RU221693U1

RU221693U1 - Heat exchanger with double heat exchange pipes

Info

Publication number: RU221693U1
Application number: RU2023122064U
Authority: RU
Inventors: Яков Давыдович Золотоносов; Алексей Яковлевич Золотоносов; Екатерина Константиновна Вачагина
Filing date: 2023-08-24
Publication date: 2023-11-17

Abstract

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в энергетике, ЖКХ и смежных с ними отраслях промышленности. Задачей полезной модели является повышение эффективности теплообмена за счет увеличения теплообменной поверхности, снижение высоты аппарата и, как следствие, его металлоемкости, сокращения сроков ремонта и упрощения методов эксплуатации предлагаемого аппарата. Технический результат достигается тем, что теплообменный аппарат с двойными теплообменными трубами нежесткой конструкции, кроме корпуса, патрубков для ввода холодного теплоносителя и вывода нагретого теплоносителя, а также подачи в аппарат горячего и вывода охлажденного теплоносителей, две трубные решетки, в одной из которых закреплен пучок теплообменных труб меньшего диаметра, выполненных в виде змеевиков с постоянным радиусом изгиба винтовой спирали, а в другой – пучок гладких цилиндрических труб с закрытым нижним основанием, образующих с трубами меньшего диаметра элемент типа «труба в трубе». В теплообменнике предлагаемой конструкции нагреваемый теплоноситель, двигаясь по винтовой спирали снаружи и внутри трубы 4 из-за специфики гидродинамики в таких каналах, быстро нагревается на коротком участке до заданной температуры, что позволяет существенно снизить высоту проточной части аппарата и, как следствие, его металлоемкость. Кроме того, за счет винтовой конфигурации труб происходит компенсация температурной деформации, при этом трубы удлиняются независимо от корпуса теплообменного аппарата. The utility model relates to heat exchangers and can be used in the energy sector, housing and communal services and related industries. The purpose of the utility model is to increase the efficiency of heat transfer by increasing the heat transfer surface, reducing the height of the apparatus and, as a consequence, its metal consumption, reducing repair time and simplifying the operating methods of the proposed apparatus. The technical result is achieved by the fact that a heat exchanger with double heat exchange pipes of a non-rigid structure, in addition to the housing, pipes for the input of cold coolant and the output of heated coolant, as well as the supply of hot coolant to the apparatus and the outlet of cooled coolant, two tube sheets, in one of which a bundle of heat exchangers is fixed pipes of smaller diameter, made in the form of coils with a constant bending radius of a helical spiral, and in the other - a bundle of smooth cylindrical pipes with a closed lower base, forming a “pipe-in-pipe” type element with pipes of smaller diameter. In the heat exchanger of the proposed design, the heated coolant, moving along a helical spiral outside and inside pipe 4 due to the specific hydrodynamics in such channels, quickly heats up in a short area to a given temperature, which makes it possible to significantly reduce the height of the flow part of the apparatus and, as a consequence, its metal consumption. In addition, due to the helical configuration of the pipes, compensation for temperature deformation occurs, and the pipes are lengthened regardless of the body of the heat exchanger.

Description

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в энергетике, ЖКХ и смежных с ними отраслях промышленности.The utility model relates to heat exchangers and can be used in the energy sector, housing and communal services and related industries.

Известен теплообменный аппарат нежесткой конструкции, выполненный в виде элемента «труба в трубе».A heat exchanger of non-rigid design, made in the form of a “pipe-in-pipe” element, is known.

Аппарат состоит из трубных пучков, установленных коаксиально относительно друг друга и автономно смонтированных в соответствующих трубных решетках на участках входа теплоагентов в проточную часть трубных пучков (см. патент РФ на пм №169293 от 14.03.17; бюл.№8). The apparatus consists of tube bundles installed coaxially relative to each other and autonomously mounted in the corresponding tube sheets at the entry points of heat agents into the flow part of the tube bundles (see RF patent for PM No. 169293 dated March 14, 2017; Bulletin No. 8).

Недостатком такого технического решения является: сложность конструкционного оформления и организации движения материальных потоков в аппарате при наличии двух плавающих головок, высокая металлоемкость, трудность в его ремонте и эксплуатации.The disadvantage of this technical solution is: the complexity of the design and organization of the movement of material flows in the apparatus in the presence of two floating heads, high metal consumption, difficulty in its repair and operation.

Наиболее близким предлагаемому техническому решению является теплообменник с двойными гладкими трубами (с двойными теплообменными трубами (см. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия. 1971 на стр. 348 – прототип)).The closest to the proposed technical solution is a heat exchanger with double smooth pipes (with double heat exchange pipes (see A.G. Kasatkin. Basic processes and apparatus of chemical technology. M., Khimiya. 1971 on p. 348 - prototype)).

Недостатком прототипа является низкая поверхность теплообмена таких аппаратов, поскольку в них применяются в основном гладкие теплообменные элементы (трубы).The disadvantage of the prototype is the low heat exchange surface of such devices, since they mainly use smooth heat exchange elements (pipes).

Для исключения этого недостатка увеличивают высоту теплообменника, что вызывает рост его металлоемкости, а в последующем усложнение ремонта и эксплуатации.To eliminate this drawback, the height of the heat exchanger is increased, which causes an increase in its metal consumption, and subsequently complicates repair and operation.

Задачей полезной модели является повышение эффективности теплообмена за счет увеличения теплообменной поверхности, снижение высоты аппарата и, как следствие, его металлоемкости, сокращения сроков ремонта и упрощения методов эксплуатации предлагаемого теплообменного аппарата.The objective of the utility model is to increase the efficiency of heat exchange by increasing the heat exchange surface, reducing the height of the apparatus and, as a consequence, its metal consumption, reducing repair time and simplifying the operating methods of the proposed heat exchanger.

Технический результат достигается тем, что теплообменный аппарат с двойными теплообменными трубами нежесткой конструкции кроме корпуса, патрубков для ввода холодного теплоносителя и вывода нагретого теплоносителя, а также подачи в аппарат горячего и вывода охлажденного теплоносителей, две трубные решетки, в одной из которых закреплен пучок теплообменных труб меньшего диаметра, выполненных в виде змеевиков с постоянным радиусом изгиба винтовой спирали, а в другой – пучок гладких цилиндрических труб с закрытым нижним основанием, образующих с трубами меньшего диаметра элемент типа «труба в трубе».The technical result is achieved by the fact that a heat exchanger with double heat exchange pipes of a non-rigid structure, in addition to the housing, pipes for the input of cold coolant and the output of heated coolant, as well as the supply of hot coolant to the apparatus and the outlet of cooled coolant, two tube sheets, in one of which a bundle of heat exchange pipes is fixed of smaller diameter, made in the form of coils with a constant bending radius of a helical spiral, and in the other - a bundle of smooth cylindrical pipes with a closed lower base, forming a “pipe-in-pipe” type element with pipes of smaller diameter.

На фиг.1 представлен внешний вид теплообменника с двойными теплообменными трубами. Figure 1 shows the appearance of a heat exchanger with double heat exchange pipes.

На фиг.2 представлены узлы А - варианты змеевиковых теплообменных труб с постоянным радиусом изгиба винтовой спирали: а) из пружинно-витых труб; б) винтовых труб типа «конфузор-диффузор»; в) из гладких цилиндрических труб.Figure 2 shows units A - variants of coil heat exchange pipes with a constant bending radius of the helical spiral: a) from spring-twisted pipes; b) screw pipes of the “confuser-diffuser” type; c) from smooth cylindrical pipes.

Предлагаемый змеевиковый теплообменный аппарат с двойными трубами нежесткой конструкции, включает в себя корпус 1, патрубок 6 для ввода холодного теплоносителя и патрубок 7 для вывода нагретого теплоносителя, патрубок 8 для подачи в аппарат горячего теплоносителя и патрубок 9 для вывода из аппарата охлажденного теплоносителя, две трубные решетки 2 и 3, причем в трубной решетке 2 закреплен пучок теплообменных труб 4 меньшего диаметра, выполненных в виде змеевиков с постоянным радиусом изгиба винтовой спирали, а в трубной решетке 3 смонтирован пучок гладких цилиндрических труб 5 с закрытым нижнем основанием, образующих с трубами меньшего диаметра 4 элемент типа « труба в трубе». В теплообменном аппарате с двойными теплообменными трубами 4 и 5 нежесткой конструкции трубы могут удлиняться под действием температуры независимо от удлинения корпуса 1.The proposed coil heat exchanger with double pipes of non-rigid design includes a housing 1, pipe 6 for introducing cold coolant and pipe 7 for removing heated coolant, pipe 8 for supplying hot coolant into the apparatus and pipe 9 for removing cooled coolant from the apparatus, two pipes grids 2 and 3, and in the tube grid 2 there is a bundle of heat exchange tubes 4 of smaller diameter, made in the form of coils with a constant bending radius of the helical spiral, and in the tube grid 3 there is mounted a bundle of smooth cylindrical pipes 5 with a closed lower base, forming with pipes of smaller diameter 4 element of the “pipe in pipe” type. In a heat exchanger with double heat exchange pipes 4 and 5 of a non-rigid structure, the pipes can elongate under the influence of temperature, regardless of the elongation of the housing 1.

Теплообменный аппарат с двойными теплообменными трубами работает следующим образом. A heat exchanger with double heat exchange pipes operates as follows.

Холодный теплоноситель через патрубок 6, пройдя камеру 10, направляется внутрь аппарата и далее по кольцевому пространству между внешними винтовыми стенками трубы 4 и внутренней цилиндрической стенкой трубы 5 типа «труба в трубе» и через открытый конец трубы движется в проточную часть трубы 4, откуда через патрубок 7 нагретый теплоноситель выводится из аппарата. Одновременно в противоток через патрубок 8 в аппарат подается горячий теплоноситель. Омывая, он нагревает снаружи трубу 5 с закрытым нижнем основанием, а также теплоноситель в межтрубном пространстве элемента типа «труба в трубе», и, далее через патрубок 9, охлажденным выводится из аппарата.The cold coolant through pipe 6, having passed chamber 10, is directed into the apparatus and then along the annular space between the outer helical walls of pipe 4 and the inner cylindrical wall of pipe 5 of the “pipe-in-pipe” type and through the open end of the pipe moves into the flow part of pipe 4, from where through pipe 7, the heated coolant is removed from the apparatus. At the same time, hot coolant is supplied into the apparatus in countercurrent through pipe 8. While washing, it heats the outside of pipe 5 with a closed lower base, as well as the coolant in the interpipe space of the “pipe-in-pipe” type element, and then, through pipe 9, it is cooled out of the apparatus.

В теплообменнике предлагаемой конструкции нагреваемый теплоноситель двигаясь по винтовой спирали снаружи и внутри трубы 4, из-за специфики гидродинамики быстро нагревается на коротком участке до заданной температуры. In the heat exchanger of the proposed design, the heated coolant, moving along a helical spiral outside and inside the pipe 4, due to the specifics of hydrodynamics, quickly heats up in a short area to a given temperature.

Под действием центробежной силы, возникающей при движении среды по винтовой спирали, происходит активное перемешивание слоев жидкости с разными температурами.Under the influence of the centrifugal force that occurs when the medium moves along a helical spiral, active mixing of layers of liquid with different temperatures occurs.

В результате возникающих вихрей (по аналогии с вихрями Тейлора-Гертлера) в проточной части винтовой трубы быстро выравнивается общая температура среды, достигая заданных параметров.As a result of the vortices that arise (by analogy with Taylor-Gertler vortices), the overall temperature of the medium quickly equalizes in the flow part of the screw pipe, reaching the specified parameters.

Кроме того, за счет винтовой конфигурации трубы 4 и технологической ее компоновки с трубой 5 происходит компенсация температурной деформации, при этом трубы удлиняются независимо от корпуса теплообменного аппарата.In addition, due to the helical configuration of pipe 4 and its technological arrangement with pipe 5, compensation for temperature deformation occurs, while the pipes are lengthened regardless of the body of the heat exchanger.

Это позволяет существенно снизить высоту проточной части аппарата и, как следствие, металлоёмкость. This allows you to significantly reduce the height of the flow part of the apparatus and, as a consequence, metal consumption.

Claims

A heat exchanger with double heat exchange pipes of a non-rigid design, including a housing, a pipe for introducing cold coolant and a pipe for outputting heated coolant, pipes for supplying hot coolant to the apparatus and removing cooled coolant, two tube sheets, characterized in that in one of the tube sheets a bundle of heat-exchange pipes of smaller diameter is fixed in the form of coils with a constant bending radius of a helical spiral, and in another grid a bundle of smooth cylindrical pipes with a closed lower base is mounted, formed with pipes of smaller diameter as a “pipe-in-pipe” element.