřních i vnějších trubek z poddajně tvarovatelného materiálu, nejlépa termoplastické hmoty, popřípadě s vytvořenými prsteneovitými vruby na povrchu vnitřních trubek se docílí jednak plného optimálního využití teplosměnné plochy, protože rychlost proudění okruhu vnějšího prostředí i okruhu vnitřního prostředí ve všech trubkách a po celé délce je stejná. Dále se tento výměník vyznačuje podstatně nižší hmotností a rovněž jeho technologie výroby je podstatně jednodušší než u dosud známých konstrukcí. Je samozřejmé, že tím se bude výměník tepla podle vynálezu vyznačovat také i kvalitativně menšími zastavovacími rozměry a rovněž jeho pořizovací náklady na výrobu budou nižší.The advantages of the heat exchanger according to the invention are in particular that by using the inner and outer tubes of a malleable material, preferably the thermoplastic material, or with annular notches on the surface of the inner tubes, the optimum utilization of the heat exchange surface is achieved the internal environment in all pipes and the entire length is the same. Furthermore, this exchanger is characterized by a considerably lower weight and also its production technology is considerably simpler than in previously known constructions. It goes without saying that the heat exchanger according to the invention will thus also have lower stopping qualities of lower quality and its production costs will be lower.

Příklad provedení výměníku tepla podle vynálezu je znázorněn na výkresik, kde na obr. 1 je znázorněno schematické uspořádání elektrického stroje točivého zavřeného pro- 4 224 673 vedení s výměníkem tepla v podélném řezu, obr. 2 ukazuje uspořádání vnitřní trubky ve vnější trubce v příčném řezu, obr· 3 představuje uspořádání vnitřní trubky ve vnější trubce podle obr· 2 v podélném řezu s vyznačeným protiproudým uspořádáním okruhu vnitřního prostředí, vedeného ve vnitřní trubce, a okruhu vnějšího prostředí, vedeného v prostoru mezi vnitřní trubkou a vnější trubkou, na obr. 4 je vyznačeno vytvoření vnitřní trubky, opatřené prstencovítými vruby na svém povrchu v částečném podélném řezu, na obr. 5 je zobrazeno uspořádání vnitřní a vnější trubky v detailu A, vyznačujícího částečný podélný řez, v místě výstupu okruhu vnitřního prostředí ze stroje a vstupu do výměníku tepla, a na obr. 6 je znázorněno uspořádání vnitřní a vnější trubky v detailu B, naznačeného na obr. 1, vyznačujícího částečný podélný řez v místě u přírubového víka prvního ventilátoru.An exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a schematic arrangement of an electric machine of a rotary closed conduit with a heat exchanger in longitudinal section; Fig. 2 shows the arrangement of the inner tube in the outer tube in cross section. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the inner tube of the outer tube of FIG. 2, with the countercurrent arrangement of the inner tube in the inner tube and the outer tube in the space between the inner tube and the outer tube; Fig. 5 shows the arrangement of the inner and outer tubes in detail A, showing a partial longitudinal section, at the point of the outlet of the internal environment circuit from the machine and the inlet to the exchanger 6 shows the arrangement of the inner and outer tubes in detail B shown in FIG. 1, showing a partial longitudinal section at the flange cover of the first fan.

Výměník tepla, zejména pro elektrické stroje točivé zavřeli ného provedení s nuceným uzavřeným okruhem vnitřního prostředí a nuceným otevřeným okruhem 10 vnějšího prostředí, je opatřen teplosměnnou soustavou typu alespoň jedna vnitřní trubka 1 ve vnější trubce 5, u které je ve vnitřní trubce 1 veden okruh 11 vnitřního prostředí a v prostoru mezi vnitřní trubkou 1 a vnější trubkou % je veden okruh 10 vnějšího prostředí, přičemž vnitřní trubky 1 i Vnější trubky 5. jsou vytvořeny z poddajně tvarovatelného materiálu. Proto je výhodné, aby vnější trubky % i vnitřní trubky 1 byly vytvořeny z termoplastické hmoty, která kriterium poddajně tvarovatelného materiálu velmi dobře splňuje. Pro zvětšení teplosměnného povrchu jsou pak vnitřní trubky 1 opatřeny prsteneovitými vruby 14, jak je patrno podle obr. 4.The heat exchanger, in particular for electric rotary closed-circuit machines with a forced closed circuit of the internal environment and a forced open circuit of the external environment, is provided with a heat exchange system of at least one inner tube 1 in the outer tube 5 In the interior environment and in the space between the inner tube 1 and the outer tube 1, an outer environment circuit 10 is guided, the inner tubes 1 and the outer tubes 5 being formed of a yieldable material. Therefore, it is preferable that both the outer tubes 1 and the inner tubes 1 are formed of a thermoplastic material which satisfies the criterion of the yieldable material very well. In order to increase the heat exchange surface, the inner tubes 1 are then provided with annular notches 14, as shown in FIG. 4.

224 673224 673

Na obr· 1 je znázorněno jedno z možných uspořádání výměníku tepla na elektrickém stroji točivém zavřeného provedení, jehož teplosměnný systém je představován soustavou typu jedna vnitřní trubka 1, soustředně uložené ve vnější trubce χ pomocí distančních vložek £, jak je zřetelně naznačeno na obr. 2 a 3« Vnitřní trubky 1 jsou jedním svým koncem zaústěny do přírubového víka 2 na straně výstupu okruhu 11 vnitřního prostředí ze stroje. Jak je patrno podle obr. 5, představující deáail A uspořádání vnitřních trubek 1 i vnějších trubek χ u přírubového víka 2, je konec vnějších trubek χ uspořádán od přírubového víka 2 v odstupu pro průchod okruhu 10 vnější prostředí přes otvory ve vnějším krytu 13 výměníku do okolí. Opačným koncem jsou vnější trubky X upevněny ve víku 8, kterým vnitřní trubky 1 volně prochází směrem k prvnímu ventilátoru 4, vřazenému v okruhu 11 vnitřního prostředí a jsou zaústěny do přírubového víka X u prvního ventilátoru 4.. Toto uspořádání je dobře patrné podle detailu B na obr. 5. Jak je naznačeno na obr. 1, je víko 8 těsně připevněno ke skříni £ druhéfe© ventilátoru 2, který je vřazen v okruhu 10 vnějšího prostředí. Z obr. 1 je rovněž patrné, že tvar a rovina zaústění vnitřních trubek 1 v přírubovém víku 2 na výstupu okruhu 11 vnitřního prostředí ze stroje nemusí být shodná s tvarem a rovinou zaústění vnitřních trubek 1 v přírubovém víku J prvního ventilátoru 4 na straně vstupu okruhu 11 vnitřního prostředí do stroje. To je umožněno snadnou tvarovatelností soustavy vnějších trubek χ a v nich uspořádaných vnitřních trubek 1, které jsou poddajně tvarovatelné a mohou být libovolně poskládány v zastavovacím prostoru výměníku pro docílení nejvhodnějších rozměrů výměníku tepla podle vynálezu.Fig. 1 shows one possible heat exchanger arrangement on an electric machine of a rotating closed design, the heat exchange system of which is a one-pipe system 1 concentrically arranged in the outer pipe χ by means of spacers 5, as clearly indicated in Fig. 2. and 3 ' The inner tubes 1 terminate in one end into the flange cover 2 on the side of the outlet 11 of the internal environment from the machine. As can be seen from FIG. 5, representing the arrangement of the inner tubes 1 and the outer tubes χ at the flange lid 2, the end of the outer tubes χ is arranged from the flange lid 2 at a distance to pass the external environment circuit 10 through openings in the outer shell 13 of the exchanger. Surroundings. At the opposite end, the outer tubes X are fixed in the cover 8, through which the inner tubes 1 freely pass towards the first fan 4 inserted in the internal environment circuit 11 and are connected to the flange lid X at the first fan 4. This arrangement is readily apparent from detail B 5. As indicated in FIG. 1, the cover 8 is tightly attached to the housing 6 of the second fan 2 which is inserted in the circuit 10 of the external environment. It can also be seen from FIG. 1 that the shape and the inlet plane of the inner tubes 1 in the flange cover 2 at the outlet of the internal circuit 11 from the machine need not coincide with the shape and inlet plane of the inner tubes 1 in the flange cover J of the first fan 4 on the inlet side 11 inside the machine. This is made possible by the easy formability of the outer tube assembly 4 and the inner tubes 1 disposed therein, which are flexible and can be freely folded in the exchanger stop space to achieve the most suitable dimensions of the heat exchanger according to the invention.

Při provozu elektrického stroje točivého zavřeného proveWhen operating the electrical machine of the rotating closed cord

- Q 224 673 dění je okruh 10 vnějšího studeného prostředí tlačen působením druhého ventilátoru 2» vřazeného v okruhu 10 vnějšího prostředí do skříně 2 druhého ventilátoru 2, odkud s přetlakem vstupuje v místě zaústění vnějších trubek 2 ve víku 8 do prostoru mezi vnitřní trubkou 1 a vnější trubkou 2· Okruh 11 vnitřního horkého prostředí je vysáván prvním ventilátorem 4,, vřazeným v okruhu 11 vnitřního prostředí a v místě zaústění v přírubovém víku 2 vystupuje ze stroje a vstupuje do vnitřních trubek l_ř kterými je veden při současném předávání tepla do okruhu 10 vnějšího studeného prostředí a ochlazený je tlačen zpět do prostoru stroje prvním ventilátorem £. Tento okruh 11 vnitřního prostředí je zcela oddělen od okruhu 10 vnějšího prostředí, přičemž v prostoru uspořádání prvního ventilátoru £ a druhého ventilátoru 2 j® oddělení zajištěno pomocí spirální skříně 12 prvního ventilátoru 4. V daném konkrétním případě je uvažovaný systém výměníku tepla podle vynálezu protiproudý, který je účinnější než souproudý. Od výstupu ze stroje směrem k prvnímu ventilátoru do jehož pracovního prostoru vchází přes přírubové víko J, je veden okruh”vnitřního prostředí, ohřátý tepelnými ztrátami, ve vnitřních trubkách 1. Okruh 10 vnějšího prostředí je tlačen od víka 8 do prostoru mezi vnější trubkou % a vnitřní trubkou 1 druhým. ventilátorem 2· Stoěr vedení okruhu 11 vnitřního prostředí ve vnitřních trubkách 1 i směr vedení okruhu 10 vnějšího prostředí v prostoru mezi vnější trubkou £ a vnitřní trubkou 1 jsou vyznačeny šipkami na obr. 1,- Q 224 673 of the process, the external cold circuit 10 is pushed by the second fan 2 »in the external ambient circuit 10 into the housing 2 of the second fan 2, from where it enters the space between the inner tube 1 and · the outer tube 2 of the internal circuit 11 of the hot medium is sucked first ventilator 4 ,, in an in-line circuit 11 and the internal environment at the place of junction of the flange cover 2 emerges from the machine and enters the internal pipes _of L which is conducted while heat transfer to the circuit 10 the external cold environment and cooled is forced back into the machine space by the first fan 6. This internal environment circuit 11 is completely separated from the external environment circuit 10, with the spiral housing 12 of the first fan 4 secured in the space of the first fan 6 and the second fan 21, in the particular case. which is more efficient than co-current. From the outlet of the machine towards the first fan, into whose working space it enters through the flange lid J, an internal environment circuit, heated by heat losses, is routed in the inner tubes 1. The external environment circuit 10 is pushed from the lid 8 into the space the inner tube 1 through the other. The fan of the internal circuit circuit 11 in the inner tubes 1 and the direction of the external circuit circuit 10 in the space between the outer tube 6 and the inner tube 1 are indicated by the arrows in FIG.

3, 5 a 6. Rovnoměrného rozdělení toku okruhu 10 vnějšího prostředí mezi všechny vnější trubky 2 ® vnitřní trubky 1 se dosáhne při dostatečně velkém vnitřním objemu víka 8. Rovnoměrné rozdělení toku okruhu 11 vnitřního prostředí lze docílit jednak při stejně dlouhých vnitřních trubkách a jednak při vhodném vymezení3, 5 and 6. A uniform distribution of the flow of the external environment circuit 10 between all outer tubes 2 of the inner tube 1 is achieved with a sufficiently large internal volume of the lid 8. An even distribution of the flow of the external environment circuit 11 can be achieved with the same length of inner tubes and appropriate definition

-ϊ 224 673 prostoru před výstupem okruhu 11 vnitřního prostředí v přírubovém víku 2 ze stroje. Počet a světlost vnitřních trubek 1 se tedy přizpůsobuje průřezu výstupu v přírubovém víku 2 a průřezu vstupu v přírubovém víku 3 u prvního ventilátoru 4.-ϊ 224 673 space before the exit of the internal environment circuit 11 in the flange cover 2 from the machine. The number and inner diameter of the inner tubes 1 thus conforms to the cross section of the outlet in the flange cover 2 and the cross section of the inlet in the flange cover 3 of the first fan 4.

Světlost vnějších trubek je dána podle požadavku docílení přibližně stejného součinitele přestupu tepla v okruhu 10 vnějšího prostředí i v okruhu 11 vnitřního prostředí. Analogicky jako u vnitřních trubek 1 má být i délka všech vnějších trubek 2 stejná. Jejich délkový rozměr je pak rozhodujícím faktorem pro docílení požadovaného tepelného výkonu výměníku tepla podle vynálezu.The outer diameter of the outer tubes is given, as required, to achieve approximately the same heat transfer coefficient in both the external environment circuit 10 and the internal environment circuit 11. Analogous to the inner tubes 1, the length of all outer tubes 2 should be the same. Their length dimension is then a decisive factor in achieving the desired heat output of the heat exchanger according to the invention.

V případě, že pro požadovaný odváděný tepelný výkon výměníku tepla podle vynálezu nebude dostačující délka vnitřní trubky 1 i vnější trubky 2 rovná spojnici od ústí v přírubovém víku 2 na výstupu okruhu 11 vnitřního prostředí k ústí ve víku 8 v místě vstupu okruhu 10 vnějšího prostředí do prosto ru výměníku tepla, ohraničeného vnějším krytem 3L3> výměníku, je možné volit i větší délky trubek a libovolným způsobem je zkroutit nebo vzájemně poskládat do vnějšího krytu 13 výměníkv tepla.In case the required length of the inner tube 1 and the outer tube 2 is not sufficient for the required dissipated heat output of the heat exchanger according to the invention, the straight line from the mouth in the flange lid 2 at the outlet of the internal circuit 11 to the mouth in the lid 8 In the space of the heat exchanger bounded by the outer cover 3L3 of the heat exchanger, it is possible to choose larger tube lengths and to twist them or to put them together in the outer cover 13 of the heat exchanger.

Při vytvoření vnitřních trubek 1 i vnějších trubek 2 z termoplastické hmoty je nutno dbát na to, aby poměr tlouštky stěny k měrné tepelné vodivosti materiálu vnitřní trubky 1 byl co nejmenší a aby odpor vedení tepla stěnou vnitřní trubky 1 byl nízký. Zintenzivnění přestupu tepla je možné docílit také tím, že vnitřní trubky 1 budou na svém povrchu opatřeny prstencovitými vruby 14, jak je|naznačeno na obr. 4. Tyto vruby 14 sice zvětšují hydraulický odpor vedení okruhu 11 vnitř224 673 ního prostředí, ale přitom podstatně přispívají ke zvětšení přestupu tepla·When forming the inner tubes 1 and the outer tubes 2 of thermoplastic material, it is necessary to ensure that the ratio of the wall thickness to the specific thermal conductivity of the material of the inner tube 1 is as low as possible and that the heat conduction resistance through the wall of the inner tube 1 is low. Intensification of the heat transfer can also be achieved by providing the inner tubes 1 with annular notches 14 on their surface, as indicated in FIG. 4. These notches 14 increase the hydraulic resistance of the circuit 11 of the internal environment but contribute substantially to this. to increase heat transfer ·

Řešení výměníku tepla lze kromě bezprostředního uplatnění u elektrických strojů točivých zavřeného provedení velmi dobře využívat ve všech možných oblastech techniky, zabývajících se výrobou a provozem zařízení, u kterých je třeba zabezpečit účinný odvod tepla·The heat exchanger solution can be used, in addition to its direct application in electric machines of rotating closed design, in all possible fields of technology dealing with production and operation of equipment, where it is necessary to ensure efficient heat removal ·

Claims

1 «Heat exchanger provided with a heat exchange system of at least one pipe in a pipe, in which an inner atmosphere circuit is guided in the inner tube and an external environment circuit is guided in the space between the inner tube and the outer tube, in particular for internal environment and a forced open circuit of the external environment, characterized in that both the outer tubes (5) and the inner tubes (1) are made of a flexible material *

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the outer tubes (5) and the inner tubes (1) are made of thermoplastic material.

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the inner tubes (1) are provided with annular notches (14) on their surface.