RU2667244C1 - Tubular spiral and heat exchanger with implementation thereof - Google Patents

Tubular spiral and heat exchanger with implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2667244C1
RU2667244C1 RU2017130421A RU2017130421A RU2667244C1 RU 2667244 C1 RU2667244 C1 RU 2667244C1 RU 2017130421 A RU2017130421 A RU 2017130421A RU 2017130421 A RU2017130421 A RU 2017130421A RU 2667244 C1 RU2667244 C1 RU 2667244C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spiral
turns
heat exchange
pos
tubular
Prior art date
Application number
RU2017130421A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Крайнев
Original Assignee
Владимир Александрович Крайнев
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 Александрович Крайнев filed Critical Владимир Александрович Крайнев
Priority to RU2017130421A priority Critical patent/RU2667244C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2667244C1 publication Critical patent/RU2667244C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/025Tubular elements of cross-section which is non-circular with variable shape, e.g. with modified tube ends, with different geometrical features
    • 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
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/04Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being spirally coiled

Landscapes

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

Abstract

FIELD: heating equipment.SUBSTANCE: invention relates to the field of heat engineering and can be used in heat exchangers for the utilization of heat, heating and cooling liquid food products; distillation, desalination of water. Invention consists in the fact that in a heat exchange device containing at least one tubular spiral in the form of an Archimedes spiral with a gap between the turns, forming an annular space and the elements of its connection to the external main, the body and the cover with the elements of input and output of the medium of the annular space, the transverse profile of the turns of the helix has an arcuate shape with a slit-like gap between the inner walls forming the inside-tube space and the round ends, and the elements of the spiral connection with the external connection are the fittings inserted into the round ends of the spiral. In the heat exchanger, the lid is not connected to the body, but is pressed against the spiral by its own weight or weight. Heat exchanger can be installed under the shower tray.EFFECT: simplified design of the spiral heat exchange device, increased service life and heat exchange efficiency.6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменным устройствам и может быть использовано в коммунальном хозяйстве для утилизации тепла серых бытовых стоков (возвращении части их тепловой энергии в подводимую к смесителю либо нагревательному устройству холодную воду); пищевом производстве - пастеризация, охлаждение жидких пищевых продуктов; устройствах для дистилляции, опреснения воды, холодильных аппаратах (конденсаторные, испарительные контуры) и в других целях.The invention relates to heat exchange devices and can be used in utilities for heat recovery of gray domestic wastewater (returning part of their thermal energy to cold water supplied to a mixer or heating device); food production - pasteurization, cooling of liquid food products; devices for distillation, desalination, refrigerators (condenser, evaporative circuits) and for other purposes.

В настоящее время все актуальнее (особенно в нашей стране) становится необходимость экономии тепловой энергии (ТЕПЛООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Л. В. Зысин, А.А. Калютик, СПб, 2010 г., стр. 5) как по причине увеличения ее стоимости, так и ввиду пагубного воздействия ее перепроизводства на экологию планеты. Одним из способов решения данной проблемы служит возврат тепловой энергии бытовых стоков (в частности серых стоков душевых кабин, боксов, умывальников, стиральных машин) в сеть горячего или холодного водоснабжения. Наивысший эффект для решения данной задачи достигается применением устройств с тепловыми насосами, но на сегодня это дорогостоящие и высокотехнологичные как в изготовлении, так и в обслуживании устройства, что ограничивает их применение.Nowadays, the need to save heat energy (HEAT EXCHANGE EQUIPMENT L. V. Zysin, A. A. Kalyutik, St. Petersburg, 2010, p. 5) is becoming more and more urgent (especially in our country) both due to an increase in its cost and in view of the harmful effects of its overproduction on the ecology of the planet. One way to solve this problem is to return the thermal energy of domestic wastewater (in particular gray drains of showers, boxes, washbasins, washing machines) to the hot or cold water supply network. The highest effect for solving this problem is achieved by using devices with heat pumps, but today it is expensive and high-tech both in the manufacture and maintenance of the device, which limits their use.

Известны установки для многоквартирных домовKnown installations for apartment buildings

(http://www.slideshare.net/borris76/ss-23652728), возвращающие такую энергию в сеть горячего водоснабжения, но они достаточно дорогостоящи, их использование возможно при строительстве новых зданий, так как требуется прокладка отдельных (от стоков из кухонных моек и унитазов) коммуникаций.(http://www.slideshare.net/borris76/ss-23652728), which return such energy to the hot water supply network, but they are quite expensive, their use is possible in the construction of new buildings, since separate (from drains from kitchen sinks are required) and toilets) communications.

Известен ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ДУШЕВОЙ ВОДЫ (авторское свидетельство SU 1820163), но он малоэффективен ввиду больших поперечных сечений как внутритрубных, так и межтрубных пространств, отсутствия возможности организации процесса теплообмена в противотоке. Кроме того, такое устройство предусматривает большое количество сварных швов при его изготовлении, что обуславливает низкую технологичность его производства (и, как следствие, завышенную стоимость), невысокий срок службы (из-за возможных дефектов в этих швах). Теплообменник предложено изготавливать из прямоугольных труб, выпускаемых шовными и не предназначенных для водоснабжения.The HEAT EXCHANGER FOR RECYCLING THE HEAT OF USED SHOWER WATER (copyright certificate SU 1820163) is known, but it is ineffective due to the large cross sections of both in-pipe and annular spaces, and the inability to organize the heat exchange process in countercurrent. In addition, such a device provides for a large number of welds in its manufacture, which leads to low manufacturability of its production (and, as a result, overpriced), low service life (due to possible defects in these welds). The heat exchanger is proposed to be made from rectangular pipes produced by suture and not intended for water supply.

Известны РЕКУПЕРАТОРЫ ДЛЯ ДУШЕВЫХ КАБИНWell-known recuperators for shower cabins

(http://smartcomfort.com.ua/product/rekuperator-dlya-dushevoj-kabiny-nela/), (http://izolexpert.ru/teploizolyaciya/rekuperatory-tepla.html), выпускаемые производителями Португалии, Чехии Испании. Эти устройства встраиваются в используемые в бытовых условиях устройства (душевые кабины, боксы, ванные комнаты), но обладают ограниченной (максимально до 50%, а в большинстве случаев менее) эффективностью, в то время как в современных теплообменных устройствах иного назначения эффективность (коэффициент регенерации) достигает 80-95% (ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ А.А. Жижина СПб. 1996 г. стр. 33)(http://smartcomfort.com.ua/product/rekuperator-dlya-dushevoj-kabiny-nela/), (http://izolexpert.ru/teploizolyaciya/rekuperatory-tepla.html), manufactured by manufacturers of Portugal, Czech Republic, Spain. These devices are built into household devices (showers, cabinets, bathrooms), but have limited (up to 50%, and in most cases less) efficiency, while in modern heat exchangers for other purposes, the efficiency (regeneration coefficient ) reaches 80-95% (HEAT EXCHANGE MACHINES A.A. Zhizhina St. Petersburg. 1996 p. 33)

Известны теплообменные устройства различных типов - кожухотрубные, пластинчатые, змеевиковые, погружные, труба в трубе, спиральные. Последние из них, спирального типа, обладают компактными размерами, высокой эффективностью, малым гидравлическим сопротивлением, позволяющим работать с загрязненными, неоднородными средами. Но, имеющие, в большинстве случаев, в своей конструкции спирали из плоских элементов (полоса, лист), герметично разделенные по торцам спирали различными способами - сваркой, прокладками, манжетами, заливкой отвердевающей массой, отгибкой кромок образующего их листового материала сложны в изготовлении по причине необходимости выполнения длинных герметичных швов сложной конфигурации, отчего в них велика вероятность смешивания рабочих сред (между которыми осуществляется процесс теплообмена), а также не позволяют эксплуатацию с большой разницей давлений в межтрубном и внутритрубном пространствах (как по причине ненадежности вышеописанных швов, так и ввиду малой устойчивости плоских элементов, испытывающих, при избыточном давлении напряжение на изгиб). Конструкция таких теплообменников либо не предусматривает возможности их разборки для очистки (хотя бы одного из рабочих пространств), либо это связано с большими трудозатратами. Данные обстоятельства являются причиной ограниченного их применения (ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ А.А., Жижина, СПб. 1996 г., стр. 22-23).Heat exchangers of various types are known - shell and tube, plate, coil, immersion, pipe in pipe, spiral. The last of them, spiral type, have compact dimensions, high efficiency, low hydraulic resistance, allowing you to work with contaminated, heterogeneous environments. But having, in most cases, in their design spirals of flat elements (strip, sheet), hermetically separated at the ends of the spiral in various ways - welding, gaskets, cuffs, pouring with a hardening mass, bending the edges of the sheet material forming them are difficult to manufacture due to the need to make long sealed joints of complex configuration, which makes them more likely to mix working media (between which the heat exchange process is carried out), and also do not allow operation with large times lower pressures in the annular and annular spaces (both due to the unreliability of the above-described joints, and due to the low stability of flat elements experiencing bending stress at overpressure). The design of such heat exchangers either does not provide for the possibility of disassembling them for cleaning (at least one of the working spaces), or this is associated with large labor costs. These circumstances are the reason for their limited use (HEAT EXCHANGERS A.A., Zhizhina, St. Petersburg. 1996, p. 22-23).

Известен УЛУЧШЕННЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК СПИРАЛЬНГО ТИПА, (RU 2 285216 С2), спираль которого также изготавливается из листового материала. Такой теплообменник более технологичен в изготовлении, допускает возможность разборки для прочистки межтрубного пространства, позволяет эксплуатацию со значительной разницей давлений между рабочими средами, однако требует сложного дорогостоящего специального оборудования для его производства - штамповка, сварка герметичного шва (или швов) на всю длину плоской трубы, (в котором велика вероятность появления производственных дефектов). Изготовление таких теплообменников может быть реализовано лишь при условии массового их производства. Возможны трудности при очистке межтрубного пространства в случае работы с сильно загрязненными жидкостями (например, бытовыми стоками в качестве теплоносителя) ввиду касания выступов элементов жесткости друг с другом (при навивке трубы самой на себя).The IMPROVED HEAT EXCHANGER OF SPIRAL TYPE, (RU 2 285216 C2), the spiral of which is also made of sheet material. Such a heat exchanger is more technologically advanced in manufacture, allows disassembling for cleaning the annulus, allows operation with a significant pressure difference between the working media, however, it requires complex and expensive special equipment for its production - stamping, welding of an airtight seam (or seams) for the entire length of a flat pipe, (in which the likelihood of manufacturing defects). The manufacture of such heat exchangers can only be realized if they are mass-produced. There may be difficulties in cleaning the annular space in the case of work with highly contaminated liquids (for example, household drains as a coolant) due to the tangs of the stiffeners touching each other (when the pipe is wound onto itself).

Спирали, изготовленные из листового материала, требуют наличия дополнительных элементов (раструбов либо коллекторов) для подключения напорной магистрали к внутритрубному пространству плоской трубы, которые тоже надо соединять с последней посредством сварки либо пайки по поверхности сложной конфигурации.Spirals made of sheet material require additional elements (sockets or manifolds) for connecting the pressure line to the in-pipe space of a flat pipe, which also must be connected to the latter by welding or soldering on the surface of a complex configuration.

Известно применение в теплообменных устройствах дугообразного профиля теплообменной трубы (RU 245811, кл. F28F 1/02). В данном случае такой профиль применен в цилиндрическом теплообменном устройстве, изготавливается сварным из плоских элементов и, не имея круглых концов, соединяется с фланцами (коллекторами) по поверхности сложной конфигурации, что создает предпосылки для появления производственных дефектов (как в продольных швах, так и в швах стыковки профиля с фланцами), уменьшающие срок службы изделия, делает теплообменное устройство с таким элементом дорогостоящим изделием.It is known to use an arcuate profile of a heat exchange pipe in heat exchangers (RU 245811, class F28F 1/02). In this case, such a profile is used in a cylindrical heat exchanger, it is made welded from flat elements and, having no round ends, connects to flanges (collectors) on the surface of a complex configuration, which creates the prerequisites for the appearance of manufacturing defects (both in longitudinal joints and in seams of joining the profile with flanges), which reduce the service life of the product, makes a heat exchange device with such an element an expensive product.

Наиболее близкое техническое решение по конструкции имеет СПИРАЛЬНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК (патент Польши №83524, МКР F28f 1/10). В данном теплообменнике спираль образована из ряда спиралей, изготовленных из трубок малого диаметра круглого сечения (с увеличением диаметра круглой трубы, используемой в качестве теплообменного элемента, эффективность теплообменного устройства падает ввиду увеличения расстояния между теплопередающими поверхностями), установленных одна на другую и соединенных с подающим и выходным коллекторами. Такая конструкция спирали, в отличие от спиралей из листового материала, не требует выполнения герметичных продольных швов, что минимизирует возможность смешивания участвующих в теплообмене сред, позволяет эксплуатацию теплообменника с большой разницей давлений во внутритрубном и межтрубном пространствах.The closest technical solution for the design is the SPIRAL TUBULAR HEAT EXCHANGER (Polish patent No. 83524, MKP F28f 1/10). In this heat exchanger, a spiral is formed of a series of spirals made of small tubes of circular cross-section (with an increase in the diameter of the circular tube used as a heat exchange element, the efficiency of the heat exchanger decreases due to an increase in the distance between the heat transfer surfaces) installed on top of one another and connected to the supply and output collectors. This design of the spiral, unlike spirals of sheet material, does not require tight longitudinal joints, which minimizes the possibility of mixing the media involved in the heat transfer, and allows the use of a heat exchanger with a large pressure difference in the tube and annular spaces.

Однако такая конструкция имеет повышенные материалоемкость (поверхности трубок спирали, касающиеся друг друга либо контактирующие с промежуточным между ними элементом в теплообменном процессе не участвуют), большую трудоемкость изготовления в связи с необходимостью соединения большого числа мелких трубок с коллекторами, необходимости плотной фиксации спиралей одна с другой, что делает такой теплообменник дорогостоящим изделием, недоступным для широкого потребления.However, this design has increased material consumption (the surfaces of the spiral tubes touching each other or in contact with the intermediate element between them do not participate in the heat exchange process), the manufacturing is very laborious due to the need to connect a large number of small tubes to the collectors, and the need for tight fixation of the spirals one to the other , which makes such a heat exchanger an expensive product, inaccessible to widespread consumption.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции спирального теплообменного устройства с обеспечением возможности размещения устройства в душевой кабине, боксе и обеспечения легкой доступности для чистки межтрубного пространства, технологичного в изготовлении и долговечного в эксплуатации устройства, для, в частности, утилизации тепла серых бытовых стоков душевых кабин, боксов, ванных комнат, стиральных машин (возврата их тепловой энергии в подводимую к смесителю либо нагревающему устройству холодную воду) применимого, в том числе, в условиях частного домовладения, городской квартиры, по стоимости доступного для массового потребителя, а также увеличения, по сравнению с аналогичными по назначению устройствами (РЕКУПЕРАТОРАМИ ДЛЯ ДУШЕВЫХ КАБИН) эффективности теплообмена (коэффициента регенерации).The technical task of the invention is to simplify the design of a spiral heat exchanger with the possibility of placing the device in the shower cubicle, box and providing easy accessibility for cleaning the annular space, technologically advanced to manufacture and durable in the operation of the device, in particular, heat recovery of gray domestic wastewater from showers , boxes, bathrooms, washing machines (return of their thermal energy to the cold inlet to the mixer or heating device dy) applicable, including, in terms of the private household, urban apartments, at a cost affordable to the mass consumer, and to increase, compared with the same devices as intended (recuperators for shower) heat transfer efficiency (recovery factor).

Поставленная задача решается следующим образом. Трубчатая спираль, имеющая форму плоской спирали Архимеда с внутритрубным пространством и зазором между витками, образующим межтрубное пространство, по изобретению, имеет дугообразную форму витков в их поперечном сечении и круглые концы, составляющие единое целое с внутренним и наружным витками спирали.The problem is solved as follows. The tubular spiral, having the shape of a flat spiral of Archimedes with an in-tube space and a gap between the coils forming the annular space, according to the invention, has an arcuate shape of coils in their cross section and round ends that are integral with the inner and outer coils of the spiral.

Теплообменное устройство, состоит из не менее одной трубчатой спирали в форме плоской спирали Архимеда с зазором между витками, образующим межтрубное пространство и имеющую элементы соединения ее с внешней магистралью, корпус и крышку с элементами ввода и вывода среды межтрубного пространства, по изобретению, поперечный профиль витков трубчатой спирали имеет дугообразную форму со щелевидными зазорами между стенками, образующими узкие внутритрубное и межтрубное пространства и круглые концы, составляющие единое целое с внутренним и наружным витками спирали, а элементами соединения спирали с внешней подводкой являются штуцеры, вставленные в круглые концы спирали.The heat exchange device consists of at least one tubular spiral in the form of a flat Archimedes spiral with a gap between the turns forming the annular space and having elements connecting it to the external line, a housing and a cover with input and output elements of the annular medium, according to the invention, the transverse profile of the turns the tubular spiral has an arcuate shape with slit-like gaps between the walls, forming narrow in-tube and annular spaces and round ends, which are integral with the inner and een outdoor spirals, and spiral element compound with the outer liner fittings are inserted into the round spiral ends.

Трубчатая спираль имеет на концах внутреннего и наружного витков а, при необходимости, и на других участках, соединительные межвитковые перемычки, обеспечивающие ее жесткость и постоянство межтрубного пространства.The tubular spiral has at the ends of the inner and outer turns and, if necessary, in other areas, connecting interturn jumpers, ensuring its rigidity and constancy of the annular space.

В теплообменном устройстве крышка не соединена с корпусом, а прижата к трубчатой спирали собственным весом либо грузом, установленным на нее, отвод нагретой среды внутритрубного пространства (нагреваемой холодной воды) осуществляется через гибкую подводку между штуцером во внутреннем конце спирали и переходным элементом в крышке, а подвод через штуцер в наружном конце спирали, расположенный за пределами крышки, отвод среды внутритрубного пространства (использованной душевой воды) происходит через патрубок в корпусе, что в совокупности упрощает процесс чистки устройства, которое при этом может служить опорой для душевого поддона.             In the heat exchanger, the cover is not connected to the body, but is pressed to the tubular spiral by its own weight or by the load installed on it, the heated medium of the in-pipe space (heated cold water) is discharged through a flexible connection between the fitting at the inner end of the spiral and the transition element in the cover, and the supply through the fitting at the outer end of the spiral, located outside the cover, the withdrawal of the environment of the tube space (used shower water) occurs through a pipe in the housing, which together simplifies the cleaning process of the device, which in this case can serve as a support for the shower tray.

Теплообменное устройство не имеет корпуса как такового и предназначено для использования в душевых боксах с уже существующими сливными окнами в полу, при этом устройство служит опорой установленному на него душевому поддону, из которого использованная душевая вода попадает в середину спирали, а ее выход происходит из наружной щели межтрубного пространства спирали на пол и сливается по нему в канализацию.The heat exchanger does not have a case as such and is intended for use in shower enclosures with already existing drain windows in the floor, while the device supports the shower tray installed on it, from which the used shower water enters the middle of the spiral, and its output comes from an external gap annulus of the spiral on the floor and merges along it into the sewer.

В теплообменном устройстве корпус и крышка имеют выступы, входящие между витками и фиксирующие спираль, а также служащие для перемешивания среды межтрубного пространства.In the heat exchange device, the housing and the cover have protrusions that enter between the turns and fix the spiral, and also serve to mix the annulus.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

- на фиг. 1 изображен дугообразный профиль (поз. 1) с внутритрубным пространством (поз. 2) и круглыми концами (поз, 3), полученный продольной деформацией круглой трубы;- in FIG. 1 shows an arcuate profile (pos. 1) with an in-tube space (pos. 2) and round ends (pos. 3), obtained by longitudinal deformation of a round pipe;

- на фиг. 2 изображена трубчатая спираль в форме плоской спирали Архимеда с дугообразным профилем витков (поз. 1), имеющих внутритрубное пространство (поз. 2), зазор между витками (поз, 4), образующий межтрубное пространство и круглые концы (поз, 3);- in FIG. Figure 2 shows a tubular spiral in the form of a flat spiral of Archimedes with an arcuate profile of turns (pos. 1) having an in-tube space (pos. 2), a gap between the turns (pos. 4), forming an annular space and round ends (pos. 3);

- на фиг. 3 (фото) опытный образец трубчатой спирали с дугообразным профилем витков (поз. 1), зазором между ними (поз. 2), круглыми концами (поз. 3), установленными в них штуцерами (поз. 6 и 10) и перемычками между витками (поз. 5);- in FIG. 3 (photo) a prototype tubular spiral with an arcuate profile of turns (pos. 1), a gap between them (pos. 2), round ends (pos. 3), nipples installed in them (pos. 6 and 10) and jumpers between turns (item 5);

- на фиг. 4 изображено теплообменное устройство с трубчатой спиралью с дугообразным поперечным профилем витков (поз. 1), присоединенными к ее концам входным (поз. 10) и выходным (поз. 6) штуцерами с уплотнительными кольцами (поз. 17), вставленная в герметично скрепленные друг с другом корпус (поз. 11) с крышкой (поз. 12), имеющую входное (поз. 7) и выходное (поз. 9) отверстия для среды - in FIG. 4 shows a heat exchanger with a tubular spiral with an arcuate transverse profile of turns (pos. 1) connected to its ends by inlet (pos. 10) and outlet (pos. 6) fittings with o-rings (pos. 17), inserted into hermetically fastened friend with another case (pos. 11) with a cover (pos. 12) having an inlet (pos. 7) and outlet (pos. 9) openings for the medium

55

межтрубного пространства и, при необходимости, имеющие уплотнительные элементы (поз. 8);annulus and, if necessary, having sealing elements (pos. 8);

- на фиг. 5 изображено теплообменное устройство с трубчатой спиралью с дугообразным поперечным профилем витков (поз. 1), присоединенными к ее концам входным (поз. 10) и выходным (поз. 6) штуцерами, вставленная в корпус (поз. 11) и прижатая крышкой (поз. 12), с грузом (поз. 15), имеющая патрубок (поз. 13) для подачи теплоносителя (использованной душевой воды) и переходной элемент (поз. 16), соединенный с выходным штуцером (поз. 6) трубчатой спирали гибкой подводкой, при этом выходной патрубок (паз. 14) для теплоносителя межтрубного пространства расположен на корпусе устройства, а входной штуцер (поз. 10) спирали находится за пределами крышки устройства.- in FIG. 5 shows a heat exchanger with a tubular spiral with an arcuate transverse profile of the turns (pos. 1) connected to its ends by inlet (pos. 10) and output (pos. 6) fittings inserted into the housing (pos. 11) and pressed by a cover (pos. . 12), with a load (pos. 15), having a nozzle (pos. 13) for supplying coolant (used shower water) and a transition element (pos. 16) connected to the outlet fitting (pos. 6) of the tubular spiral by flexible eyeliner, while the outlet pipe (groove. 14) for the annular coolant is located on the device properties, and the inlet fitting (key 10) of the spiral is located outside the device cover.

Дугообразный поперечный профиль витков трубчатой спирали гарантирует ее жесткость и постоянство заданных (из условий оптимального протекания процесса теплообмена, возможных радиусов гибки материала круглой трубы, из которой он изготавливается и необходимых проходных сечений) щелевых зазоров, образующих внутритрубное и межтрубное пространства при разнице (в определенных пределах) давлений в них, так как одна стенка такого профиля имеет выгнутую, работающую на растяжение, а вторая вогнутую (аркообразную), работающую на сжатие, формы, в то время как плоские элементы в этом случае испытывают напряжения на изгиб. Испытания образца, изготовленного из отожженной медной трубы диаметром 25 миллиметров со стенкой 1 миллиметр, радиусом кривизны дуги 45 миллиметров и зазоре между стенками 2 миллиметра показали его стойкость к деформации при давлении до 14 атмосфер, в то время как контрольный образец изготовленный из той же трубы, но имеющий плоскоовальную форму (с таким же внутренним зазором) начал деформироваться при давлении в 4 атмосферы и при 14 атмосферах деформация (раздутие его по толщине) достигла 300%. Данные свойства дугообразного профиля витков дугообразной спирали делают возможным изготовление ее из тонкостенных труб теплопроводных, стойких к коррозии материалов (медь, алюминий, титан, нержавеющая сталь, теплопроводный пластик), при этом обеспечивая высокую эффективность теплообмена, не уступающую спиралям из плоских элементов, так как теплоносители протекают по узким щелеобразным каналам. Для фиксации межтрубного пространства спирального элемента возможно применение перемычек на краях внутреннего и наружного витков а, при необходимости, и в других местах спирали, соединяемых с витками сваркой, пайкой, клеевым соединением.The arcuate transverse profile of the turns of the tubular spiral guarantees its rigidity and the constancy of the slotted gaps (from the conditions of the optimal flow of the heat transfer process, the possible bending radii of the material of the round pipe from which it is made and the necessary bore sections) with a difference (within certain limits ) pressures in them, since one wall of such a profile has a curved, working in tension, and the second concave (arch-shaped), working in compression, shape, in t While flat elements in this case experience bending stresses. Tests of a sample made of annealed copper pipe with a diameter of 25 millimeters with a wall of 1 millimeter, a radius of curvature of the arc of 45 millimeters and a gap between the walls of 2 millimeters showed its resistance to deformation at pressures up to 14 atmospheres, while the control sample made from the same pipe, but having a plano-oval shape (with the same internal gap) began to deform at a pressure of 4 atmospheres, and at 14 atmospheres the deformation (inflating it in thickness) reached 300%. These properties of the arcuate profile of the turns of the arcuate spiral make it possible to make it from thin-walled pipes of heat-conducting, corrosion-resistant materials (copper, aluminum, titanium, stainless steel, heat-conducting plastic), while ensuring high heat transfer efficiency that is not inferior to spirals from flat elements, since coolants flow through narrow slit-like channels. To fix the annular space of the spiral element, it is possible to use jumpers on the edges of the inner and outer turns and, if necessary, in other places of the spiral connected to the turns by welding, soldering, adhesive bonding.

На Фиг. 4 изображена теплообменная спираль (поз. 1), вставленная в корпус (поз. 11) и прижатая крышкой (поз. 12). Для исключения возможности перетекания теплоносителя межвиткового пространства между витками корпус и крышка могут иметь уплотняющие элементы (прокладки) (поз. 8). Штуцеры уплотнены резиновыми кольцами (поз. 17). При безнапорной подачи теплоносителя (например стоков душевых кабин, боксов) в межтрубное пространство и достаточном собственном весе, крышка (Фиг. 5 поз. 12) может не крепиться к корпусу либо быть прижата грузом (Фиг. 5 поз 15), при этом выход среды межтрубного пространства осуществляется через патрубок (Фиг. 5 поз 14) в корпусе (емкости), а вход через патрубок (Фиг. 5 поз. 13) в крышке, а отвод нагретой воды осуществляется от переходного элемента (Фиг. 5 поз. 16) в центральной части крышки через гибкое соединение из штуцера (Фиг. 5 поз. 6) во внутреннем конце спирали, а подводится через наружный штуцер (Фиг. 5 поз. 10) спирали, находящейся за пределами крышки устройства. Такой вариант конструкции устройства позволяет, при использования гибкой подводки для соединения устройства с подающей магистралью и смесителем или нагревающем устройством, осуществлять чистку устройства без разборки напорных (холодного водоснабжения) соединений, для чего достаточно лишь отсоединить безнапорный вход стоков в патрубке крышки, снять груз, поднять крышку и вынуть спираль. При этом устройство может служить опорой душевому поддону.In FIG. 4 shows a heat-exchange coil (pos. 1) inserted into the housing (pos. 11) and pressed by a cover (pos. 12). To exclude the possibility of flow of the coolant between the turns between the turns, the housing and the cover can have sealing elements (gaskets) (pos. 8). The fittings are sealed with rubber rings (key 17). With a free flow of coolant (for example, drains of showers, boxes) into the annulus and a sufficient dead weight, the cover (Fig. 5 pos. 12) may not be attached to the body or be pressed by a load (Fig. 5 pos. 15), while the medium outlet the annulus is carried out through the pipe (Fig. 5 pos. 14) in the housing (tank), and the entrance through the pipe (Fig. 5 pos. 13) in the cover, and the heated water is discharged from the transition element (Fig. 5 pos. 16) into the central part of the lid through a flexible connection from the fitting (Fig. 5 pos. 6) at the inner end spiral, and is fed through the external fitting (Fig. 5 pos. 10) of the spiral located outside the device cover. This design variant of the device allows, when using flexible wiring to connect the device to the supply line and a mixer or heating device, to clean the device without disassembling pressure (cold water) connections, for which it is enough to disconnect the pressure-free inlet of drains in the cover pipe, remove the load, lift cover and take out the spiral. In this case, the device can serve as a support for the shower tray.

Изготовленный опытный образец устройства со спиралью из алюминиевой трубы (Фиг. 3, фото) диаметром 42 миллиметра длиной 6 метров, толщиной слоя во внутритрубном пространстве 3 миллиметра (соединено с подающей магистралью холодного водоснабжения) и средней толщиной слоя в межтрубном пространстве 5 миллиметров (использованная вода душевого устройства, самотек), расходе воды 8 литров в минуту и разнице температур (между подаваемой, холодной водой и водой на выходе из нагревательного устройства) в 36 градусов достигнута 54% экономия энергии, затрачиваемой на нагрев воды.A manufactured prototype of a device with a spiral from an aluminum pipe (Fig. 3, photo) with a diameter of 42 millimeters, 6 meters long, a layer thickness in the annulus of 3 millimeters (connected to the cold water supply line) and an average layer thickness of 5 millimeters in the annulus (used water shower device, gravity flow), water consumption of 8 liters per minute and temperature difference (between supplied, cold water and water at the outlet of the heating device) of 36 degrees, 54% energy saving, cost ivaemoy for water heating.

Подача теплоносителя во внутритрубное пространство спирали при круглых ее концах может быть осуществлена известными способами без применения сварных либо паяных соединений - например, посредством штуцеров (Фиг. 3, 4, 5 поз. 6, 10) с резиновыми кольцами (Фиг. 4 поз. 17), для чего на концах трубы выполняется внутренняя фаска и производится их чистовая обработка.The coolant can be supplied to the spiral tube inner tube at its circular ends by known methods without the use of welded or soldered joints — for example, by means of fittings (Figs. 3, 4, 5 pos. 6, 10) with rubber rings (Fig. 4 pos. 17 ), for which an inner chamfer is performed at the ends of the pipe and they are finished.

Возможна эксплуатация теплообменного устройства без корпуса (емкости) как такового при установке его на полу в уже существующих душевых боксах. При этом подача греющей среды (стоков от душа) будет осуществляться через патрубок крышки, лежащей на витках спирали в середину последней из находящегося над устройством душевого поддона, (и, возможно, использующего устройство как опору), а отвод из наружного выхода межтрубного пространства непосредственно на пол, имеющий сливные окна.It is possible to operate a heat exchange device without a housing (capacity) as such when installing it on the floor in existing shower enclosures. In this case, the supply of heating medium (drains from the shower) will be carried out through the nozzle of the cover lying on the coils of the spiral in the middle of the last of the shower tray located above the device (and, possibly, using the device as a support), and the outlet from the external outlet of the annular space directly to floor with drain windows.

Теплообменное устройство работает следующим образом.The heat exchange device operates as follows.

Среда внутритрубного пространства подается через периферийный угловой штуцер (Фиг. 4 поз 10), а отводится через штуцер в центральной части крышки (Фиг. 4 поз. 6). Среда межтрубного пространства подается в противотоке к среде внутритрубного пространства через вход (Фиг. 4 поз. 7) в центральной части крышки (Фиг. 4 поз. 12) и отводятся через периферийный выход (Фиг. 4 поз. 9). Теплообмен происходит через стенку спирали. Для чистки устройства достаточно снять крышку с корпуса и отсоединить спираль теплообменника от подающего и выходного штуцеров, что позволяет легко очищать межтрубное пространство спирали, корпус и крышку по отдельности, например, посредством струи высокого давления бесконтактной мойки. При безнапорной подачи жидкости (например серых стоков душевых кабин, боксов, являющихся теплоносителем) в межтрубное пространство и достаточном собственном весе, крышка может не крепиться к корпусу либо быть прижата грузом (Фиг. 5 поз 15), при этом выход среды межтрубного пространства осуществляется через патрубок (Фиг. 5 поз 14) в корпусе (емкости), а вход через патрубок (Фиг. 5 поз. 13) в крышке, а среда внутритрубного пространства (нагреваемая холодная вода) подается через штуцер (Фиг. 5 поз. 10) находящийся за пределами крышки (Фиг. 5 поз. 12) и отводится из переходного элемента в центральной части крышки (Фиг. 5 поз. 16), соединенного со штуцером (Фиг. 5 поз. 6) спирали гибким соединением достаточной длины (например уложенного кольцом в середине спирали), позволяющим снимать крышку и вынимать спираль для чистки устройства без разборки напорных соединений нагреваемой в устройстве холодной воды (при соединении устройства с внешними коммуникациями гибкой подводкой).The environment of the in-tube space is supplied through the peripheral corner fitting (Fig. 4 pos. 10), and discharged through the nozzle in the central part of the cover (Fig. 4 pos. 6). The annulus environment is supplied in countercurrent to the annulus environment through the inlet (Fig. 4 pos. 7) in the central part of the cover (Fig. 4 pos. 12) and is discharged through the peripheral outlet (Fig. 4 pos. 9). Heat transfer occurs through the wall of the spiral. To clean the device, it is enough to remove the cover from the casing and disconnect the coil of the heat exchanger from the supply and output fittings, which makes it possible to easily clean the annulus of the spiral, the casing and the cover separately, for example, by means of a high pressure jet of a non-contact washing. With a fluidless supply of liquid (for example, gray drains of showers, boxes, which are a coolant) into the annulus and a sufficient dead weight, the lid may not be attached to the housing or may be pressed by a load (Fig. 5 pos. 15), while the annulus the nozzle (Fig. 5 pos. 14) in the housing (container), and the inlet through the nozzle (Fig. 5 pos. 13) in the lid, and the in-pipe medium (heated cold water) is supplied through the fitting (Fig. 5 pos. 10) located outside the cover (Fig. 5 pos. 12) and retract from the transition element in the central part of the cover (Fig. 5 pos. 16) connected to the fitting (Fig. 5 pos. 6) of the spiral by a flexible connection of sufficient length (for example, laid by a ring in the middle of the spiral), which allows you to remove the cover and remove the spiral for cleaning devices without disassembling pressure connections of cold water heated in the device (when connecting the device to external communications with flexible hoses).

Предлагаемая конструкция трубчатой спирали позволяет изготавливать ее из тонкостенных труб, а теплообменное устройство на ее основе не требует обязательного применения сварных, паяных соединений при изготовлении устройства, что обуславливает технологичность его производства и, как следствие, минимизацию возможности появления производственных дефектов, длительную эксплуатацию, невысокую стоимость и возможность быстрого налаживания производства без применения дорогостоящего специального оборудования. При этом данное теплообменное устройство может быть установлено под поддоном душевой кабины и служить ему опорой, что позволяет создать теплообменные поверхности большой длины (до 10 метров) и площади (до 2 метров квадратных) с узкими щелевидными зазорами между ними для нагреваемой (холодной воды) среды и теплоносителя (использованной душевой воды), текущих в противотоке друг к другу и обменивающихся тепловой энергией через стенку спирали, в результате чего возможно увеличение эффективности (коэффициента регенерации) устройства по сравнению с выпускаемыми на сегодня аналогичными по назначению устройствами (РЕКУПЕРАТОРАМИ ДЛЯ ДУШЕВЫХ КАБИН).The proposed design of the tubular spiral allows it to be made of thin-walled pipes, and the heat exchange device based on it does not require the use of welded, soldered joints in the manufacture of the device, which leads to the manufacturability of its production and, as a result, minimization of the possibility of manufacturing defects, long-term operation, low cost and the ability to quickly establish production without the use of expensive special equipment. At the same time, this heat-exchange device can be installed under the shower tray and serve as a support, which allows you to create heat-exchange surfaces of large length (up to 10 meters) and area (up to 2 square meters) with narrow slit-like gaps between them for heated (cold water) medium and coolant (used shower water) flowing in countercurrent to each other and exchanging thermal energy through the wall of the spiral, as a result of which it is possible to increase the efficiency (regeneration coefficient) of the device compared to uw with similar devices intended to let out today (recuperators for shower).

Claims (6)

1. Трубчатая спираль, имеющая форму плоской спирали Архимеда с внутритрубным пространством и зазором между витками, образующим межтрубное пространство, отличающаяся тем, что имеет дугообразную форму витков в их поперечном сечении и круглые концы, составляющие единое целое с внутренним и наружным витками спирали.1. A tubular spiral having the shape of a flat spiral of Archimedes with an in-tube space and a gap between the turns forming an annular space, characterized in that it has an arc-shaped shape of turns in their cross section and round ends that are integral with the inner and outer turns of the spiral. 2. Трубчатая спираль по п. 1, отличающаяся тем, что имеет на концах трубчатой спирали, а, при необходимости, и на других участках, соединительные межвитковые перемычки, обеспечивающие ее жесткость и постоянство межтрубного пространства.2. A tubular spiral according to Claim. 1, characterized in that it has connecting interturn bridges at the ends of the tubular spiral, and, if necessary, at other sites, ensuring its rigidity and constancy of the annular space. 3. Теплообменное устройство, состоящее из не менее одной трубчатой спирали в форме спирали Архимеда с зазором между витками, образующим межтрубное пространство и имеющую элементы соединения ее с внешней магистралью, корпус и крышку с элементами ввода и вывода среды межтрубного пространства, отличающееся тем, что поперечный профиль витков трубчатой спирали имеет дугообразную форму со щелевидным зазором между внутренними стенками, образующим внутритрубное пространство и круглые концы, составляющие единое целое с внутренним и наружным витками спирали, а элементами соединения спирали с внешней подводкой являются штуцеры, вставленные в эти круглые концы спирали.3. A heat exchange device consisting of at least one tubular spiral in the form of an Archimedes spiral with a gap between the turns forming the annular space and having elements connecting it to the external line, a housing and a cover with input and output elements of the annular medium, characterized in that the transverse the profile of the coils of the tubular spiral has an arcuate shape with a slit-like gap between the inner walls, forming the in-tube space and the circular ends, which are integral with the inner and outer dipper spiral elements and connections with external spiral liner fittings are inserted in these circular spiral ends. 4. Теплообменное устройство по п. 3, отличающееся тем, что крышка прижата к трубчатой спирали собственным весом либо грузом, установленным на нее, отвод нагретой среды внутритрубного пространства (например, нагреваемой холодной воды) осуществляется через гибкую подводку между штуцером во внутреннем конце трубчатой спирали и переходным элементом в крышке, а подвод через штуцер, расположенный за пределами крышки, отвод среды внутритрубного пространства (например, использованной душевой воды) происходит через патрубок в корпусе и при этом устройство может служить опорой для душевого поддона.4. The heat exchange device according to claim 3, characterized in that the lid is pressed against the tubular spiral by its own weight or by the load mounted on it, the heated medium of the in-pipe space (for example, heated cold water) is discharged through a flexible connection between the fitting at the inner end of the tubular spiral and a transition element in the lid, and the inlet through the fitting located outside the lid, the removal of the environment of the in-pipe space (for example, used shower water) occurs through the nozzle in the housing and troystvo can serve as a support for the shower tray. 5. Теплообменное устройство по п. 3, отличающееся тем, что не имеет корпуса как такового и предназначено для использования в душевых боксах с уже существующими сливными окнами в полу, при этом устройство может служить опорой установленному над ним душевому поддону, из которого использованная душевая вода попадает в середину спирали, а ее выход происходит из наружной щели межтрубного пространства спирали на пол и сливается по нему в канализацию.5. The heat exchange device according to claim 3, characterized in that it does not have a case as such and is intended for use in shower cabinets with existing drain windows in the floor, while the device can serve as a support for a shower tray installed above it, from which used shower water falls into the middle of the spiral, and its exit occurs from the outer gap of the annulus of the spiral on the floor and merges along it into the sewer. 6. Теплообменное устройство по п. 3, отличающееся тем, что корпус и крышка имеют выступы, входящие между витками и фиксирующие трубчатую спираль, а также служащие для перемешивания среды межтрубного пространства.6. The heat exchange device according to claim 3, characterized in that the casing and the cover have protrusions extending between the turns and fixing the tubular spiral, as well as serving to mix the annulus.
RU2017130421A 2017-08-28 2017-08-28 Tubular spiral and heat exchanger with implementation thereof RU2667244C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130421A RU2667244C1 (en) 2017-08-28 2017-08-28 Tubular spiral and heat exchanger with implementation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130421A RU2667244C1 (en) 2017-08-28 2017-08-28 Tubular spiral and heat exchanger with implementation thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2667244C1 true RU2667244C1 (en) 2018-09-18

Family

ID=63580489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017130421A RU2667244C1 (en) 2017-08-28 2017-08-28 Tubular spiral and heat exchanger with implementation thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2667244C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU224962U1 (en) * 2023-10-17 2024-04-09 Акционерное Общество "Гт Энерго" RECOVERY AIR HEATER FOR GAS TURBINE PLANT

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1828535A3 (en) * 1991-01-22 1993-07-15 Oleg D Bogomolov Heat exchanger
RU2285216C2 (en) * 2000-05-26 2006-10-10 Спирек Са Improved helical heat exchanger
RU105730U1 (en) * 2011-02-28 2011-06-20 Закрытое акционерное общество "СУЗМК ЭНЕРГО" SPIRAL HEAT EXCHANGER COIL
RU166031U1 (en) * 2016-02-03 2016-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный политехнический университет" HEAT PUMP HEAT EXCHANGER
PL417423A1 (en) * 2016-06-03 2017-07-31 Władysław Czapski Water recuperator of energy

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1828535A3 (en) * 1991-01-22 1993-07-15 Oleg D Bogomolov Heat exchanger
RU2285216C2 (en) * 2000-05-26 2006-10-10 Спирек Са Improved helical heat exchanger
RU105730U1 (en) * 2011-02-28 2011-06-20 Закрытое акционерное общество "СУЗМК ЭНЕРГО" SPIRAL HEAT EXCHANGER COIL
RU166031U1 (en) * 2016-02-03 2016-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный политехнический университет" HEAT PUMP HEAT EXCHANGER
PL417423A1 (en) * 2016-06-03 2017-07-31 Władysław Czapski Water recuperator of energy

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU224962U1 (en) * 2023-10-17 2024-04-09 Акционерное Общество "Гт Энерго" RECOVERY AIR HEATER FOR GAS TURBINE PLANT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200116439A1 (en) Fluid heat exchanger and energy recycling device
US20190212062A1 (en) Helical coil-on-tube heat exchanger
US10775112B2 (en) Heat recovery apparatus and method
US10203166B2 (en) Heat recovery apparatus and method
US20110155366A1 (en) Grey water heat recovery system
EP3715763A1 (en) Heat exchanging device
US20030159804A1 (en) Internal water tank solar heat exchanger
RU2667244C1 (en) Tubular spiral and heat exchanger with implementation thereof
WO2016094971A1 (en) Hot drain water heat recovery installation of vertical heat exchanger type
RU178987U1 (en) Waste Water Heat Recovery System
CN201637312U (en) Pipe-type heat exchanger and combination heat exchanger
US20140190664A1 (en) Heat exchanger
US20200109862A1 (en) Fluid heat exchanger
CN208075655U (en) Compact efficient heat exchanger
PL243262B1 (en) Horizontal heat exchanger
EP2963373B1 (en) Heat exchanger
EP3749812A1 (en) Heat recovery unit for gray water
CN211651307U (en) High-efficient heat exchanger that power plant's hot water cycle used
CN108458620A (en) Compact efficient heat exchanger
CN210980404U (en) Solar water heater convenient to clean
EP3074710B1 (en) Heat exchanger
CN209877699U (en) Coaxial heat exchanger
CN217442345U (en) Detachable spiral plate heat exchanger
CA2997357C (en) Heat recovery apparatus and method
RU2569118C1 (en) Plate-type film heat exchanger