RU2704548C1

RU2704548C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2704548C1
Application number: RU2018143030A
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Чернышов
Original assignee: Валерий Александрович Чернышов
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2019-10-29

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 components, belt for supply of hot and cold components, connected to corresponding cavities of components by means of channels. Belts of hot and cold components supply are made in the form of several coaxially installed shell rings located each relative to each other with annular gaps and forming closed annular cavities. In the central part of the housing, between the components feeding belts, there is a belt for supply of the additional component, on one side interacting with the shell ring of the hot component supply belt, on the other side – with the shell ring of the cold component supply belt. End faces of the shell rings on the side of the inlet are provided with end profiled bottoms fixed to each other and to the housing and forming in-series end annular cavities. In the above bottoms and cavities there are isolated channels connecting said end cavities of supply of hot and cold components through one to each other, wherein said annular cavities of components are connected to corresponding cavities of supply of components through said end cavities formed by profiled bottoms.

EFFECT: present invention improves technical characteristics of the heat exchanger and broadens its 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 exchange 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 at 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 - protot n).

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, невозможность получения дополнительного потока теплоносителя с промежуточной температурой между холодным и горячим теплоносителями, что, в конечном итоге, снижает эффективность работы теплообменника.The main disadvantages are the design complexity, significant overall dimensions caused by 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, the inability to obtain an additional coolant flow with an intermediate temperature between cold and hot coolants, which, in 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 предложенный теплообменник согласно изобретению содержит корпус с входными и выходными патрубками ввода и вывода горячего и холодного компонентов, пояса подачи горячего и холодного компонентов, соединенные с соответствующими полостями компонентов при помощи каналов, причем пояса подачи горячего и холодного компонентов выполнены в виде нескольких коаксиально установленных обечаек, расположенных друг по отношению к другу с кольцевыми зазорами и образующих замкнутые кольцевые полости, при этом в центральной части корпуса, между поясами подачи компонентов, установлен пояс подачи дополнительного компонента, с одной стороны взаимодействующий с обечайкой пояса подачи горячего компонента, с другой стороны с обечайкой пояса подачи холодного компонента, при этом на торцах обечаек со стороны входа установлены торцевые профилированные днища, скрепленные между собой и с корпусом и образующие последовательно расположенные торцевые кольцевые полости разной длины, причем длина упомянутых полостей равномерно уменьшается от входного коллектора к центральной части теплообменника, при этом в указанных днищах и полостях выполнены изолированные каналы, соединяющие упомянутые торцевые полости подачи горячего и холодного компонентов через одну между собой, при этом указанные кольцевые полости компонентов соединены с соответствующими полостями подвода компонентов через упомянутые торцевые полости, образованные профилированными днищами.The solution to this problem is achieved by the fact that the proposed heat exchanger according to the invention comprises a housing with inlet and outlet nozzles for the input and output of hot and cold components, a supply belt of hot and cold components connected to the respective cavities of the components using channels, and the supply belt of hot and cold components in the form of several coaxially mounted shells located relative to each other with annular gaps and forming closed annular cavities, with at the same time, in the central part of the case, between the component supply belts, an additional component supply belt is installed, on the one hand interacting with the side of the hot component supply belt, and on the other hand with the side of the cold component supply belt, at the ends of the shells from the input side, end profiled bottoms are installed fastened together and with the body and forming successively located end annular cavities of different lengths, the length of the said cavities being uniformly reduced from the input of the collector to the central part of the heat exchanger, while in said bottoms and cavities there are insulated channels connecting the said end cavities for supplying hot and cold components through one to another, while the said annular cavities of the components are connected to the corresponding cavities for supplying components through the said end cavities formed profiled bottoms.

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 компонентов 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 компонентов соответственно. Кольцевые полости горячего 9 и холодного 10 компонентов 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 корпуса 1, между поясами подачи горячего и холодного компонентов, установлен пояс 16 подачи дополнительного компонента, с одной стороны взаимодействующий с обечайкой 7 пояса 9 подачи горячего компонента, с другой стороны - с обечайкой 7 пояса 10 подачи холодного компонента,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 components, 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 the hot and cold components, respectively. The annular cavity of the hot 9 and cold 10 components 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 insulated channels 14 and 15 connecting the said end cavities through one another. 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 of the hot and cold flow pipes, respectively, through the said end cavities 12 and 13 formed by profiled bottoms 11. In the central part of the housing 1, between the hot and cold supply belts components, an additional component supply belt 16 is installed, on the one hand interacting with the shell 7 of the hot component supply belt 9, and on the other hand, with the shell 7 of the cold component supply belt 10,

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

Горячий компонент подается внутрь корпуса 1 теплообменника через патрубок ввода 2 горячего компонента и через торцевые полости 12 и каналы 14 поступает в кольцевые полости 9 горячего компонента. Горячий поток компонента 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 component is fed into the housing 1 of the heat exchanger through the input pipe 2 of the hot component and through the end cavities 12 and channels 14 enters the annular cavity 9 of the hot component. The component’s hot stream passes through the annular cavities 9 and gives off heat to the walls of the heat-exchange 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 hot stream outlet .

Холодный компонент подается внутрь корпуса 1 теплообменника через патрубок ввода 3 холодного компонента потока и через торцевые полости 13 и каналы 15 поступает в кольцевые полости 10 холодного компонента. Холодный поток компонента 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 холодный поток собирается в аналогичных торцевых полостях 13 и через аналогичные каналы 15 поступает в выходной патрубок 5 вывода холодного компонента.The cold component is fed into the housing 1 of the heat exchanger through the inlet 3 of the cold component of the flow and through the end cavities 13 and channels 15 enters the annular cavity 10 of the cold component. The cold flow of the component passes through the annular cavities 10 and, due to heat transfer, removes heat from the walls of the heat exchange elements 6, made in the form of several coaxially mounted shells 7. At the outlet of the heat exchanger, the cold flow is collected in similar end cavities 13 and enters the outlet pipe through similar channels 15 5 output cold component.

Дополнительный компонент подается в пояс 16 подачи дополнительного компонента, с одной стороны взаимодействующий с обечайкой 7 пояса 9 подачи горячего компонента, с другой стороны - с обечайкой 7 пояса 10 подачи холодного компонента. Проходя через указанный пояс, дополнительный компонент приобретает заданную температуру выше температуры холодного потока теплоносителя, но ниже температуры горячего потока теплоносителя. Таким образом, на выходе из теплообменника получается два потока с различной температурой.The additional component is fed into the belt 16 for supplying an additional component, on the one hand interacting with the ring 7 of the belt 9 for supplying a hot component, and on the other hand, with the ring 7 of the belt 10 for feeding a cold component. Passing through the specified belt, the additional component acquires the set temperature above the temperature of the cold coolant flow, but below the temperature of the hot coolant flow. Thus, at the outlet of the heat exchanger, two flows with different temperatures are obtained.

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, characterized in that it comprises a housing with inlet and outlet nozzles for the input and output of hot and cold components, a supply belt of hot and cold components connected to the respective component cavities using channels, and the supply belt of hot and cold components is made in the form of several coaxially installed shells located relative to each other with annular gaps and forming closed annular cavities, while in the Central part of the housing, between the feed belts and components, an additional component supply belt is installed, on the one hand interacting with the side of the hot component supply belt, on the other hand, with the side of the cold component supply belt, and at the ends of the shells from the input side, end profiled bottoms with a cross section in the form of a part of the ellipse are installed fastened together and with the body and forming successively located end annular cavities of different lengths, the length of the said cavities being uniformly reduced from the input collector torus to the Central part of the heat exchanger, while in the indicated bottoms and cavities there are insulated channels connecting the said end cavities for supplying hot and cold components through one to another, while these annular cavities of the components are connected to the respective cavities for supplying components through the said end cavities formed by profiled bottoms.