CS236061B1

CS236061B1 - Intense flow heat exchanger

Info

Publication number: CS236061B1
Application number: CS314183A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Billian
Original assignee: Vladimir Billian
Priority date: 1983-05-04
Filing date: 1983-05-04
Publication date: 1985-05-15

Abstract

Vynález se týká výměníku teple s intenzivním průtokem, zejména pro ohřev vody s melým teplotovým spádem mezi ohřívací o ohřívanou teplonosnou látkou. Jeho podstata spočívá v tom, že uvnitř válcového pláště se zabudovanými teplosměnnými trubkami je uložena podélná přepážka a příčné přepážky, rozdělující vnitřní prostor na stejné komory. Příčné přepážky mají výřezy, jejichž jedna strana se vždy dotýká podélné přepážky, přičemž jsou výřezy vždy dvou sousedních přepážek zrcadlově vystřídány. Toto uspořádání způsobuje příčné proudění ohřívané kapaliny kolem teplosměnných trubek a to vždy protisměrně v následující komoře, čímž dochází k intenzivnímu odnímání teplo teplonosné kopalině proudící v teplosměnných trubkách. Výměníkem tepla s intenzivním průtokem lze nahradit tradiční trubkový výměník s rovnoběžným prouděním kapaliny kolem teplosměrných trubek.The invention relates to a heat exchanger with intensive flow, especially for heating water with a slight temperature gradient between the heating and heated heat transfer medium. Its essence lies in the fact that a longitudinal partition and transverse partitions are placed inside a cylindrical shell with built-in heat transfer pipes, dividing the internal space into equal chambers. The transverse partitions have cutouts, one side of which always touches the longitudinal partition, while the cutouts of two adjacent partitions are always mirror-imaged. This arrangement causes a transverse flow of the heated liquid around the heat transfer pipes, always in the opposite direction in the following chamber, which results in intensive heat removal from the heat transfer fluid flowing in the heat transfer pipes. A heat exchanger with intensive flow can replace a traditional tubular exchanger with a parallel flow of liquid around the heat transfer pipes.

Description

Vynález se týká výměníku tepla s intenzivním průtokem, zejména pro ohřev vody s malým teplotovým spádem mezi ohřívací a ohří vanou teplonosnou látkou.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an intensive-flow heat exchanger, in particular for heating water with a small temperature gradient between the heating and heating medium.

Výkon výměníku tepla závisí na velikosti teplosměnné plochy, teplotovém spádu mezi ohřívací a ohřívanou teplonosnou látkou a součiniteli prostupu tepla. Pro docílení požadovaného výkonu musí být zvláště při malém teplotovém spádu teplosměnná plocha značně velká· Takový případ nastává například při ohřevu vody slunečními kolektory, kdy primární kapalina proudící přes kolektory ohřívá vodu cirkulující přes teplovodní zásobník. Teplosměnnou plochu tvoří obyčejně svazek trubek, které jsou vyrobeny z ušlechtilého materiálu, z legované oceli nebo barevného kovu. Aby tato plocha byla co možná nejmenší, je třeba zvětšit intenzitu sdílení tepla z ohřívací do ohřívané teplonosné látky, tedy zvýšit součinitel prostupu tepla. U tradičně vyráběných výměníků tepla, například protiproudých, kde ohřívací látka proudí teplosměnnými trubkami a ohřívaná látka rovnoběžně kolem trubek, nedosahuje součinitel prostupu tepla značných hodnot. Podstatně tomu přispívá nízký přestup tepla v prostoru pláště vně teplosměnných trubek z ohřívané látky na povrch trubky. To je způsobeno jednak malou rychlostí teplonosné látky v prostoru kolem trubek a dále rovnoběžným prouděním kolem trubek. To vše má za následek potřebu značné teplosměnné plochy. Podstatného zvýše^- přestupu tepla na vnější straně teplosměnných trubek a tím zvě‘Šaní součinitele prostupu tepla lze aosáhnouč uspořádáním proudění teplonosné látky napříč teplosměnných trubek. Tak například trubkový výměník tepla s příčným prouděním má do trubkového svazku tvaru U” zařazeny příčné přepážky způsobující proudění teplonosné látky kolem trubek ve šroubovici neustále téměř kolmo na trubky svazku. Nedostatkem však je, že není docíleno čistého protiproudu, ale středu mezi souproudem a protiproudem, čímž je výsledný efekt částečně zmenšen.The heat exchanger's output depends on the size of the heat exchange surface, the temperature gradient between the heating and heating medium and the heat transfer coefficients. In order to achieve the required output, the heat exchange surface must be very large, especially in the case of a small temperature gradient. The heat transfer surface is usually a bundle of tubes, which are made of noble material, alloy steel or non-ferrous metal. In order to keep this area as small as possible, it is necessary to increase the intensity of heat transfer from the heating to the heated heat carrier, thus increasing the heat transfer coefficient. In traditionally produced heat exchangers, for example countercurrent, where the heating substance flows through the heat exchange tubes and the heating substance parallel to the tubes, the heat transfer coefficient does not reach considerable values. This is largely due to the low heat transfer in the shell space outside the heat transfer tubes from the heated substance to the tube surface. This is due both to the low velocity of the heat transfer medium in the space around the tubes and to the parallel flow around the tubes. All this results in the need for a considerable heat exchange surface. A substantial increase ⁱⁿ heat transfer on the outside of the heat exchange tubes and thus an increase in the heat transfer coefficient can be achieved by arranging the flow of heat transfer agent across the heat exchange tubes. For example, a cross-flow tube heat exchanger has transverse baffles in the U-tube bundle causing the flow of heat transfer fluid around the tubes in the helix constantly almost perpendicular to the bundle tubes. The disadvantage, however, is that a net countercurrent is not achieved, but a center point between the countercurrent and the countercurrent, thereby partially reducing the resulting effect.

² 236 061 v ² 236 061

Uvedené nedostatky odstraňuje vynález, kterým je výměník tepla s intenzivním průtokem, zejména pro ohřev teplé vody s malým teplotovým spádem mezi ohřívací a ohřívanou teplonosnou látkou, sestávající z válcového pláste, z teplosměnných trubek procházejících příčnými přepážkami a pevně uchycených ve dvou protilehlých trubkovnicích a potřebných hrdel a jeho podstata spočívá v tom, že uvnitř pláště s teplosměnnými trubkami a příčnými přepážkami je uložena podélná přepážka tak, že se její horní podélná strana dotýká pláště a její spodní podélná strana leží v podélné ose výměníku, zatímco příčné přepážky mají kruhový tvar, velikosti vnitřního průměru pláště a jsou opatřeny výřezy.These drawbacks are overcome by the invention, which is an intensive-flow heat exchanger, in particular for heating hot water with a small temperature gradient between a heating and a heated heat transfer medium consisting of a cylindrical jacket, heat transfer tubes passing through the transverse baffles and its essence is that inside the jacket with heat exchange tubes and transverse baffles, a longitudinal baffle is disposed such that its upper longitudinal side contacts the jacket and its lower longitudinal side lies in the longitudinal axis of the exchanger, while the transverse baffles have a circular shape diameter of the shell and are provided with cut-outs.

Další podstatou vynálezu je, že příčné přepážky s výřezy jsou rozmístěny tak, aby měly mezi sebou stejné rozestupy a aby výřezy vždy dvou sousedních příčných přepážek byly zrcadlově vystřídány a současně, aby jedna strana výřezů vždy přiléhala ke stěně podélné přepážky.It is a further object of the invention that the transverse partitions with slots are spaced so that they are equidistantly spaced and that the slots of two adjacent transverse partitions are mirrored and at the same time that one side of the slots always abuts the wall of the longitudinal partition.

Konečně je podstatou vynálezu, že výřezy'příčných přepážek vytváří uvnitř pláště průchody, které jsou umístěny střídavě vpravo a vlevo od podélné přepážky.Finally, it is an object of the invention that the transverse partition cut-outs form passages within the housing that are alternately positioned to the right and left of the longitudinal partition.

Vyšší účinek výměníku tepla podle vynálezu lze spatřovat v tom, ž.e jednoduchým rozdělením vnitřního prostoru pláště podélnou a příčnými přepážkami lze docílit střídavě protisměrného příčného proudění kolem teplosměnných trubek. Tím dochází ke zvětšení součinitele prostupu tepla při zachování čistého protiproudého průtoku obou teplonosných látek. Výsledkem je potřeba menší teplosměnné plochý a tedy méně ušlechtilého materiálu pro teplosměnné trubky. Zvýšení součinitele prostupu tepla kompenzuje možný nižší teplotový spád mezi ohřívací a ohřívanou teplonosnou látkou. Průtokem teplonosné látky napříč teplosměnných trubek dojde k určitému zvětšení hydraulického odporu, které svou velikostí není z energetického hlediska podstatné.The higher effect of the heat exchanger according to the invention can be seen in the fact that by simply dividing the inner space of the jacket by longitudinal and transverse baffles, alternately, the opposite transverse flow around the heat exchange tubes can be achieved. This increases the heat transfer coefficient while maintaining a net countercurrent flow of both heat transfer substances. As a result, there is a need for a smaller heat transfer flat and therefore less noble material for the heat transfer tubes. An increase in the heat transfer coefficient compensates for a possible lower temperature gradient between the heating and the heated heat transfer medium. The flow of the heat transfer agent across the heat exchange tubes will result in a certain increase in the hydraulic resistance, which is not significant in terms of its energy.

Příklad konkrétního provedení výměníku tepla s intenzivním průtokem je schematicky naznačen na připojených výkresech, kde na obr. 1 je v axonometrickém zobrazení vyznačeno vnitřní uspořádání přepážek výměníku, obr. 2 znázorňuje podélný řez výměníkem, obr. 3 představuje příčný řez v rovině A-A, na obr* 4 je vyznačen tvar příčné přepážky a na obr. 5 je uveden příklad zapojení výměku do potrubní sítě.An example of a particular embodiment of an intensive flow heat exchanger is shown schematically in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows the internal arrangement of the heat exchanger baffles, Fig. 2 shows a longitudinal section of the exchanger, Fig. 3 shows a cross section in the plane AA; * 4 shows the shape of the transverse baffle, and Fig. 5 shows an example of the exchanger wiring to the piping network.

- 3 236 061- 3 236 061

Podle vynálezu je výměník tepla tvořen válcovým pláštěm 1, ke kterému jsou z obou stran připevněny trubkovnice 2, Do trubkovnic 2 jsou zaústěny teplosměnné trubky 2» uložené ve vnitřním prostoru pláště i výměníku. K trubkovnicím 2 je z jedné strany pláště 1 připevněno vtokové víko 4. opatřené vtokovým hrdlem a z druhé strany pláště i je připevněno výtokové víko 6 opatřené výtokovým hrdlem 2. Ve vnitřním prostoru pláště 1 výměníku je mezi trubkovnicemi 2 umístěna podélná přepážka 8 tak, že její šířka odpovídá vnitřnímu poloměru pláště 1, přičemž se horní podélnou stranou 81 dotýká vnitřního povrchu pláště 1 a její spodní podélná strana 82 leží v podélné ose 2 výměníku. Dále je do vnitřního prostoru pláště 1 vložen potřebný počet příčných přepážek 10 kruhového tvaru, o velikosti vnitřního průměru pláště 1. Příčné přepážky 10 mají mezi sebou stejné rozestupy a jsou opatřeny jednak výřezy 11 a jednak otvory 12 pro průchod teplosměnných trubek 3· Příčné přepážky 10 s výřezy 11 jsou rozmístěny tak, aby výřezy 11 vždy dvou sousedních příčných přepážek 10 byly zrcadlově vystřídány a aby jedna strana výřezů 11 vždy přiléhala ke stěně podélné přepážky 8. Vzniklé průchody 13 uvnitř pláště 1 jsou pak střídavě umístěny z jedné a z druhé strany podélné přepážky 8, Mezi trubkovnicí 2 ze strany výtokového víka 6 výměníku a první příčnou přepážkou 10 je vytvořena vstupní komora 14. do které je zaústěno vstupní hrdlo 15 umístěné na povrchu pláště 1. Mezi trubkovnicí 2 ze strany vtokového víka 4. výměníku a poslední příčnou přepážkou 10 je vytvořena výstupní komora l6, do které je zaústěno výstupní hrdlo 17 umístěné na povrchu pláště 1. Vstupní hrdlo 15 a výstupní hrdlo 17 jsou umístěna vždy na opačné straně podélné přepážky 8, než se nalézá průchod 13. “ezi vstupní komorou 14 a výstupní komorou 16 jsou pak vytvořeny střední komory 18.According to the invention, the heat exchanger is formed by a cylindrical shell 1, to which the tubesheets 2 are attached on both sides. An inlet cap 4 provided with an inlet neck 4 is attached to the tubesheets 2 on one side of the jacket 1 and an outlet cap 6 fitted with an outlet neck 2 is fastened on the other side of the jacket 1. the width corresponds to the inner radius of the shell 1, with the upper longitudinal side 81 touching the inner surface of the shell 1 and its lower longitudinal side 82 lying in the longitudinal axis 2 of the exchanger. Furthermore, the required number of circular baffles 10 of the inner diameter of the casing 1 is inserted into the interior of the jacket 1. The baffles 10 have the same spacing between them and are provided with slots 11 and openings 12 for the passage of heat exchange tubes 3. The slots 11 are spaced so that the slots 11 of two adjacent transverse partitions 10 are mirror-aligned and that one side of the slots 11 always abuts the wall of the longitudinal partition 8. The resulting passages 13 inside the housing 1 are then alternately positioned from one side to the other. 8, an inlet chamber 14 is formed between the tube plate 2 from the side of the exchanger cover 6 and the first transverse partition 10 into which the inlet throat 15 is located located on the surface of the shell 1. Between the tube plate 2 from the side of the exchanger cover 4 and the last transverse partition 10, an outlet chamber 16 is formed into which an outlet orifice 17 is disposed on the surface of the housing 1. The inlet orifice 15 and the outlet orifice 17 are each disposed on the opposite side of the longitudinal partition 8 than the passageway 13 is located. chamber 16 then forms the central chambers 18.

Výměník tepla s intenzivním průtokem je zapojen do okruhu slunečního ohřevu vody dle obr. 5, kde sluneční kolektor 19 .1 e spojen topným potrubím 20 s vtokovým hrdlem 2 ^a zpětným potrubím 21 s výtokovým hrdlem 2· ^Do zpětného potrubí 21 je zařazeno oběhové čerpadlo 22. Teplovodní zásobník 23 je připojen přívodním potrubím 24 k výstupnímu hrdlu 17 a vratným potrubím 25. ve kterém je zapojeno cirkulační čerpaolo 26, ke vstupnímu hrdlu 1£.Heat exchanger with an intensive flow circuit is connected to the solar heating of the water according to Fig. 5, wherein the solar collector 19 e .1 heating pipes 20 connected with the inlet orifice 2 ^and a return pipe 21 to discharge pipe 2 · ^return line 21 is situated circulator 22 The hot water tank 23 is connected via an inlet conduit 24 to an outlet orifice 17 and a return line 25 in which a circulation pump 26 is connected, to an inlet orifice 16.

Ze slunečního kolektoru 19 vystupuje teplá kapalina, která je přiváděna vtokovým hrdlem 2 ve vtokovém víku 4. do teplosměnných trubek 2 výměníku, kde předává teplo ohřívané vodě. 2 teplosměnných trubek 2 pak vystupuje ochlazená kapalina přes výtokové víkoWarm liquid emerges from the solar collector 19, which is supplied through the inlet neck 2 in the inlet cover 4 to the heat exchange tubes 2 of the exchanger, where it transfers heat to the heated water. 2 of the heat exchange tubes 2, the cooled liquid then exits through the outlet lid

-4 236 061 a výtokové hrdlo 2 do zpětného potrubí 21. odkud je pomocí oběhového čerpadla 22 dopravována zpět do slunečního kolektoru 19. Vstupním hrdlem 15 výměníku vstupuje do vnitřního prostoru pláště i výměníku chladná voda z teplovodního zásobníku 23 přiváděná pomocí cirkulačního čerpadla. 26, vratným potrubím 25» Ze vstupního hrdla 15 vtéká do vstupní komory 14 uvnitř pláště 1, kde proudí napříč teplosměnných trubek 3 v rovině rovnoběžné s příčnými přepážkami 10 kolem podélné osy 2 výměníku. Průchodem 13 vytvořeném v příčné přepážce 1θ přechází do střední komory IQ. kde proudí kolem teplosměnných trubek 3 stejným způsobem, ale v opačném smyslu. Tak protéká postupně všemi dalšími Středními komorami 18 při neustálém měnění smyslu proudění a přitom odnímá teplo teplonosné kapalině proudící v teplosměnných trubkách J. Dále pak vstupuje do výstupní komory 1θ, ze které vyohází ohřátá voda výstupním hrdlem 17 do přívodního potrubí 24. kterým je přiváděná do teplovodního zásobníku 23.-4 236 061 and the outlet nozzle 2 to the return pipe 21 from where it is conveyed back to the solar collector 19 by means of a circulation pump 22. The exchanger inlet 15 enters the interior of the shell and the exchanger with cold water from the hot water tank 23 supplied by a circulation pump. 26 flows from the inlet throat 15 into the inlet chamber 14 inside the housing 1 where it flows across the heat exchange tubes 3 in a plane parallel to the transverse partitions 10 about the longitudinal axis 2 of the exchanger. The passage 13 formed in the transverse partition 10θ passes into the central chamber 10. where it flows around the heat exchange tubes 3 in the same way but in the opposite sense. Thus, it gradually flows through all the other central chambers 18 while constantly changing the direction of flow while removing heat from the heat transfer fluid flowing in the heat exchange tubes J. It then enters the outlet chamber 1θ from which the heated water exits through the outlet orifice 17 into the inlet pipe 24. hot water storage tank 23.

Výměníkem tepla s intenzivním průtokem lze nahradit tradiční trubkový výměník s rovnoběžným prouděním kapaliny kolem teplosměnných trubek.The intensive flow heat exchanger can be replaced by a traditional tube heat exchanger with parallel fluid flow around the heat exchange tubes.

Claims

An intensive-flow heat exchanger, in particular for heating water with a small temperature gradient between a heating and a heating medium, consisting of a cylindrical shell, heat exchange tubes passing through the transverse baffles and fixed in two opposing tube plates and the necessary necks, inside the casing (1) with heat exchange tubes (3) and transverse partitions (10), a longitudinal partition (8) is disposed so that its upper longitudinal side (81) contacts the casing (1) and its lower longitudinal side (82) they lie in the longitudinal axis (9) of the exchanger, while the transverse partitions (10) have a circular shape, the size of the inner diameter of the shell (1) and are provided with cut-outs (11).

The intensive-flow heat exchanger according to claim 1, characterized in that the transverse partitions (10) with the slots (11) are spaced so that they have equal spacing between them and that the slots (11) of two adjacent transverse partitions (10) each. they have been mirror-alternated and at the same time so that one side of the slots (11) always abuts the wall of the longitudinal partition (8).

Intensive flow heat exchanger according to claim 2, characterized in that the cut-outs (11) of the transverse partitions (10) form passages (13) inside the casing (1), which are alternately to the right and left of the longitudinal partition (8).