RU2233413C2

RU2233413C2 - Heat exchanger with variable area of heat-exchange surface

Info

Publication number: RU2233413C2
Application number: RU2002102000/06A
Authority: RU
Inventors: В.В. Салмин (RU); В.В. Салмин; Д.В. Салмин (RU); Д.В. Салмин
Original assignee: Пензенская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2004-07-27

Abstract

FIELD: heat-power engineering.

SUBSTANCE: proposed heat exchanger has chambers, branch pipes, pipes and sealing units; heat exchanger consists of movable and immovable chambers with branch pipes connected to them and rigidly secured tubes; tubes are either finned or smooth; tubes inserted one into other are provided with sealing units; operation of heat exchanger is controlled by means of actuator through bracket secured to movable chamber. Heat exchanger has improved temperature and dynamic characteristics and intensified heat exchange.

EFFECT: enhanced efficiency; intensified heat exchange.

3 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при проектировании и эксплуатации теплообменников энергетических установок, отопительных и технологических установок, а также в конструкциях автотракторных ДВС.The invention relates to heat engineering and can be used in the design and operation of heat exchangers for power plants, heating and process plants, as well as in the design of automotive ICE.

Известен теплообменник (А.С. №200610, СССР, МКИ F 28 F 13/06, 1966) с регулируемым теплосъемом, содержащий две соосно расположенные одна в другой камеры, выполненные с возможностью перемещения внутренней камеры относительно неподвижной наружной.Known heat exchanger (AS No. 200610, USSR, MKI F 28 F 13/06, 1966) with adjustable heat removal, containing two coaxially located one in another chamber, made with the possibility of moving the inner chamber relative to the stationary outer.

Недостатком данного теплообменника является сложность конструкции и недостаточная интенсивность регулирования процесса теплообмена.The disadvantage of this heat exchanger is the complexity of the design and the insufficient intensity of regulation of the heat transfer process.

Известен теплообменник (А.С. №769288, СССР, МКИ F 28 D 15/00, 1978), содержащий тепловые трубы, размещенные в трубных решетках.Known heat exchanger (AS No. 769288, USSR, MKI F 28 D 15/00, 1978) containing heat pipes placed in tube sheets.

Недостатком этого теплообменника является низкая надежность и отсутствие возможности регулирования температуры вторичного теплоносителя при изменяющихся параметрах первичного.The disadvantage of this heat exchanger is its low reliability and the inability to control the temperature of the secondary coolant with varying primary parameters.

Известен также теплообменник (А.С. №987355, СССР, МКИ F 28 D 15/00, 1981), содержащий камеры для теплоотделяющей и тепловоспринимающей сред, разделенные составной трубной решеткой, в которой закреплен пакет тепловых труб.A heat exchanger is also known (A.S. No. 987355, USSR, MKI F 28 D 15/00, 1981) containing chambers for heat-separating and heat-receiving media separated by a composite tube sheet in which a stack of heat pipes is fixed.

Недостатком теплообменника является недостаточная интенсивность теплообмена.The disadvantage of the heat exchanger is the lack of heat transfer.

Известен теплообменник (А.С. №1101661, СССР, МКИ F 28 D 15/00, F 28 F 27/00, 1984), содержащий камеры для теплоотдающей и тепловоспринимающей сред, разделенные составной трубной решеткой, в которой закреплены пакеты тепловых труб, а для интенсификации теплообмена путем регулирования температуры тепловоспринимающей среды трубная решетка снабжена направляющими и пакет установлен в них с возможностью осевого перемещения при помощи привода, а камера теплоотдающей среды на выходе снабжена электроконтактным термометром, соединенным через регулятор с приводом перемещения пакета тепловых труб.A heat exchanger is known (A.S. No. 1101661, USSR, MKI F 28 D 15/00, F 28 F 27/00, 1984), comprising chambers for heat transfer and heat transfer media separated by a composite tube sheet, in which heat pipe bundles are fixed, and to intensify heat transfer by regulating the temperature of the heat-receiving medium, the tube sheet is provided with guides and the package is installed with the possibility of axial movement by means of a drive, and the chamber of the heat-transfer medium at the outlet is equipped with an electric contact thermometer connected through a regulator to the drive om moving the heat pipe stack.

Недостатком данного теплообменника является то, что он представляет собой кожухотрубный аппарат, область применения которого ограничена, кроме того, конструкция аппарата громоздка и обеспечивает интенсификацию процесса теплообмена только по одному рабочему телу.The disadvantage of this heat exchanger is that it is a shell-and-tube apparatus, the scope of which is limited, in addition, the design of the apparatus is cumbersome and provides the intensification of the heat transfer process only for one working fluid.

Известен теплообменник (А.С. №1160223, СССР, МКИ F 28 D 7/00, F 28 D 15/02, F 28 F 27/00, 1985), содержащий камеры для теплоотдающей и тепловоспринимающей сред, разделенные составной трубной решеткой, в которой закреплены пакеты тепловых труб, а для интенсификации теплообмена при изменении расхода теплоотдающей среды теплообменник содержит пучок стержней, установленных в межтрубном пространстве с возможностью перемещения при помощи привода, при этом камера для тепловоспринимающей среды снабжена установленным на входе последней электроконтактным манометром, соединенным через регулятор с приводом перемещения пучка стержней.Known heat exchanger (AS No. 1160223, USSR, MKI F 28 D 7/00, F 28 D 15/02, F 28 F 27/00, 1985), containing chambers for heat transfer and heat transfer media, separated by a composite tube sheet, in which packages of heat pipes are fixed, and to intensify heat transfer when the flow rate of the heat transfer medium changes, the heat exchanger contains a bunch of rods installed in the annulus with the possibility of movement by means of a drive, while the chamber for the heat transfer medium is equipped with an electric contact pressure gauge installed at the input connected through a regulator with a drive to move the beam of rods.

Недостатком данного теплообменника является то, что он представляет собой кожухотрубный аппарат, область применения которого ограничена, кроме того, конструкция аппарата громоздка, обеспечивает интенсификацию процесса теплообмена только по одному рабочему телу и не позволяет интенсифицировать теплообмен путем оребрения поверхности теплообменника.The disadvantage of this heat exchanger is that it is a shell-and-tube apparatus, the scope of which is limited, in addition, the design of the apparatus is cumbersome, provides the intensification of the heat transfer process only by one working fluid and does not allow to intensify the heat transfer by finning the surface of the heat exchanger.

Наиболее близким прототипом является теплообменный аппарат системы смазки ДВС (Патент РФ №2149268, F 01 М 5/00, 2000), представляющий теплообменник с регулируемой площадью поверхности теплообмена, в масляном контуре которого помещен механизм, состоящий из пружины, телескопического штока и поршня, образующий камеру, соединенную с выпускным коллектором двигателя через электромагнитный клапан, управляемый термореле от датчика температуры масла. В жидкостном контуре теплообменника, параллельно включенного в систему охлаждения двигателя посредством электромагнитных клапанов, управляемых термореле от датчика температуры охлаждающей жидкости, помещены трубки газового контура, сообщенные с воздухозаборником через обратный клапан, а с впускным и выпускным коллектором через электромагнитные клапаны, управляемые от датчика температуры масла.The closest prototype is the heat exchanger of the internal combustion engine lubrication system (RF Patent No. 2149268, F 01 M 5/00, 2000), which represents a heat exchanger with an adjustable heat exchange surface area, in the oil circuit of which is placed a mechanism consisting of a spring, a telescopic rod and a piston forming a chamber connected to the exhaust manifold of the engine through an electromagnetic valve controlled by a thermal relay from the oil temperature sensor. In the liquid circuit of the heat exchanger, which is parallelly connected to the engine cooling system by means of electromagnetic valves controlled by a thermal relay from the coolant temperature sensor, there are placed gas circuit tubes communicated with the air intake through the non-return valve, and with the intake and exhaust manifold via electromagnetic valves controlled by the oil temperature sensor .

Недостатком прототипа является сложность конструкции теплообменника с изменяемой площадью поверхности, большое количество электромагнитных клапанов, управляющих его работой, а также наличие других элементов, снижающих надежность работы системы. Кроме того, недостатком является то, что в качестве теплообменника с регулируемой площадью поверхности используется теплообменник типа "труба в трубе", имеющий ограниченную суммарную площадь поверхности теплообмена.The disadvantage of the prototype is the complexity of the design of the heat exchanger with a variable surface area, a large number of solenoid valves that control its operation, as well as the presence of other elements that reduce the reliability of the system. In addition, the disadvantage is that a pipe-in-pipe type heat exchanger having a limited total heat exchange surface area is used as a heat exchanger with an adjustable surface area.

Целью изобретения является улучшение температурно-динамических характеристик работы, интенсификация теплообмена и возможность автоматического регулирования тепловых процессов, протекающих в теплообменных аппаратах рекуперативного типа.The aim of the invention is to improve the temperature-dynamic characteristics of the work, the intensification of heat transfer and the ability to automatically control the thermal processes in heat exchangers of a regenerative type.

Заявленный теплообменник содержит камеры, патрубки, трубы и уплотнительные устройства, причем согласно изобретению теплообменник состоит из подвижной и неподвижной камер с подсоединенными к ним патрубками и жестко закрепленными трубами с оребрением или без него, вставленными друг в друга, имеющими внутреннее и наружное уплотнение, с управлением работой теплообменника, осуществляемым исполнительным механизмом через кронштейн, прикрепленный к подвижной камере.The claimed heat exchanger contains chambers, pipes, pipes and sealing devices, moreover, according to the invention, the heat exchanger consists of a movable and fixed chambers with connected pipes and rigidly fixed pipes with or without fins, inserted into each other, having an inner and an outer seal, with control the work of the heat exchanger carried out by the actuator through an arm attached to the movable chamber.

Теплообменник состоит (фиг.1) из подвижной камеры 1 и неподвижной 2, к которым подсоединены патрубки 3а и 3б. К камере 1 приварены (или припаяны) трубы 4 с внутренним оребрением или без него и вставлены в трубы 5, имеющие внешнее оребрение и жестко прикрепленные к камере 2. Внутреннее уплотнение труб 4 и 5 (фиг.2) осуществляется посредством поршней 6, имеющих проточки под уплотнительные фторопластовые или резиновые кольца 7 и обратные клапаны, состоящие из запорных шариков 8 и пружин 9, служащие для предотвращения накапливания теплоносителя за поршнями 6.The heat exchanger consists (Fig. 1) of a movable chamber 1 and a fixed 2, to which pipes 3a and 3b are connected. To the chamber 1 are welded (or soldered) pipes 4 with or without internal fins and inserted into pipes 5 having external fins and rigidly attached to the chamber 2. The internal sealing of pipes 4 and 5 (figure 2) is carried out by means of pistons 6 having grooves under the sealing fluoroplastic or rubber rings 7 and check valves, consisting of locking balls 8 and springs 9, which serve to prevent the accumulation of coolant behind the pistons 6.

Наружное уплотнение труб 4 и 5, размещенное в области II (фиг.1), осуществляется посредством крышек 10 (фиг.3), которые навернуты на резьбу, выполненную на концах труб 5, уплотнительных шайб 11 и уплотнительных колец 12.The outer seal of the pipes 4 and 5, located in region II (figure 1), is carried out by means of caps 10 (figure 3), which are screwed onto the threads made at the ends of the pipes 5, sealing washers 11 and sealing rings 12.

Для обеспечения работы теплообменника (фиг.1) его неподвижная камера 2 крепится с помощью кронштейна 13, а привод теплообменника в работу от исполнительного механизма осуществляется через кронштейн 14, прикрепленный к подвижной камере 1.To ensure the operation of the heat exchanger (Fig. 1), its fixed chamber 2 is attached using the bracket 13, and the heat exchanger is driven from the actuator through the bracket 14 attached to the movable chamber 1.

Работает теплообменник следующим образом. Теплоподводящая среда, проходя через патрубок 3а, попадает в неподвижную камеру 2, где, заполняя ее внутренний объем, растекается по трубам 5, а затем, встречая на своем пути сопротивление в виде поршней 6, направляется внутрь труб 4. После чего теплоподводящая среда поступает в подвижную камеру 1, откуда через патрубок 3б уходит из теплообменника. При этом теплоотводящая среда омывает трубы 4 и 5 с наружной поверхности, обеспечивая отвод тепла от теплоподводящей среды.The heat exchanger operates as follows. The heat-transferring medium passing through the pipe 3a enters the stationary chamber 2, where, filling its internal volume, flows through the pipes 5, and then, encountering resistance in the form of pistons 6, is directed inside the pipes 4. After that, the heat-supplying medium enters movable chamber 1, from where it leaves the heat exchanger through the pipe 3b. In this case, the heat sink medium washes the pipes 4 and 5 from the outer surface, providing heat removal from the heat sink medium.

Регулирование температуры происходит следующим образом. В случае, если температура теплоподводящей среды ниже предела регулирования, исполнительный механизм, в качестве которого можно использовать, например, гидроцилиндр, воздействует на кронштейн 14, а через него на камеру 1. При этом трубы 4 входят в трубы 5, и теплообмен между средами прекращается, так как в полости между трубками образуется вакуум, препятствующий процессу теплообмена. По мере перегрева теплоподводящей среды исполнительный механизм раздвигает камеры 1 и 2 теплообменника, при этом трубы 4 выходят из труб 5 и увеличивают теплоотводящую поверхность теплообменника, в результате чего между теплоподводящей и теплоотводящей средой интенсифицируется процесс теплообмена.Temperature control is as follows. If the temperature of the heat-supplying medium is below the control limit, the actuator, for which, for example, a hydraulic cylinder, acts on the bracket 14, and through it on the chamber 1. In this case, the pipes 4 enter the pipes 5, and the heat exchange between the media stops , since a vacuum is formed in the cavity between the tubes, which impedes the heat exchange process. As the heat transfer medium overheats, the actuator moves apart the chambers 1 and 2 of the heat exchanger, while the pipes 4 exit the pipes 5 and increase the heat transfer surface of the heat exchanger, as a result of which the heat transfer process is intensified between the heat transfer and heat transfer medium.

Claims

A heat exchanger comprising chambers, nozzles, pipes and sealing devices, characterized in that it consists of a movable and fixed chambers with nozzles connected to them and rigidly fixed pipes with or without fins, inserted into each other, having an inner and outer seal with operation control a heat exchanger by an actuator through a bracket attached to a movable chamber.