RU2705174C1

RU2705174C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2705174C1
Application number: RU2018143096A
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Чернышов
Original assignee: Валерий Александрович Чернышов
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2019-11-05

Abstract

FIELD: heating equipment.

SUBSTANCE: invention relates to heat exchange technology and can be used to create heat exchangers. Heat exchanging device housing is made consisting of inlet, central and outlet parts, wherein central part is made in the form of hollow cylinder with two bottoms, and inlet and outlet parts are made of several hollow cylindrical shell rings with one bottom, with cross section in form of letter C, attached to each other with formation of internal inlet and outlet cavities. Number of shell rings of inlet part corresponds to number of shell rings of outlet part. Heat exchange element is made in the form of several coaxially installed pipes of different diameter and different length, and on walls of pipes there are flow turbulators. Pipes of larger diameter and smaller length form peripheral part of heat exchange element, and pipes of smaller diameter and longer length form its central part, wherein input and output parts of first external pipe of heat exchange element are installed in bottoms of central part of housing, and each next tube of heat exchange element is installed in bottoms of inlet and corresponding outlet parts inside previous pipe with formation of annular radial gaps between walls of pipes connected to cavity of first or second flow. Cavities of annular radial gaps of the first and second flows are monotonously alternating between each other, and the size of the gaps increases from the periphery to the center, at that inlet and outlet branch pipes of inlet and outlet manifolds are installed in different planes.

EFFECT: this invention improves technical characteristics and expands functionalities of the heat exchanger.

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 ).

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 теплообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус с входными и выходными коллекторами ввода и отвода первого и второго потоков, расположенными на корпусе, теплообменные элементы, установленные внутри корпуса в определенном порядке, полости которых связаны с соответствующими полостями подвода и отвода потоков, согласно изобретению, корпус теплообменного аппарата выполнен состоящим из входной, центральной и выходной частей, при этом центральная часть выполнена в виде полого цилиндра с двумя днищами, а входная и выходная части выполнены из нескольких полых цилиндрических обечаек с одним днищем, с поперечным сечением в виде буквы С, скрепленных между собой с образованием внутренних входных и выходных полостей таким образом, что упомянутые полости образованы корпусом и днищем предыдущей и днищем последующей обечаек, причем количество обечаек входной части соответствует количеству обечаек выходной части, установленными последовательно с обеих сторон центральной части корпуса с образованием монотонно чередующихся входных полостей первого и второго потоков, и монотонно чередующихся выходных полостей первого и второго потоков, при этом теплообменный элемент выполнен в виде нескольких коаксиально установленных труб разного диаметра и разной длины, причем на стенках труб выполнены турбулизаторы потока, при этом трубы большего диаметра и меньшей длины образуют периферийную часть теплообменного элемента, а трубы меньшего диаметра и большей длины образуют его центральную часть, при этом входная и выходная часть первой наружной трубы теплообменного элемента установлена в днищах центральной части корпуса, а каждая последующая труба теплообменного элемента установлена в днищах входной и соответствующей ей выходной частей внутри предыдущей трубы с образованием кольцевых радиальных зазоров между стенками труб, соединенных с полостью первого или второго потоков, при этом полости кольцевых радиальных зазоров первого и второго потоков монотонно чередуются между собой, а величина зазоров увеличивается от периферии к центру, при этом входные и отводящие патрубки входного и выходного коллекторов установлены в различных плоскостях.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed heat exchanger apparatus containing a cylindrical housing with input and output collectors of the input and output of the first and second flows located on the housing, heat exchange elements installed inside the housing in a certain order, the cavities of which are connected with the corresponding supply cavities and flow outlet, according to the invention, the housing of the heat exchanger is made up of input, Central and output parts, while the Central part is made in the form a hollow cylinder with two bottoms, and the input and output parts are made of several hollow cylindrical shells with one bottom, with a cross section in the form of the letter C, fastened together to form internal input and output cavities so that the said cavities are formed by the body and bottom of the previous one and the bottom of the subsequent shells, and the number of shells of the input part corresponds to the number of shells of the output part, installed sequentially on both sides of the Central part of the housing with monotonous alternating inlet cavities of the first and second flows, and monotonously alternating outlet cavities of the first and second flows, wherein the heat exchange element is made in the form of several coaxially mounted pipes of different diameters and different lengths, moreover, flow turbulators are made on the pipe walls, with pipes of larger diameter and smaller lengths form the peripheral part of the heat exchange element, and pipes of smaller diameter and larger lengths form its central part, while the inlet and outlet part of the first outer pipe the exchange element is installed in the bottoms of the central part of the housing, and each subsequent pipe of the heat exchange element is installed in the bottoms of the inlet and corresponding output parts inside the previous pipe with the formation of annular radial gaps between the walls of the pipes connected to the cavity of the first or second flows, while the cavity of the annular radial gaps the first and second flows monotonously alternate with each other, and the size of the gaps increases from the periphery to the center, while the inlet and outlet pipes of the input and output collectors installed in various planes.

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.

Теплообменный аппарат содержит цилиндрический корпус 1 с входными 2, 3 и выходными 4,5 патрубками ввода и отвода первого и второго компонентов, расположенными на корпусе 1. Корпус теплообменного аппарата выполнен состоящим из входной, центральной и выходной частей. Во входной и выходной частях корпуса 1 установлены входной 6 и выходной 7 патрубки. Центральная часть выполнена в виде полого цилиндра 8 с двумя днищами, а входная 9 и выходная 10 части выполнены из нескольких полых цилиндрических обечаек 11 с одним днищем, скрепленных между собой. Количество обечаек 11 входной части соответствует количеству обечаек 11 выходной части, установленных последовательно с обеих сторон центральной части корпуса 8 таким образом, что они образуют монотонно чередующиеся входные полости первого и второго компонентов, и монотонно чередующиеся выходные полости первого и второго компонентов.The heat exchanger contains a cylindrical housing 1 with input 2, 3 and output 4.5 nozzles of the input and output of the first and second components located on the housing 1. The housing of the heat exchanger is made up of input, central and output parts. In the input and output parts of the housing 1 are installed input 6 and output 7 nozzles. The central part is made in the form of a hollow cylinder 8 with two bottoms, and the input 9 and output 10 parts are made of several hollow cylindrical shells 11 with one bottom, fastened together. The number of shells 11 of the input part corresponds to the number of shells 11 of the output part installed sequentially on both sides of the central part of the housing 8 so that they form monotonously alternating input cavities of the first and second components, and monotonously alternating output cavities of the first and second components.

Теплообменный элемент 12 установлен внутри корпуса и его полости связаны с соответствующими полостями подвода и отвода компонентов. Теплообменный элемент 12 выполнен в виде нескольких коаксиально установленных труб разного диаметра и разной длины. Трубы 13 большего диаметра и меньшей длины образуют периферийную часть теплообменного элемента, а трубы 14 меньшего диаметра и большей длины образуют его центральную часть. Входная и выходная часть первой наружной трубы установлена в днищах центральной части корпуса. Каждая последующая труба теплообменного элемента установлена в днищах входной и соответствующей ей выходной частей внутри предыдущей трубы с образованием кольцевых радиальных зазоров 15 или 16 между стенками труб, соединенных с полостью первого или второго компонентов. Полости кольцевых радиальных зазоров 15 первого и 16 второго компонентов монотонно чередуются между собой.The heat exchange element 12 is installed inside the housing and its cavities are connected with the respective cavities for supplying and removing components. The heat exchange element 12 is made in the form of several coaxially mounted pipes of different diameters and different lengths. Pipes 13 of larger diameter and shorter length form the peripheral part of the heat exchange element, and pipes 14 of smaller diameter and larger length form its central part. The inlet and outlet of the first outer pipe are installed in the bottoms of the central part of the housing. Each subsequent pipe of the heat-exchange element is installed in the bottoms of the inlet and the corresponding outlet parts inside the previous pipe with the formation of radial radial gaps 15 or 16 between the walls of the pipes connected to the cavity of the first or second components. The cavities of the annular radial gaps 15 of the first and 16 second components monotonously alternate with each other.

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

Первый компонент подается во входной патрубок 6 и во входные патрубки 3, равномерно чередующиеся с входными патрубками 2 второго компонента и поступает по центральной полости теплообменного элемента 12 и чередующимся кольцевым зазорам 15 к выходной части, в частности, к патрубкам 5 и 7.The first component is fed into the inlet pipe 6 and to the inlet pipes 3, evenly alternating with the inlet pipes 2 of the second component and enters through the Central cavity of the heat exchange element 12 and alternating annular gaps 15 to the output part, in particular, to the pipes 5 and 7.

Второй компонент подается в патрубки 2, равномерно чередующиеся с патрубками подвода первого компонента 3, поступает в кольцевые полости 16 и подается к выходным патрубкам 4. Таким образом, реализуется схема-сплошная струя первого компонента - полая струя второго компонента -полая струя первого компонента-полая струя второго компонента и т.д. по количеству полых цилиндрических обечаек 11.The second component is fed into the nozzles 2, evenly alternating with the supply nozzles of the first component 3, enters the annular cavities 16 and is supplied to the outlet nozzles 4. Thus, a continuous jet of the first component is realized — a hollow jet of the second component — a hollow jet of the first component — hollow jet of the second component, etc. by the number of hollow cylindrical shells 11.

Такое воздействие на потоки компонентов и их преобразование в полые кольцевые струи позволяет уменьшить поперечный характерный размер и увеличить площадь теплообмена, что, в конечном итоге, позволит повысить эффективность работы теплообменного аппарата в целом..Such an effect on component flows and their transformation into hollow annular jets makes it possible to reduce the transverse characteristic size and increase the heat transfer area, which, ultimately, will improve the overall efficiency of the heat exchanger ..

Направление подачи первого и второго компонентов может быть как попутным при подаче их в одну сторону, так и противоположным, при подаче навстречу друг другу.The feed direction of the first and second components can be both incidental when feeding them in one direction, or opposite, when feeding towards each other.

Равномерное изменение высоты кольцевых полостей от периферии к центру позволяет обеспечить требуемую равномерность распределения по кольцевым полостям горячего и холодного потоков.A uniform change in the height of the annular cavities from the periphery to the center makes it possible to ensure the required uniform distribution over the annular cavities of hot and cold flows.

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 cylindrical housing with input and output collectors of the input and output of the first and second flows located on the housing, heat exchange elements installed inside the housing in a specific order, the cavities of which are associated with the respective cavities of the supply and exhaust flows, characterized in that the heat transfer housing the apparatus is made up of inlet, central and outlet parts, the central part being made in the form of a hollow cylinder with two bottoms, and the inlet and outlet parts are are made of several hollow cylindrical shells with one bottom, with a cross section in the form of the letter C, bonded together to form internal input and output cavities in such a way that these cavities are formed by the body and the bottom of the previous and bottom of the subsequent shells, and the number of shells of the input part corresponds to the number of shells of the output part installed sequentially on both sides of the central part of the housing with the formation of monotonously alternating input cavities of the first and second flows and mono alternating outlet cavities of the first and second flows, the heat exchange element is made in the form of several coaxially mounted pipes of different diameters and different lengths, moreover, flow turbulators are made on the walls of the pipes in the form of alternating protrusions and depressions, while pipes of larger diameter and smaller length form a peripheral part of the heat exchange element, and pipes of smaller diameter and greater length form its central part, while the inlet and outlet parts of the first outer pipe of the heat exchange element are renewed in the bottoms of the central part of the body, and each subsequent pipe of the heat-exchange element is installed in the bottoms of the inlet and corresponding output parts inside the previous pipe with the formation of annular radial gaps between the walls of the pipes connected to the cavity of the first or second flow, while the cavity of the annular radial gaps of the first and the second flows monotonously alternate with each other, and the size of the gaps increases from the periphery to the center, while the inlet and outlet pipes of the input and output collectors of the mouth updated in various planes.