RU202931U1 - IMPROVED HEAT EXCHANGER - Google Patents

IMPROVED HEAT EXCHANGER Download PDF

Info

Publication number
RU202931U1
RU202931U1 RU2020140241U RU2020140241U RU202931U1 RU 202931 U1 RU202931 U1 RU 202931U1 RU 2020140241 U RU2020140241 U RU 2020140241U RU 2020140241 U RU2020140241 U RU 2020140241U RU 202931 U1 RU202931 U1 RU 202931U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
channels
heat exchanger
spirals
power plants
Prior art date
Application number
RU2020140241U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Коптяев
Original Assignee
Евгений Николаевич Коптяев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Николаевич Коптяев filed Critical Евгений Николаевич Коптяев
Priority to RU2020140241U priority Critical patent/RU202931U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU202931U1 publication Critical patent/RU202931U1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/04Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being formed by spirally-wound plates or laminae

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к теплообменникам и предназначена для использования в разного рода энергетических установках для отвода тепла от теплоносителя.Из уровня техники известны различные варианты теплообменников для отвода тепла от энергетических установок (например, для охлаждения воды в энергетических установках, где она является теплоносителем). Упомянутое тепло может быть результатом как нагрева теплового двигателя (дизеля), так и работы парового котла в паровых и атомных энергетических установках. Во всех этих случаях существует замкнутый контур для циркуляции среды теплоносителя, а в конце теплового цикла отработанный пар, вода или любой другой теплоноситель проходит через теплообменник, где охлаждается водой из внешней среды (это может быть водоем атомной электростанции, а также забортная вода на судах). Теплообмен может осуществляться и для других целей, например в холодильных установках и рефрижераторах. Главным в процессе теплоотвода является наличие охлаждаемой и охлаждающей сред, которые взаимодействуют между собой в объеме теплообменника сквозь его стенки. В большинстве известных теплообменников используется массив из трубок с охлаждающей средой, проходящих сквозь объем теплообменника. В таком варианте площадь теплообмена определяется количеством трубок, и их число может быть весьма значительным, в идеале с полным заполнением всего объема теплообменника. Это ведет к усложнению конструкции, появлению большого числа сварных стыков сложной конфигурации, что не только ведет к росту цены, но и снижает надежность при долговременной работе.В предлагаемом решении обеспечивается эффективный теплообмен между двумя средами за счет применения спиральных каналов для протока упомянутых сред, выполненных с общими смежными стенками, причем не только между парами спиралей, но и между слоями спиралей.Результат использования предлагаемого решения заключается в росте эффективности теплообмена.The utility model relates to heat exchangers and is intended for use in various types of power plants for removing heat from a heat carrier. The prior art knows various variants of heat exchangers for removing heat from power plants (for example, for cooling water in power plants, where it is a heat carrier). This heat can be the result of both the heating of a heat engine (diesel engine) and the operation of a steam boiler in steam and nuclear power plants. In all these cases, there is a closed loop for the circulation of the coolant medium, and at the end of the thermal cycle, the waste steam, water or any other coolant passes through a heat exchanger, where it is cooled by water from the external environment (this can be a reservoir of a nuclear power plant, as well as sea water on ships) ... Heat exchange can also be carried out for other purposes, for example, in refrigeration plants and refrigerators. The main thing in the process of heat removal is the presence of cooled and cooling media, which interact with each other in the volume of the heat exchanger through its walls. Most known heat exchangers use an array of tubes with a cooling medium passing through the volume of the heat exchanger. In this case, the heat exchange area is determined by the number of tubes, and their number can be quite significant, ideally with full filling of the entire volume of the heat exchanger. This leads to a complication of the design, the appearance of a large number of welded joints of a complex configuration, which not only leads to an increase in the price, but also reduces the reliability during long-term operation. with common adjacent walls, and not only between pairs of spirals, but also between layers of spirals. The result of using the proposed solution is to increase the efficiency of heat transfer.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельTechnical field to which the utility model belongs

Полезная модель относится к теплообменникам и может быть использована в разного рода энергетических установках для отвода тепла от теплоносителя.The utility model relates to heat exchangers and can be used in all sorts of power plants to remove heat from the coolant.

Уровень техникиState of the art

Известен трубчато-ленточный теплообменник и гофрированная лента для трубчато-ленточного теплообменника [патент РФ на полезную модель №143021], содержащий, по меньшей мере, два бачка, соединяющие бачки, по существу, параллельные трубки для прохода жидкости между бачками, расположенные на расстоянии между собой и имеющие каждая некруглое поперечное сечение с двумя противолежащими, по существу, плоскими и параллельными стенками, и расположенные между трубками, соединенные с ними гофрированные ленты из теплопроводного материала, образующие каналы для прохода воздуха и имеющие каждая, по существу, плоские вершины гофр, которые соединены с плоскими стенками трубок, и, по существу, плоские участки между вершинами гофр, причем на указанных плоских участках лент выполнены просечки, имеющие отогнутые кромки, образующие жалюзи для прохода воздуха с одной стороны ленты на другую ее сторону, жалюзи объединены в чередующиеся расположенные на расстояниях между собой поперек лент группы, у которых кромки просечек отогнуты в разные стороны, и между чередующимися группами жалюзи расположены чередующиеся плоские площадки, которые взаимно смещены в противоположные стороны в направлении, перпендикулярном относительно плоских участков лент.Known tubular-strip heat exchanger and corrugated tape for a tubular-strip heat exchanger [RF patent for useful model No. 143021], containing at least two tanks connecting the tanks, essentially parallel tubes for the passage of liquid between the tanks, located at a distance between themselves and each having a non-circular cross-section with two opposite, essentially flat and parallel walls, and located between the tubes, corrugated strips of heat-conducting material connected to them, forming channels for the passage of air and each having essentially flat corrugation tops, which connected to the flat walls of the tubes, and essentially flat sections between the tops of the corrugations, and on these flat sections of the tapes there are cuts having bent edges forming louvers for the passage of air from one side of the tape to its other side, the blinds are combined into alternating located on distances between themselves across the bands of the group, in which the the grooves of the cuts are bent in different directions, and between the alternating groups of blinds there are alternating flat areas, which are mutually displaced in opposite directions in the direction perpendicular to the flat areas of the tapes.

К недостатку такого решения можно отнести сложную конструкцию из трубок и гофрированных лент, имеющих большое количество сварных точек, что ведет к снижению надежности работы в целом, кроме того, два выносных бачка, что увеличивает габариты такого решения.The disadvantage of this solution can be attributed to a complex structure of tubes and corrugated tapes with a large number of welded points, which leads to a decrease in the reliability of operation in general, in addition, two external tanks, which increases the dimensions of such a solution.

Также известен пластинчатый теплообменник [патент РФ на изобретение №2351863], содержащий пластинчатый теплообменник, включающий несколько собираемых в блок совместно с герметизирующими прокладками посредством стягивающих элементов через прижимные пластины с фитингами теплообменных пластин, содержащих основную теплообменную часть, расположенную между двумя распределительно-коллекторными частями, и отверстия, расположенные в угловых частях распределительно-коллекторных частей, для обеспечения притока и оттока охлаждаемой или нагреваемой жидкости или пара, рифления для расположения герметизирующих прокладок, рифления теплообменной части, рифления распределительно-коллекторных частей, рифления вблизи отверстий. Рифления распределительных частей теплообменных пластин, расположенных в сборе своими отверстиями соосно с фитингами, по меньшей мере, одной прижимной пластины, выполнены таким образом, чтобы обеспечить в пространстве между соседними теплообменными пластинами различное гидродинамическое сопротивление в области распределительно-коллекторных частей с увеличенным его значением в области наименьшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части и уменьшенным его значением в области наибольшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части с выравниванием гидродинамических параметров элементарных объемов охлаждаемой или нагреваемой жидкости при их подходе от входного отверстия через распределительно-коллекторную часть к основной теплообменной части.Also known is a plate heat exchanger [RF patent for invention No. 2351863], containing a plate heat exchanger, including several assembled into a block together with sealing gaskets by means of tightening elements through pressure plates with heat exchange plate fittings containing the main heat exchange part located between two distribution and manifold parts, and holes located in the corner parts of the distribution and manifold parts to ensure the inflow and outflow of cooled or heated liquid or steam, corrugation for the arrangement of sealing gaskets, corrugation of the heat exchange part, corrugation of the distribution and manifold parts, corrugation near the openings. The corrugations of the distribution parts of the heat exchange plates, assembled with their holes coaxially with the fittings of at least one pressure plate, are made in such a way as to provide in the space between adjacent heat exchange plates different hydrodynamic resistance in the area of the distribution and collector parts with an increased value in the area the shortest path from the inlet to the main heat-exchange part and its reduced value in the region of the greatest path from the inlet to the main heat-exchange part with equalization of the hydrodynamic parameters of elementary volumes of cooled or heated liquid when they approach from the inlet through the distribution-collector part to the main heat exchange part.

К недостаткам такого решения можно отнести наличие сложной формы гофр, не полностью омываемых потоком жидкости или пара - что снижает эффективность теплообмена, и наличие в конструкции большого количества теплоотводящих пластин с уплотнениями, что снижает надежность решения в целом.The disadvantages of this solution include the presence of a complex shape of corrugations that are not completely washed by the flow of liquid or vapor - which reduces the efficiency of heat exchange, and the presence of a large number of heat-removing plates with seals in the structure, which reduces the reliability of the solution as a whole.

Данное решение является наиболее близким по своей технической сущности прототипом к заявляемому решению.This solution is the closest prototype in technical essence to the claimed solution.

Раскрытие полезной моделиDisclosure of a utility model

Из уровня техники широко известны различного рода теплообменники для передачи тепловой энергии между двумя средами (теплоносителями) [1].From the prior art, various kinds of heat exchangers are widely known for transferring thermal energy between two media (heat carriers) [1].

Из уровня техники известны различные варианты теплообменников для отвода тепла от энергетических установок (например, для охлаждения воды в энергетических установках, где она является теплоносителем). Упомянутое тепло может быть результатом как нагрева теплового двигателя (дизеля), так и работы парового котла в паровых и атомных энергетических установках. Во всех этих случаях существует замкнутый контур для циркуляции среды теплоносителя, а в конце теплового цикла отработанный пар, вода или любой другой теплоноситель проходит через теплообменник, где охлаждается водой из внешней среды (это может быть водоем атомной электростанции, а также забортная вода на судах). Теплообмен может осуществляться и для других целей, например в холодильных установках и рефрижераторах. Главным в процессе теплоотвода является наличие охлаждаемой и охлаждающей сред, которые взаимодействуют между собой в объеме теплообменника сквозь его стенки. В большинстве известных теплообменников используется массив из трубок с охлаждающей средой, проходящих сквозь объем теплообменника. В таком варианте площадь теплообмена определяется количеством трубок, и их число может быть весьма значительным, в идеале с полным заполнением все объема теплообменника. Это ведет к усложнению конструкции, появлению большого числа сварных стыков сложной конфигурации, что не только ведет к росту цены, но и снижает надежность при долговременной работе.From the prior art, various variants of heat exchangers are known for removing heat from power plants (for example, for cooling water in power plants, where it is a heat carrier). This heat can be the result of both the heating of a heat engine (diesel engine) and the operation of a steam boiler in steam and nuclear power plants. In all these cases, there is a closed loop for the circulation of the coolant medium, and at the end of the thermal cycle, the waste steam, water or any other coolant passes through a heat exchanger, where it is cooled by water from the external environment (this can be a reservoir of a nuclear power plant, as well as sea water on ships) ... Heat exchange can also be carried out for other purposes, for example, in refrigeration plants and refrigerators. The main thing in the process of heat removal is the presence of cooled and cooling media, which interact with each other in the volume of the heat exchanger through its walls. Most known heat exchangers use an array of tubes with a cooling medium passing through the volume of the heat exchanger. In this case, the heat exchange area is determined by the number of tubes, and their number can be quite significant, ideally with full filling of the entire volume of the heat exchanger. This leads to the complication of the structure, the appearance of a large number of welded joints of complex configuration, which not only leads to an increase in the price, but also reduces the reliability during long-term operation.

В качестве рабочих жидкостей - сред, обменивающихся теплом, чаще всего оказываются вода, пар и воздух. Воздух как теплоноситель является наименее эффективным в силу своей малой теплоемкости даже в значительно сжатом состоянии (под давлением) [1]. Вода используется как теплоноситель в современных атомных энергетических установках, причем применяется так называемый “водо-водяной” цикл, когда теплоносителем является вода под давлением, что исключает ее закипание.Water, steam and air are most often used as working fluids - media exchanging heat. Air as a heat carrier is the least efficient due to its low heat capacity even in a significantly compressed state (under pressure) [1]. Water is used as a coolant in modern nuclear power plants, and the so-called "water-water" cycle is used, when the coolant is pressurized water, which excludes its boiling.

Во всех энергетических установках существует задача теплоотвода от установки - это может быть как задача охлаждения элементов оборудования и дизельного двигателя (или турбины), в том числе в силу нагрева током в электрических цепях, так и обеспечения необходимой температуры воды на входе в ядерный реактор на атомных электростанциях, что необходимо для регулирования скорости реакции деления и поддержания заданных режимов эксплуатации установки. Также существуют вспомогательные холодильные установки, для которых необходим сброс тепла во внешнюю среду. Во всех этих случаях теплообменники обеспечивают разделение обменивающихся теплом сред, обеспечивая химическую чистоту и стабильность параметров во внутреннем контуре.In all power plants there is a task of heat removal from the installation - this can be both the task of cooling equipment elements and a diesel engine (or turbine), including due to heating by current in electrical circuits, and ensuring the required water temperature at the entrance to a nuclear reactor at nuclear power plants, which is necessary to control the rate of fission reaction and maintain the specified operating conditions of the installation. There are also auxiliary refrigeration units, which require the release of heat to the external environment. In all these cases, heat exchangers ensure the separation of heat exchanging media, ensuring chemical purity and stability of parameters in the internal circuit.

Для указанных целей, как правило используют, теплообменники разной конструкции, чаще всего они представляют собой емкость с массивом малых трубок, вваренных в ее корпус, через которые прокачивается внешняя среда. Число таких трубок может быть велико, пропорционально количеству тепла, отдаваемого во внешнюю среду, для каждой трубки соединение с корпусом теплообменника обеспечивается сваркой, что приводит к большому числу сварных соединений, качество которых сложно проконтролировать.For these purposes, as a rule, heat exchangers of different designs are used, most often they are a container with an array of small tubes welded into its body through which the external medium is pumped. The number of such tubes can be large, proportional to the amount of heat given off to the external environment; for each tube, the connection to the heat exchanger body is provided by welding, which leads to a large number of welded joints, the quality of which is difficult to control.

В решении, выбранном за основной прототип, используется массив плоских пластин со сложным рифлением, которые оснащены отверстиями для подачи обменивающихся теплом сред (теплоноситель и охладитель). Для герметизации мест контакта предлагается использоваться фитинги, имеющие ограниченный срок службы. Предложенное рифление не позволяет средам омывать всю поверхность равномерно, что приводит к ухудшению отдачи тепла в охлаждающую среду. The solution chosen as the main prototype uses an array of flat plates with complex corrugation, which are equipped with holes for supplying heat exchanging media (heat carrier and coolant). To seal the contact points, it is proposed to use fittings with a limited service life. The proposed corrugation does not allow the media to wash over the entire surface evenly, which leads to a deterioration in heat transfer to the cooling medium.

В предлагаемом решении выбран другой путь для повышения отдачи тепла от теплоносителя к охладителю, и повышению эффективности объема корпуса теплообменника - что косвенным образом ведет и к снижению его массы и габаритов, поскольку повышение теплоотдачи на единицу объема позволяет уменьшить габариты при сохранении скорости теплообмена.In the proposed solution, another way is chosen to increase the heat transfer from the coolant to the cooler, and to increase the efficiency of the volume of the heat exchanger body - which indirectly leads to a decrease in its mass and dimensions, since an increase in heat transfer per unit volume allows to reduce the dimensions while maintaining the heat exchange rate.

Для этого предлагается использовать цилиндрический корпус и каналы для теплоносителя и охладителя (взаимодействующих сред), в виде спиралей. Теплообменник, содержащий цилиндрический корпус с каналами во внутренней его полости, выполненными в виде спиралей, число витков и направление закручивания спиралей совпадают, в центре цилиндрического корпуса имеется сквозной цилиндрический вырез. Каналы располагаются слоями с парой спиральных каналов в каждом слое, в парах спирали каналов повернуты на 180 градусов относительно друг друга в продольной оси, каналы имеют прямоугольное сечение, каналы в смежных витках двух спиралей имеют общую стенку, каналы в смежных слоях имеют общую стенку, причем подключение к горячему и холодному теплоносителю в парах спиральных каналов и между каналами в разных слоях чередуется, а отверстия подачи и выпуска теплоносителя каналов расположены с торцов цилиндрического корпуса. For this, it is proposed to use a cylindrical body and channels for the coolant and coolant (interacting media), in the form of spirals. A heat exchanger containing a cylindrical body with channels in its inner cavity made in the form of spirals, the number of turns and the direction of twisting of the spirals coincide, in the center of the cylindrical body there is a through cylindrical cutout. The channels are arranged in layers with a pair of spiral channels in each layer, in pairs the channel spirals are rotated 180 degrees relative to each other in the longitudinal axis, the channels have a rectangular cross-section, the channels in the adjacent turns of the two spirals have a common wall, the channels in the adjacent layers have a common wall, and connection to hot and cold coolant in pairs of spiral channels and between channels in different layers alternates, and the holes for supply and discharge of the coolant of the channels are located at the ends of the cylindrical body.

На фиг. 1 показан внешний вид полости одной из таких спиралей. Видно, что сечение канала является прямоугольным (уплощенным) и закручивается вокруг продольной оси. Площадь длинной стороны поперечного сечения в канале будет определять площадь взаимодействия сред, поэтому необходимо выполнять ее возможно большим; но кроме того, высота канала (меньшая из сторон прямоугольного сечения канала) определяет количество витков в спирали, которые удастся разместить при данной длине теплообменника. То есть по возможности, необходимо увеличивать количество витков, путем их утончения. Необходимое соотношение должно выбираться разработчиком в каждом случае отдельно, поскольку существуют разные среды, обладающие разной вязкостью - необходимо обеспечивать также малое гидравлическое сопротивление протеканию обменивающихся теплом сред.FIG. 1 shows the appearance of the cavity of one of such spirals. It can be seen that the channel section is rectangular (flattened) and twisted around the longitudinal axis. The area of the long side of the cross-section in the channel will determine the area of interaction between the media, therefore it is necessary to make it as large as possible; but in addition, the height of the channel (the smaller of the sides of the rectangular section of the channel) determines the number of turns in the spiral that can be placed with a given length of the heat exchanger. That is, if possible, it is necessary to increase the number of turns by thinning them. The required ratio must be selected by the developer in each case separately, since there are different media with different viscosities - it is also necessary to ensure a low hydraulic resistance to the flow of the heat exchanging media.

Следует заметить, что любой трубопровод или канал для протекания жидкости или газа, будет обладать некоторым сопротивлением прохождению и это является нормальным, поскольку в любой системе для циркуляции среды требуется обеспечить перепад давления, чтобы начался проток среды от зоны с большим давлением, к зоне с меньшим давлением. Таким образом, в случае необходимости, устанавливаются насосы, обеспечивающие проток сред через теплообменник.It should be noted that any pipeline or channel for the flow of a liquid or gas will have some resistance to the passage and this is normal, since in any system for the circulation of the medium it is necessary to provide a pressure drop in order for the medium to begin flowing from a zone with a high pressure to a zone with a lower pressure. pressure. Thus, if necessary, pumps are installed to ensure the flow of media through the heat exchanger.

На фиг. 2 показаны две полости каналов для обменивающихся сред, откуда видно, что каждая спираль повернута в продольной оси вращения на угол 180 относительно друг друга: это необходимо для равномерного хода спиралей и отсутствия мест пересечения. Вместе с тем, такой угол сдвига дает равномерное по длине спирали расстояние между стенками каналов, что важно для равномерной отдачи тепла и обеспечения симметрии конструкции в целом. Показанные на фиг. 2 полости изображают их объем в корпусе теплообменника, однако сами каналы - это пустоты в упомянутом корпусе спирального теплообменника.FIG. 2 shows two cavities of channels for exchanging media, from which it can be seen that each spiral is rotated in the longitudinal axis of rotation at an angle of 180 relative to each other: this is necessary for the uniform course of the spirals and the absence of intersection points. At the same time, such a shear angle gives a uniform distance between the channel walls along the length of the spiral, which is important for uniform heat transfer and ensuring the symmetry of the structure as a whole. Shown in FIG. 2 cavities represent their volume in the heat exchanger body, however, the channels themselves are voids in the said spiral heat exchanger body.

На фиг. 3 показан спиральный теплообменник, в котором в целях наглядности выполнен вырез 1/4 его части. Таким образом, можно наблюдать его внутреннее устройство. Виден ход спиралей по высоте теплообменника, и спиральность их структуры. С торцов корпуса теплообменника можно видеть отверстия для впуска и выпуска сред, которые выполняются с обеих сторон - то есть с одной стороны в спираль подается среда, с другой стороны она выходит через аналогичное отверстие. Форма таких отверстий показана прямоугольной, однако они могут быть и округлой формы - или любой другой, удобной для потребителя. Подключение внешних систем может осуществлять вваркой в теплообменник штуцеров, или другим удобным способом. Способ внешних подключений может быть выбран потребителем на основании существующего уровня технологий.FIG. 3 shows a spiral heat exchanger, in which, for the sake of clarity, a cut-out of 1/4 of its part is made. Thus, you can observe its internal structure. One can see the course of the spirals along the height of the heat exchanger, and the helicity of their structure. From the ends of the heat exchanger body you can see the openings for the inlet and outlet of the media, which are made on both sides - that is, the medium is fed into the spiral from one side, on the other side it comes out through a similar opening. The shape of such holes is shown as rectangular, but they can be round or any other convenient for the consumer. External systems can be connected by welding fittings into the heat exchanger, or in another convenient way. The way of external connections can be chosen by the consumer based on the existing level of technology.

Наиболее предпочтительным материалом для изготовления являются металлы благодаря их высокой теплопроводности для большинства случаев, а также высокой прочности и долговечности. Однако тип материала корпуса не входит в отличительную часть формулы предлагаемого решения, и может быть различным. Сам корпус может быть выполнен путем сварки составных частей (в случае изготовления из металла) или путем склейки для гибридных материалов (например, металлокерамики и аналогичных).The most preferred materials for manufacturing are metals due to their high thermal conductivity in most cases, as well as their high strength and durability. However, the type of body material is not included in the distinctive part of the formula of the proposed solution, and may be different. The body itself can be made by welding the component parts (in the case of metal production) or by gluing together for hybrid materials (for example, cermets and the like).

На фиг. 4 показан внешний вид спирального теплообменника в сборе, с отверстиями с торцов для впуска и выпуска обменивающихся теплом сред, и цилиндрический характер корпуса. Также можно видеть вырез в центре корпуса теплообменника, позволяющий снизить его массу, так как изготовление спирали с очень малым внутренним диаметром неэффективно, так как с уменьшением внутреннего радиуса уменьшается и площадь каналов на единицу длины радиуса, и затрудняется их изготовление технологически. Показанные на фиг. 1, 2, 3 спиральные каналы обеспечивают простоту самой конструкции теплообменника, но их эффективность по теплообмену определяется площадью соприкосновения смежных сторон каналов, то есть площадью взаимодействия взаимодействующих сред. FIG. 4 shows the appearance of the assembled spiral heat exchanger, with openings at the ends for the inlet and outlet of heat exchanging media, and the cylindrical nature of the body. You can also see a cutout in the center of the heat exchanger body, which makes it possible to reduce its weight, since the manufacture of a spiral with a very small inner diameter is ineffective, since with a decrease in the inner radius, the area of the channels per unit length of radius also decreases, and their production becomes technologically difficult. Shown in FIG. 1, 2, 3 spiral channels ensure the simplicity of the design of the heat exchanger, but their heat exchange efficiency is determined by the contact area of the adjacent sides of the channels, that is, the area of interaction of the interacting media.

Стенки спиралей выполняются общими, таким образом, среды в них обмениваются теплом между смежными витками двух спиралей, со сменой витков по типу “горячий”-“холодный”. Изготовление стенок между витками двух спиралей тонкими не только минимизирует расход материалов, но и обеспечивает обмен теплом между средами в каналах. The walls of the spirals are made common, thus, the media in them exchange heat between adjacent loops of two spirals, with a change of loops of the "hot" - "cold" type. Making the walls thin between the turns of the two spirals not only minimizes the consumption of materials, but also ensures the exchange of heat between the media in the channels.

Сама спиральная структура каналов для обменивающихся теплом сред обеспечивает высокое заполнение объема корпуса как самой спиралью, так и большую площадь соприкосновения, особенно при выполнении каналов для обменивающихся теплом сред насколько это возможно тонкими. В таком случае растет число витков спиралей, и площадь их стенок между собой в том же объеме корпуса теплообменника. Однако по техническим причинам как конструктивного, так и связанного со свойствами жидких сред, характера количество витков в спирали ограничено при заданной длине корпуса, так как течение жидких теплоносителей через тонкие каналы увеличивает их гидравлическое сопротивление и может быть затруднено. The very spiral structure of the channels for heat exchanging media provides a high filling of the volume of the body both by the spiral itself and a large contact area, especially when making the channels for heat exchanging media as thin as possible. In this case, the number of turns of the spirals increases, and the area of their walls among themselves in the same volume of the heat exchanger body. However, for technical reasons, both constructive and related to the properties of liquid media, the number of turns in the spiral is limited for a given length of the body, since the flow of heat transfer fluids through thin channels increases their hydraulic resistance and can be hindered.

На фигуре 5 показано продольное сечение корпуса теплообменника и его внутреннее устройство, аналогичное показанному на фиг. 3, где был сделан вырез 1/4 из корпуса теплообменника. Данная конструкция является прообразом для предлагаемого решения.FIG. 5 shows a longitudinal section through a heat exchanger body and its internal arrangement, similar to that shown in FIG. 3, where a 1/4 cut was made from the heat exchanger body. This design is a prototype for the proposed solution.

На фигуре 6 показан внешний вид предлагаемого теплообменника с вырезом в полость его корпуса. Из рисунка видно, что внутри в его полости выполнены каналы для теплоносителя, по которым прокачиваются холодная и горячая среды. Каналы выполнены спиральными, но располагаются в слои, идущие от центра, и охватывающие друг друга. При этом обеспечивается увеличение площади соприкосновения теплоносителей, обменивающихся теплом - а это в свою очередь увеличивает теплообмен между средами, так как увеличение площади взаимодействия при прочих равных условиях дает увеличение теплообмена [1]. Увеличение площади совместных стенок будет происходить при увеличении количества слоев в предлагаемом решении, так что чем больше слоев, тем больше площадь и эффективность.Figure 6 shows the external view of the proposed heat exchanger with a cutout into the cavity of its body. It can be seen from the figure that channels for the coolant are made inside its cavity, through which cold and hot media are pumped. The channels are made spiral, but are arranged in layers extending from the center and covering each other. In this case, an increase in the contact area of the heat carriers exchanging heat is ensured - and this, in turn, increases the heat transfer between the media, since an increase in the interaction area, other things being equal, gives an increase in heat transfer [1]. An increase in the area of the joint walls will occur with an increase in the number of layers in the proposed solution, so that the more layers, the greater the area and efficiency.

На фиг. 7 показан разрез предлагаемого решения вдоль продольной оси его корпуса. Как видно, каналы имеют прямоугольное сечение, причем вид теплоносителя (горячий, холодный) чередуется не только в парах витков, но и между слоями спиральных каналов. Это достигается всем комплексом отличительных признаков решения: спиральной формой каналов, наличием двух пар каналов в каждом слое, причем каналы в паре сдвинуты по своей оси на 180 градусов между собой, горячий и холодный теплоносителя (знаки + и - условно на фиг. 7) чередуются между собой дважды: при подаче в пары каналов, и при подаче в пары каналов разных слоев. Таким образом, обеспечивается полное использование объема корпуса теплообменника - все каналы имеют другой тип теплоносителя во всех смежных с ними каналах, а это означает рост площади контакта обменивающихся теплом сред.FIG. 7 shows a section of the proposed solution along the longitudinal axis of its body. As you can see, the channels have a rectangular cross-section, and the type of the coolant (hot, cold) alternates not only in pairs of turns, but also between the layers of spiral channels. This is achieved by the whole set of distinctive features of the solution: the spiral shape of the channels, the presence of two pairs of channels in each layer, and the channels in the pair are shifted along their axis by 180 degrees between each other, the hot and cold coolant (signs + and - conventionally in Fig. 7) alternate between themselves twice: when feeding into pairs of channels, and when feeding into pairs of channels of different layers. Thus, the full use of the volume of the heat exchanger body is ensured - all channels have a different type of coolant in all channels adjacent to them, which means an increase in the contact area of the media exchanging heat.

Чем больше площадь стенок между каналами - тем выше теплообмен между теплоносителями горячей и холодной среды. Таким образом, в обмене теплом в предлагаемом решении участвуют не только вертикальные стенки, но и боковые - а рост числа слоев дает улучшение обмена теплом.The larger the wall area between the channels, the higher the heat transfer between the heat carriers of the hot and cold medium. Thus, not only vertical walls, but also lateral ones participate in the heat exchange in the proposed solution - and an increase in the number of layers gives an improvement in heat exchange.

Заявленное решение является простым и промышленно применимым, представляя собой теплообменник симметричной конструкции.The claimed solution is simple and industrially applicable, being a symmetrical heat exchanger.

Предлагаемое техническое решение является новым, и имеет следующие принципиальные отличия от прототипа:The proposed technical solution is new, and has the following fundamental differences from the prototype:

каналы располагаются слоями с парой спиральных каналов в каждом слое, в парах спирали каналов повернуты на 180 градусов относительно друг друга в продольной оси; the channels are arranged in layers with a pair of spiral channels in each layer, in pairs the channel spirals are rotated 180 degrees relative to each other in the longitudinal axis;

каналы имеют прямоугольное сечение, каналы в смежных витках двух спиралей имеют общую стенку, каналы в смежных слоях имеют общую стенку;channels have a rectangular cross-section, channels in adjacent turns of two spirals have a common wall, channels in adjacent layers have a common wall;

подключение к горячему и холодному теплоносителю в парах каналов и между каналами в разных слоях чередуется;connection to hot and cold coolant in pairs of channels and between channels in different layers alternates;

отверстия подачи и выпуска теплоносителя каналов расположены с торцов цилиндрического корпуса.the openings for supply and discharge of the coolant of the channels are located at the ends of the cylindrical body.

Таким образом, вся совокупность существенных признаков полезной модели ранее неизвестна и приводит к новому техническому результату - повышению эффективности теплообмена.Thus, the entire set of essential features of a utility model was previously unknown and leads to a new technical result - an increase in the efficiency of heat transfer.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

На фиг. 1 изображена форма полости спирального канала. На фиг. 2 изображена форма полостей двух спиральных каналов со сдвигом 180 градусов между собой. На фиг. 3 изображен внешний вид спирального теплообменника с вырезом в полость его корпуса. На фиг. 4 изображен внешний вид спирального теплообменника в сборе. На фиг. 5 изображено сечение в продольной плоскости спирального теплообменника. На фиг. 6 изображен внешний вид предлагаемого теплообменника с вырезом в полость его корпуса. На фиг. 7 изображено сечение предлагаемого теплообменника в продольной плоскости.FIG. 1 shows the shape of the cavity of the spiral channel. FIG. 2 shows the shape of the cavities of two spiral channels with a 180-degree shift between each other. FIG. 3 shows the external view of a spiral heat exchanger with a cutout into the cavity of its body. FIG. 4 shows the appearance of the assembled spiral heat exchanger. FIG. 5 shows a cross-section in the longitudinal plane of a spiral heat exchanger. FIG. 6 shows the external view of the proposed heat exchanger with a cutout into the cavity of its body. FIG. 7 shows a cross-section of the proposed heat exchanger in the longitudinal plane.

Список использованной литературыList of used literature

1. Степанов О.А., Захаренко С.О. Основы трансформации теплоты. СПб.: Лань, 2019, 128 с.1. Stepanov O.A., Zakharenko S.O. The basics of heat transformation. SPb .: Lan, 2019, 128 p.

Claims (1)

Теплообменник, содержащий цилиндрический корпус с каналами во внутренней его полости, выполненными в виде спиралей, число витков и направление закручивания спиралей совпадают, в центре цилиндрического корпуса имеется сквозной цилиндрический вырез, отличающийся тем, что каналы располагаются слоями с парой спиральных каналов в каждом слое, в парах спирали каналов повернуты на 180 градусов относительно друг друга в продольной оси, каналы имеют прямоугольное сечение, каналы в смежных витках двух спиралей имеют общую стенку, каналы в смежных слоях имеют общую стенку, причем подключение к горячему и холодному теплоносителю в парах спиральных каналов и между каналами в разных слоях чередуется, а отверстия подачи и выпуска теплоносителя каналов расположены с торцов цилиндрического корпуса.A heat exchanger containing a cylindrical body with channels in its inner cavity, made in the form of spirals, the number of turns and the direction of twisting of the spirals coincide, in the center of the cylindrical body there is a through cylindrical cutout, characterized in that the channels are arranged in layers with a pair of spiral channels in each layer, in pairs of spirals of channels are rotated 180 degrees relative to each other in the longitudinal axis, the channels have a rectangular cross-section, channels in adjacent turns of two spirals have a common wall, channels in adjacent layers have a common wall, and the connection to hot and cold coolant in pairs of spiral channels and between channels in different layers alternate, and the holes for supply and discharge of the coolant of the channels are located at the ends of the cylindrical body.
RU2020140241U 2020-12-08 2020-12-08 IMPROVED HEAT EXCHANGER RU202931U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140241U RU202931U1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 IMPROVED HEAT EXCHANGER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140241U RU202931U1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 IMPROVED HEAT EXCHANGER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU202931U1 true RU202931U1 (en) 2021-03-15

Family

ID=74874174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020140241U RU202931U1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 IMPROVED HEAT EXCHANGER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU202931U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU112807A1 (en) * 1956-07-16 1957-11-30 П.В. Щербаков Spiral Tape Heat Exchanger
RU2164640C1 (en) * 1999-11-01 2001-03-27 Военный инженерно-технический университет Method of liquid fuel preparation for combustion and device for its embodiment
JP2010127513A (en) * 2008-11-26 2010-06-10 Noritz Corp Heat exchanger and water heating apparatus
RU2391614C1 (en) * 2008-11-18 2010-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научный Центр "Керамические Двигатели" им. А.М. Бойко" (ООО "Центр Бойко") Counter-flow laminar matrix-circular ceramic recuperator
RU143021U1 (en) * 2014-02-13 2014-07-10 Владимир Германович Мазеин TUBULAR TAPE HEAT EXCHANGER AND CORRUGATED TAPE FOR TUBULAR TAPE HEAT EXCHANGER

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU112807A1 (en) * 1956-07-16 1957-11-30 П.В. Щербаков Spiral Tape Heat Exchanger
RU2164640C1 (en) * 1999-11-01 2001-03-27 Военный инженерно-технический университет Method of liquid fuel preparation for combustion and device for its embodiment
RU2391614C1 (en) * 2008-11-18 2010-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научный Центр "Керамические Двигатели" им. А.М. Бойко" (ООО "Центр Бойко") Counter-flow laminar matrix-circular ceramic recuperator
JP2010127513A (en) * 2008-11-26 2010-06-10 Noritz Corp Heat exchanger and water heating apparatus
RU143021U1 (en) * 2014-02-13 2014-07-10 Владимир Германович Мазеин TUBULAR TAPE HEAT EXCHANGER AND CORRUGATED TAPE FOR TUBULAR TAPE HEAT EXCHANGER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109163586B (en) Spiral runner printed circuit board heat exchanger
CN102278907B (en) External-convex-type asymmetrical wave node pipe heat exchanger
RU2348882C1 (en) Astanov radial-spiral-type heat-exchanger (versions)
CN103629952A (en) Tubular heat exchanger, method for manufacturing tubular heat exchanger and heat exchange equipment
CN109269334B (en) A kind of cast type microchannel compact heat exchanger and its manufacturing method
RU201442U1 (en) HEAT EXCHANGER
CN102620581A (en) Heat exchanger
WO1986000395A1 (en) A heat exchanger
CN114623707A (en) Compact heat exchanger for multi-fluid heat exchange and heat exchange method
CN202836268U (en) Pipe type heat exchanger and heat exchanging device
CN208139899U (en) Heat exchanger and heat-exchange system
RU202931U1 (en) IMPROVED HEAT EXCHANGER
CN109253633A (en) Pipe arranges unitized exchanger
RU203282U1 (en) CONSTRUCTION OF THE SPIRAL HEAT EXCHANGER
CN202599164U (en) Heat exchanger
CN214426496U (en) Novel double-pipe heat exchanger and heat exchange pipe thereof
JP2023551878A (en) Coil type heat exchanger and its manufacturing method
CN109945717B (en) A kind of high-temperature cooler set of heat exchange tubes
CN208735969U (en) Integral fins round tube air-cooler
CN108775828B (en) Superconducting heat exchange unit, device and system thereof
CN217275737U (en) Heat exchanger and heat exchange assembly thereof
CN202598965U (en) All-welded economizer
CN112577339A (en) Compact casing pipe heat regenerator
CN215063893U (en) Coiled tube type heat exchanger and refrigerating system
CN217877225U (en) Multi-temperature-section cascade heat exchange coaxial sleeve heat exchanger