RU2089809C1

RU2089809C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2089809C1
Application number: RU95105010A
Authority: RU
Inventors: С.И. Бурцев; А.Л. Емельянов
Original assignee: Индивидуальное частное предприятие Бурцева "Бюро техники кондиционирования и охлаждения"
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1995-03-28
Publication date: 1997-09-10
Also published as: RU95105010A

Abstract

FIELD: refrigerating engineering; condenser or evaporator for refrigerating machine. SUBSTANCE: heat exchanger includes hermetic shell 1 where coil 2 is arranged. Turns of this coil are formed by parallel rectilinear sections 3 lying in one plane. Sections 3 are interconnected by means of return bends 4. First and last rectilinear sections 3 of coil 2 are connected respectively to inlet branch pipe 5 and outlet branch pipe 6 in way of flow of medium. Coil 2 is arranged in shell 1 in such position that it tightly adjoins two opposite walls of housing 1 over entire length of rectilinear sections 3 and return bends 4 connecting them. Coil 2 is mounted in spaced relation to its other walls. Partitions 7 are mounted between rectilinear sections 3 of coil 2 in spaced relation to them; their side edges tightly adjoin walls of shell 1. Coil 2 and partition 7 located respectively in shell 1 form two coil passages for inter-tube space medium; each passage is brought in communication with inlet branch pipe 8 and outlet branch pipe 9 used for handling this medium. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в холодильной технике в качестве конденсатора или воздухоохладителя холодильных машин. The invention relates to a power system and can be used in refrigeration as a condenser or air cooler of refrigeration machines.

Известны кожухотрубные теплообменные аппараты с поперечными перегородками в межтрубном пространстве, применяемые в теплоэнергетике, и, в частности, в холодильной технике [1]
Недостатком этих теплообменников является низкая эффективность теплопередачи, громоздкость и низкая надежность из-за большого количества мест герметизации.Known shell-and-tube heat exchangers with transverse baffles in the annular space, used in the power industry, and, in particular, in refrigeration [1]
The disadvantage of these heat exchangers is the low heat transfer efficiency, bulkiness and low reliability due to the large number of sealing places.

В качестве прототипа выбран теплообменник, содержащий герметичный корпус, в котором размещены, по меньшей мере, один змеевик, подключенный к входному и выходному патрубкам среды трубного пространства, витки которого образованы лежащими в одной плоскости параллельными прямолинейными участками, соединенными между собой калачами, и перегородки, установленные с зазором между прямолинейными участками змеевика и плотно примыкающие боковыми кромками к стенкам корпуса, при этом змеевик размещен в корпусе таким образом, что он плотно примыкает выпуклыми сторонами калачей к двум противолежащим стенкам корпуса и установлен с зазором относительно его стенок с образованием канала для среды межтрубного пространства, который сообщен с входным и выходным патрубками этой среды, при этом в упомянутом канале с двух сторон змеевика в зазорах между стенками корпуса вдоль каждого прямолинейного участка упомянутого замеевика установлены распределительные элементы, благодаря которым обеспечивается равномерное перетекание среды межтрубного пространства с одной стороны канала к другой в поперечном направлении относительно трубы [2]
Недостатком данного теплообменника являются низкий коэффициент теплопередачи и сложность конструкции. Это обусловлено следующим. Наличие зазора между трубами и корпусом теплообменника, а также размещение в этом зазоре распределительных элементов, обеспечивающих равномерность перетекания среды межтрубного пространства с одной стороны трубы на другую, приводит к усложнению конструкции и практически не позволяет достичь желаемого результата. Организация противоточно-перекрестного движения среды межтрубного пространства, обусловленная вышеописанным соответствующим размещением змеевика в корпусе теплообменника, приводит к снижению коэффициента теплопередачи из-за снижения величины коэффициента теплоотдачи между средой межтрубного пространства и поверхностью трубы. Кроме того, снижение коэффициента теплопередачи обусловлено также выполнением змеевика из одноканальной трубы.As a prototype, a heat exchanger is selected that contains a sealed housing in which at least one coil is connected, connected to the inlet and outlet pipes of the pipe space medium, the turns of which are formed by parallel rectilinear sections lying in the same plane, interconnected by feces, and partitions, installed with a gap between the rectilinear sections of the coil and tightly adjacent side edges to the walls of the housing, while the coil is placed in the housing so that it is tightly adjacent the convex sides of the rolls to two opposite walls of the housing and is installed with a gap relative to its walls with the formation of a channel for the annulus environment, which is in communication with the inlet and outlet nozzles of this medium, while in the said channel on two sides of the coil in the gaps between the walls of the housing along each distribution elements are installed in a rectilinear section of the said coil, due to which uniform flow of the annulus is ensured from one side of the channel to the other transversely relative to the tube [2]
The disadvantage of this heat exchanger is its low heat transfer coefficient and design complexity. This is due to the following. The presence of a gap between the pipes and the heat exchanger body, as well as the placement of distribution elements in this gap, which ensure uniform flow of the annulus from one side of the pipe to the other, complicates the design and practically does not allow achieving the desired result. The organization of countercurrent-cross-motion of the annulus environment due to the corresponding placement of the coil in the heat exchanger housing described above leads to a decrease in the heat transfer coefficient due to a decrease in the heat transfer coefficient between the annulus medium and the pipe surface. In addition, the decrease in heat transfer coefficient is also due to the execution of the coil from a single-channel pipe.

Задачей изобретения является разработка компактного теплообменника, обладающего высокой теплопередающей способностью и простотой конструкции. The objective of the invention is to develop a compact heat exchanger with high heat transfer capacity and simplicity of design.

Технический результат повышение коэффициента теплопередачи и упрощение конструкции. EFFECT: increased heat transfer coefficient and simplified design.

Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменнике, содержащем герметичный корпус, в котором размещены, по меньшей мере, один змеевик, подключенный к входному и выходному патрубкам среды трубного пространства, витки которого образованы лежащими в одной плоскости параллельными прямолинейными участками, соединенными между собой калачами, и перегородки, установленные с зазором между прямолинейными участками змеевика и примыкающие боковыми кромками к стенкам корпуса, который снабжен входным и выходным патрубками среды межтрубного пространства, змеевик размещен в корпусе таким образом, что он плотно примыкает к двум противолежащим стенкам корпуса по всей длине прямолинейных участков и соединяющих их калачей и установлен с зазором относительно остальных его стенок с образованием двух змеевиковых каналов для среды межтрубного пространства, а входной и выходной патрубки этой среды сообщены с каждым из этих каналов. Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что змеевик выполнен из плоской многоканальной трубы. The specified technical result is achieved in that in a heat exchanger containing a sealed housing in which at least one coil is connected, connected to the inlet and outlet pipes of the pipe space medium, the turns of which are formed by parallel rectilinear sections lying in the same plane, connected by , and partitions installed with a gap between the rectilinear sections of the coil and adjacent side edges to the walls of the housing, which is equipped with inlet and outlet nozzles of the media the annulus, the coil is placed in the housing in such a way that it tightly adjoins the two opposite walls of the housing along the entire length of the rectilinear sections and the connecting tubes connecting them and is installed with a gap relative to its other walls with the formation of two coil channels for the annulus environment, and the input and output the nozzles of this medium are in communication with each of these channels. In addition, the specified technical result is achieved by the fact that the coil is made of a flat multi-channel pipe.

Соответствующее вышеуказанное размещение змеевика в корпусе теплообменника с образованием двух змеевиковых каналов для среды межтрубного пространства, каждый из которых сообщен с входным и выходным патрубками этой среды, позволяет обеспечить в отличие от прототипа чистое противоточное движение участвующих в теплообмене сред, равномерное распределение по каналам среды межтрубного пространства и повышение скорости ее движения, в результате чего повышается коэффициент теплоотдачи между этой средой и стенками трубы, что в конечном итоге приводит к повышению коэффициента теплопередачи. Кроме того, отсутствие в зазорах между стенками корпуса и прямолинейными участками змеевика распределительных элементов приводит к значительному упрощению конструкции теплообменника. Выполнение же змеевика из плоской многоканальной трубы позволяет еще более повысить коэффициент теплопередачи. The corresponding placement of the coil in the heat exchanger housing with the formation of two coil channels for the annulus environment, each of which is connected with the inlet and outlet nozzles of this medium, allows to provide, in contrast to the prototype, a clean countercurrent movement of the media involved in the heat exchange, uniform distribution over the annular channels of the annulus and an increase in the speed of its movement, as a result of which the heat transfer coefficient between this medium and the pipe walls increases, which ultimately ge leads to an increase in heat transfer coefficient. In addition, the absence in the gaps between the walls of the housing and the straight sections of the coil of the distribution elements leads to a significant simplification of the design of the heat exchanger. The execution of the coil from a flat multi-channel pipe allows you to further increase the heat transfer coefficient.

На фиг. 1 показан продольный разрез теплообменника; на фиг. 2 - поперечное сечение теплообменника по входному патрубку среды межтрубного пространства. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a heat exchanger; in FIG. 2 is a cross-sectional view of a heat exchanger along an inlet pipe of the annulus.

Теплообменник содержит герметичный корпус 1, в котором размещен змеевик 2, витки которого образованы лежащими в одной плоскости прямолинейными участками 3, соединенными между собой калачами 4, при этом первый и последний по ходу среды трубчатого пространства прямолинейные участки 3 змеевика 2 подключены соответственно к входному 5 и выходному 6 патрубкам этой среды. Змеевик 2 размещен в корпусе 1 таким образом, что он плотно примыкает к двум противолежащим стенкам корпуса 1 по всей длине прямолинейных участков 3 и соединяющих их калачей 4 и установлен с зазором относительно остальных его стенок. Между прямолинейными участками 3 змеевика 2 с зазором к последним, примыкая боковыми кромками к стенкам корпуса, размещены перегородки 7. Расположенные в корпусе 1 соответствующим образом, как указано выше, змеевик 2 и перегородки 7 образуют два змеевиковых канала для среды межтрубного пространства, каждый из которых сообщен с входным 8 и выходным 9 патрубками этой среды. Для обеспечения подачи среды межтрубного пространства одновременно в оба упомянутых канала этой среды и ее вывода из них входной 8 и выходной 9 патрубки могут быть приварены по периметру отверстий, выполненных в стенках корпуса, плоскости которых параллельны плоскости, в которой лежат прямолинейные участки змеевика (фиг. 1, 2), или в стенках корпуса, плоскости которых перпендикулярны прямолинейным участкам змеевика (на чертеже не показано). Змеевик 2 для повышения коэффициента теплопередачи теплообменника выполнен из плоской многоканальной трубы. Теплообменник может быть также выполнен из нескольких идентичных змеевиков, которые плотно прижаты друг к другу по всей длине прямолинейных участков и соединяющих их калачей, а крайние из них своими противоположными сторонами прямолинейных участков и соединяющих их калачей плотно примыкают к двум противолежащим стенкам корпуса (такой вариант выполнения теплообменника на чертеже не показан). The heat exchanger contains a sealed housing 1, in which a coil 2 is placed, the turns of which are formed by rectilinear sections 3 lying in the same plane, interconnected by cams 4, while the first and last straight sections 3 of the coil 2 are connected respectively to the input 5 and output 6 pipes of this medium. The coil 2 is placed in the housing 1 in such a way that it tightly adjoins the two opposite walls of the housing 1 along the entire length of the rectilinear sections 3 and the canisters 4 connecting them and is installed with a gap relative to its other walls. Between the rectilinear sections 3 of the coil 2 with a gap to the latter, adjacent side edges to the walls of the casing, partitions 7 are located. Located in the casing 1 accordingly, as described above, the coil 2 and partitions 7 form two coil channels for the annulus environment, each of which communicated with input 8 and output 9 nozzles of this medium. To ensure the flow of the annular space into both the channels of this medium and its outlet from them, the inlet 8 and outlet 9 pipes can be welded around the perimeter of the holes made in the walls of the casing, the planes of which are parallel to the plane in which the rectilinear sections of the coil lie (Fig. 1, 2), or in the walls of the housing, the planes of which are perpendicular to the rectilinear sections of the coil (not shown in the drawing). The coil 2 to increase the heat transfer coefficient of the heat exchanger is made of a flat multi-channel pipe. The heat exchanger can also be made of several identical coils, which are tightly pressed against each other along the entire length of the rectilinear sections and the Kalach connecting them, and the extreme of them with their opposite sides of the rectilinear sections and the Kalach connecting them tightly adjoin two opposite walls of the housing (this embodiment heat exchanger is not shown in the drawing).

Работа теплообменника осуществляется следующим образом (пример приведен для работы теплообменника в качестве конденсатора холодильной машины.)
Пар поступает в змеевик 2 через патрубок 5 и, двигаясь по трубе, конденсируется. Сконденсировавшаяся жидкость через патрубок 6 выводится из конденсатора. Среда межтрубного пространства, а именно охлаждающая вода, поступает в корпус 1 через входной патрубок 8, причем одновременно в оба змеевиковых канала, образованных стенками корпуса 1, трубой змеевика 2 и перегородками 7, и движется вдоль прямолинейных участков 3 и калачей 4. Теплопередача осуществляется при чистом противоточном движении сред. При этом охлаждающая вода, двигаясь по змеевиковым каналам, омывает трубу одновременно с двух сторон. Перетечки охлаждающей воды с одного канала в другой благодаря плотному примыканию змеевика к двум противолежащим стенкам корпуса отсутствуют. Это позволяет достичь больших скоростей потока и увеличить коэффициент теплоотдачи со стороны воды. Кроме того, за счет организованного таким образом движения охлаждающей воды обеспечивается равномерность температуры стенки трубы в ее поперечном сечении, что позволяет улучшить в сравнении с прототипом условия конденсации пара. Все вместе это позволяет повысить коэффициент теплопередачи теплообменника, а следовательно, и увеличить его теплопередающую способность и улучшить массогабаритные характеристики. При изготовлении змеевика 2 из плоской многоканальной трубы коэффициент теплопередачи еще более повышается за счет лучших условий конденсации пара в щелевых каналах.The operation of the heat exchanger is as follows (an example is given for the operation of the heat exchanger as a condenser of a refrigeration machine.)
The steam enters the coil 2 through the pipe 5 and, moving along the pipe, condenses. Condensed liquid through the pipe 6 is discharged from the condenser. The annulus environment, namely cooling water, enters the casing 1 through the inlet pipe 8, and simultaneously into both coil channels formed by the walls of the casing 1, the coil pipe 2 and the partitions 7, and moves along straight sections 3 and canisters 4. Heat transfer is carried out at pure countercurrent motion of media. In this case, cooling water, moving along the coil channels, washes the pipe simultaneously from two sides. The overflow of cooling water from one channel to another due to the tight abutment of the coil to two opposite walls of the casing is absent. This allows you to achieve high flow rates and increase the coefficient of heat transfer from the water. In addition, due to the cooling water movement organized in this way, the temperature of the pipe wall is uniform in its cross section, which improves the conditions of vapor condensation in comparison with the prototype. All together, this allows to increase the heat transfer coefficient of the heat exchanger, and consequently, to increase its heat transfer ability and improve its overall dimensions. In the manufacture of coil 2 from a flat multichannel pipe, the heat transfer coefficient is further increased due to better conditions of steam condensation in the slotted channels.

Claims

1. A heat exchanger comprising a sealed housing in which at least one coil is placed, connected to the inlet and outlet pipes of the pipe space medium, the turns of which are formed by parallel rectilinear sections lying in the same plane, interconnected by cams, and partitions installed with a gap between rectilinear sections of the coil and adjacent lateral edges to the walls of the housing, which is equipped with inlet and outlet nozzles of the annulus environment, characterized in that the coils k is placed in the casing in such a way that it tightly adjoins its two opposite walls along the entire length of the rectilinear sections and the kalach connecting them and is installed with a gap relative to its other walls with the formation of two coil channels for the annulus and the inlet and outlet pipes of this medium communicated with each of the mentioned channels.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the coil is made of a flat multi-channel pipe.