RU2650444C1

RU2650444C1 - Heat exchanging device

Info

Publication number: RU2650444C1
Application number: RU2017120767A
Authority: RU
Inventors: Виталий Григорьевич Барон
Original assignee: Виталий Григорьевич Барон
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2018-04-13

Abstract

FIELD: heat exchange.

SUBSTANCE: heat exchange apparatus, comprising a bundle of heat transfer tubes disposed in a casing with nozzles for supply and removal of heat transfer fluids of the tube and shell sides, is provided with an additional nozzle for supplying the shell side heat transfer fluid, which is located on the casing at the point where the temperature of the shell side heat transfer fluid entering through this nozzle and the temperature of the flow of the shell side heat transfer fluid moving inside the casing from the other nozzles to the discharge nozzle coincide. Additional nozzle is located at an acute angle to the longitudinal axis of the heat exchanger and in parallel to the flow of the shell side heat transfer fluid moving inside the casing from the other nozzle supplying heat transfer fluid.

EFFECT: such an arrangement of an additional nozzle for supplying shell side heat transfer fluid makes it possible to implement a 2-stage hot water heating circuit in one casing of heat exchanger.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к рекуперативным теплообменным аппаратам.The invention relates to the field of heat engineering, in particular to regenerative heat exchangers.

Известен теплообменный аппарат, содержащий пучок теплопередающих труб, расположенный в корпусе с патрубками подвода и отвода теплоносителей трубной и межтрубной полостей (В.А. Андреев. «Теплообменные аппараты для вязких жидкостей», стр. 97, Государственное энергетическое издательство, 1961 г., Москва, Ленинград).Known heat exchanger containing a bundle of heat transfer pipes located in a housing with nozzles for supplying and removing heat transfer fluids of the pipe and annular cavities (V. A. Andreev. “Heat exchangers for viscous fluids”, p. 97, State Energy Publishing House, 1961, Moscow , Leningrad).

Основным недостатком известного устройства является отсутствие возможности подачи в межтрубное пространство теплообменного аппарата дополнительного потока теплоносителя межтрубной полости.The main disadvantage of the known device is the inability to supply to the annular space of the heat exchanger an additional flow of the coolant of the annular cavity.

Известен теплообменный аппарат, выбранный в качестве прототипа, содержащий пучок теплопередающих труб, расположенный в корпусе с патрубками подвода и отвода теплоносителя трубной полости и двумя патрубками подвода и патрубком отвода теплоносителя межтрубной полости (Ю.Г. Назмеев и В.М. Лавыгин. «Теплообменные аппараты ТЭС», стр. 8, 9. Издательство МЭИ, 2002 г., Москва).Known heat exchanger, selected as a prototype, containing a bundle of heat transfer pipes located in the housing with pipes for supplying and discharging the coolant of the pipe cavity and two pipes for supplying and a pipe for removing the coolant of the annular cavity (Yu.G. Nazmeev and V. M. Lavygin. “Heat exchangers TPP devices ”, p. 8, 9. Publishing House MPEI, 2002, Moscow).

Снабжение межтрубной полости двумя патрубками для подвода теплоносителя межтрубной полости позволяет подать в корпус теплообменника дополнительный поток теплоносителя межтрубной полости. Однако симметричное, притом встречно направленное расположение этих патрубков снижает тепловую эффективность теплообменного аппарата в связи с установлением температуры смешанного потока на промежуточном уровне относительно температур двух потоков, приводит к повышенному местному гидравлическому сопротивлению в этой точке и не позволяет реализовать 2-ступенчатую схему подогрева воды горячего водоснабжения в одном корпусе теплообменного аппарата.The supply of the annular cavity with two nozzles for supplying the coolant of the annular cavity allows you to apply an additional flow of the coolant of the annular cavity to the heat exchanger body. However, the symmetrical, moreover counter directional arrangement of these pipes reduces the thermal efficiency of the heat exchanger due to the establishment of the temperature of the mixed stream at an intermediate level relative to the temperatures of the two flows, leads to increased local hydraulic resistance at this point and does not allow to implement a 2-stage hot water heating circuit in one housing of a heat exchanger.

Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение возможности подвода в межтрубную полость дополнительного потока теплоносителя, не снижая среднелогарифмический напор и не увеличивая местное гидравлическое сопротивление, реализация 2-ступенчатой схемы подогрева воды горячего водоснабжения в одном корпусе теплообменного аппарата.The objective of the proposed technical solution is to provide the possibility of supplying an additional coolant flow to the annular cavity without decreasing the log average pressure and without increasing the local hydraulic resistance, implementing a 2-stage heating circuit for hot water supply in one housing of the heat exchanger.

Поставленная задача решается тем, что один из двух патрубков подвода теплоносителя межтрубной полости расположен на корпусе в месте совпадения температур потока теплоносителя межтрубной полости, поступающего через этот патрубок, и потока теплоносителя межтрубной полости, движущегося внутри корпуса от другого патрубка к патрубку отвода. Патрубок подвода теплоносителя межтрубной полости, расположенный на корпусе в месте совпадения температур потоков теплоносителя межтрубной полости, расположен под острым углом к продольной оси теплообменного аппарата и спутно потоку теплоносителя межтрубной полости, движущемуся внутри корпуса от другого патрубка подвода теплоносителя.The problem is solved in that one of the two nozzles for supplying the coolant of the annular cavity is located on the body at the place where the temperatures of the coolant flow of the annulus coming through this nozzle coincide with the flow of the coolant of the annulus moving inside the housing from the other nozzle to the branch pipe. The annular heat carrier supply pipe located on the body at the point where the temperatures of the annular coolant flows coincide, is located at an acute angle to the longitudinal axis of the heat exchanger and is tangent to the annular coolant flow moving inside the housing from another coolant supply pipe.

Расположение одного из двух патрубков подвода теплоносителя межтрубной полости в месте совпадения температур потока теплоносителя межтрубной полости, поступающего через этот патрубок, и потока теплоносителя межтрубной полости, движущегося внутри корпуса от другого патрубка к патрубку отвода позволяет подавать в межтрубную полость дополнительный поток теплоносителя, не снижая среднелогарифмический напор, что позволяет реализовать 2-ступенчатую схему подогрева воды горячего водоснабжения в одном корпусе теплообменного аппарата.The location of one of the two pipes for the supply of the coolant of the annular cavity at the same temperature as the flow of the coolant of the annulus coming through this nozzle and the flow of the coolant of the annulus moving inside the casing from the other nozzle to the branch of the tap allows you to add an additional coolant to the annulus without lowering the average logarithm pressure, which allows you to implement a 2-stage scheme for heating hot water in one housing of the heat exchanger.

Расположение этого патрубка под острым углом к продольной оси теплообменного аппарата и спутно потоку теплоносителя межтрубной полости, движущемуся внутри корпуса от другого патрубка подвода теплоносителя, позволяет снизить гидравлическое сопротивление в месте слияния потоков среды межтрубной полости от двух подводящих к ней патрубков.The location of this pipe at an acute angle to the longitudinal axis of the heat exchanger and tangentially to the flow of the annulus coolant moving inside the casing from another nozzle of the coolant supply, reduces the hydraulic resistance at the confluence of the flows of the annulus medium from the two nozzles leading to it.

На рисунке 1 представлен заявляемый теплообменный аппарат. Поз. 1 - корпус, поз. 2 - патрубок подвода теплоносителя трубной полости, поз. 3 - патрубок отвода теплоносителя трубной полости, поз. 4 и поз. 5 - патрубки подвода теплоносителя межтрубной полости, поз. 6 - патрубок отвода теплоносителя межтрубной полости, поз. 7 - трубный пучок.Figure 1 presents the inventive heat exchanger. Pos. 1 - case, pos. 2 - pipe supply coolant of the pipe cavity, pos. 3 - pipe branch pipe coolant, pos. 4 and pos. 5 - nozzles for supplying the coolant of the annular cavity, pos. 6 - pipe outlet heat transfer annulus, pos. 7 - tube bundle.

Теплообменный аппарат работает следующим образом. Теплоноситель трубной полости через патрубок подвода 2 входит в трубный пучок 7 и, пройдя по трубной полости, выходит из аппарата через патрубок отвода 3. Теплоноситель межтрубной полости входит в межтрубную полость через патрубок подвода 4 и движется по межтрубной полости к патрубку отвода 6. Дополнительный теплоноситель входит в межтрубную полость через второй патрубок подвода 5, расположенный в том месте, где температура дополнительного теплоносителя совпадает с температурой теплоносителя, уже движущегося в межтрубной полости, после чего совместный поток движется к патрубку отвода 6 теплоносителя межтрубной полости.The heat exchanger operates as follows. The coolant of the pipe cavity through the inlet pipe 2 enters the tube bundle 7 and, passing through the pipe cavity, leaves the apparatus through the branch pipe 3. The coolant of the annular cavity enters the annular cavity through the inlet pipe 4 and moves along the annular cavity to the branch pipe 6. Additional coolant enters the annular cavity through the second inlet pipe 5, located in the place where the temperature of the additional coolant coincides with the temperature of the coolant already moving in the annular cavity after h th joint flow moves to the nozzle outlet 6 coolant shell side cavity.

Например, требуется обеспечить 2-ступенчатую схему подогрева воды горячего водоснабжения здания. В этом случае греющая вода, войдя в межтрубную полость через первый патрубок подвода и пройдя 2-ю ступень, должна смешаться с водой, прошедшей систему отопления здания и поступающей в межтрубную полость через второй патрубок подвода. После этого общий поток движется к патрубку отвода среды межтрубной полости, т.е. проходит 1-ю ступень. Как правило, смешение должно происходить при условии равенства температур этих двух потоков греющей воды (т.е. того потока, который прошел 2-ю ступень, и того потока, который прошел систему отопления). Эта равновесная для обоих потоков температура определяется проектом и находится обычно в районе 40°С. Используя общеизвестные формулы расчета теплообменных аппаратов, можно достаточно точно определить место, где температура греющей воды, вошедшей в межтрубное пространство через патрубок 4, имеет значение, равное 40°С. Именно в этом месте и должен быть расположен дополнительный патрубок, подающий воду, прошедшую систему отопления.For example, it is required to provide a 2-stage scheme for heating the building's hot water. In this case, the heating water, entering the annular cavity through the first supply pipe and passing the 2nd stage, must mix with the water that has passed through the building heating system and enters the annular cavity through the second supply pipe. After this, the total flow moves to the pipe branch of the annular medium, i.e. passes the 1st step. As a rule, mixing should occur provided that the temperatures of these two streams of heating water are equal (i.e., the stream that went through the 2nd stage and the stream that went through the heating system). This equilibrium temperature for both flows is determined by the project and is usually in the region of 40 ° C. Using well-known formulas for calculating heat exchangers, it is possible to accurately determine the place where the temperature of the heating water entering the annulus through the pipe 4 has a value of 40 ° C. It is in this place that an additional pipe should be located that supplies water that has passed through the heating system.

Например, требуется подогреть по 2-ступенчатой схеме 10 м³/ч воды горячего водоснабжения от 5 до 60°С. При этом греющая вода, поступающая во вторую ступень, имеет расход, равный 10 м³/ч, и температуру 75°С, равновесная температура двух потоков греющей воды (прошедшей 2-ю ступень и прошедшей систему отопления) равна 40°С, а температура греющей воды на выходе из теплообменника имеет температуру 30°С. Выбирается, например, теплообменник с диаметром корпуса 100 мм и теплопередающими трубками 6 мм. По известным формулам определяется, что длина второй ступени должна быть равна 2450 мм, а длина первой ступени должна быть равна 1700 мм. Из этого вытекает, что полная длина корпуса теплообменника (с учетом исключения двух толщин трубных решеток) должна иметь длину 4100 мм. При этом место расположения патрубка, подающего в межтрубное пространство дополнительный поток греющего теплоносителя, прошедшего ранее систему отопления, находится на расстоянии 1700 мм от трубной решетки, расположенной со стороны входа в теплообменник нагреваемой воды горячего водоснабжения. Это расстояние на фиг. 1 обозначено буквой «X».For example, it is required to heat 10 m ³ / h of hot water from 5 to 60 ° C in a 2-stage scheme. In this case, the heating water entering the second stage has a flow rate of 10 m ³ / h and a temperature of 75 ° C, the equilibrium temperature of the two streams of heating water (passed the 2nd stage and the heating system) is 40 ° C, and the temperature heating water at the outlet of the heat exchanger has a temperature of 30 ° C. For example, a heat exchanger with a case diameter of 100 mm and heat transfer tubes of 6 mm is selected. According to well-known formulas, it is determined that the length of the second stage should be equal to 2450 mm, and the length of the first stage should be equal to 1700 mm. From this it follows that the total length of the heat exchanger housing (taking into account the exclusion of two thicknesses of tube sheets) should have a length of 4100 mm. At the same time, the location of the pipe supplying an additional flow of heating coolant to the annular space, which has passed the heating system, is at a distance of 1700 mm from the tube sheet located on the inlet side of the hot water heating water heat exchanger. This distance in FIG. 1 is indicated by the letter “X”.

Использование предлагаемого теплообменного аппарата позволяет создать кожухотрубный аппарат, реализующий 2-ступенчатую схему горячего водоснабжения в одном корпусе.Using the proposed heat exchanger allows you to create a shell-and-tube apparatus that implements a 2-stage scheme of hot water supply in one housing.

Claims

1. A heat exchanger containing a bundle of heat transfer pipes located in a housing with inlet and outlet pipes for the coolant of the pipe cavity, two supply pipes and an outlet pipe for transferring the coolant of the annular cavity, characterized in that one of the two nozzles for supplying the coolant of the annular cavity is located on the housing temperatures of the flow medium of the annulus coming through this nozzle, and the flow of the coolant of the annulus moving inside the housing from another nozzle to the nozzle BKU removal.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the nozzle for supplying the heat transfer medium of the annular cavity located on the housing at the place where the temperatures of the flows of the heat transfer annulus coincide, is located at an acute angle to the longitudinal axis of the heat exchanger and is tangent to the flow of the heat transfer annulus moving inside the housing from another coolant supply pipe.