RU2780572C1 - Heat exchange module - Google Patents
Heat exchange module Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780572C1 RU2780572C1 RU2021138970A RU2021138970A RU2780572C1 RU 2780572 C1 RU2780572 C1 RU 2780572C1 RU 2021138970 A RU2021138970 A RU 2021138970A RU 2021138970 A RU2021138970 A RU 2021138970A RU 2780572 C1 RU2780572 C1 RU 2780572C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchange
- pipes
- pipe
- medium
- exchange elements
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 241001272996 Polyphylla fullo Species 0.000 claims 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 230000002146 bilateral Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение предназначено для применения в области теплоэнергетики, в частности в подогревателях низкого и высокого давления, в пароперегревателях и других теплообменниках, а также может быть использовано в других отраслях, изготавливающих или использующих теплообменное оборудование.The invention is intended for use in the field of thermal power engineering, in particular in low and high pressure heaters, in superheaters and other heat exchangers, and can also be used in other industries that manufacture or use heat exchange equipment.
Известен прямоточный вертикальный парогенератор, содержащий закрепленные в его трубных досках теплообменные элементы типа труба в трубе, патрубок подвода греющей среды сверху одновременно в межтрубное пространство и во внутренние трубы, патрубок подвода рабочей среды снизу в кольцевые полости между наружными и внутренними трубами, патрубки отвода греющей среды и пара, при этом в трубных досках, прилегающих к межтрубному пространству, выполнены отверстия, расположенные между отверстиями для крепления наружных труб и сообщающие образованные в межтрубном пространстве каналы между наружными трубами с коллекторами для подвода и отвода греющей среды, причем внутренние трубы сообщены с этими же коллекторами, а кольцевые полости - с коллекторами для подвода рабочей среды и отвода пара (патент РФ №2140608, МПК F22B 1/02, F28D 7/10, опубликовано 27.10.1999).A direct-flow vertical steam generator is known, containing fixed in its tube boards heat exchange elements such as a pipe in a pipe, a pipe for supplying a heating medium from above simultaneously into the annular space and into internal pipes, a pipe for supplying a working medium from below into the annular cavities between the outer and inner pipes, pipes for removing the heating medium and steam, while in the tube sheets adjacent to the annular space, holes are made located between the holes for fastening the outer pipes and connecting the channels formed in the annular space with collectors for supplying and discharging the heating medium, the inner pipes communicating with the same collectors, and annular cavities - with collectors for supplying the working medium and removing steam (RF patent No. 2140608, IPC F22B 1/02, F28D 7/10, published 10/27/1999).
Недостатками парогенератора являются:The disadvantages of the steam generator are:
- неэффективное заполнение корпуса теплообменными элементами,- inefficient filling of the housing with heat exchange elements,
- движение межтрубной среды с образованием застойных зон на участках, прилегающих к трубным доскам, диаметрально удаленных от окон для входа среды в межтрубное пространство и ее выхода,- movement of the annular medium with the formation of stagnant zones in areas adjacent to the tube sheets, diametrically removed from the windows for the entry of the medium into the annular space and its exit,
- неорганизованное движение среды в межтрубном пространстве, плохой доступ ее к трубам, прилегающим к осевой зоне корпуса парогенератора.- unorganized movement of the medium in the annular space, its poor access to the pipes adjacent to the axial zone of the steam generator housing.
Известен теплообменник с теплообменными трубами типа "труба в трубе", представляющий собой теплообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с патрубками подвода компонента внутрь корпуса и его отвода из корпуса, расположенными во входной и выходной частях корпуса соответственно, теплообменные трубы, установленные внутри корпуса в трубных досках, профилированные крышки с присоединительными фланцами, установленные на торцах корпуса и образующие с трубными досками полости подвода и отвода компонента, подаваемого через теплообменные трубы, внутри каждой теплообменной трубы дополнительно коаксиально установлена внутренняя труба с образованием кольцевого радиального зазора между стенками труб, при этом во входной и выходной частях корпуса теплообменника установлены дополнительные днища, образующие с трубными досками и профилированными крышками полости подвода и отвода компонентов, при этом полость кольцевого радиального зазора между стенками теплообменных и внутренних дополнительных труб соединена с полостью, образованной трубной доской и дополнительным днищем, а полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостями внутренних дополнительных трубок и с полостью корпуса (патент РФ №2621194, МПК F28D 7/10 (2006.01), опубл. 01.06.2017 г.).A well-known heat exchanger with heat exchange tubes of the "pipe in pipe" type, which is a heat exchanger, containing a cylindrical housing with nozzles for supplying a component inside the housing and removing it from the housing, located in the inlet and outlet parts of the housing, respectively, heat exchange pipes installed inside the housing in tube sheets , profiled covers with connecting flanges installed on the ends of the body and forming with tube plates cavities for supply and removal of the component supplied through the heat exchange tubes, an inner tube is additionally coaxially installed inside each heat exchange tube with the formation of an annular radial gap between the walls of the tubes, while in the inlet and additional bottoms are installed in the outlet parts of the heat exchanger housing, forming with tube plates and profiled covers the cavities for supply and removal of components, while the cavity of the annular radial gap between the walls of the heat exchange and internal additional rub is connected to the cavity formed by the tube plate and the additional bottom, and the cavity between the profiled cover and the additional bottom is connected to the cavities of the internal additional tubes and to the body cavity (RF patent No. 2621194, IPC F28D 7/10 (2006.01), publ. 06/01/2017).
Основными недостатками указанной конструкции является большая металлоемкость, невозможность изготовления при высоких параметрах давления рабочих сред, и невозможность ремонта наружных теплообменных труб.The main disadvantages of this design are the high metal consumption, the impossibility of manufacturing at high pressure parameters of the working media, and the impossibility of repairing the external heat exchange pipes.
Изобретение направлено на решение проблемы снижения массогабаритных характеристик аппарата.The invention is aimed at solving the problem of reducing the weight and size characteristics of the apparatus.
Технический результат при осуществлении изобретения - снижение массогабаритных параметров теплообменника.The technical result in the implementation of the invention is to reduce the weight and size parameters of the heat exchanger.
Заявленная техническая проблема решается тем, что в теплообменном модуле, выполненном в виде трубного пучка с патрубками подвода и отвода среды, состоящего из одностенных теплообменных элементов и теплообменных элементов типа труба в трубе, и включающего блок нагреваемой (охлаждаемой) среды, состоящий из внутренней поверхности наружных труб и наружной поверхности внутренних труб с кольцевым зазором между ними, блок греющей (охлаждающей) среды, состоящий из наружной поверхности наружных труб и внутренней поверхности внутренних труб, трубные доски входной и выходной камер, в которых закреплены наружные трубы, днища входных и выходных камер, в которых закреплены внутренние трубы, при этом подвод и отвод среды в кольцевой зазор может производиться как перпендикулярно, так и соосно теплообменным трубам, число теплообменных элементов равно n, где n - целое число от 2 до 3000, причем модули возможно соединять между собой в секции от 2 до 1000 для получения необходимой поверхности теплообмена, и компоновка модулей может быть многоходовой, от 0 до 1/3 теплообменных элементов, расположенных в центральной части выполнены одностенными, при этом одностенные теплообменные элементы и теплообменные элементы типа труба в трубе удовлетворяют соотношению 0,1 D≤d≤D,The stated technical problem is solved by the fact that in the heat exchange module, made in the form of a tube bundle with nozzles for supplying and discharging the medium, consisting of single-wall heat exchange elements and heat exchange elements of the pipe-in-pipe type, and including a block of heated (cooled) medium, consisting of the inner surface of the outer pipes and the outer surface of the inner pipes with an annular gap between them, a block of heating (cooling) medium, consisting of the outer surface of the outer pipes and the inner surface of the inner pipes, tube sheets of the inlet and outlet chambers, in which the outer pipes, the bottoms of the inlet and outlet chambers are fixed, in which the inner pipes are fixed, while the supply and discharge of the medium into the annular gap can be carried out both perpendicularly and coaxially to the heat exchange pipes, the number of heat exchange elements is n, where n is an integer from 2 to 3000, and the modules can be connected to each other in sections from 2 to 1000 to obtain the required heat exchange surface, and the layout of the modules can be multi-pass, from 0 to 1/3 of the heat exchange elements located in the central part are made single-walled, while single-wall heat exchange elements and heat exchange elements of the pipe-in-pipe type satisfy the ratio 0.1 D≤d≤D,
где D - наружный диаметр труб теплообменного элемента типа труба в трубе,where D is the outer diameter of the pipes of the heat exchange element of the pipe-in-pipe type,
d - наружный диаметр труб одностенного теплообменного элемента.d is the outer diameter of the pipes of a single-walled heat exchange element.
При соосном подводе и отводе среды в кольцевой зазор достигается более плотная компоновка модулей за счет отсутствия патрубков подвода/отвода нагреваемой среды на цилиндрической поверхности входной/выходной камеры и более простое подключение модулей к коллекторам подвода/отвода нагреваемой среды (подключение производится в корпусе теплообменника под/над поверхностью входных/выходных камер, не приводя к увеличению диаметра корпуса теплообменника).With a coaxial supply and discharge of the medium into the annular gap, a denser layout of the modules is achieved due to the absence of nozzles for supplying / discharging the heated medium on the cylindrical surface of the inlet / outlet chamber and simpler connection of the modules to the manifolds for supplying / discharging the heated medium (the connection is made in the heat exchanger housing under / above the surface of the inlet/outlet chambers without increasing the diameter of the heat exchanger shell).
При перпендикулярном подводе и отводе среды в кольцевой зазор достигается универсальность теплообменных элементов и равномерное распределение их в теплообменном модуле.With a perpendicular supply and discharge of the medium into the annular gap, the universality of the heat exchange elements and their uniform distribution in the heat exchange module are achieved.
При комбинированном подводе и отводе среды в кольцевой зазор достигается компенсация теплообменной поверхности.With the combined supply and removal of the medium into the annular gap, compensation of the heat exchange surface is achieved.
Выполнение от 0 до 1/3 теплообменных элементов, расположенных в центральной части, одностенными позволяет выполнить подвод среды в кольцевой зазор, не теряя полезную поверхность трубной доски, при этом также происходит некоторая экономия веса труб.The implementation of 0 to 1/3 of the heat exchange elements located in the central part, single-walled allows you to supply the medium into the annular gap without losing the useful surface of the tube sheet, while there is also some savings in the weight of the pipes.
Удовлетворение соотношению 0,1 D≤d<D позволяет выровнять гидравлическое сопротивление по отношению к теплообменным элементам с кольцевым зазором, при этом также происходит некоторая экономия веса труб.Satisfying the ratio 0.1 D≤d<D makes it possible to equalize the hydraulic resistance with respect to heat exchange elements with an annular gap, while some savings in the weight of the pipes also occur.
Поскольку модуль не имеет внешнего корпуса, поверхность теплообмена может быть набрана большим количеством модулей, с помощью компоновки модулей теплообменник может быть многоходовым, выход из строя любой из труб модуля не приводит к замене всего теплообменника, а лишь к замене или отключению модуля.Since the module does not have an external casing, the heat exchange surface can be filled with a large number of modules, the heat exchanger can be multi-passed using the layout of the modules, the failure of any of the tubes of the module does not lead to the replacement of the entire heat exchanger, but only to the replacement or shutdown of the module.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На Фиг. 1 представлен общий вид модуля;On FIG. 1 shows a general view of the module;
на фиг. 2 - вариант его исполнения;in fig. 2 - version of its execution;
на фиг. 3 - подвод среды в кольцевой зазор перпендикулярно теплообменным трубам;in fig. 3 - medium supply to the annular gap perpendicular to the heat exchange tubes;
на фиг. 4 - подвод среды в кольцевой зазор соосно теплообменным трубам.in fig. 4 - medium supply to the annular gap coaxially to the heat exchange tubes.
Теплообменный модуль состоит из входной камеры 1, включающей патрубок подвода нагреваемой среды 8, днища 4, доски трубной 5, блоков нагреваемой и нагревающей среды 2, состоящих из наружных труб 6 и внутренних труб 7, выходной камеры 3, включающей патрубок отвода нагреваемой среды 10. Входная и выходная камера могут включать обечайку 9.The heat exchange module consists of an
Теплообменный модуль работает следующим образом.The heat exchange module works as follows.
Поток среды через патрубок 8 поступает во входную камеру 1 и далее поступает в кольцевой зазор между трубами 6, 7 (фиг. 3, 4), в трубы 11 одностенных теплообменных элементов (фиг. 4), где нагревается за счет охлаждения греющей среды. Нагретая среда поступает в выходную камеру 3 и через патрубок 10 (фиг. 1, 2) выводится из теплообменного модуля. Поток греющей среды поступает в пространство между трубами 6 (фиг. 3), и трубами 6, 11 (фиг. 4) и во внутреннее пространство труб 7, осуществляя двусторонний нагрев нагреваемой среды.The medium flow through the
Применение модулей позволит существенно сократить толщину трубных досок и днищ за счет их меньшего диаметра (при одинаковом давлении и подобной геометрии элемент с большей площадью поверхности будет иметь большую толщину для сохранения прочности)The use of modules will significantly reduce the thickness of the tube sheets and bottoms due to their smaller diameter (at the same pressure and similar geometry, an element with a larger surface area will have a greater thickness to maintain strength)
Таким образом, достигнуто снижение массогабаритных характеристик по сравнению с прототипом в 1,9-2 раза.Thus, a reduction in weight and size characteristics in comparison with the prototype by 1.9-2 times has been achieved.
Одновременно конструкция теплообменного модуля может эксплуатироваться в более широком диапазоне рабочих параметров во время всего жизненного цикла этого объекта техники. Вышедшие из строя модули могут быть просто заменены на новые.At the same time, the design of the heat exchange module can be operated in a wider range of operating parameters during the entire life cycle of this piece of equipment. Failed modules can simply be replaced with new ones.
Claims (6)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202280055587.9A CN117795280A (en) | 2021-12-27 | 2022-12-26 | Heat exchange module |
PCT/RU2022/000390 WO2023128805A1 (en) | 2021-12-27 | 2022-12-26 | Heat exchange module |
KR1020247002842A KR20240032872A (en) | 2021-12-27 | 2022-12-26 | Heat exchange module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2780572C1 true RU2780572C1 (en) | 2022-09-27 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU914921A1 (en) * | 1980-06-09 | 1982-03-23 | Novopolotskij Polt Inst | Vertical heat exchanger |
RU2070309C1 (en) * | 1996-02-27 | 1996-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Уральская электротехническая компания" | Heat exchanger |
US5586599A (en) * | 1993-10-21 | 1996-12-24 | Tetra Laval Holdings & Finance Sa | Heat exchanger |
RU2140608C1 (en) * | 1998-04-13 | 1999-10-27 | Дмитриев Сергей Михайлович | Once-through vertical steam generator |
DE10202527A1 (en) * | 2002-01-24 | 2003-08-07 | Siegfried Lueck | Heat exchanger module has housing with outer wall, at least one tube in it and porous filling mass between tube and wall |
RU2621194C1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-06-01 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Heat exchange unit |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU914921A1 (en) * | 1980-06-09 | 1982-03-23 | Novopolotskij Polt Inst | Vertical heat exchanger |
US5586599A (en) * | 1993-10-21 | 1996-12-24 | Tetra Laval Holdings & Finance Sa | Heat exchanger |
RU2070309C1 (en) * | 1996-02-27 | 1996-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Уральская электротехническая компания" | Heat exchanger |
RU2140608C1 (en) * | 1998-04-13 | 1999-10-27 | Дмитриев Сергей Михайлович | Once-through vertical steam generator |
DE10202527A1 (en) * | 2002-01-24 | 2003-08-07 | Siegfried Lueck | Heat exchanger module has housing with outer wall, at least one tube in it and porous filling mass between tube and wall |
RU2621194C1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-06-01 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Heat exchange unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5579831B2 (en) | Modular plate / shell heat exchanger | |
JP3129727B2 (en) | Tube bundle heat exchanger | |
US8708035B2 (en) | Heat exchanger in a modular construction | |
BR112014016949B1 (en) | heat exchanger, and method for repairing, inspecting, cleaning or improving a heat exchanger | |
US20120103578A1 (en) | Modular plate and shell heat exchanger | |
US4084546A (en) | Heat exchanger | |
US3916990A (en) | Gas turbine regenerator | |
RU2780572C1 (en) | Heat exchange module | |
CN213120185U (en) | U-shaped tube type heat exchanger | |
WO2023128805A1 (en) | Heat exchange module | |
CN112414177A (en) | Tubular heat exchange device, heat exchange method and application | |
RU2386096C2 (en) | Honeycomb heat exchanger with flow swirling | |
RU2140608C1 (en) | Once-through vertical steam generator | |
CN208620881U (en) | A kind of Modular plate-type air cooler | |
RU2395775C1 (en) | Header plate-type heat exchanger | |
RU2437047C1 (en) | Heat exchanger | |
CN106288896B (en) | Outer ripple heat exchange of heat pipe and desalination plant | |
RU2619432C2 (en) | Radial plated heat and mass exchange device | |
RU2629306C1 (en) | Heat exchange unit | |
CN218329422U (en) | Heat recovery system for heat high-pressure gas in hydrogenation device | |
RU2094726C1 (en) | Plate-type heat exchanger | |
CN114577048B (en) | Heat exchanging device | |
RU2214560C2 (en) | Water heater | |
RU2341726C1 (en) | Platen steam-water heater | |
KR102499373B1 (en) | Heat Exchanger for Waste Heat collection |