RU2607916C1 - Heat exchanger - Google Patents

Heat exchanger Download PDF

Info

Publication number
RU2607916C1
RU2607916C1 RU2015154880A RU2015154880A RU2607916C1 RU 2607916 C1 RU2607916 C1 RU 2607916C1 RU 2015154880 A RU2015154880 A RU 2015154880A RU 2015154880 A RU2015154880 A RU 2015154880A RU 2607916 C1 RU2607916 C1 RU 2607916C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat exchanger
heat
coolant
mixer
gas
Prior art date
Application number
RU2015154880A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Леонидович Письменный
Original Assignee
Владимир Леонидович Письменный
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 Владимир Леонидович Письменный filed Critical Владимир Леонидович Письменный
Priority to RU2015154880A priority Critical patent/RU2607916C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2607916C1 publication Critical patent/RU2607916C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: heat engineering.
SUBSTANCE: recuperative heat exchanger, in which one of heat carriers, before entering into heat exchanger, passes through mixer, in which is mixed with same heat carrier, but already passed through heat exchanger, pressurized by compressor. Heat exchanger, being recuperative, by efficiency (heat carrier temperature equalization capacity) corresponds to mixing heat exchanger.
EFFECT: technical result is increase in heat exchanger efficiency.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике.The invention relates to heat engineering.

Известны рекуперативные, регенеративные и смесительные теплообменники (БЭС, том 25, издание третье, Москва: Советская энциклопедия, 1976. С. 455).Recuperative, regenerative, and mixing heat exchangers are known (BES, Volume 25, Third Edition, Moscow: Soviet Encyclopedia, 1976. P. 455).

Рекуперативные теплообменники - аппараты, в которых теплоносители с различной температурой разделены твердой стенкой. Недостатком рекуперативных теплообменников является значительное термическое сопротивление, которое препятствует передаче теплоты от одного теплоносителя к другому.Recuperative heat exchangers are devices in which heat carriers with different temperatures are separated by a solid wall. The disadvantage of recuperative heat exchangers is significant thermal resistance, which prevents the transfer of heat from one coolant to another.

Смесительные теплообменники - аппараты, в которых теплообмен идет при непосредственном соприкосновении теплоносителей, что обеспечивает максимально возможную передачу теплоты от одного теплоносителя к другому. Недостатком смесительных теплообменников является то, что физические свойства теплоносителей при смешении изменяются.Mixing heat exchangers are devices in which heat transfer occurs upon direct contact of heat carriers, which ensures the maximum possible transfer of heat from one heat carrier to another. The disadvantage of mixing heat exchangers is that the physical properties of the coolants change when mixed.

Целью изобретения является обеспечение максимально возможной передачи теплоты от одного теплоносителя к другому (как в смесительных теплообменниках) при сохранении физических свойств теплоносителей (как в рекуперативных теплообменниках).The aim of the invention is to provide the maximum possible transfer of heat from one coolant to another (as in mixing heat exchangers) while maintaining the physical properties of the coolants (as in regenerative heat exchangers).

Известен теплообменник, в котором теплоносители с различной температурой разделены твердой стенкой, при этом один из теплоносителей, прежде чем попасть в теплообменник, проходит через смеситель, в котором смешивается с этим же теплоносителем, прошедшим через теплообменник, нагнетаемым насосом (CN 103415538 А, МПК C08F 2/01, C08F 2/18, опуб. 27.11.2013).A heat exchanger is known in which heat carriers with different temperatures are separated by a solid wall, and one of the heat carriers, before entering the heat exchanger, passes through a mixer in which it is mixed with the same heat carrier passing through the heat exchanger and pumped (CN 103415538 A, IPC C08F 2/01, C08F 2/18, publ. 11/27/2013).

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, в котором теплоносители с различной температурой разделены твердой стенкой, один из теплоносителей, прежде чем попасть в теплообменник, проходит через смеситель, в котором смешивается с этим же теплоносителем, прошедшим через теплообменник. При этом расход теплоносителя, поступающего из теплообменника в смеситель, составляет более 90 процентов от расхода теплоносителя, поступающего из смесителя в теплообменник. Для подачи теплоносителя из теплообменника в смеситель используется компрессор. В качестве теплоносителя используется газ или жидкость.This goal is achieved in that in a heat exchanger in which heat carriers with different temperatures are separated by a solid wall, one of the heat carriers, before entering the heat exchanger, passes through a mixer in which it is mixed with the same heat carrier passing through the heat exchanger. At the same time, the flow rate of the coolant coming from the heat exchanger to the mixer is more than 90 percent of the flow rate of the coolant coming from the mixer to the heat exchanger. A compressor is used to supply the coolant from the heat exchanger to the mixer. As the heat carrier gas or liquid is used.

Сущность изобретения заключается в том, что изменение температуры одного из теплоносителей и теплообмен между теплоносителями осуществляются раздельно. Изменение температуры теплоносителя осуществляется в смесительном теплообменнике (смесителе), а теплообмен между теплоносителями - в рекуперативном теплообменнике. Обмен теплотой в рекуперативном теплообменнике ведет к изменению температуры теплоносителя, которое усиливается в смесительном теплообменнике, и так до тех пор, пока на разделительной стенке рекуперативного теплообменника не установится минимальный перепад температур. Перепад температур тем меньше, чем больше теплоносителя из рекуперативного теплообменника возвращается в смесительный теплообменник: при 90 процентном возврате теплоносителя эффективность теплообмена рекуперативного теплообменника практически не отличается от эффективности теплообмена смесительного теплообменника, и при этом сохраняются физические свойства теплоносителей.The essence of the invention lies in the fact that the temperature change of one of the coolants and heat transfer between the coolants are carried out separately. The change in temperature of the heat carrier is carried out in a mixing heat exchanger (mixer), and the heat exchange between the heat carriers is carried out in a recuperative heat exchanger. The heat exchange in the recuperative heat exchanger leads to a change in the temperature of the coolant, which is amplified in the mixing heat exchanger, and so on until a minimal temperature difference is established on the dividing wall of the regenerative heat exchanger. The temperature difference is the smaller, the more coolant from the recuperative heat exchanger returns to the mixing heat exchanger: at 90 percent return of the coolant, the heat transfer efficiency of the regenerative heat exchanger practically does not differ from the heat transfer efficiency of the mixing heat exchanger, and the physical properties of the coolants are preserved.

На фиг. 1 изображен теплообменник;In FIG. 1 shows a heat exchanger;

на фиг. 2 изображен термодинамический цикл, реализуемый в теплообменнике;in FIG. 2 shows a thermodynamic cycle implemented in a heat exchanger;

на фиг. 3 показаны характеристики эффективности теплообменника.in FIG. 3 shows heat exchanger performance characteristics.

Теплообменник (фиг. 1) состоит из рекуперативного теплообменника 1, компрессора 2, смесителя 3, входного канала 4.The heat exchanger (Fig. 1) consists of a regenerative heat exchanger 1, compressor 2, mixer 3, inlet channel 4.

Работа теплообменника осуществляется следующим образом. Теплоноситель (газ) под давлением через входной канал 4 поступает в смеситель 3 и далее в теплообменник 1. Охлажденный (нагретый) в теплообменнике 1 теплоноситель частично отводится потребителю. Оставшаяся часть теплоносителя поступает в компрессор 2, из которого - в смеситель 3. В смесителе 3 охлажденный (нагретый) теплоноситель перемешивается с теплоносителем, поступающим в смеситель через канал 4. В результате смешения температура теплоносителя понижается (повышается). Образовавшаяся смесь поступает в теплообменник, и цикл повторяется. Изменение температуры теплоносителя будет продолжаться до тех пор, пока не произойдет выравнивание тепловых потоков в теплообменнике 1 и смесителе 3.The heat exchanger is as follows. The coolant (gas) under pressure through the inlet channel 4 enters the mixer 3 and then into the heat exchanger 1. The cooled (heated) heat exchanger 1 partially transfers the heat carrier to the consumer. The remaining part of the coolant enters the compressor 2, from which to the mixer 3. In the mixer 3, the cooled (heated) coolant is mixed with the coolant entering the mixer through channel 4. As a result of mixing, the coolant temperature decreases (rises). The resulting mixture enters the heat exchanger, and the cycle repeats. The change in temperature of the coolant will continue until the alignment of the heat fluxes in the heat exchanger 1 and the mixer 3.

На фиг. 2 изображен термодинамический цикл, реализуемый в теплообменнике. Рабочим телом цикла является газ (теплоноситель), циркулирующий внутри теплообменника 1 (температура газа внутри теплообменника выше температуры газа снаружи теплообменника). Газ (процесс а-б) расширяется и охлаждается в теплообменнике (отводится теплота q2). Охлажденный газ сжимается до исходного давления (процесс б-с). К газу при постоянном давлении подводится теплота q1 (процесс с-а). Цикл повторяется. Количество подведенной и отведенной теплоты равны (q1=q2), так как вся работа расширения газа (процесс а-б) преобразуется в теплоту.In FIG. 2 shows a thermodynamic cycle implemented in a heat exchanger. The working fluid of the cycle is gas (heat carrier) circulating inside the heat exchanger 1 (the gas temperature inside the heat exchanger is higher than the gas temperature outside the heat exchanger). The gas (process a-b) expands and cools in the heat exchanger (heat q 2 is removed). The cooled gas is compressed to the initial pressure (process bs). Heat q 1 is supplied to the gas at constant pressure (process c-a). The cycle repeats. The amount of supplied and removed heat is equal (q 1 = q 2 ), since all the work of gas expansion (process a-b) is converted into heat.

Количество подведенной (отведенной) теплоты в цикле (фиг. 2) зависит от интенсивности теплообменных процессов и массы рабочего тела цикла.The amount of supplied (removed) heat in the cycle (Fig. 2) depends on the intensity of heat transfer processes and the mass of the working fluid of the cycle.

Интенсивность теплообменных процессов характеризуется коэффициентом интенсивности охлаждения газаThe intensity of heat transfer processes is characterized by a coefficient of intensity of gas cooling

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где Та и Тб - температуры газа в точках а и б цикла,where Ta and Tb are the gas temperatures at points a and b of the cycle,

Т2 - исходная температура наружного газа (второй теплоноситель).T 2 - the initial temperature of the external gas (second coolant).

Масса рабочего тела, участвующего в теплообмене, характеризуется коэффициентом циркуляции газа (теплоносителя)The mass of the working fluid involved in heat transfer is characterized by the coefficient of circulation of the gas (coolant)

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где G* - расход газа, поступающего из теплообменника в смеситель,where G * is the flow rate of gas from the heat exchanger to the mixer,

G - расход газа, поступающего из смесителя в теплообменник.G is the flow rate of gas from the mixer to the heat exchanger.

Температуры газа в цикле а-б-с определяются какThe gas temperatures in the cycle a-b-c are defined as

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где T1 и Т2 - исходные температуры внутреннего и наружного газа (первый и второй теплоносители, соответственно);where T 1 and T 2 are the initial temperatures of the internal and external gas (first and second coolants, respectively);

π - степень повышения давления в компрессоре;π is the degree of pressure increase in the compressor;

ηс - к.п.д. в процессе сжатия;η s - efficiency in the process of compression;

к - показатель адиабаты.k is the adiabatic exponent.

На фиг. 3 показано изменение температуры газа на выходе из теплообменника (точка б на фиг. 2) в зависимости от коэффициента интенсивности охлаждения газа ϑ и коэффициента циркуляции δц при исходных температурах газов: T1=900 К, Т2=300 К и степени повышения давления в компрессоре π=1,1. Видно, что при коэффициентах циркуляции δц>0,9 температура газа на выходе из теплообменника (независимо от коэффициента ϑ) приближается к исходной температуре наружного газа Т2.In FIG. 3 shows the change in gas temperature at the outlet of the heat exchanger (point b in Fig. 2) depending on the coefficient of gas cooling intensity ϑ and the circulation coefficient δ c at the initial gas temperatures: T 1 = 900 K, T 2 = 300 K and the degree of pressure increase in the compressor π = 1,1. It is seen that for circulation coefficients δ c > 0.9, the gas temperature at the outlet of the heat exchanger (regardless of the coefficient ϑ) approaches the initial temperature of the external gas T 2 .

Изобретение позволяет приблизить эффективность рекуперативного теплообменника (способность к выравниванию температур теплоносителей) к эффективности смесительного теплообменника, что открывает новые возможности для повышения к.п.д. энергетических установок, например авиационных двигателей, в которых использование подобных теплообменников позволит в разы уменьшить расходы воздуха на охлаждение двигателей.EFFECT: invention makes it possible to approximate the efficiency of a recuperative heat exchanger (the ability to equalize coolant temperatures) to the efficiency of a mixing heat exchanger, which opens up new possibilities for increasing the efficiency power plants, such as aircraft engines, in which the use of such heat exchangers will significantly reduce the air consumption for cooling engines.

Claims (3)

1. Теплообменник, в котором теплоносители с различной температурой разделены твердой стенкой, при этом один из теплоносителей, прежде чем попасть в теплообменник, проходит через смеситель, в котором смешивается с этим же теплоносителем, прошедшим через теплообменник, нагнетаемым компрессором, отличающийся тем, что расход теплоносителя, поступающего из теплообменника в смеситель, составляет более 90 процентов от расхода теплоносителя, поступающего из смесителя в теплообменник.1. A heat exchanger in which heat carriers with different temperatures are separated by a solid wall, and one of the heat carriers, before entering the heat exchanger, passes through a mixer in which it is mixed with the same heat carrier passing through the heat exchanger, pumped by a compressor, characterized in that the flow rate the coolant coming from the heat exchanger to the mixer accounts for more than 90 percent of the flow rate of the coolant coming from the mixer to the heat exchanger. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что теплоноситель - газ.2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the coolant is a gas. 3. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что теплоноситель - жидкость.3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the coolant is a liquid.
RU2015154880A 2015-12-21 2015-12-21 Heat exchanger RU2607916C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154880A RU2607916C1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Heat exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154880A RU2607916C1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Heat exchanger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2607916C1 true RU2607916C1 (en) 2017-01-11

Family

ID=58455868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015154880A RU2607916C1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Heat exchanger

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2607916C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU376432A1 (en) * 1971-02-12 1973-04-05 Московский институт нефтехимической , газовой промышленности И. М. Губкина INSTALLATION OF STABILIZATION OF SATURATED LIQUID HYDROCARBONS
US5602216A (en) * 1995-07-26 1997-02-11 Sulzer Chemtech Ag Process and apparatus for performing a polymerisation in a tube reactor
RU68146U1 (en) * 2007-05-04 2007-11-10 Константин Давыдович Маргулис INDIVIDUAL HEAT ITEM
CN101809040A (en) * 2007-08-29 2010-08-18 瓦克化学股份公司 The device of the preparation method of protective colloid-stabilised polymeric articles and this method of enforcement
CN103415538A (en) * 2011-03-10 2013-11-27 瓦克化学股份公司 Process for producing polymers by means of emulsion or suspension polymerization in a jet loop reactor
WO2014049344A2 (en) * 2012-09-26 2014-04-03 Tbs Building Supplies Ltd Thermal store

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU376432A1 (en) * 1971-02-12 1973-04-05 Московский институт нефтехимической , газовой промышленности И. М. Губкина INSTALLATION OF STABILIZATION OF SATURATED LIQUID HYDROCARBONS
US5602216A (en) * 1995-07-26 1997-02-11 Sulzer Chemtech Ag Process and apparatus for performing a polymerisation in a tube reactor
RU68146U1 (en) * 2007-05-04 2007-11-10 Константин Давыдович Маргулис INDIVIDUAL HEAT ITEM
CN101809040A (en) * 2007-08-29 2010-08-18 瓦克化学股份公司 The device of the preparation method of protective colloid-stabilised polymeric articles and this method of enforcement
CN103415538A (en) * 2011-03-10 2013-11-27 瓦克化学股份公司 Process for producing polymers by means of emulsion or suspension polymerization in a jet loop reactor
WO2014049344A2 (en) * 2012-09-26 2014-04-03 Tbs Building Supplies Ltd Thermal store

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3087030A1 (en) Storage of excess heat in cold side of heat engine
Baek et al. Performance characteristics of a two-stage CO2 heat pump water heater adopting a sub-cooler vapor injection cycle at various operating conditions
Tan et al. Thermodynamic performance of an auto-cascade ejector refrigeration cycle with mixed refrigerant R32+ R236fa
RU2018118546A (en) DISTRICT HEAT ENERGY DISTRIBUTION SYSTEM
MY162123A (en) Cooling system
GB2473981A (en) Thermodynamic cycle for cooling a working fluid
ES2541838T3 (en) Heat recovery boiler lost
RU2018118659A (en) THERMODYNAMIC HEATER WITH A HEAT COMPRESSOR
EP3954959A3 (en) Mixed refrigerant system and method
JP2018532941A5 (en)
JP2019535993A5 (en)
WO2013023630A3 (en) Compact heating and cooling module, and use of a compact heating and cooling module
RU2607916C1 (en) Heat exchanger
JOP20170011B1 (en) A low-temperature distillation facility
CN104281177B (en) Wide area temperature control equipment
MX2019005707A (en) High dynamic density range thermal cycle engine.
CN204305546U (en) A kind of high-power heater members group cooling device
CN104470329A (en) High-power heating device set cooling device
WO2019194819A3 (en) Heat station for cooling a circulating cryogen
Yoon et al. Analysis on the energy saving effect of free cooling system in data center
Sharma et al. Experimental analysis of heat transfer and fluid flow in micro-channel heat sink
JP2017044431A (en) Heat pump type water heater
KR102209347B1 (en) Cooling apparatus for hot stamping dies
Taher et al. Experimental Investigation of Different Finned Tube Heat Exchanger
RU2021111750A (en) METHOD FOR IMPROVED CLOSED LOOP COOLING SYSTEM