RU220402U1 - Spiral heat exchanger - Google Patents

Spiral heat exchanger Download PDF

Info

Publication number
RU220402U1
RU220402U1 RU2023118789U RU2023118789U RU220402U1 RU 220402 U1 RU220402 U1 RU 220402U1 RU 2023118789 U RU2023118789 U RU 2023118789U RU 2023118789 U RU2023118789 U RU 2023118789U RU 220402 U1 RU220402 U1 RU 220402U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spiral
heat exchanger
covers
heat
tapes
Prior art date
Application number
RU2023118789U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Борисович Голованчиков
Наталья Андреевна Прохоренко
Ольга Александровна Залипаева
Николай Анатольевич Меренцов
Антон Анатольевич Шурак
Наталия Валентиновна Шибитова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU220402U1 publication Critical patent/RU220402U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к области теплотехники и может быть использована в тепломассообменных аппаратах. Спиральный теплообменник содержит корпус, крышки, патрубки подачи и отвода, две скрученные в рулон спиральные ленты, сегментные перегородки, выполненные в виде планок, равномерно распределённые по длине каждой спиральной ленты и установленные в шахматном порядке с образованием зазора к одной из крышек, на расстоянии друг от друга, определяемом выражением:The utility model relates to the field of heat engineering and can be used in heat and mass transfer devices. The spiral heat exchanger contains a housing, covers, supply and exhaust pipes, two spiral tapes twisted into a roll, segment partitions made in the form of strips, evenly distributed along the length of each spiral tape and installed in a checkerboard pattern to form a gap to one of the covers, at a distance of from each other, defined by the expression:

В=l/0,8÷0,9, V=l/0.8÷0.9 ,

где В – расстояние между планками, равное ширине спиральной ленты, м;where B is the distance between the slats, equal to the width of the spiral tape, m;

l – длина планки, м, l – length of the bar, m,

а начала спиральных лент закреплены к противоположным концам перегородки, установленной в центре теплообменника. Технический результат - увеличение эффективности процесса теплообмена.and the beginnings of the spiral tapes are fixed to the opposite ends of the partition installed in the center of the heat exchanger. The technical result is an increase in the efficiency of the heat exchange process.

Description

Полезная модель относится к конструкциям тепломассообменных аппаратов, а именно к спиральным теплообменникам, и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой, пищевой, фармацевтической, машиностроительной, энергетической, атомной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод и дымовых газов.The utility model relates to the designs of heat and mass transfer devices, namely spiral heat exchangers, and can find application in the chemical, petrochemical, oil refining, gas, food, pharmaceutical, engineering, energy, nuclear and other industries, as well as in environmental processes of wastewater treatment and flue gases.

Известен спиральный теплообменник, представляющий собой два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разделительной перегородки (корна) и закрытых с торцов крышками. Оба канала либо завариваются для герметизации с обоих торцов, либо устанавливаются на съемных крышках с прокладками. Для придания каналам спиральных теплообменников постоянного сечения и необходимой жесткости к одной из лент перед навивкой привариваются штифты, которые увеличивают жесткость и фиксируют расстояние между каналами [Оборудование нефтепереработки, химической и нефтехимических производств / Под общей редакцией А. С. Тимонина / 2-е издание, перераб. испр. и доп. – Москва: Вологда, Инфра – Инженерия, 2022, с. 498 - 500].A spiral heat exchanger is known, which consists of two spiral channels wound from rolled material around a central dividing partition (root) and closed at the ends with lids. Both channels are either welded to seal at both ends, or installed on removable covers with gaskets. To give the channels of spiral heat exchangers a constant cross-section and the required rigidity, pins are welded to one of the tapes before winding, which increase rigidity and fix the distance between the channels [Equipment for oil refining, chemical and petrochemical industries / Under the general editorship of A. S. Timonin / 2nd edition, reworked corr. and additional – Moscow: Vologda, Infra – Engineering, 2022, p. 498 - 500].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность из-за постоянной скорости движения теплоносителей в обоих каналах. Это приводит к уменьшению скоростей теплоотдачи и теплопередачи через поверхности рулонного материала.The reasons preventing the achievement of a given technical result include insufficient productivity due to the constant speed of coolant movement in both channels. This leads to a decrease in the rates of heat transfer and heat transfer through the surfaces of the rolled material.

Известны конструкции спиральных теплообменников для жидкости, состоящие из спирального корпуса с тупиковыми каналами, двух плоских крышек по торцам с прокладками, четырех штуцеров для входа и выхода теплоносителей, два из которых установлены в центральной части крышки, а два в верхней части корпуса на коллекторах. Корпус спирали выполняется на лапах при установке на фундамент в горизонтальном положении. Или корпус выполнен на цапфах для установки в любом положении: вертикальном, горизонтальном или наклонном [Пластинчатые и спиральные теплообменники / Н. В. Барановский, Л. М. Коваленко, А. Р. Ястребенецкий. - Москва : Машиностроение, 1973. - 288 с].There are known designs of spiral heat exchangers for liquids, consisting of a spiral housing with dead-end channels, two flat covers at the ends with gaskets, four fittings for the inlet and outlet of coolants, two of which are installed in the central part of the cover, and two in the upper part of the housing on the manifolds. The spiral body is made on feet when installed on the foundation in a horizontal position. Or the housing is made on axles for installation in any position: vertical, horizontal or inclined [Plate and spiral heat exchangers / N.V. Baranovsky, L.M. Kovalenko, A.R. Yastrebenetsky. - Moscow: Mechanical Engineering, 1973. - 288 p.].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность из-за относительно невысоких коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи при средних постоянных скоростях течения обоих теплоносителей вдоль поверхности спиралей корпуса. Кроме того, отсутствие ограничительных элементов между стенками каналов при повышенных давлениях может привести к деформации и смятию поверхностей спирали по их длине и ширине, что потребует остановки и ремонта спирального теплообменника, а значит приведет к уменьшению времени работы и производительности в целом. The reasons preventing the achievement of a given technical result include insufficient productivity due to relatively low heat transfer and heat transfer coefficients at average constant flow rates of both coolants along the surface of the housing spirals. In addition, the absence of restrictive elements between the walls of the channels at elevated pressures can lead to deformation and collapse of the surfaces of the spiral along their length and width, which will require stopping and repairing the spiral heat exchanger, and therefore will lead to a decrease in operating time and productivity in general.

Известен спиральный теплообменник, содержащий каналы для рабочих сред, изготовленные из рулонной ленты, в одном из которых размещены штифты, снабженные турбулизаторами, выполненными из ленты, закрученной в продольном направлении [Патент РФ №2156423, МПК F28D 7/04; 20.09.2000 г].A known spiral heat exchanger contains channels for working media made of rolled tape, one of which contains pins equipped with turbulators made of tape twisted in the longitudinal direction [RF Patent No. 2156423, IPC F28D 7/04; September 20, 2000].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции, нетехнологичность изготовления теплообменника, а также повышенная масса, обусловленная наличием сложных узлов герметизации, чем обусловлена высокая стоимость изготовления.The reasons preventing the achievement of a given technical result include the complexity of the design, low-tech manufacturing of the heat exchanger, as well as increased weight due to the presence of complex sealing units, which determines the high cost of manufacturing.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является спиральный теплообменник, содержащий корпус с подводящими и отводящими патрубками, двухканальную спираль из листов, детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, упоры, уложенные в каналы с двух сторон спирали, уплотнение торцов спирали, крышки с прокладками по торцам спирали, причем детали, фиксирующие расстояние между листами спирали, выполнены в виде зигзагообразных проставок, размещаемых вдоль всей спирали [Патент РФ №74697, МПК F28D 7/04; 28.01.2008 г].The closest technical solution in terms of the set of characteristics to the claimed object and adopted as a prototype is a spiral heat exchanger containing a housing with inlet and outlet pipes, a two-channel spiral made of sheets, parts that fix the distance between the sheets of the spiral, stops placed in channels on both sides of the spiral, a seal ends of the spiral, covers with gaskets at the ends of the spiral, and the parts fixing the distance between the sheets of the spiral are made in the form of zigzag spacers placed along the entire spiral [RF Patent No. 74697, IPC F28D 7/04; 01/28/2008].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая производительность из-за непостоянства скорости обоих теплоносителей вдоль обеих поверхностей двухканальной спирали из листов в корпусе, которая приводит к снижению общего коэффициента теплопередачи, а значит и уменьшению производительности.The reasons preventing the achievement of a given technical result include low productivity due to the variability of the speed of both coolants along both surfaces of a two-channel spiral made of sheets in the housing, which leads to a decrease in the overall heat transfer coefficient, and hence a decrease in productivity.

Техническим результатом предлагаемой конструкции массообменной колонны является увеличение эффективности процесса теплообмена.The technical result of the proposed design of the mass transfer column is to increase the efficiency of the heat transfer process.

Поставленный технический результат достигается тем, что спиральный теплообменник, содержащий корпус, крышки, патрубки подачи и отвода, две скрученные в рулон спиральные ленты, сегментные перегородки, отличающийся тем, что сегментные перегородки выполнены в виде планок, равномерно распределённых по длине каждой спиральной ленты и установленных в шахматном порядке с образованием зазора к одной из крышек на расстоянии друг от друга, определяемом выражением:The stated technical result is achieved by the fact that a spiral heat exchanger containing a housing, covers, supply and outlet pipes, two spiral tapes twisted into a roll, segment partitions, characterized in that the segment partitions are made in the form of strips evenly distributed along the length of each spiral tape and installed in a checkerboard pattern with the formation of a gap to one of the covers at a distance from each other determined by the expression:

В=l/0,8÷0,9, V=l/0.8÷0.9 ,

где В – расстояние между планками, равное ширине спиральной ленты, м,where B is the distance between the slats, equal to the width of the spiral tape, m,

l – длина планки, м, l – length of the bar, m,

а начала спиральных лент закреплены к противоположным концам перегородки, установленной в центре теплообменника.and the beginnings of the spiral tapes are fixed to the opposite ends of the partition installed in the center of the heat exchanger.

Сегментные перегородки, выполненные в виде планок и упирающиеся в стенки другой спиральной ленты, фиксируя спиральный зазор, увеличивают жесткость поверхности спиральных лент и не позволяют лентам сминаться и деформироваться под давлением теплоносителей. Это увеличивает межремонтный пробег, а значит способствует увеличению основного времени работы аппарата и его производительности.Segment partitions, made in the form of strips and resting against the walls of another spiral tape, fixing the spiral gap, increase the rigidity of the surface of the spiral tapes and do not allow the tapes to wrinkle and deform under the pressure of coolants. This increases the mileage between repairs, which means it helps to increase the main operating time of the device and its productivity.

Установка сегментных перегородок на расстоянии между ними, равным ширине спиральные ленты, а также в шахматном порядке с образованием разора к одной из крышек, приводит к отсутствию застойных зон и способствует движению теплоносителей от продольного к поперечному, но с равной их средней скоростью. Такое периодическое движение обеспечивает выравнивание времени пребывания всех элементов потока внутри каждого канала (с идеальным смешением между смежными планками и идеальным вытеснением от входа к выходу каждого теплоносителя). Этот переход к идеальному вытеснению структуры потоков каждого теплоносителя увеличивает скорость теплопередачи, а значит способствует росту эффективности процесса теплообмена.Installation of segment partitions at a distance between them equal to the width of the spiral tape, as well as in a checkerboard pattern with the formation of a gap to one of the covers, leads to the absence of stagnant zones and promotes the movement of coolants from longitudinal to transverse, but with an equal average speed. This periodic movement ensures equalization of the residence time of all flow elements inside each channel (with ideal mixing between adjacent slats and ideal displacement from inlet to outlet of each coolant). This transition to the ideal displacement of the flow structure of each coolant increases the rate of heat transfer, and therefore contributes to an increase in the efficiency of the heat transfer process.

Также установка сегментных перегородок с образованием зазора к одной из крышек обеспечивает поворот потока каждого теплоносителя на 180° в этих зазорах. Такое изменение направления потока теплоносителя от одной ячейки между смежными сегментными перегородками к другой переводит движение теплоносителей в режим идеального вытеснения, что способствует росту теплопередачи и эффективности процесса теплообмена.Also, the installation of segment partitions with the formation of a gap to one of the covers ensures a rotation of the flow of each coolant by 180° in these gaps. Such a change in the direction of coolant flow from one cell between adjacent segmental partitions to another transfers the movement of coolants to the ideal displacement mode, which contributes to an increase in heat transfer and the efficiency of the heat exchange process.

Уменьшение относительной длины каждой сегментной перегородки, по сравнению с заявляемой величиной, равной 0,8, не позволяет использовать в полной мере положительный эффект от смены направления потока теплоносителя на 180°. Это уменьшает переход к идеальному вытеснению всей массы каждого теплоносителя и снижает эффективность процесса теплообмена.Reducing the relative length of each segment partition, compared to the claimed value of 0.8, does not allow the positive effect of changing the direction of coolant flow by 180° to be fully used. This reduces the transition to ideal displacement of the entire mass of each coolant and reduces the efficiency of the heat exchange process.

Увеличение относительной длины каждой сегментной перегородки, по сравнению с заявляемой величиной, равной 0,9, значительно увеличивает гидравлическое сопротивление, что снижает среднюю скорость теплоносителей. Это приводит к уменьшению теплопередачи. Обычно такие же сегментные перегородки ставят в межтрубном пространстве кожухотрубных теплообменников для изменения продольного движения теплоносителя в этом межтрубном пространстве к поперечному, что также увеличивает теплопередачу и эффективности процесса теплообмена.An increase in the relative length of each segment partition, compared with the claimed value of 0.9, significantly increases the hydraulic resistance, which reduces the average speed of the coolants. This leads to a decrease in heat transfer. Typically, the same segmental partitions are placed in the inter-tube space of shell-and-tube heat exchangers to change the longitudinal movement of the coolant in this inter-tube space to the transverse one, which also increases heat transfer and the efficiency of the heat exchange process.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемой конструкции спирального теплообменника, на фиг. 2 представлен поперечный разрез спирального теплообменника.In fig. 1 shows a general view of the proposed design of a spiral heat exchanger; Fig. Figure 2 shows a cross section of a spiral heat exchanger.

Спиральный теплообменник состоит корпуса 1, крышек 2, патрубков подачи 3 и отвода 4. Внутри корпуса 1 установлены две скрученные в рулон спиральные ленты 5, начала которых закреплены к противоположным концам перегородки 6. В результате чего образуются две спирали со смещением 180° и две герметичные и изолированные друг от друга полости (спиральные каналы). The spiral heat exchanger consists of a housing 1, covers 2, supply pipes 3 and outlet 4. Inside the housing 1 there are two spiral tapes 5 twisted into a roll, the beginnings of which are fixed to the opposite ends of the partition 6. As a result, two spirals are formed with an offset of 180° and two sealed and cavities isolated from each other (spiral channels).

На каждой спиральной ленте 5, на одной ее стороне, равномерно распределены по длине сегментной перегородки 7, выполненные в виде планок и установленные в шахматном порядке с образованием зазора к одной из крышек. При этом, при скручивании спиральных лент 5 сегментные перегородки 7 упираются в стенки другой спиральной ленты 5, фиксируя, таким образом, спиральный зазор.On each spiral tape 5, on one side, there are evenly distributed along the length of the segment partition 7, made in the form of strips and installed in a checkerboard pattern to form a gap to one of the covers. In this case, when twisting the spiral tapes 5, the segment partitions 7 rest against the walls of another spiral tape 5, thus fixing the spiral gap.

Спиральный теплообменник предлагаемой конструкции работает следующим образом. The spiral heat exchanger of the proposed design operates as follows.

Корпус 1 герметично закрывается крышками 2 с помощью болтов с гайками и прокладками. По патрубкам подачи 3 внутрь спирального теплообменника подаются противотоком теплоносители, каждый теплоноситель поступает по своему спиральному каналу, образованному спиральными лентами 5, и также, не смешиваясь, выводятся по своим патрубкам отвода 4 наружу. Внутри спиральных каналов каждый теплоноситель движется не вдоль поверхности теплообмена спиральных лент 5, а поперёк, проходя между сегментными перегородками 7. При этом изменяется направление каждого потока теплоносителей между сегментными перегородками 7, образовывая вихревые потоки из-за различных значений фиктивной скорости, тем самым увеличивая фиктивную скорость потока в области их установки, что позволит разрушать пристенный ламинарный слой с обеих сторон спирального канала. То есть происходит переход к идеальному вытеснению, за счёт отсутствия застойных зон, а значит увеличивается эффективность процесса теплопередачи.Housing 1 is hermetically sealed with covers 2 using bolts, nuts and gaskets. Through supply pipes 3, coolants are supplied countercurrently into the spiral heat exchanger; each coolant enters through its own spiral channel formed by spiral tapes 5, and also, without mixing, is discharged through its outlet pipes 4 to the outside. Inside the spiral channels, each coolant does not move along the heat transfer surface of the spiral tapes 5, but across it, passing between the segment partitions 7. At the same time, the direction of each coolant flow between the segment partitions 7 changes, forming vortex flows due to different values of the fictitious speed, thereby increasing the fictitious flow speed in the area of their installation, which will allow destruction of the wall laminar layer on both sides of the spiral channel. That is, there is a transition to ideal displacement, due to the absence of stagnant zones, which means the efficiency of the heat transfer process increases.

Таким образом, использование спирального теплообменника, содержащего корпус, крышки, патрубки подачи и отвода, перегородку, две скрученные в рулон спиральные ленты с сегментными перегородками, равномерно распределёнными по их длине и установленными в шахматном порядке с образованием зазора к одной из крышек, позволяет увеличить эффективность процесса теплообмена.Thus, the use of a spiral heat exchanger containing a housing, covers, supply and outlet pipes, a partition, two spiral tapes twisted into a roll with segmented partitions evenly distributed along their length and installed in a checkerboard pattern with the formation of a gap to one of the covers allows to increase efficiency heat transfer process.

Claims (5)

Спиральный теплообменник, содержащий корпус, крышки, патрубки подачи и отвода, две скрученные в рулон спиральные ленты, сегментные перегородки, отличающийся тем, что сегментные перегородки выполнены в виде планок, равномерно распределённых по длине каждой спиральной ленты и установленных в шахматном порядке с образованием зазора к одной из крышек на расстоянии друг от друга, определяемом выражением:A spiral heat exchanger containing a housing, covers, supply and outlet pipes, two spiral tapes twisted into a roll, segment partitions, characterized in that the segment partitions are made in the form of strips evenly distributed along the length of each spiral tape and installed in a checkerboard pattern to form a gap to one of the covers at a distance from each other determined by the expression: В=l/0,8÷0,9, V=l / 0.8÷0.9 , где В – расстояние между планками, равное ширине спиральной ленты, м,where B is the distance between the slats, equal to the width of the spiral tape, m, l – длина планки, м, l – length of the bar, m, а начала спиральных лент закреплены к противоположным концам перегородки, установленной в центре теплообменника. and the beginnings of the spiral tapes are fixed to the opposite ends of the partition installed in the center of the heat exchanger.
RU2023118789U 2023-07-17 Spiral heat exchanger RU220402U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU220402U1 true RU220402U1 (en) 2023-09-12

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2156423C1 (en) * 1999-03-25 2000-09-20 Межотраслевой научно-исследовательский институт экологии топливно-энергетического комплекса Helical heat exchanger
US6644391B1 (en) * 1999-09-20 2003-11-11 Alfa Laval Ab Spiral heat exchanger
RU74697U1 (en) * 2008-01-28 2008-07-10 Леонид Владимирович Чумазов SPIRAL HEAT EXCHANGER
CN202532946U (en) * 2012-04-03 2012-11-14 辽宁广信热工设备制造有限公司 Novel spiral plate type heat exchanger
RU165577U1 (en) * 2015-11-02 2016-10-27 Открытое акционерное общество "Пензенский завод химического машиностроения" (ОАО "Пензхиммаш") SPIRAL HEAT EXCHANGER
RU2771848C1 (en) * 2021-10-28 2022-05-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Multi-pass spiral heat exchanger

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2156423C1 (en) * 1999-03-25 2000-09-20 Межотраслевой научно-исследовательский институт экологии топливно-энергетического комплекса Helical heat exchanger
US6644391B1 (en) * 1999-09-20 2003-11-11 Alfa Laval Ab Spiral heat exchanger
RU74697U1 (en) * 2008-01-28 2008-07-10 Леонид Владимирович Чумазов SPIRAL HEAT EXCHANGER
CN202532946U (en) * 2012-04-03 2012-11-14 辽宁广信热工设备制造有限公司 Novel spiral plate type heat exchanger
RU165577U1 (en) * 2015-11-02 2016-10-27 Открытое акционерное общество "Пензенский завод химического машиностроения" (ОАО "Пензхиммаш") SPIRAL HEAT EXCHANGER
RU2771848C1 (en) * 2021-10-28 2022-05-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Multi-pass spiral heat exchanger

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5638900A (en) Heat exchange assembly
AU2006260975B2 (en) Assembly of baffles and seals and method of assembling a heat exchanger
US4332291A (en) Heat exchanger with slotted fin strips
AU2007331545B2 (en) Assembly of baffles and seals and method of assembling a heat exchanger
US20050189092A1 (en) Turbulence generator
RU220402U1 (en) Spiral heat exchanger
EP0221049B1 (en) A heat exchanger
US3166122A (en) Plate type heat exchangers with pairs of spaced plates and corrugated inserts
GB2095389A (en) Shell and tube exchanger
CN215261332U (en) Welded plate type heat exchanger
CN110230935B (en) Strong heat adaptability plate-fin heat exchanger core body with flexible structure
RU2386096C2 (en) Honeycomb heat exchanger with flow swirling
RU2378594C1 (en) Heat exchanger
RU2358218C1 (en) Spiral-type heat exchanger and its fabrication method
RU2714133C1 (en) Cylindrical recuperative heat exchanger of coaxial type
CN113137880A (en) Welded plate type heat exchanger
US3327771A (en) Regenerative heat exchangers
RU2739962C2 (en) Radial-tube cross flow heat-mass exchange apparatus
RU2759622C1 (en) Air cooler
CN1260468A (en) Heat exchanger
US837146A (en) Heat-exchanging apparatus.
RU162675U1 (en) SPIRAL HEAT EXCHANGER
RU2282808C2 (en) Shell-and-tube heat exchanger
RU2747651C1 (en) Disk heat exchanger
SU1320636A1 (en) Heat exchanger