RU2241935C2 - Heat-exchanger - Google Patents

Heat-exchanger Download PDF

Info

Publication number
RU2241935C2
RU2241935C2 RU2003104050/06A RU2003104050A RU2241935C2 RU 2241935 C2 RU2241935 C2 RU 2241935C2 RU 2003104050/06 A RU2003104050/06 A RU 2003104050/06A RU 2003104050 A RU2003104050 A RU 2003104050A RU 2241935 C2 RU2241935 C2 RU 2241935C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
pipes
plates
heat exchanger
tube
Prior art date
Application number
RU2003104050/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003104050A (en
Inventor
В.В. Киреев (RU)
В.В. Киреев
Original Assignee
Киреев Владимир Васильевич
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 Киреев Владимир Васильевич filed Critical Киреев Владимир Васильевич
Priority to RU2003104050/06A priority Critical patent/RU2241935C2/en
Publication of RU2003104050A publication Critical patent/RU2003104050A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2241935C2 publication Critical patent/RU2241935C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: heat-exchanging equipment, particularly for refrigeration, cryogenic and other industries.
SUBSTANCE: heat-exchanger comprises body, inlet and outlet manifolds, tubes grouped in packet. Inlet and outlet manifolds are provided with partitions, tubes have cross-sections of elongated droplet shape and arranged in staggered rows. Tube rows are divided one from another by netted plates welded to tubes. Tubes are blown by air in which fine water spray is injected. Each tube is connected to netted plate located in front of the tube by outer tube side. Opposite tube side is secured to next netted plate. Fine water spray is injected in air flow passing in tube space by atomizers.
EFFECT: improved ability to heat transfer without flow resistance growth.
2 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменным аппаратам холодильной, криогенной и другой теплообменной технике.The invention relates to heat exchangers for refrigeration, cryogenic and other heat transfer equipment.

Во многих современных производствах в больших количествах выделяется низкотемпературное тепло, которое трудно утилизировать и поэтому приходится отводить в окружающую среду.In many modern plants, low-temperature heat is released in large quantities, which is difficult to dispose of and therefore must be removed to the environment.

Перспективным представляется использование воздушного охлаждения.The use of air cooling seems promising.

Основной задачей при проектировании теплообменных аппаратов с воздушным охлаждением является получение высоких коэффициентов теплоотдачи от теплообменных поверхностей к воздуху при минимальном аэродинамическом сопротивлении аппаратов.The main task in the design of air-cooled heat exchangers is to obtain high heat transfer coefficients from heat-exchange surfaces to air with a minimum aerodynamic drag of the devices.

Одним из главных направлений повышения интенсивности передачи тепла к воздуху можно рассматривать увеличение поверхности теплообмена.One of the main directions of increasing the intensity of heat transfer to air can be considered an increase in the heat transfer surface.

Интенсификация процессов теплообмена, повышение компактности теплообменных аппаратов возможны путем использования в качестве оребрения пористых и сетчатых материалов с развитой внутренней поверхностью.The intensification of heat transfer processes, increasing the compactness of heat exchangers are possible by using porous and mesh materials with a developed inner surface as fins.

Основной задачей является обеспечение циркуляции воздуха через пористые ребра с наименьшими гидравлическими сопротивлениями.The main task is to ensure air circulation through porous fins with the least hydraulic resistance.

В этой связи появилась задача создания принципиально новых теплообменных аппаратов для охлаждения и конденсации различных сред при контакте теплоносителей через разделяющую стенку, в которой в качестве ребер использовались бы пористые пластины, а циркуляция охлаждающей среды происходила бы через них.In this connection, the problem arose of creating fundamentally new heat exchangers for cooling and condensation of various media upon contact of heat carriers through a separating wall, in which porous plates would be used as fins, and the cooling medium would circulate through them.

Известен пакет теплообменника “Пластан” [1], где пластины собраны в пакет и зафиксированы по торцам распределительными плитами. Причем пластины собраны в пакет через уплотнительные элементы. На пластинах на расстоянии, равном 5-10% от длины пакета, выполнены уступы, глубина которых равна 1,0-1,5 ширины уплотнительного кольца. Пластины попарно связаны между собой в отдельные короба через уплотнительные элементы, которые на участке уступов повторяют форму пластин.Known package heat exchanger "Plastan" [1], where the plates are collected in a package and fixed at the ends of the distribution plates. Moreover, the plates are collected in a package through the sealing elements. On the plates at a distance equal to 5-10% of the package length, ledges are made, the depth of which is equal to 1.0-1.5 of the width of the o-ring. The plates are interconnected in pairs in separate boxes through the sealing elements, which on the ledge section repeat the shape of the plates.

К недостаткам такой конструкции следует отнести ее низкую эффективность вследствие диссипации вихревых структур, образующихся за уступами, в то время как ядро потока приводит к турбулизации всего потока и опережающему росту гидравлического сопротивления по сравнению с ростом теплоотдачи.The disadvantages of this design include its low efficiency due to the dissipation of vortex structures formed behind the ledges, while the flow core leads to turbulization of the entire flow and an outstripping increase in hydraulic resistance compared to an increase in heat transfer.

Известен также пакет пластин для теплообменника и теплообменник, содержащий данный набор пластин [2].Also known is a package of plates for a heat exchanger and a heat exchanger containing this set of plates [2].

Пакет для пластин теплообмена содержит набор параллельных металлических теплообменных пластин и волнистую центральную часть, так что соединенные между собою смежные пластины образуют двойной противоточный контур двух различных сред. На продольных кромках каждой из теплообменных пластин имеется элемент связи для соединения двух соседних пластин. Причем образуется пакет чередующихся открытых и закрытых концов, а на углах имеются стыковочные элементы для соединения теплообменных пластин с элементами.The package for heat transfer plates contains a set of parallel metal heat exchange plates and a wavy central part, so that the adjacent adjacent plates form a double countercurrent circuit of two different media. On the longitudinal edges of each of the heat transfer plates there is a coupling element for connecting two adjacent plates. Moreover, a packet of alternating open and closed ends is formed, and at the corners there are connecting elements for connecting the heat exchange plates to the elements.

Каждый элемент связи продольных кромок тепловых пластин представляет собой тавровый профиль, ребро которого соединено с продольной кромкой соответствующей тепловой пластины непрерывным герметичным сварным швом.Each coupling element of the longitudinal edges of the heat plates is a T-profile, the edge of which is connected to the longitudinal edge of the corresponding heat plate by a continuous sealed weld.

Данная конструкция, обеспечивая компактность теплообменника, не решает задачу снижения гидравлического сопротивления.This design, providing a compact heat exchanger, does not solve the problem of reducing hydraulic resistance.

Еще в 1995 году для увеличения коэффициента теплоотдачи без существенного роста гидравлического сопротивления (описание изобретения [3]) было предложено использование волнистой поверхности теплообмена в виде чередования выступов и впадин. Они имеют одинаковые размеры по отношению к осевой линии. Смежные поверхности образуют диффузорно-конфузорные каналы. Выступы выполнены с острой кромкой.Back in 1995, to increase the heat transfer coefficient without a significant increase in hydraulic resistance (description of the invention [3]), the use of a corrugated heat exchange surface in the form of alternating protrusions and depressions was proposed. They have the same dimensions with respect to the center line. Adjacent surfaces form diffuser-confuser channels. The protrusions are made with a sharp edge.

К недостаткам следует отнести трудность использования теплообменника при наличии существенной разницы в давлениях теплоносителей, низкую надежность.The disadvantages include the difficulty of using a heat exchanger in the presence of a significant difference in the pressures of the coolants, low reliability.

Также представляет интерес изобретение [4], в котором дана конструкция теплообменника, содержащего коллекторы и каналы по крайней мере для двух теплоносителей, организованные пакетом теплопроводных пластин с рядами отверстий и проставок между рядами отверстий, разделяющих теплоносители. Причем проставки выполнены полыми, с наклонными перемычками-турбулизаторами в зоне каждого отверстия пластин и наложенными на отверстия пластин с поворотом на угол 180° через каждую пластину. Имеются также турбулизирующие элементы в виде выступов.Also of interest is the invention [4], in which the design of a heat exchanger containing collectors and channels for at least two coolants is given, organized by a package of heat-conducting plates with rows of holes and spacers between rows of holes that separate the coolants. Moreover, the spacers are made hollow, with inclined jumper-turbulators in the area of each hole of the plates and superimposed on the holes of the plates with rotation through an angle of 180 ° through each plate. There are also turbulent elements in the form of protrusions.

Известен теплообменник, выбранный в качестве прототипа [5].Known heat exchanger, selected as a prototype [5].

Теплообменник содержит пакет в виде попарно собранных вертикальных гофрированных металлических пластин и пористых пластинчатых вставок.The heat exchanger contains a bag in the form of pairwise assembled vertical corrugated metal plates and porous plate inserts.

Вставки имеют длину, большую длины пластин. Участки вставок, выходящие обоими концами за пределы пластин, соединены между собой в шахматном порядке посредством крышек.The inserts have a length greater than the length of the plates. The sections of the inserts extending at both ends of the plates are interconnected in a checkerboard pattern by means of covers.

Пластины в сборе образуют каналы для охлаждаемой рабочей среды. По торцам каждой из пар пластин установлены крышки, перекрывающие каналы и снабженные патрубками для подвода и отвода охлаждаемых сред.The plate assembly forms channels for a cooled working environment. At the ends of each of the pairs of plates, covers are installed that cover the channels and are equipped with nozzles for supplying and discharging cooled media.

Охлаждаемая среда сверху по патрубкам (для подвода) поступает в каналы, откуда через патрубки отвода выводится из теплообменника.The cooled medium from above through the nozzles (for supply) enters the channels, from where it is discharged from the heat exchanger through the branch pipes.

Охлаждаемая среда снизу поступает в каналы между вставками, не соединенными крышками, и через эти вставки крышками выводится из каналов, обмениваясь при этом теплом с охлаждаемой средой через стенки пластин и вставок.The cooled medium from below enters the channels between the inserts that are not connected by covers, and through these inserts the covers are removed from the channels, exchanging heat with the cooled medium through the walls of the plates and inserts.

К недостаткам данной конструкции теплообменника следует отнести наличие глухих крышек, соединяющих в шахматном порядке концы пористых вставок. Теплоноситель, поступающий снизу в каналы теплообменника, полностью проходит через эти вставки в соседние каналы между вставками, что приводит к снижению эффективности пористого оребрения, увеличению затрат на преодоление сопротивлений при движении охлаждающей среды.The disadvantages of this design of the heat exchanger include the presence of blank covers connecting staggered ends of the porous inserts. The coolant flowing from below into the channels of the heat exchanger completely passes through these inserts into adjacent channels between the inserts, which leads to a decrease in the efficiency of porous fins, an increase in the cost of overcoming the resistances during movement of the cooling medium.

Цель настоящего изобретения - увеличить теплопередачу без существенного роста гидравлического сопротивления.The purpose of the present invention is to increase heat transfer without a significant increase in hydraulic resistance.

Цель достигается тем, что коллекторы снабжены перегородками, которые обеспечивают движение охлаждаемой жидкости из впускного коллектора по ряду труб вверх к выпускному коллектору; затем через другой ряд труб вниз к впускному коллектору, после чего среда по третьему ряду труб подается вверх к выпускному коллектору с выходом из теплообменного аппарата.The goal is achieved by the fact that the collectors are equipped with partitions that provide movement of the cooled fluid from the intake manifold along a series of pipes up to the exhaust manifold; then through another row of pipes down to the intake manifold, after which the medium along the third row of pipes is fed up to the exhaust manifold with exit from the heat exchanger.

Трубы в поперечном сечении имеют форму вытянутой капли, расположены в шахматном порядке и собраны рядами в пакет, а ряды разделены сетчатыми пластинами. Трубы прикреплены к сетчатым пластинам. В струю воздуха, поступающую в межтрубное пространство, нагнетается мелкодиспертный распыл воды, например, с помощью форсунок.The pipes in cross section are elongated droplets, staggered and stacked in rows in a bag, and the rows are separated by mesh plates. The pipes are attached to the mesh plates. A fine-dispersed spray of water, for example, using nozzles, is injected into the stream of air entering the annulus.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема теплообменного аппарата; на фиг.2 - схема потоков воды, воздуха и мелкодиспертного распыла воды.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of a heat exchanger; figure 2 is a diagram of the flows of water, air and fine spray of water.

Теплообменный аппарат состоит из корпуса 1, впускного коллектора 2, труб 4, выпускного коллектора 3, сетчатых пластин 5, перегородок коллекторов 6, межтрубного пространства 7, форсунок 8.The heat exchanger consists of a housing 1, an intake manifold 2, pipes 4, an exhaust manifold 3, mesh plates 5, partition walls of the collectors 6, the annulus 7, nozzles 8.

Трубы 4 в поперечном сечении выполнены в виде вытянутой капли. Вытянутое сечение труб 4 позволяет увеличить поверхность теплообмена и уменьшить турбулизацию воздуха.The pipes 4 in cross section are made in the form of an elongated drop. The elongated cross section of the pipes 4 allows to increase the heat transfer surface and reduce air turbulization.

Для улучшения теплообмена трубы 4 расположены в шахматном порядке. Причем трубы 4 выпуклой наружной стороной привариваются к сетчатой пластине 5, расположенной впереди, а противоположной стороной труба 4 крепится к последующей сетчатой пластине 5.To improve heat transfer, the pipes 4 are staggered. Moreover, the pipe 4 with a convex outer side is welded to the mesh plate 5 located in front, and the opposite side of the pipe 4 is attached to the subsequent mesh plate 5.

Для повышения теплообмена в струю воздуха нагнетается мелкодиспертный распыл воды, например, с помощью форсунок 8.To increase heat transfer, a finely dispersed spray of water is injected into the air stream, for example, using nozzles 8.

Теплообменный аппарат работает следующим образом.The heat exchanger operates as follows.

Охлаждаемая среда поступает в впускной коллектор 2, затем под давлением поступает вверх по ряду труб 4 в выпускной коллектор 3. Благодаря перегородке 6 выпускного коллектора 3 среда направляется вниз по другому ряду труб 4 в впускной коллектор 2, затем перегородкой 6 впускного коллектора 2 направляется вверх по следующему ряду труб 4 в выпускной коллектор 3 и выводится из теплообменника.The cooled medium enters the intake manifold 2, then, under pressure, flows upward through a series of pipes 4 to the exhaust manifold 3. Due to the partition 6 of the exhaust manifold 3, the medium is directed downward along another row of pipes 4 to the intake manifold 2, then the partition 6 of the intake manifold 2 is directed upward the next row of pipes 4 in the exhaust manifold 3 and is removed from the heat exchanger.

Перед подачей воздуха в межтрубное пространство 7 теплообменного аппарата в струю воздуха нагнетается мелкодиспертный распыл воды, например, с помощью форсунок 8.Before air is supplied to the annular space 7 of the heat exchanger, a finely dispersed spray of water is injected into the air stream, for example, using nozzles 8.

Воздух, проходя через сетчатые пластины 5, ряды труб 4, забирает тепло охлаждаемой среды, проходящей по трубам 4, и выходит на другую сторону теплообменника.Air passing through the mesh plates 5, rows of pipes 4, takes the heat of the cooled medium passing through the pipes 4, and goes to the other side of the heat exchanger.

При высокой скорости подачи воздуха теплообмен происходит в основном через наружную полусферу поверхности трубы 4, другая внутренняя полусфера трубы 4 работает с меньшей интенсивностью, так как мало соприкасается с воздухом.At a high air supply rate, heat transfer occurs mainly through the outer hemisphere of the surface of the pipe 4, the other inner hemisphere of the pipe 4 works with less intensity, since it has little contact with air.

Если же поперечное сечение трубы 4 имеет форму вытянутой капли, то воздух продолжает соприкасаться и со второй половиной поверхности трубы 4, забирая тепло. Тем самым повышается эффект теплообменника.If the cross section of the pipe 4 has the shape of an elongated drop, then the air continues to come into contact with the second half of the surface of the pipe 4, taking heat. This increases the effect of the heat exchanger.

При впрыске мелкодиспертного распыла воды в поток нагнетаемого воздуха влага испаряется на поверхности теплообменного аппарата, понижая температуру стенки.When a finely dispersed spray of water is injected into the flow of injected air, moisture evaporates on the surface of the heat exchanger, lowering the wall temperature.

Для определения эффективности предложенной конструкции теплообменного аппарата были проведены исследования. Исследованию подвергались два типа теплообменных элемента. Первый элемент был выполнен в виде стальной трубы круглого сечения диаметром 15 мм, а второй - в форме вытянутой капли тем же диаметром. Длина труб составляла 450 мм. Для повышения теплоотдачи в воздух нагнетается мелкодиспертный распыл воды с помощью форсунки.Studies were conducted to determine the effectiveness of the proposed design of the heat exchanger. Two types of heat exchange elements were studied. The first element was made in the form of a steel pipe of circular cross section with a diameter of 15 mm, and the second in the form of an elongated drop of the same diameter. The length of the pipes was 450 mm. To increase heat transfer, a finely dispersed spray of water is injected into the air using a nozzle.

Экспериментальные исследования показали, что применение труб каплеобразного сечения в воздушных теплообменных аппаратах вместо труб круглого сечения, использование сетчатых пластин, впрыска в охлаждаемую среду мелкодиспертной жидкости дали положительные результаты.Experimental studies have shown that the use of droplet-shaped pipes in air heat exchangers instead of round pipes, the use of mesh plates, and the injection of finely divided liquid into a cooled medium gave positive results.

Продолжительность охлаждения воды от 90 до 40°С сокращается на 25-30%.The duration of cooling water from 90 to 40 ° C is reduced by 25-30%.

ЛитератураLiterature

1. Изобретение РФ №2137998, заявлено 13.05.1998.1. The invention of the Russian Federation No. 2137998, claimed 13.05.1998.

2. Заявка на изобретение РФ №98107316/06, заявлено 20.04.1998.2. Application for the invention of the Russian Federation No. 98107316/06, stated on 04/20/1998.

3. Изобретение РФ №2031348, заявлено 20.03.1995.3. The invention of the Russian Federation No. 2031348, claimed 20.03.1995.

4. Изобретение РФ №2039921, заявлено 20.07.1995.4. The invention of the Russian Federation No. 2039921, claimed July 20, 1995.

5. Авт. свид. СССР №892177, заявлено 19.10.1979 г.5. Auth. testimonial. USSR No. 892177, declared 19.10.1979

Claims (3)

1. Теплообменный аппарат, содержащий корпус, впускной и выпускной коллекторы, трубы, соединенные в пакет, отличающийся тем, что впускной и выпускной коллекторы снабжены перегородками, трубы в поперечном сечении имеют форму вытянутой капли, собраны в шахматном порядке в ряды, ряды труб разделены сетчатыми пластинами и приварены к ним, трубы обдуваются воздухом, в который нагнетается мелкодисперсный распыл воды.1. A heat exchanger comprising a housing, intake and exhaust manifolds, pipes connected in a package, characterized in that the intake and exhaust manifolds are provided with baffles, the pipes in the cross section are elongated droplets, staggered in rows, the rows of pipes are divided by mesh plates and welded to them, the pipes are blown with air into which a finely dispersed spray of water is pumped. 2. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что наружной стороной трубы крепятся к сетчатой пластине, расположенной впереди, а противоположной стороной труба крепится к последующей сетчатой пластине.2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the outer side of the pipe is attached to a mesh plate located in front, and the opposite side of the pipe is attached to a subsequent mesh plate. 3. Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в воздух, поступающий в межтрубное пространство, нагнетается мелкодисперсный распыл воды, например, с помощью форсунок.3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that a finely dispersed spray of water is injected into the air entering the annulus, for example, using nozzles.
RU2003104050/06A 2003-02-11 2003-02-11 Heat-exchanger RU2241935C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003104050/06A RU2241935C2 (en) 2003-02-11 2003-02-11 Heat-exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003104050/06A RU2241935C2 (en) 2003-02-11 2003-02-11 Heat-exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003104050A RU2003104050A (en) 2004-09-10
RU2241935C2 true RU2241935C2 (en) 2004-12-10

Family

ID=34387599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003104050/06A RU2241935C2 (en) 2003-02-11 2003-02-11 Heat-exchanger

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2241935C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007013867A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Victor Petruk Process of cooling a wind tunnel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007013867A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Victor Petruk Process of cooling a wind tunnel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2011201083B2 (en) Heat exchanger and method of manufacturing the same
CN108592663B (en) Gas-liquid heat exchange device
CN105823360B (en) Plate type heat exchanger containing wrong heat exhausting pipe array
MX2013000602A (en) Evaporative heat exchange apparatus with finned elliptical tube coil assembly.
KR20190111773A (en) Intercooler consisting of a liquid-cooled pre-cooler and an air-cooled main cooler
US4274481A (en) Dry cooling tower with water augmentation
CN101142452A (en) Flat tube single snake-like co2 heat exchanger
US3942588A (en) Cooling tower
WO2018095153A1 (en) Heat exchanger and air conditioner
RU2241935C2 (en) Heat-exchanger
US4282834A (en) Boiler structure embodying a plurality of heat exchange units
RU201175U1 (en) Air cooling heat exchanger
RU2052757C1 (en) Heat exchanger
RU2395775C1 (en) Header plate-type heat exchanger
CN110986636A (en) Double-heat-trap closed cooler and cooling system
JP2555056Y2 (en) Plate fin type flash evaporator for heat control system exhaust heat of spacecraft
RU200286U1 (en) Microchannel heat exchanger
CN210486597U (en) High-efficient combination formula condensation cooler
RU2061944C1 (en) Direct-contact heat exchanger
RU2564737C2 (en) Heat and mass exchange device
US4281710A (en) Heat exchanger
RU2787445C1 (en) Hybrid radiator cooling tower
RU2341750C1 (en) Heat exchanger
CN210741197U (en) Heat exchanger based on heat superconducting heat exchange plate
CN117704682A (en) Compact efficient plate type condenser suitable for self-circulation evaporative cooling system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060212