RU2703793C1

RU2703793C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2703793C1
Application number: RU2018143128A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Черниченко
Original assignee: Владимир Викторович Черниченко
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2019-10-22

Abstract

FIELD: heat exchange.

SUBSTANCE: invention relates to heat exchange technology and can be used to create heat exchangers. Heat exchanger comprises housing with inlet and outlet branch pipes for inlet and outlet of hot and cold flows, heat exchange elements, made in the form of several coaxially installed shell rings, arranged each relative to each other with annular gaps forming annular cavities. Annular cavities of hot and cold flows regularly alternate. On end faces of shells profiled end bottoms are fixed, attached to each other and to housing, and forming in-series arranged annular end cavities. Said bottoms have isolated channels connecting said end cavities through one another. Said annular end cavities of heat exchange elements are connected to cavities of inlet and outlet branch pipes of cold and hot flows through said end cavities formed with profiled bottoms.

EFFECT: improved technical characteristics and expansion of heat exchanger functional capabilities.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов.The invention relates to heat transfer technology and can be used to create heat exchangers.

Известен теплообменник, содержащий корпус, состоящий из наружной и внутренней стенок, установленных коаксиально с кольцевым зазором и образующих полость для рабочего тела, подводящего и отводящего коллекторов с патрубками, теплообменные элементы, выполненные в виде двухслойных цилиндрических оболочек, соединенные между собой и корпусом при помощи пилонов, установленных на концах теплообменных элементов, при этом в пилонах выполнены каналы для подвода и отвода рабочего тела (патент РФ №2569990, Заявка №: 2014149786/06 от 09.12.2014, МПК:F28D 7/10 - прототип).Known heat exchanger containing a housing consisting of an outer and inner wall mounted coaxially with an annular gap and forming a cavity for the working fluid, inlet and outlet manifolds with nozzles, heat exchange elements made in the form of two-layer cylindrical shells connected to each other and the housing using pylons installed on the ends of the heat-exchange elements, while in the pylons channels are made for the supply and removal of the working fluid (RF patent No. 2569990, Application No.: 2014149786/06 dated 12/09/2014, IPC: F28D 7/10 - prototy P).

Предложенный теплообменник работает следующим образом. Во внутреннюю полость теплообменника подается теплоноситель. Теплоноситель равномерно распределяется в полости теплообменника и движется в кольцевых зазорах, расположенных между теплообменными элементами и внутренней стенкой корпуса. Рабочее тело через подводящий патрубок поступает в подводящий коллектор и далее в кольцевой зазор, расположенный между наружной стенкой и внутренней стенкой корпуса. В кольцевом зазоре рабочее тело разделяется на два потока. Первый поток рабочего тела проходит в кольцевом зазоре между наружной стенкой и внутренней стенкой корпуса, нагревается и отводится в отводящий коллектор. Второй поток рабочего тела поступает по пилонам в кольцевые зазоры, расположенные между стенками теплообменных элементов. Проходя по кольцевым зазорам, рабочее тело нагревается, после чего поток по пилонам поступает в отводящий коллектор. В отводящем коллекторе два потока рабочего тела смешиваются между собой. Рабочее тело выходит из отводящего коллектора через отводящий патрубок.The proposed heat exchanger operates as follows. Heat carrier is supplied to the internal cavity of the heat exchanger. The coolant is evenly distributed in the cavity of the heat exchanger and moves in the annular gaps located between the heat exchange elements and the inner wall of the housing. The working fluid through the inlet pipe enters the inlet manifold and then into the annular gap located between the outer wall and the inner wall of the housing. In the annular gap, the working fluid is divided into two streams. The first flow of the working fluid passes in an annular gap between the outer wall and the inner wall of the housing, heats up and is diverted to the outlet manifold. The second flow of the working fluid flows through the pylons into the annular gaps located between the walls of the heat exchange elements. Passing through the annular gaps, the working fluid is heated, after which the flow of the pylons enters the outlet manifold. In the discharge manifold, two flows of the working fluid are mixed together. The working fluid exits the outlet manifold through the outlet pipe.

Основными недостатками является сложность конструкции, значительные габаритные размеры, обусловленные значительными конструктивными зазорами между кольцевыми теплообменными элементами, неравномерность нагрева оболочек, вызванная последовательностью прохождения теплоносителя от периферийной оболочки к центральной, что, в конечном итоге, снижает эффективность работы теплообменника.The main disadvantages are the design complexity, significant overall dimensions due to significant structural gaps between the ring heat exchange elements, uneven heating of the shells caused by the sequence of passage of the coolant from the peripheral shell to the central one, which ultimately reduces the efficiency of the heat exchanger.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, улучшение технических характеристик и расширение функциональных возможностей теплообменника.The objective of the invention is to remedy these disadvantages, improve technical characteristics and expand the functionality of the heat exchanger.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном теплообменнике, содержащем корпус с входными и выходными патрубками ввода и вывода горячего и холодного потоков, теплообменные элементы, выполненные в виде нескольких коаксиально установленных обечаек, расположенных друг по отношению к другу с кольцевыми зазорами, образующими кольцевые полости, причем кольцевые полости горячего и холодного потоков равномерно чередуются между собой, согласно изобретению, на торцах обечаек установлены торцевые профилированные днища, скрепленные между собой и с корпусом, и образующие последовательно расположенные торцевые кольцевые полости, при этом на наружной поверхности коаксиальных обечаек выполнены продольные ребра высотой, равной величине радиального кольцевого зазора между охватывающей и охватываемой обечайками, причем ребра расположены по винтовой линии, при этом ребра на каждой последующей обечайке направлены в противоположную сторону от направления ребер на предыдущей обечайке, при этом в указанных днищах выполнены изолированные каналы, соединяющие упомянутые торцевые полости через одну между собой, при этом указанные кольцевые полости теплообменных элементов соединены с полостями входного и выходного патрубков холодного и горячего потоков через упомянутые торцевые полости, образованные профилированными днищами, при этом в центральной части профилированных днищ, внутри центральной обечайки, установлены теплообменные элементы в виде отдельно расположенных трубок, полости которых соединены с полостью одного из потоков, причем полость внутри центральной обечайки соединена с полостью другого потока.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed heat exchanger containing a housing with inlet and outlet nozzles for input and output of hot and cold flows, heat exchange elements made in the form of several coaxially installed shells located relative to each other with annular gaps forming annular cavities moreover, the annular cavity of the hot and cold flows uniformly alternate between themselves, according to the invention, at the ends of the shells are installed end profiled bottoms, fastened interconnected and with the body, and forming successively located end annular cavities, while longitudinal ribs are made on the outer surface of the coaxial shells with a height equal to the radial annular gap between the enclosing and covered shells, the ribs being located along a helical line, with the ribs on each the subsequent shell are directed in the opposite direction from the direction of the ribs on the previous shell, while in the indicated bottoms are made isolated channels connecting the said e end cavities through one between each other, wherein said annular cavities of heat-exchange elements are connected to cavities of inlet and outlet nozzles of cold and hot flows through said end cavities formed by profiled bottoms, while heat-exchange elements are installed in the central part of profiled bottoms, inside the central shell in the form of separately located tubes, the cavities of which are connected to the cavity of one of the flows, the cavity inside the central shell connected to the cavity of the other gogo flow.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид теплообменника, продольный разрез, на фиг. 2 - входная часть теплообменника в увеличенном масштабе, на фиг. 3 - выходная часть теплообменника в увеличенном масштабе.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a heat exchanger, a longitudinal section, in FIG. 2 - enlarged scale of the heat exchanger inlet, FIG. 3 - the output of the heat exchanger on an enlarged scale.

Теплообменник содержит корпус 1 с входными 2,3 и выходными 4,5 патрубками ввода и вывода горячего и холодного потоков соответственно. Теплообменные элементы 6 выполнены в виде нескольких коаксиально установленных обечаек 7, расположенных друг по отношению к другу с кольцевыми зазорами 8, образующими кольцевые полости 9 и 10 горячего и холодного потоков соответственно. Кольцевые полости горячего 9 и холодного 10 потоков равномерно чередуются между собой. На торцах обечаек 7 установлены торцевые профилированные днища 11, скрепленные между собой и с корпусом 1, и образующие последовательно расположенные торцевые кольцевые полости 12 и 13. В указанных днищах 11 выполнены изолированные каналы 14 и 15, соединяющие упомянутые торцевые полости через одну между собой. Кольцевые полости 9 и 10 теплообменных элементов соединены с полостями входных 1,3 и выходных 4,5 патрубков горячего и холодного потоков соответственно через упомянутые торцевые полости 12 и 13, образованные профилированными днищами 11. В центральной части профилированных днищ 11, внутри центральной обечайки 7, установлены теплообменные элементы в виде отдельно расположенных трубок 16, полости которых соединены с полостью одного из потоков, при этом полость внутри центральной обечайки соединена с полостью другого потока. На обечайках 7 выполнены продольные ребра 17 высотой, равной величине радиального кольцевого зазора между охватывающей и охватываемой обечайками.The heat exchanger comprises a housing 1 with input 2,3 and output 4,5 nozzles for the input and output of hot and cold flows, respectively. The heat exchange elements 6 are made in the form of several coaxially mounted shells 7 located relative to each other with annular gaps 8, forming annular cavities 9 and 10 of hot and cold flows, respectively. The annular cavity of the hot 9 and cold 10 flows evenly alternate with each other. At the ends of the shells 7 installed end profiled bottoms 11, fastened to each other and with the housing 1, and forming sequentially located end annular cavities 12 and 13. In these bottoms 11 are made isolated channels 14 and 15, connecting the said end cavities through one between each other. The annular cavities 9 and 10 of the heat exchange elements are connected to the cavities of the inlet 1.3 and outlet 4.5 nozzles of the hot and cold flows, respectively, through the said end cavities 12 and 13 formed by the profiled bottoms 11. In the central part of the profiled bottoms 11, inside the central shell 7, heat exchange elements are installed in the form of separately arranged tubes 16, the cavities of which are connected to the cavity of one of the flows, while the cavity inside the central shell is connected to the cavity of another flow. On the shells 7, longitudinal ribs 17 are made with a height equal to the value of the radial annular gap between the female and male shells.

Предложенный теплообменник работает следующим образом.The proposed heat exchanger operates as follows.

Горячий поток подается внутрь корпуса 1 теплообменника через патрубок ввода 2 горячего потока и через торцевые полости 12 и каналы 14 поступает в кольцевые полости 9 горячего компонента. Горячий поток проходит через кольцевые полости 9 и отдает тепло стенкам теплообменных элементов 6, выполненным в виде нескольких коаксиально установленных обечаек 7. На выходе из теплообменника, горячий поток собирается в аналогичных торцевых полостях 12 и через аналогичные каналы 14 поступает в выходной патрубок 4 вывода горячего потока.The hot stream is fed into the housing 1 of the heat exchanger through the input pipe 2 of the hot stream and through the end cavities 12 and channels 14 enters the annular cavity 9 of the hot component. The hot stream passes through the annular cavity 9 and gives off heat to the walls of the heat exchanger elements 6, made in the form of several coaxially mounted shells 7. At the outlet of the heat exchanger, the hot stream is collected in similar end cavities 12 and through the similar channels 14 enters the outlet pipe 4 of the output of the hot stream .

Холодный поток подается внутрь корпуса 1 теплообменника через патрубок ввода 3 холодного потока и через торцевые полости 13 и каналы 15 поступает в кольцевые полости 10 холодного компонента. Холодный поток проходит через кольцевые полости 10 и, за счет теплопередачи, снимает тепло со стенок теплообменных элементов 6, выполненных в виде нескольких коаксиально установленных обечаек 7. На выходе из теплообменника, горячий поток собирается в аналогичных торцевых полостях 13 и через аналогичные каналы 15 поступает в выходной патрубок 5 вывода горячего потока.The cold stream is fed into the housing 1 of the heat exchanger through the inlet pipe 3 of the cold stream and through the end cavities 13 and channels 15 enters the annular cavity 10 of the cold component. The cold stream passes through the annular cavities 10 and, due to heat transfer, removes heat from the walls of the heat exchanger elements 6, made in the form of several coaxially mounted shells 7. At the outlet of the heat exchanger, the hot stream is collected in similar end cavities 13 and through similar channels 15 enters output pipe 5 output hot flow.

Установка в центральной части профилированных днищ 11, внутри центральной обечайки 7, теплообменных элементов в виде отдельно расположенных трубок 16, полости которых соединены с полостью одного из потоков, причем полость внутри центральной обечайки соединена с полостью другого потока, позволяет упростить конструкцию теплообменника и обеспечить теплообмен между потоками.The installation in the central part of the profiled bottoms 11, inside the central shell 7, of heat exchange elements in the form of separately arranged tubes 16, the cavities of which are connected to the cavity of one of the flows, the cavity inside the central shell of which is connected to the cavity of another flow, allows to simplify the design of the heat exchanger and to provide heat exchange between streams.

Наличие продольных ребер позволит улучшить условия теплообмена всего пакета обечаек за счет увеличения поверхности теплообмена, причем расположение ребер по винтовой линии позволит увеличить длину тракта охлаждения, а изменение направления ребер на обечайках позволит улучшить условия перемешивания компонента в торцевых полостях, что, в конечном итоге, даст возможность повысить эффективность всего теплообменника в целом.The presence of longitudinal ribs will improve the heat transfer conditions of the entire package of shells by increasing the heat exchange surface, and the arrangement of the ribs along the helix will increase the length of the cooling path, and changing the direction of the ribs on the shells will improve the mixing conditions of the component in the end cavities, which, ultimately, will give the ability to increase the efficiency of the entire heat exchanger as a whole.

Использование предложенного технического решения позволит улучшить технические характеристики и расширить функциональные возможности теплообменника.Using the proposed technical solution will improve the technical characteristics and expand the functionality of the heat exchanger.

Claims

A heat exchanger comprising a housing with inlet and outlet nozzles for inputting and outputting hot and cold flows, heat exchange elements made in the form of several coaxially mounted shells arranged relative to each other with annular gaps forming annular cavities, moreover, annular cavities of hot and cold flows uniformly alternate with each other, characterized in that at the ends of the shells are installed end profiled bottoms, fastened together and with the body, and forming successively put end annular cavities, while on the outer surface of the coaxial shells longitudinal ribs are made with a height equal to the radial annular gap between the enclosing and covered shells, the ribs are located along a helical line, while the ribs on each subsequent shell are directed in the opposite direction from the direction of the ribs on the previous shell, while in the indicated bottoms are made isolated channels connecting the said end cavities through one with each other, while indicated to the annular cavities of the heat-exchange elements are connected to the cavities of the inlet and outlet nozzles of cold and hot flows through the said end cavities formed by the profiled bottoms, while in the central part of the profiled bottoms, inside the central shell, heat-exchange elements are installed in the form of separately arranged tubes, the cavities of which are connected to the cavity one of the flows, and the cavity inside the Central shell is connected to the cavity of the other stream.