RU2774015C1

RU2774015C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2774015C1
Application number: RU2021136128A
Authority: RU
Inventors: Юрий Яковлевич Печенегов; Игорь Геннадьевич Остроумов; Андрей Викторович Косов; Ольга Юрьевна Косова; Виктор Андреевич Косов; Михаил Андреевич Косов
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2022-06-14

Abstract

FIELD: heat engineering.

SUBSTANCE: invention relates to regenerative heat exchange devices for fluids. A heat exchanger contains cylindrical heat transfer walls forming a heat transfer surface, distributing and collecting chambers that are adjacent to end edges of cylindrical heat transfer walls and have, respectively, inlet and outlet fittings for heat carriers. Cylindrical heat transfer walls are arranged coaxially around an additionally installed cylindrical core. Walls have a common axis with the core and form alternating even and odd annular channels for heat carriers. Sealing inserts are placed on ends of cylindrical heat transfer walls in annular channels, which overlap even annular channels on one part of the area of diametrical cross-section of the heat exchanger and odd annular channels on the other part of the area of diametrical cross-section adjacent to it.

EFFECT: design is simplified, and the material consumption of the device is reduced.

9 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к рекуперативным теплообменным устройствам для текучих сред и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленности, энергетике и других отраслях техники для нагрева и охлаждения преимущественно однофазных теплоносителей.SUBSTANCE: invention relates to recuperative heat exchange devices for fluid media and can be used in chemical, petrochemical, oil refining, food industry, energy and other branches of technology for heating and cooling predominantly single-phase heat carriers.

В теплообменной технике рекуперативного типа используются, главным образом, устройства с трубчатой и листовой поверхностями теплопередачи, которые различаются по условиям применения и являются сложными в изготовлении. В частности, известен рекуперативный теплообменник «труба в трубе» с многозаходными винтовыми ребрами на наружной поверхности внутренней трубы (Авторское свидетельство СССР №1062496. Кл. F28D 7/10, опубл. 23.12.83, бюл. 47.) [1]. Известен теплообменник с цилиндрической оболочкой, внутри которой размещена теплопередающая поверхность из винтовых ребер, образующих два винтовых канала для теплоносителей (Патент RU №2269080. МПК F28D 7/10, опубл. 27.01.2006.) [2]. Известные трубчатые теплообменники [1] и [2] металлоемки и сложны в изготовлении. Их недостатком является также малая единичная тепловая мощность.In the heat exchange technique of the recuperative type, devices with tubular and sheet heat transfer surfaces are mainly used, which differ in terms of application and are difficult to manufacture. In particular, a "pipe-in-pipe" recuperative heat exchanger with multi-start helical fins on the outer surface of the inner tube is known (USSR Author's certificate No. 1062496. Cl. F28D 7/10, publ. 23.12.83, bull. 47.) [1]. Known heat exchanger with a cylindrical shell, inside which is placed a heat transfer surface of helical fins, forming two helical channels for heat carriers (Patent RU No. 2269080. IPC F28D 7/10, publ. 27.01.2006.) [2]. Known tubular heat exchangers [1] and [2] are metal-intensive and difficult to manufacture. Their disadvantage is also a small unit thermal power.

Известен пластинчатый теплообменник, содержащий теплопередающую поверхность из тонких теплопроводящих листов, формирующих щелевые каналы для прохода горячего и холодного теплоносителей (Машины и аппараты химических производств / А.С. Тимонин, Б.Г. Болдин, В.Я. Борщев, Ю.И. Гусев и др. // Под общей редакцией А.С. Тимонина. - Калуга: Изд-во Н.Ф. Бочкаревой, 2008. с. 486, рис. 6.1.3.1. ) [3]. Движение теплоносителей в щелевых каналах с малым поперечным размером отличается повышенной интенсивностью теплообмена и, в связи с этим, достигается повышенная компактность теплообменника. Достоинством пластинчатого теплообменника [3] является также возможность исполнения поверхности теплопередачи из листового материала малой толщины, что уменьшает его удельную материалоемкость по отношению к трубчатым аналогам. Недостатком известного пластинчатого теплообменника [3] и других подобного типа устройств является сложность изготовления, а также высокое гидравлическое сопротивление движению теплоносителей, обусловленное большим числом поворотов при многоходовом их движении.Known plate heat exchanger containing a heat transfer surface of thin heat-conducting sheets that form slotted channels for the passage of hot and cold coolants (Machines and apparatus for chemical production / A.S. Timonin, B.G. Boldin, V.Ya. Borshchev, Yu.I. Gusev et al. // Under the general editorship of A. S. Timonin. - Kaluga: Publishing house of N. F. Bochkareva, 2008. p. 486, Fig. 6.1.3.1.) [3]. The movement of heat carriers in slotted channels with a small transverse dimension is characterized by an increased intensity of heat transfer and, in connection with this, an increased compactness of the heat exchanger is achieved. The advantage of a plate heat exchanger [3] is also the possibility of making the heat transfer surface from sheet material of small thickness, which reduces its specific material consumption in relation to tubular counterparts. The disadvantage of the known plate heat exchanger [3] and other devices of this type is the complexity of manufacturing, as well as the high hydraulic resistance to the movement of heat carriers, due to the large number of turns during their multi-pass movement.

Известен многопоточный теплообменник «труба в трубе», содержащий цилиндрические теплопередающие стенки, образующие поверхность теплопередачи, раздающие и сборные камеры, которые примыкают к торцовым кромкам цилиндрических теплопередающих стенок и имеют соответственно входные и выходные штуцеры для теплоносителей (. Машины и аппараты химических производств / И.И. Поникаров, О.А. Перелыгин, В.Н. Доронин, М.Г. Гайнуллин. - М.: Машиностроение, 1989. с. 62, рис. 1.62.)[4] - прототип.Known multi-flow heat exchanger "pipe in pipe", containing cylindrical heat transfer walls forming a heat transfer surface, distributing and collecting chambers that are adjacent to the end edges of the cylindrical heat transfer walls and have, respectively, inlet and outlet fittings for heat carriers (. Machinery and apparatus for chemical production / I. I. Ponikarov, O. A. Perelygin, V. N. Doronin, M. G. Gainullin. - M.: Mashinostroenie, 1989. p. 62, Fig. 1.62.) [4] - prototype.

Достоинством известного теплообменника [4] является возможность передавать большие тепловые мощности из-за многопоточности движения теплоносителей. Один из теплоносителей перемещается в кольцевых каналах, что способствует повышенной интенсивности теплообмена потока теплоносителя со стенками канала.The advantage of the known heat exchanger [4] is the ability to transfer large thermal power due to the multi-threaded movement of heat carriers. One of the coolants moves in the annular channels, which contributes to an increased intensity of heat transfer of the coolant flow with the channel walls.

К недостаткам известного теплообменника [4] относятся его конструктивная сложность, громоздкость и высокая металлоемкость. Теплообменник труден в изготовлении.The disadvantages of the known heat exchanger [4] include its structural complexity, bulkiness and high metal consumption. The heat exchanger is difficult to manufacture.

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в упрощении конструкции и уменьшении материалоемкости устройства.The technical problem to be solved by the present invention is to simplify the design and reduce the material consumption of the device.

Поставленная проблема решается тем, что теплообменник, содержащий цилиндрические теплопередающие стенки, образующие поверхность теплопередачи, раздающие и сборные камеры, которые примыкают к торцовым кромкам цилиндрических теплопередающих стенок и имеют соответственно входные и выходные штуцеры для теплоносителей выполнен так, что цилиндрические теплопередающие стенки расположены коаксиально вокруг дополнительно установленного цилиндрического керна, имеют с ним общую ось и образуют чередующиеся четные и нечетные кольцевые каналы для теплоносителей, на торцах цилиндрических теплопередающих стенок в кольцевых каналах размещены герметизирующие вставки, которые перекрывают четные кольцевые каналы на одной части площади диаметрального сечения теплообменника и нечетные кольцевые каналы на смежной с ней другой части площади диаметрального сечения. В кольцевых каналах теплообменника размещены дистанционирующие штифты, одним своим концом соединенные с одной из цилиндрических теплопередающих стенок канала, или же размещены спиральные вставки, обеспечивающие винтовое движение теплоносителей, или же в центральной части каналов размещена ребристая насадка. Герметизирующие вставки выполнены из эластичного материала (например, резины) и имеют внутренние армирующие элементы жесткости, или же герметизирующие вставки жестко соединены (например, сваркой или приклейкой) с цилиндрическими теплопередающими стенками. Цилиндрические теплопередающие стенки выполнены из тонколистового теплопроводящего материала и могут быть гофрированными или же иметь дискретную шероховатость в виде выступов и впадин.The problem is solved by the fact that the heat exchanger containing cylindrical heat transfer walls forming a heat transfer surface, distributing and collecting chambers, which are adjacent to the end edges of the cylindrical heat transfer walls and have, respectively, inlet and outlet fittings for heat carriers, is designed so that the cylindrical heat transfer walls are located coaxially around an additional of the installed cylindrical core, have a common axis with it and form alternating even and odd annular channels for heat carriers; with it another part of the area of the diametrical section. Spacer pins are placed in the annular channels of the heat exchanger, connected at one end to one of the cylindrical heat-transfer walls of the channel, or spiral inserts are placed to ensure the helical movement of heat carriers, or a ribbed nozzle is placed in the central part of the channels. The sealing inserts are made of an elastic material (for example, rubber) and have internal reinforcing stiffening elements, or the sealing inserts are rigidly connected (for example, by welding or gluing) to the cylindrical heat transfer walls. Cylindrical heat transfer walls are made of thin-sheet heat-conducting material and can be corrugated or have discrete roughness in the form of protrusions and depressions.

В отличие от известного устройства [4], коаксиальное расположение цилиндрических теплопередающих стенок вокруг дополнительно установленного цилиндрического керна с общей с ним осью с образованием чередующихся четных и нечетных кольцевых каналов для теплоносителей, размещение на торцах цилиндрических теплопередающих стенок герметизирующих вставок, которые перекрывают четные кольцевые каналы на одной части площади диаметрального сечения теплообменника и нечетные кольцевые каналы на смежной с ней другой части площади диаметрального сечения, приводит к упрощению конструкции и значительному снижению материалоемкости устройства. Этому способствует то обстоятельство, что в предлагаемом теплообменнике отсутствуют металлоемкие кожух и трубные доски, как в кожухотрубчатых теплообменниках, а цилиндрические теплопередающие стенки могут выполняться из тонколистового материала, и отсутствуют металлоемкие передняя и задняя стойки, штанги, рама и нажимная плита, как в пластинчатых теплообменных аппаратах. Теплообменник прост в изготовлении, его конструкция полностью разборная.Unlike the known device [4], the coaxial arrangement of cylindrical heat-transfer walls around an additionally installed cylindrical core with a common axis with the formation of alternating even and odd annular channels for heat carriers, placement of sealing inserts on the ends of the cylindrical heat-transfer walls that overlap the even annular channels on one part of the area of the diametrical section of the heat exchanger and odd annular channels on the other part of the area of the diametrical section adjacent to it, leads to a simplification of the design and a significant reduction in the material consumption of the device. This is facilitated by the fact that in the proposed heat exchanger there are no metal-intensive casing and tube sheets, as in shell-and-tube heat exchangers, and cylindrical heat transfer walls can be made of thin sheet material, and there are no metal-intensive front and rear racks, rods, frame and pressure plate, as in plate heat exchangers. devices. The heat exchanger is easy to manufacture, its design is completely collapsible.

Уплотняющие элементы сосредоточены в двух легко доступных местах, что создает определенные удобства при обслуживании теплообменника.Sealing elements are concentrated in two easily accessible places, which creates certain conveniences when servicing the heat exchanger.

Размещение в кольцевых каналах дистанционирующих штифтов, одним своим концом соединенных с одной из цилиндрических стенок канала, или спиральных вставок, обеспечивающих винтовое движение теплоносителей, или ребристой насадки в центральной части кольцевых каналов, обеспечивает фиксацию положения цилиндрических теплопередающих стенок относительно друг друга и одновременно является средством интенсификации теплообмена потоков теплоносителей в каналах. Интенсификация теплообмена, в свою очередь, способствует достижению большей компактности устройства.Placement in the annular channels of spacer pins connected at one end to one of the cylindrical walls of the channel, or spiral inserts that provide helical movement of heat carriers, or a ribbed nozzle in the central part of the annular channels, ensures the fixation of the position of the cylindrical heat transfer walls relative to each other and at the same time is a means of intensification heat exchange of heat carrier flows in channels. The intensification of heat transfer, in turn, contributes to the achievement of a more compact device.

Исполнение герметизирующих вставок из эластичного материала (например, резины) и наличие в них армирующих элементов жесткости способствует лучшей герметизации мест контакта герметизирующих вставок и стенок кольцевых каналов и большей устойчивости герметизирующих вставок при действии на них внешнего и внутреннего (со стороны каналов) давлений.The execution of sealing inserts from an elastic material (for example, rubber) and the presence of reinforcing stiffening elements in them contributes to better sealing of the contact points of the sealing inserts and the walls of the annular channels and greater stability of the sealing inserts when exposed to external and internal (from the side of the channels) pressures.

Жесткое соединение (например, сваркой или приклейкой) герметизирующих вставок с цилиндрическими теплопередающими стенками используется в том случае, если предъявляются высокие требования к герметичности кольцевых каналов или же велика разность давлений горячего и холодного теплоносителей.Rigid connection (for example, by welding or gluing) of sealing inserts with cylindrical heat transfer walls is used if there are high requirements for the tightness of the annular channels or if the pressure difference between hot and cold coolants is large.

Исполнение цилиндрических теплопередающих стенок из тонколистового теплопроводящего материала (металла или пластмассы) позволяет упростить их изготовление и обеспечивает рациональный расход материала. Так как цилиндрическая форма стенок отличается хорошей сопротивляемостью давлению среды, то толщина стенок во многих случаях практического применения теплообменника может составлять доли миллиметра.The execution of cylindrical heat-transfer walls from thin-sheet heat-conducting material (metal or plastic) makes it possible to simplify their manufacture and ensures rational consumption of material. Since the cylindrical shape of the walls is characterized by good resistance to medium pressure, the wall thickness in many cases of practical application of the heat exchanger can be fractions of a millimeter.

Исполнение цилиндрических теплопередающих стенок гофрированными увеличивает их жесткость в диаметральном направлении и одновременно является способом интенсификации теплообмена потоков теплоносителей в кольцевых каналах. Гофры могут быть, например, угловыми, и при этом кольцевые каналы будут представлять собой последовательность элементов типа конфузор - диффузор, или плавно изогнутыми с образованием волнообразных кольцевых каналов. Интенсификация теплообмена в конфузорно-диффузорных кольцевых каналах обеспечивается за счет нестационарности структуры потоков теплоносителей, вызываемой переменностью градиента давления потока на длине канала. В волнообразных кольцевых каналах на потоки теплоносителей из-за криволинейности их траекторий оказывают действие возникающие центробежные силы, что приводит к образованию вторичных течений и, как следствие, к интенсификации теплообмена. Гофры служат также средством компенсации температурных расширений элементов теплообменника.The execution of cylindrical heat transfer walls with corrugated ones increases their rigidity in the diametrical direction and at the same time is a way to intensify heat transfer of heat carrier flows in the annular channels. Corrugations can be, for example, angular, and in this case the annular channels will be a sequence of elements of the confuser-diffuser type, or smoothly curved to form wavy annular channels. The intensification of heat transfer in the confuser-diffuser annular channels is provided due to the non-stationarity of the structure of heat carrier flows, caused by the variability of the flow pressure gradient along the channel length. In undulating annular channels, the heat carrier flows are affected by the emerging centrifugal forces due to the curvilinearity of their trajectories, which leads to the formation of secondary flows and, as a result, to the intensification of heat transfer. Corrugations also serve as a means of compensating for thermal expansion of the heat exchanger elements.

Наличие дискретной шероховатости в виде выступов и впадин на цилиндрических теплопередающих стенках является одним из средств интенсификации теплообмена. Кроме того, в узких щелевых кольцевых каналах теплоносителя обтекаемые потоком выступы могут служить дистанционирующими элементами между стенками.The presence of discrete roughness in the form of protrusions and depressions on cylindrical heat transfer walls is one of the means of heat transfer intensification. In addition, in narrow slotted annular channels of the coolant, the protrusions streamlined by the flow can serve as spacer elements between the walls.

Теплообменник может работать как по схеме прямотока, так и по схеме противотока.The heat exchanger can operate both in co-current and counter-flow circuits.

Таким образом, отличительные признаки изобретения позволяют решить поставленную проблему.Thus, the distinctive features of the invention allow to solve the problem.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».Comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the proposed device meets the criterion of invention "novelty".

Известные теплообменники [1], [2] и [3] имеют сложную конструкцию, не являются полностью разборными и менее эффективны.Known heat exchangers [1], [2] and [3] have a complex design, are not completely collapsible and are less efficient.

Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения «существенные отличия».All this allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of the invention "significant differences".

На фиг. 1 показан теплообменник с гладкими цилиндрическими теплопередающими стенками и дистанционирующими штифтами в кольцевых каналах; на фиг. 2 - теплообменник с гладкими цилиндрическими теплопередающими стенками и спиральными вставками в кольцевых каналах; на фиг. 3 - теплообменник с гладкими цилиндрическими теплопередающими стенками, армированными герметизирующими вставками из эластичного материала и ребристой насадкой в кольцевых каналах; на фиг. 4 - поперечное сечение кольцевых каналов с ребристой насадкой; на фиг. 5 - вариант I исполнения герметизирующей вставки из эластичного материала и торцовой части теплообменника; на фиг. 6 - разрез А-А на фиг. 5; на фиг. 7 - вариант II исполнения герметизирующей вставки из эластичного материала и торцовой части теплообменника; на фиг. 8 - торцовая часть теплообменника с герметизирующей вставкой, жестко соединенной с цилиндрическими теплопередающими стенками; на фиг. 9 - вид слева на фиг. 8; на фиг. 10 - варианты исполнения гофрированных цилиндрических теплопередающих стенок; на фиг. 11 - вариант исполнения цилиндрических теплопередающих стенок с дискретной шероховатостью в виде кольцевых выступов и впадин.In FIG. 1 shows a heat exchanger with smooth cylindrical heat transfer walls and spacer pins in annular channels; in fig. 2 - heat exchanger with smooth cylindrical heat transfer walls and spiral inserts in annular channels; in fig. 3 - a heat exchanger with smooth cylindrical heat transfer walls, reinforced with sealing inserts made of elastic material and a ribbed nozzle in the annular channels; in fig. 4 - cross section of the annular channels with a ribbed nozzle; in fig. 5 - version I of the sealing insert made of elastic material and the end part of the heat exchanger; in fig. 6 is a section A-A in FIG. 5; in fig. 7 - version II of the sealing insert made of elastic material and the end part of the heat exchanger; in fig. 8 - end part of the heat exchanger with a sealing insert rigidly connected to the cylindrical heat transfer walls; in fig. 9 is a left side view of FIG. eight; in fig. 10 - versions of corrugated cylindrical heat transfer walls; in fig. 11 - variant of cylindrical heat transfer walls with discrete roughness in the form of annular protrusions and depressions.

Теплообменник содержит цилиндрические теплопередающие стенки 1, к торцовым кромкам которых примыкают раздающие 2 и 3 и сборные 4 и 5 камеры, имеющие соответственно входные 6 и 7 и выходные 8 и 9 штуцеры для теплоносителей. Цилиндрические теплопередающие стенки 1 расположены коаксиально вокруг цилиндрического керна 10 с образованием четных 11 и нечетных 12 кольцевых каналов для теплоносителей. На торцах цилиндрических теплопередающих стенок 1 размещены герметизирующие вставки 13, перекрывающие на части площади диаметрального сечения теплообменника четные кольцевые каналы 11, а на другой, смежной, части площади перекрывающие нечетные кольцевые каналы 12. В четных 11 и нечетных 12 кольцевых каналах размещены дистанционирующие штифты 14 или же, как варианты, спиральные вставки 15 и ребристая насадка 16. При выполнении герметизирующих вставок 13 из эластичного материала (например, резины), для придания им необходимой устойчивости вставки 13 могут армироваться элементами жесткости 17. В варианте неразборного теплообменника герметизирующие вставки 13 жестко соединены (например, сваркой или приклейкой) с цилиндрическими теплопередающими стенками 7 (фиг. 8 и 9). Для интенсификации теплообмена потоков теплоносителей в кольцевых каналах цилиндрические теплопередающие стенки 7 могут выполняться гофрированными (фиг. 10) или же иметь дискретную шероховатость в виде выступов и впадин, например, в виде кольцевых выступов - углублений 18 (фиг. 11).The heat exchanger contains cylindrical heat transfer walls 1, to the end edges of which are adjacent distributing 2 and 3 and prefabricated 4 and 5 chambers, having respectively inlet 6 and 7 and outlet 8 and 9 fittings for heat carriers. Cylindrical heat transfer walls 1 are located coaxially around the cylindrical core 10 with the formation of 11 even and 12 odd annular channels for coolants. At the ends of the cylindrical heat transfer walls 1, sealing inserts 13 are placed, overlapping even annular channels 11 on a part of the area of the diametrical section of the heat exchanger, and overlapping odd annular channels 12 on the other, adjacent, part of the area. In even 11 and odd 12 annular channels, spacer pins 14 or the same as options, spiral inserts 15 and ribbed nozzle 16. When sealing inserts 13 are made of elastic material (for example, rubber), to give them the necessary stability, inserts 13 can be reinforced with stiffeners 17. In the variant of a non-separable heat exchanger, sealing inserts 13 are rigidly connected ( for example, welding or gluing) with cylindrical heat transfer walls 7 (Fig. 8 and 9). To intensify the heat transfer of heat carrier flows in the annular channels, the cylindrical heat transfer walls 7 can be made corrugated (Fig. 10) or have discrete roughness in the form of protrusions and depressions, for example, in the form of annular protrusions - recesses 18 (Fig. 11).

Раздающие 2 и 3 и сборные 4 и 5 камеры попарно соединены с цилиндрическими теплопередающими стенками 7 с помощью фланцевых колец 19 и одного или нескольких резьбовых стержней 20, создающих прочно-плотные разъемные соединения.The distributing 2 and 3 and prefabricated 4 and 5 chambers are connected in pairs with cylindrical heat-transfer walls 7 using flange rings 19 and one or more threaded rods 20, which create strong-tight detachable connections.

Работа теплообменника по схеме противотока осуществляется следующим образом. Какой-либо теплоноситель, например горячий, через входной штуцер 6 поступает в раздающую камеру 2, откуда входит в нечетные кольцевые каналы 12, распределяется по всей их площади поперечного сечения и перемещается в направлении оси теплообменника, или же, при наличии в кольцевых каналах спиральных вставок 15, по винтовой траектории. Выход горячего теплоносителя из нечетных кольцевых каналов 12 осуществляется в сборную камеру 4, откуда он, охлажденный в процессе теплопередачи с холодным теплоносителем, через выходной штуцер 9 удаляется из теплообменника. При этом холодный теплоноситель через входной штуцер 7 поступает в раздающую камеру 3, откуда входит в четные кольцевые каналы 17, распределяется по всей площади их поперечного сечения и перемещается по встречной по отношению к горячему теплоносителю траектории, воспринимая от него теплоту через цилиндрические теплопередающие стенки 7. Нагретый в процессе теплопередачи холодный теплоноситель поступает в сборную камеру 5, откуда через выходной штуцер 8 выводится из теплообменника.The operation of the heat exchanger according to the counterflow scheme is carried out as follows. Any coolant, for example hot, through the inlet fitting 6 enters the distributing chamber 2, from where it enters the odd annular channels 12, is distributed over their entire cross-sectional area and moves in the direction of the axis of the heat exchanger, or, if there are spiral inserts in the annular channels 15 along a helical path. The hot coolant exits from the odd annular channels 12 into the collection chamber 4, from where it, cooled in the process of heat transfer with a cold coolant, is removed from the heat exchanger through the outlet fitting 9. In this case, the cold coolant through the inlet fitting 7 enters the distributing chamber 3, from where it enters the even annular channels 17, is distributed over the entire area of their cross section and moves along a trajectory opposite to the hot coolant, taking heat from it through the cylindrical heat transfer walls 7. The cold coolant heated during the heat transfer enters the collection chamber 5, from where it is discharged from the heat exchanger through the outlet fitting 8.

При работе теплообменника по схеме прямотока, для одного из теплоносителей меняются местами вход и выход в теплообменник по отношению к названным выше.When the heat exchanger operates according to the forward flow scheme, for one of the heat carriers, the inlet and outlet to the heat exchanger are reversed in relation to those mentioned above.

Пример использования. Предлагаемый теплообменник используется в качестве теплоутилизатора в приточно-вытяжной системе вентиляции жилого помещения. Приточный и вытяжной потоки воздуха имеют одинаковые расходы G и изменяют свою температуру в теплоутилизаторе на 20°С. При противоточном движении потоков действующая разность температур между ними в теплоутилизаторе составляет 5°С. Толщина цилиндрических теплопроводящих стенок 0,25 мм, диаметр керна 15 мм и наружный диаметр теплоутилизатора 100 мм. Расчеты показывают, что при приведенных условиях и ширине кольцевых каналов а=1 мм число цилиндрических теплопроводящих стенок составит n=34 штуки, при их длине l=0,3 м площадь поверхности теплопередачи теплоутилизатора F=1,6 м², расход каждого из потоков воздуха G=72 кг/ч, тепловая мощность теплоутилизатора Q=400 Вт. При длине l=1 м соответственно F=5,34 м², G=240,3 кг/ч, Q=1335 Вт. Если ширина кольцевых каналов а=2 мм, то n=18 штук и при l=0,3 м имеем F=0,9 м², G=40,5 кг/ч, Q=225 Вт, а при l=1 м - F=3 м²,G=135 кг/ч, Q=750 Вт. При других значениях l величины F, G и Q изменяются пропорционально изменению l. Режим течения потоков воздуха в кольцевых каналах ламинарный.Usage example. The proposed heat exchanger is used as a heat recovery unit in the supply and exhaust ventilation system of a residential building. The supply and exhaust air flows have the same flow rates G and change their temperature in the heat exchanger by 20°C. With countercurrent movement of flows, the effective temperature difference between them in the heat exchanger is 5°C. The thickness of the cylindrical heat-conducting walls is 0.25 mm, the core diameter is 15 mm, and the outer diameter of the heat exchanger is 100 mm. Calculations show that under the given conditions and the width of the annular channels a = 1 mm, the number of cylindrical heat-conducting walls will be n = 34 pieces, with their length l = 0.3 m, the heat transfer surface area of the heat exchanger F = 1.6 m ² , the flow rate of each of the flows air G=72 kg/h, thermal power of the heat exchanger Q=400 W. With a length l=1 m, respectively, F=5.34 m ² , G=240.3 kg/h, Q=1335 W. If the width of the annular channels a = 2 mm, then n = 18 pieces and with l = 0.3 m we have F = 0.9 m ² , G = 40.5 kg / h, Q = 225 W, and with l = 1 m - F=3 m ² , G=135 kg/h, Q=750 W. For other values of l, the quantities F, G, and Q change proportionally to the change in l. The flow regime of air flows in the annular channels is laminar.

Компактность теплоутилизатора, выражаемая отношением F/V, где V - общий объем теплообменника, составляет 680 м²/м³ при а=1 мм и 382 м²/м³ при а=2 мм. Для сравнения заметим, что в широко используемых кожухотрубчатых теплообменниках данный параметр колеблется от 20 до 75 м²/м³.The compactness of the heat exchanger, expressed by the ratio F/V, where V is the total volume of the heat exchanger, is 680 m ² /m ³ at a=1 mm and 382 m ² /m ³ at a=2 mm. For comparison, we note that in widely used shell-and-tube heat exchangers, this parameter ranges from 20 to 75 m ² /m ³ .

Высокая компактность позволяет встраивать теплоутилизатор в стену здания, в котором расположено вентилируемое помещение.High compactness allows the heat exchanger to be built into the wall of the building in which the ventilated room is located.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:The proposed device has the following advantages:

- конструкция проста и технологична в изготовлении;- the design is simple and manufacturable;

- высокая компактность и низкая материалоемкость;- high compactness and low material consumption;

- интенсифицированный теплообмен при умеренном гидравлическом сопротивлении;- intensified heat exchange with moderate hydraulic resistance;

- возможность использования в областях низких, умеренных и высоких температур;- possibility of use in areas of low, moderate and high temperatures;

- хорошая самокомпенсация температурных расширений элементов, соединенных между собой и имеющих разную температуру;- good self-compensation of thermal expansions of elements interconnected and having different temperatures;

- малая загрязняемость поверхности теплопередачи из-за отсутствия застойных зон.- low contamination of the heat transfer surface due to the absence of stagnant zones.

Claims

1. A heat exchanger containing cylindrical heat transfer walls forming a heat transfer surface, distributing and collecting chambers that are adjacent to the end edges of the cylindrical heat transfer walls and have inlet and outlet fittings for heat carriers, respectively, characterized in that the cylindrical heat transfer walls are located coaxially around an additionally installed cylindrical core , have a common axis with it and form alternating even and odd annular channels for heat carriers, at the ends of the cylindrical heat transfer walls in the annular channels there are sealing inserts that cover the even annular channels on one part of the area of the diametrical section of the heat exchanger and the odd annular channels on the other adjacent to it part of the area of the diametrical section.

2. The heat exchanger according to claim. 1, characterized in that spacer pins are placed in the annular channels, with one end connected to one of the cylindrical heat transfer walls of the channel.

3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that spiral inserts are placed in the annular channels, which ensure the helical movement of the heat carriers.

4. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that a ribbed nozzle is placed in the central part of the annular channels.

5. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the sealing inserts are made of an elastic material, such as rubber, and have internal reinforcing stiffeners.

6. Heat exchanger according to claim. 1, characterized in that the sealing inserts are rigidly connected, for example, by welding or gluing with cylindrical heat transfer walls.

7. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the cylindrical heat transfer walls are made of thin sheet heat-conducting material.

8. The heat exchanger according to claim. 1, characterized in that the cylindrical heat transfer walls are made of corrugated.

9. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the cylindrical heat transfer walls have a discrete roughness in the form of protrusions and depressions.