RU2724372C1

RU2724372C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2724372C1
Application number: RU2018143044A
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Чернышов
Original assignee: Валерий Александрович Чернышов
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-06-23

Abstract

FIELD: heat exchange equipment.SUBSTANCE: invention 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 form of several coaxially installed shells, 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 end profiled bottoms are fixed, attached to each other and to housing, and forming in-series arranged annular cavities. Said bottoms have isolated channels connecting said end cavities through one another. Said annular cavities of heat exchange elements are connected to cavities of inlet and outlet branch pipes of cold and hot flows through the above butt-end cavities formed with profiled bottoms.EFFECT: heat exchanger is disclosed.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 - prototype).

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 the 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 through the pylons enters the outlet manifold. In the outlet 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 в указанных днищах выполнены изолированные каналы, соединяющие упомянутые торцевые полости через одну между собой, причем угловое положение каналов в торцевых профилированных днищах входной части теплообменника отлично от расположения аналогичных каналов в торцевых профилированных днищах выходной части теплообменника, 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 hot and cold flows are uniformly alternating between themselves, according to the invention, at the ends of the shells are installed end profiled bottoms, fastened to each other and with the body, and forming sequentially located end annular cavities, while the said bottoms are made of isolated channels connecting the above-mentioned end cavities through one between each other, moreover, the angular position of the channels in the end profiled bottoms of the inlet part of the heat exchanger is different from the location of similar channels in the end profiled bottoms of the outlet part of the heat exchanger, wherein said annular floors the spans 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 of one from flows, and the cavity inside the Central shell is connected to the cavity of another stream.

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.The heat exchanger contains 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 there are installed end profiled bottoms 11, fastened together and with the housing 1, and forming successively located end annular cavities 12 and 13. In said bottoms 11, isolated channels 14 and 15 are made 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 nozzles, 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 the other flow.

Предложенный теплообменник работает следующим образом. 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. 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. 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. Выполнение углового положения каналов в торцевых профилированных днищах входной части теплообменника отличным от расположения аналогичных каналов в торцевых профилированных днищах выходной части теплообменника позволяет улучшить условия перемешивания потоков.The proposed heat exchanger operates as follows. 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 . 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. 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, simplifies the design of the heat exchanger and allows heat exchange between streams. The implementation of the angular position of the channels in the end profiled bottoms of the inlet part of the heat exchanger different from the location of similar channels in the end profiled bottoms of the outlet part of the heat exchanger improves the mixing conditions of the 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 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 located 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 that are fastened to each other and with the body, and forming successively located end annular cavities, while the said bottoms are made of isolated channels connecting the said end cavities through one another, moreover the angular position of the channels in the end profiled bottoms of the inlet part of the heat exchanger is different from the location of similar channels in the end profiled bottoms of the outlet part of the heat exchanger, while these annular cavities of the heat exchange elements are connected to the cavities of the input and the outlet pipes of cold and hot flows through the said end cavities formed by 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 of one of the flows, the cavity inside the central shell connected to the cavity of another stream.