RU2029211C1

RU2029211C1 - Double-pipe heat exchanger

Info

Publication number: RU2029211C1
Authority: RU
Inventors: А.К. Бакшеев
Original assignee: Бакшеев Алексей Константинович
Priority date: 1991-04-04
Filing date: 1991-04-04
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: thermal power engineering. SUBSTANCE: porous vortex generating barriers are placed in one diametric plane and displaced from centers of inlet and outlet end holes through quarter the diameter of pipes relative to center lines of the latter. EFFECT: simplified design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для теплообмена газовых и жидких сред в различных отраслях промышленности. The invention relates to heat engineering and can be used for heat exchange of gas and liquid media in various industries.

Известен ряд теплообменников типа "труба в трубе", например теплообменник, во внутренней трубе которого в контакте с ней размещена турбулизирующая вставка, выполненная в виде набора контактирующих между собой дисков с отверстиями, расположенными концентричными рядами и имеющими форму обращенных один к другому меньшими основаниями равновысоких усеченных конусов, причем смежные конусы сопряжены большими основаниями, а их меньшие основания имеют диаметр, равномерно уменьшающийся от периферийного ряда к центральному, смежные вставки установлены со смещением отверстия, а внутренняя полость внутренней трубы выполнена конической [1]. A number of pipe-in-pipe type heat exchangers are known, for example, a heat exchanger, in whose inner pipe a turbulent insert is placed in contact with it, made in the form of a set of disks in contact with each other with openings arranged in concentric rows and having the shape of equal-to-smaller truncated bases facing one another cones, moreover, adjacent cones are conjugated by large bases, and their smaller bases have a diameter uniformly decreasing from the peripheral row to the central one, adjacent insert inserts They are mounted with displacement of the hole, and the inner cavity of the inner pipe is conical [1].

Теплообменник типа "труба в трубе", внутренняя из которых снабжена ребрами, контактирующими с внутренней поверхностью наружной трубы, содержащей на входе в межтрубное пространство кольцевую распределительную камеру переменного сечения, уменьшающегося в направлении к входу в межтрубное пространство, и подводящий патрубок, подсоединенный к камере, выполненной в продольном сечении ступенчатой формы с образованием смесительной и дросселирующей ступеней, ребра выполнены продольными для разделения межтрубного пространства на изолированные каналы, причем площадь поперечного сечения смесительной ступени в 4-6 раз больше площади дросселирующей и в 10-15 раз- площади поперечного сечения патрубка, а площадь дросселирующей ступени больше в 1,3-1,5 раза площади каналов [2]. A pipe-in-pipe type heat exchanger, the inner one of which is provided with fins in contact with the inner surface of the outer pipe, containing at the entrance to the annular space an annular distribution chamber of variable cross section, decreasing towards the entrance to the annular space, and a supply pipe connected to the chamber, made in a longitudinal section in a stepped form with the formation of a mixing and throttling stage, the ribs are made longitudinal to separate the annulus s channels, the cross-sectional area of the mixing steps is 4-6 times greater than the area in the throttling 10-15 different cross sectional area of the nozzle and the throttling area of the stage is 1.3-1.5 times greater in the area of the channel [2].

Недостатком известных теплообменников типа "труба в трубе" являются сложность конструкции и значительные габариты, а также недостаточная интенсификация теплообмена. A disadvantage of the known pipe-in-pipe heat exchangers is the design complexity and significant dimensions, as well as insufficient heat exchange intensification.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является теплообменник типа "труба в трубе", выбранный в качестве прототипа, изготавливаемый путем предварительного формирования турбулизирующих элементов и установки их в виде пакета во внутренней трубе и в межтрубном пространстве с образованием поперечного оребрения, турбулизирующие элементы формируют двух типоразмеров, соответствующих сечению внутренней трубы и межтрубного пространства, жестко закрепляют их на внутренней трубе по обе ее стороны с образованием пакета, который затем вводят в наружную трубу, при изготовлении турбулизирующих элементов из спеченного металла пакет к внутренней трубе крепят путем спекания в восстановительной среде [3]. Closest to the claimed technical solution is a tube-in-tube type heat exchanger, selected as a prototype, manufactured by pre-forming turbulizing elements and installing them as a bag in the inner pipe and in the annular space with the formation of transverse fins, turbulizing elements form two sizes, corresponding to the cross section of the inner pipe and the annulus, rigidly fix them on the inner pipe on both sides of it to form a packet introduced into the outer pipe, turbulence in the manufacture of a sintered metal element package is attached to the inner tube by sintering under reducing conditions [3].

Недостатком известного теплообменника типа "труба в трубе" является отсутствие циркуляции теплоносителя через стенки внутренней трубы и взаимодействие теплоносителя с охлаждаемой средой, что ведет к снижению теплопередачи. Для повышения теплопередачи необходимо введение большого количества турбулизирующих элементов, а это влечет за собой усложнение конструкции и увеличение габаритов. A disadvantage of the known pipe-in-pipe heat exchanger is the lack of circulation of the heat carrier through the walls of the inner pipe and the interaction of the heat carrier with the cooled medium, which leads to a decrease in heat transfer. To increase heat transfer, the introduction of a large number of turbulizing elements is necessary, and this entails a complication of the design and an increase in size.

Целью изобретения является упрощение конструкции теплообменника. The aim of the invention is to simplify the design of the heat exchanger.

Цель достигается тем, что в известной конструкции теплообменника типа "труба в трубе", содержащей внутреннюю и наружную трубы, пористые турбулизирующие перегородки, размещенные во внутренней трубе и между трубами и контактирующие соответственно с внутренней поверхностью внутренней трубы и внутренней поверхностью наружной и наружной поверхностью внутренней труб, и расположенные с каждого торца теплообменника входное отверстие для одной среды и выходное - для другой, пористые перегородки установлены в одной диаметральной плоскости, разделяя полости внутренней трубы и между трубами на входные и выходные отсеки, а центры входных и выходных отверстий для рабочих сред смещены относительно центра соответствующих труб на четверть диаметра последних. The goal is achieved by the fact that in the known design of the heat exchanger type "pipe in pipe" containing the inner and outer pipes, porous turbulizing partitions located in the inner pipe and between the pipes and in contact, respectively, with the inner surface of the inner pipe and the inner surface of the outer and outer surfaces of the inner pipes , and located at each end of the heat exchanger, an inlet for one medium and an outlet for another, porous partitions are installed in one diametrical plane, Breaking up the inner tube and the cavity between the tubes on the input and output compartments, while the centers of input and output openings for the working media are offset relative to the center on the respective pipe diameter last quarter.

Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что пористые перегородки установлены в одной диаметральной плоскости, разделяя полости внутренней трубы и между трубами на входные и выходные отсеки, а центры входных и выходных отверстий для рабочих сред смещены относительно центра соответствующих труб на четверть диаметров последних. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию изобретения "новизна". The claimed technical solution differs from the prototype in that the porous partitions are installed in one diametrical plane, dividing the cavities of the inner pipe and between the pipes into the inlet and outlet compartments, and the centers of the inlet and outlet openings for the working media are shifted by a quarter of the diameters of the corresponding pipes. These differences allow us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty."

Признаки, отличающие техническое решение от прототипа, не выявлены при сопоставительном анализе заявленного технического решения с известными решениями (аналогами) в данной области техники и смежных областях, это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию изобретения "существенные отличия". Signs that distinguish the technical solution from the prototype were not identified during a comparative analysis of the claimed technical solution with known solutions (analogues) in the art and related fields, this allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention "significant differences".

На фиг. 1 показан теплообменник в разрезе; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a sectional view of a heat exchanger; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Теплообменник типа "труба в трубе" содержит наполнитель 1, размещенный во внутренней трубе 2, пористый наполнитель 3, размещенный в наружной трубе 4. Пористые наполнители 1 и 3 представляют собой пластины, расположенные по оси теплообменника, изготовленные совместным спеканием, для облегчения лучшей теплопередачи от одного элемента к другому. The pipe-in-pipe heat exchanger contains a filler 1 located in the inner pipe 2, a porous filler 3 located in the outer pipe 4. The porous fillers 1 and 3 are plates located along the axis of the heat exchanger, made by joint sintering, to facilitate better heat transfer from one element to another.

Теплообменник работает следующим образом. The heat exchanger operates as follows.

Поток охлаждаемой среды поступает в одну половину теплообменника, проходит через пористый наполнитель 1 во вторую половину, разделяясь на множество микропотоков, отдавая тепло материалу наполнителя и стенкам сосуда (внутренней трубы), а также материалу пористого наполнителя 3 и стенке наружного сосуда (наружной трубы). Теплоноситель, также проходя из одной половины теплообменника в другую через пористый наполнитель микропотоками, отнимает тепло от материала пористого наполнителя 3, стенок теплообменника 2 и 4 и выводит его из теплообменника. The flow of the cooled medium enters one half of the heat exchanger, passes through the porous filler 1 into the second half, being divided into many microflows, transferring heat to the filler material and the walls of the vessel (inner pipe), as well as the material of the porous filler 3 and the wall of the outer vessel (outer pipe). The heat carrier, also passing from one half of the heat exchanger to the other through the porous filler by microflows, removes heat from the material of the porous filler 3, the walls of the heat exchanger 2 and 4 and removes it from the heat exchanger.

Теплопередача происходит в три этапа: F₁λ₁ - от охлаждаемой среды к материалу пористого наполнителя. При этом определяется коэффициент теплопроводности охлаждаемой среды λ₁ и площадь теплопередачи, которая равна суммарной площади всех пор пористого наполнителя 1 - F₁; F₂λ₂ - отобранное тепло передается от материала пористого наполнителя через стенки внутренней трубы к второму пористому наполнителю с теплопроводностью λ₂, через площадь контакта первого наполнителя к второму через сплошную стенку с учетом площади поверхности - F₂; F₃λ₃ - от второго пористого наполнителя с суммарной площадью F₃ происходит теплопередача к теплоносителю с коэффициентом теплопередачи λ₃.Heat transfer occurs in three stages: F ₁ λ ₁ - from the cooled medium to the material of the porous filler. In this case, the coefficient of thermal conductivity of the cooled medium λ ₁ and the heat transfer area, which is equal to the total area of all pores of the porous filler 1 - F ₁ ; F ₂ λ ₂ - the selected heat is transferred from the material of the porous filler through the walls of the inner pipe to the second porous filler with thermal conductivity λ ₂ , through the contact area of the first filler to the second through the solid wall, taking into account the surface area - F ₂ ; F ₃ λ ₃ - from the second porous filler with a total area of F ₃ there is heat transfer to the coolant with a heat transfer coefficient λ ₃ .

Оптимальные параметры теплопередачи будут при условии равенства следующих значений:
F₁λ₁ = F₂λ₂ = F₃λ₃.The optimal heat transfer parameters will be subject to the equality of the following values:
F ₁ λ ₁ = F ₂ λ ₂ = F ₃ λ ₃ .

Следовательно, интенсивность теплообмена определяется произведением коэффициента теплопроводности материала наполнителя и стенок и суммарной площади теплопередачи теплообменника. Therefore, the heat transfer rate is determined by the product of the thermal conductivity coefficient of the filler material and the walls and the total heat transfer area of the heat exchanger.

Использование заявляемого изобретения обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества. The use of the claimed invention provides compared with the known following advantages.

При соблюдении вышеприведенного равенства можно получать оптимальные режимы теплообмена, которые подбирают индивидуально для каждой охлаждаемой среды и теплоносителя в зависимости от теплотехнических характеристик сред. Subject to the above equality, it is possible to obtain optimal heat transfer modes that are selected individually for each cooled medium and coolant, depending on the thermal characteristics of the media.

Оптимизация конструкции теплообменника позволяет получать теплопередачу при одинаковых габаритах на порядок выше, чем в прототипе и аналогах, и на два порядка выше, чем в кожухотрубном теплообменнике. Optimization of the design of the heat exchanger allows to obtain heat transfer with the same dimensions an order of magnitude higher than in the prototype and analogues, and two orders of magnitude higher than in the shell-and-tube heat exchanger.

Упрощается конструкция и технология изготовления теплообменника, уменьшаются габариты и затраты на изготовление. The design and manufacturing technology of the heat exchanger is simplified, the dimensions and manufacturing costs are reduced.

Простота и механическая жесткость конструкции расширяют область применения теплообменника по давлению до 30 МПа. The simplicity and mechanical rigidity of the structure expand the scope of the heat exchanger by pressure up to 30 MPa.

Claims

HEAT EXCHANGER OF TYPE "PIPE IN PIPE" containing inner and outer pipes, porous turbulizing partitions located in the inner pipe and between the pipes and in contact with the inner surface of the inner pipe and the inner surface of the outer and outer surfaces of the inner pipes, and located at each end of the heat exchanger inlet a hole for one working medium and an outlet for another, characterized in that, in order to simplify the design, the porous partitions are installed in one diametrical plane velocity, dividing the cavities of the inner pipe and between the pipes into the inlet and outlet compartments, and the centers of the inlet and outlet openings for the working media are shifted relative to the axis of the corresponding pipes by 1/4 of the diameter of the latter.