RU2790537C1 - Heat exchanger - Google Patents

Heat exchanger Download PDF

Info

Publication number
RU2790537C1
RU2790537C1 RU2022116525A RU2022116525A RU2790537C1 RU 2790537 C1 RU2790537 C1 RU 2790537C1 RU 2022116525 A RU2022116525 A RU 2022116525A RU 2022116525 A RU2022116525 A RU 2022116525A RU 2790537 C1 RU2790537 C1 RU 2790537C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipes
holes
heat exchange
sections
heat
Prior art date
Application number
RU2022116525A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Николаевич Вепрев
Original Assignee
Виталий Николаевич Вепрев
Filing date
Publication date
Application filed by Виталий Николаевич Вепрев filed Critical Виталий Николаевич Вепрев
Application granted granted Critical
Publication of RU2790537C1 publication Critical patent/RU2790537C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: heat exchange devices.
SUBSTANCE: heat exchange device can be used as a heat exchanger and is designed to heat the premises due to the heat of the exhaust gases. The heat exchange device contains a rectangular body 1. Heat-exchange curved pipes 2 are installed inside the body 1. The opposite walls of the body 1 are made according to the type of tube sheets, for example, 3, 4 with holes for fixing the ends of the pipes 2. On the body 1 there are manifolds 5, 6 with devices for input and output of hot and cold streams gaseous coolant. To ensure the efficiency of heat transfer and compensation for thermal expansion, the heat exchange tubes 2 are bent to form sections a, b, c on each tube. Moreover, sections a and c are in the same plane, but are located at an angle of 90° to section b and directed in different directions from it. The holes, during which tube sheets are formed on the opposite walls of the housing 1, are arranged in rows, such as, for example, on the lattices 3, 4 located along the Y axis. On the upper half of the surface of each of the lattices 3, 4, the vertical rows of holes are offset relative to the vertical rows located on lower half of the surface. In this case, between the two rows of holes on the upper half of the surface of the grating 3 there is a vertical row of holes made on the lower half of its surface. On parts of the surface of the grid 4, the vertical rows of holes are arranged in reverse order, in which between the two rows of holes on the lower half of the surface there is a vertical row of holes made on the upper half of the surface. At the same time, on the lower half of the surface of the lattice 3, the pipes 2 are fixed by the ends of the sections a in the holes, which are numbered from bottom to top from 1 to n in each vertical row. Then the same pipes 2, but with the ends of sections facing the upper half of the surface of the grate 4, are fixed in the holes of each vertical row in the order of numbering from 1 to n, starting from the middle of the surface of the grate 4. Inside the housing 1, the heat exchange pipes 2 are located at a distance of 1, 5 d apart. Sections b of all installed pipes 2 have the same length and are located in accordance with the spatial position of the walls of the housing, defining each pair of tube sheets along the X, Y, Z axes, and the lengths of sections a and c are variable values. Curved pipes 2 can be made of helicoid-shaped pipes, of twisted pipes of the confuser-diffuser type, of pipes twisted in a spiral in the form of an ellipse, ovoid or Schauberger pipes.
EFFECT: heat exchange device creation.
6 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехническому оборудованию, в частности к аппаратам поверхностного типа для использования теплоты отходящих газов, в котором теплообмен между теплоносителями осуществляется непрерывно через разделяющую их стенку.The invention relates to heat engineering equipment, in particular to surface-type apparatus for using the heat of exhaust gases, in which heat exchange between heat carriers is carried out continuously through a wall separating them.

Известны теплообменные аппараты поверхностного типа, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена, глухую стенку. К числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников -относятся кожухотрубчатые теплообменники, содержащие корпус, входной и выходной коллекторы и пучок теплообменных прямых труб, закрепленных в трубных решетках (А.Г. Касаткин Основные процессы и аппараты химической технологии. Издательство Альянс, Москва, 2004, стр. 326-330).Surface-type heat exchangers are known, in which heat transfer between heat-exchanging media occurs through a heat-exchange surface separating them, a blank wall. Among the most commonly used surface heat exchangers are shell-and-tube heat exchangers containing a housing, inlet and outlet manifolds and a bundle of heat-exchange straight pipes fixed in tube sheets (A.G. Kasatkin Basic Processes and Apparatuses of Chemical Technology. Alliance Publishing House, Moscow, 2004, p. 326-330).

Основными недостатками указанных конструкций является недостаточно интенсивный теплообмен в связи с низким коэффициентом теплопередачи из-за слабой турбулизации потоков, проходящих как внутри труб, так и в межтрубном пространстве, высокая материалоемкость и значительные габариты. Кроме того, в теплообменниках с приваренными к корпусу трубными решетками при разности температур труб и кожуха, приблизительно равной или большей 50°С, трубы и кожух удлиняются неодинаково. Это вызывает значительные напряжения в трубных решетках, может нарушить плотность соединения труб с решетками, привести к разрушению сварных швов, недопустимому смешению обменивающихся теплом сред. Для компенсации температурных удлинений, возникающих между кожухом и трубками, необходима возможность свободного удлинения труб. Простейшим устройством для компенсации температурных удлинений является линзовый компенсатор, который устанавливается в корпусе теплообменника и компенсирует температурные деформации осевым сжатием или расширением.The main disadvantages of these structures are insufficiently intense heat transfer due to the low heat transfer coefficient due to weak turbulence of flows passing both inside the pipes and in the annular space, high material consumption and significant dimensions. In addition, in heat exchangers with tube sheets welded to the shell, when the temperature difference between the tubes and the shell is approximately equal to or greater than 50°C, the tubes and the shell elongate unequally. This causes significant stresses in the tube sheets, can disrupt the tightness of the connection between the pipes and the sheets, lead to the destruction of welds, and unacceptable mixing of heat-exchanging media. To compensate for thermal elongations that occur between the casing and the tubes, it is necessary to be able to freely extend the tubes. The simplest device for compensating for thermal elongations is a lens compensator, which is installed in the heat exchanger housing and compensates for thermal deformations by axial compression or expansion.

Для уменьшения температурных деформаций, обусловленных большой разностью температур труб и кожуха, значительной длиной труб, а также различием материала труб и кожуха, иепользуют теплообменники с U-образными греющими трубами. Эти теплообменники имеют одну трубчатую решетку, в которой закреплены оба конца U-образных труб. (А.Г. Касаткин Основные процессы и аппараты химической технологии. Издательство Альянс, Москва, 2004, стр. 326-330).To reduce temperature deformations caused by a large temperature difference between pipes and casing, a significant length of pipes, as well as a difference in the material of pipes and casing, heat exchangers with U-shaped heating pipes are used. These heat exchangers have one tubular grid in which both ends of the U-tubes are fixed. (A.G. Kasatkin Basic Processes and Apparatuses of Chemical Technology. Alliance Publishing House, Moscow, 2004, pp. 326-330).

В кожухотрубчатом теплообменнике с U-образными трубами сами трубы выполняют функцию компенсирующих устройств. При этом упрощается и облегчается конструкция аппарата, имеющего лишь ОДНУ неподвижную трубную решетку. Наружная поверхность труб может быть легко очищена при выемке всем трубчатки из корпуса аппарата. Кроме того, в теплообменниках такой конструкции, являющихся двух- или многоходовыми, достигается довольно интенсивный теплообмен. Недостатки теплообменников с U-образными трубами: трудность очистки внутренней поверхности труб, сложность размещения большого числа труб в трубной решетке.In a shell and tube heat exchanger with U-tubes, the tubes themselves act as compensating devices. This simplifies and facilitates the design of the apparatus, which has only ONE fixed tube sheet. The outer surface of the pipes can be easily cleaned by removing the entire tubular from the body of the apparatus. In addition, in heat exchangers of this design, which are two- or multi-pass, a rather intensive heat exchange is achieved. Disadvantages of heat exchangers with U-tubes: the difficulty of cleaning the inner surface of the tubes, the difficulty of placing a large number of tubes in the tube sheet.

Известны теплообменники поверхностного типа для использования теплоты отходящих газов, в которых теплообмен между теплоносителями осуществляется непрерывно через разделяющую их стенку, такие теплообменные аппараты называются рекуператорами.Surface-type heat exchangers are known for using the heat of exhaust gases, in which heat exchange between heat carriers is carried out continuously through a wall separating them, such heat exchangers are called recuperators.

Так в патенте RU 2099663, МПК F28D 1/03, F28F 3/02, опубл. 20.12.1997 описай теплообменник, который может быть использован в качестве рекуператора. Корпус теплообменника снабжен подводящими и отводящими коллекторами для каждой теплообменной среды. Теплообменник имеет компактную теплообменную поверхность. Пространство, охваченное корпусом, разделено на зоны, в пределах которых расположены теплообменные элементы, состоящие из множества стенок. Каждая стенка соединена с наружного края с одной смежной стенкой, а с внутреннего края - с другой смежной стенкой, образуя при этом каналы для циркуляции теплообменных сред. Каналы расположены в пределах зоны таким образом, что стенки теплообменных элементов одной, зоны обращены внутренними краями к внутренним краям стенок теплообменных элементов смежных зон или к стенке теплообменного элемента смежной зоны. Для образования трактов циркуляции теплообменных сред предусмотрено средство перекрытия каналов. В каналах, стенки которых соединены с внутреннего края, указанное средство полностью перекрывает их сечение. В каналах, стенки которых соединены с наружного края, их сечение перекрыто частично - со стороны наружного края, при этом средство перекрытия снабжено общим герметизирующим элементом, на котором закреплен коллектор подвода или отвода теплообменной среды. Стенки крайних каналов, расположенных в смежных зонах, соединены компенсаторами.So in the patent RU 2099663, IPC F28D 1/03, F28F 3/02, publ. 12/20/1997 describe a heat exchanger that can be used as a recuperator. The body of the heat exchanger is equipped with inlet and outlet collectors for each heat exchange medium. The heat exchanger has a compact heat exchange surface. The space covered by the housing is divided into zones, within which heat exchange elements are located, consisting of a plurality of walls. Each wall is connected from the outer edge with one adjacent wall, and from the inner edge - with another adjacent wall, thus forming channels for the circulation of heat exchange media. The channels are located within the zone in such a way that the walls of the heat exchange elements of one zone face the inner edges of the walls of the heat exchange elements of adjacent zones or to the wall of the heat exchange element of the adjacent zone. For the formation of paths for circulation of heat exchange media, a means of overlapping the channels is provided. In the channels, the walls of which are connected from the inner edge, the specified means completely overlaps their cross section. In the channels, the walls of which are connected from the outer edge, their cross section is partially blocked - from the side of the outer edge, while the means of overlap is provided with a common sealing element, on which the manifold for supplying or discharging the heat exchange medium is fixed. The walls of the extreme channels located in adjacent zones are connected by compensators.

В конструкции известного теплообменника использован тонколистовой материал больших размеров, жесткость которого способна оказать влияние, как на сборку, так и на работу теплообменника. Так при эксплуатации теплообменника прохождение теплового потока вдоль передающих тепло элементов, выполненных из тонколистового материала, не позволяет обеспечить равномерное распределение температуры по площади каждого теплообменного элемента. Компенсатор, соединяющий стенки теплообменных элементов, расположенных в смежных зонах, неспособен в полном объеме компенсировать тепловое расширение листового материала, что ведет к местной деформации перегородок (средств перекрытия каналов) в разные стороны, из-за чего возможны изменения проходных сечений каналов, приводимые к снижению эффективности теплообменного аппарата.In the design of the known heat exchanger, a thin-sheet material of large dimensions is used, the rigidity of which can affect both the assembly and the operation of the heat exchanger. So, during the operation of the heat exchanger, the passage of the heat flow along the heat transfer elements made of thin sheet material does not allow for a uniform temperature distribution over the area of each heat exchange element. The compensator connecting the walls of the heat exchange elements located in adjacent zones is unable to fully compensate for the thermal expansion of the sheet material, which leads to local deformation of the partitions (means of closing the channels) in different directions, due to which changes in the flow sections of the channels are possible, leading to a decrease in efficiency of the heat exchanger.

В патенте RU №2419034, МПК F23L 15/04 опубл. 20.05.2011 описан сеточный рекуператор, у которого теплообменная поверхность сконструирована в виде пакетов (модулей), составленных из определенного количества сеточных матриц (сеток), составленных из трубных структур. Рекуператор имеет двойной корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителей, при этом низкотемпературный теплоноситель высокого давления движется в теплообменных трубах, а высокотемпературный теплоноситель низкого давления движется в межтрубном пространстве. Теплообменные трубы неподвижно закреплены в трубных досках и объединены, по меньшей мере;, в один одномодульный блок рекуператора, представляющий собой единичный теплообменный пакет, составленный из ряда «сеток» (сеточных матриц). То есть теплообменный пакет, составлен из наборов продольных и поперечных теплообменных труб, сплетенных между собой в виде ортогональной или диагональной сетки подобно тому, как сплетены из ниток, например, хлопчатобумажные ткани. При этом сеточная матрица может быть сплетена из труб, в том числе различного как по площади, так и по конфигурации поперечного сечения. Матрицы, собранные в модуль, объединяются трубопроводами высокого давления, установленными по углам трубных досок. Пакеты сеточных матриц, состоящие из необходимого числа сеток, объединены в отдельные модули, общее количество которых определяет в рекуператоре число перекрестных ходов среды высокого давления относительно течения среды низкого давления.In the patent RU No. 2419034, IPC F23L 15/04 publ. On May 20, 2011, a grid heat exchanger is described, in which the heat exchange surface is designed in the form of packages (modules) composed of a certain number of grid matrices (grids) composed of pipe structures. The heat exchanger has a double casing with branch pipes for supplying and discharging heat carriers, while the low-temperature high-pressure heat carrier moves in the heat exchange pipes, and the high-temperature low-pressure heat carrier moves in the annulus. The heat exchange tubes are fixedly fixed in the tube sheets and combined into at least one single-module heat exchanger unit, which is a single heat exchange package composed of a number of "grids" (grid matrices). That is, the heat exchange package is made up of sets of longitudinal and transverse heat exchange pipes woven together in the form of an orthogonal or diagonal mesh, similar to how cotton fabrics are woven from threads, for example. In this case, the mesh matrix can be woven from pipes, including pipes of various sizes both in area and in cross-sectional configuration. The matrices, assembled into a module, are connected by high pressure pipelines installed at the corners of the tube sheets. Grid matrix packages, consisting of the required number of grids, are combined into separate modules, the total number of which determines the number of cross passages of the high pressure medium in the recuperator relative to the flow of the low pressure medium.

В патенте RU 2483265, МПК F28F 27/02, опубл. 27.05.2013 г. описан рекуператор, который включает в себя канал для нагретого газа; впускной трубопровод; выпускной трубопровод; а также прямоточную поверхность нагрева, расположенную в канале для нагретого газа и образованную множеством первых однорядных трубно-коллекторных узлов и множеством вторых однорядных трубно-коллекторных узлов. Каждый из множества первых однорядных трубно-коллекторных узлов, включающих множество первых генераторных теплообменных труб, соединен параллельно для прохождения сквозного потока текучей среды; а также содержит впускной коллектор, соединенный с впускным трубопроводом. Каждый из множества вторых однорядных трубно-коллекторных узлов, включающих множество вторых теплообменных труб, соединен параллельно для прохождения сквозного потока текучей среды, поступающего из соответствующих первых теплообменных труб; а также содержит выпускной коллектор, соединенный с выпускным трубопроводом. Каждый из впускных коллекторов соединен с впускным трубопроводом, по меньшей мере, одной соответствующей трубой из множества первых соединительных труб, а каждый из выпускных коллекторов соединен с выпускным трубопроводом, по меньшей мере, одной соответствующей трубой из множества вторых соединительных труб.In the patent RU 2483265, IPC F28F 27/02, publ. On May 27, 2013, a heat exchanger was described, which includes a channel for heated gas; inlet pipeline; exhaust pipeline; as well as a direct-flow heating surface located in the heated gas channel and formed by a plurality of first single-row pipe-collector assemblies and a plurality of second single-row pipe-collector assemblies. Each of a plurality of first single-row tube-collector assemblies, including a plurality of first generator heat exchange tubes, is connected in parallel to pass a through fluid flow; and also contains an intake manifold connected to the intake manifold. Each of the plurality of second single-row tube-collector assemblies, including a plurality of second heat exchange tubes, is connected in parallel to pass through the flow of fluid coming from the respective first heat exchange tubes; and also contains an exhaust manifold connected to the exhaust pipeline. Each of the intake manifolds is connected to the intake pipeline by at least one corresponding pipe from the plurality of first connecting pipes, and each of the exhaust manifolds is connected to the exhaust pipeline by at least one corresponding pipe from the plurality of second connecting pipes.

Конструкция рекуператора позволяет обеспечить быстрый нагрев и охлаждение и характеризуется увеличенным ресурсом работы. Однако, из описания конструкции не ясно, каким образом компенсируется тепловое расширение корпуса аппарата, в котором трубы в процессе эксплуатации удлиняются.The design of the recuperator allows for fast heating and cooling and is characterized by an increased service life. However, it is not clear from the description of the design how the thermal expansion of the apparatus body is compensated, in which the pipes lengthen during operation.

В патенте RU 2527772 МПК F28F 1/12, F28D 7/08, 1/047, опубл. 10.09.2014 описан теплообменный аппарат с пучком теплообменных серпантинообразных оребренных труб (прототип). Пучок устанавливают в корпусе аппарата, в котором имеются входной и выходной каналы для подачи газообразного теплоносителя. Выполнение оребренной трубы не прямой, а серпантинообразной приводит к увеличению поверхности теплообмена за счет удлинения трубы и дополнительной интенсификации теплообмена, вызванной турбулизацией потока нагреваемой среды. В процессе эксплуатации нагреваемой средой являются жидкости и газы, которые подаются через штуцер ввода, установленный в камере теплообменной секции пучка теплообменных оребренных серпантинообразных труб. Нагреваемая среда при прохождении по внутренним каналам серпантинообразных труб, воспринимает теплоту от теплоносителя, омывающего внешнюю поверхность теплообменных серпантинообразных оребренных труб со всех сторон, нагревается и выводится через выходной штуцер. При этом теплоносителем являются дымовые газы, образовавшиеся при сгорании топлива в энергетических установках (печах, котлах, газотурбинных установках и т.д.), которые по входному каналу поступают внутрь корпуса аппарата.In the patent RU 2527772 IPC F28F 1/12, F28D 7/08, 1/047, publ. On September 10, 2014, a heat exchanger with a bundle of heat exchange serpentine-shaped finned tubes (prototype) was described. The beam is installed in the body of the apparatus, which has inlet and outlet channels for supplying a gaseous coolant. The execution of the finned tube is not straight, but serpentine leads to an increase in the heat exchange surface due to the elongation of the tube and additional intensification of heat transfer caused by turbulence of the flow of the heated medium. During operation, the heated medium is liquids and gases, which are supplied through the inlet fitting installed in the chamber of the heat exchange section of the bundle of heat exchange finned serpentine tubes. The heated medium, when passing through the internal channels of the serpentine-shaped tubes, perceives heat from the coolant washing the outer surface of the heat-exchange serpentine-shaped finned tubes from all sides, heats up and is discharged through the outlet fitting. In this case, the heat carrier is flue gases formed during the combustion of fuel in power plants (furnaces, boilers, gas turbine plants, etc.), which enter the apparatus body through the inlet channel.

Эксплуатация теплообменного аппарата требует создания большого давления, так как увеличивается гидравлическое сопротивление таких труб. Эффективность работы теплообменного аппарата с теплообменными трубами серпантинообразной конфигурации со временем снижается в несколько раз из-за засорения межтрубного пространства, поскольку примеси, содержащиеся в теплоносителе, могут оседать на ребрах серпантинообразных труб и накапливаться между ребрами. В этой связи для эффективной работы теплообменного аппарата необходимо использовать только чистый без примесей теплоноситель.The operation of the heat exchanger requires the creation of high pressure, as the hydraulic resistance of such pipes increases. The efficiency of a heat exchanger with serpentine-shaped heat-exchange tubes decreases several times over time due to clogging of the annular space, since impurities contained in the coolant can settle on the fins of the serpentine-shaped tubes and accumulate between the fins. In this regard, for the efficient operation of the heat exchanger, it is necessary to use only pure coolant without impurities.

Задача - создание теплообменного устройства для обогрева помещений за счет использования тепла отходящих дымовых газов, обеспечивающего при простоте конструкции эффективность теплообмена и компенсацию теплового расширения.The task is to create a heat exchange device for space heating by using the heat of exhaust flue gases, which, with a simple design, ensures heat transfer efficiency and compensation for thermal expansion.

Технический результат - эффективность теплообмена и компенсация теплового расширения рекуперативного теплообменного устройства.EFFECT: efficiency of heat exchange and compensation for thermal expansion of a recuperative heat exchange device.

Указанный технический результат достигается в теплообменном устройстве, содержащем корпус, входной и выходной коллекторы с устройствами ввода и вывода горячего и холодного потоков газообразного теплоносителя, а также пучок установленных в корпусе теплообменных изогнутых труб, закрепленных в трубных решетках. Согласно изобретению каждая из теплообменных труб d≤12 мм изогнута в виде кривошипной рукоятки, имеющей в одной плоскости параллельные между собой участки а, с. которые расположены под углом 90° к участку b и направлены в разные стороны от него. При этом стенки корпуса выполнены по типу трубных решеток с отверстиями для закрепления концов теплообменных труб. Причем в каждой паре трубных решеток, определяемой взаимно противоположными стенками корпуса, отверстия расположены вертикальными рядами. Эти вертикальные ряды в пределах верхней и нижней половин поверхности каждой из решеток между собой разнесены на расстояние 3d и смещены на расстояние 1,5d в расположении верхней половины решетки относительно нижней. Так при этом между вертикальными рядами отверстий в верхней половине одной решетки расположен ряд отверстий, выполненных на нижней ее половине. А на противоположной решетке в обратном порядке, при котором ряд отверстий в верхней половине расположен между рядами отверстий в нижней половине. Причем в каждой паре одна из решеток оборудована в нижней половине трубами одного пучка, обращенными участками а на вход теплоносителя, а в верхней половине трубами второго пучка, обращенными участками с на выход теплоносителя. Соответственно трубы первого пучка, обращенные на выход теплоносителя участками с, закреплены на верхней половине противоположной решетки, а на ее нижней половине закреплены трубы второго пучка, обращенные участками а на вход теплоносителя. При этом длины входных участков а, которые установлены в отверстиях, пронумерованных в вертикальных рядах снизу вверх от 1 до n на нижней половине каждой из решеток, представлены в виде последовательности чисел a1, a2, а3, … an, в которой каждый следующий элемент, начиная со второго, меньше предыдущего. А длины выходных участков с, установленных в отверстиях верхней половины каждой решетки, аналогично пронумерованных снизу вверх, представлены в виде последовательности чисел c1, c2, с3, … сn, в которой каждый следующий элемент больше предыдущего. При этом для всех труб участки b, имеющие одинаковую длину, расположены в соответствии с пространственным положением стенок корпуса, определяющих каждую пару трубных решеток в трехмерной системе координат по осям X, Y, Z.The specified technical result is achieved in a heat exchange device containing a housing, inlet and outlet manifolds with input and output devices for hot and cold gaseous coolant flows, as well as a bundle of heat exchange curved pipes installed in the housing and fixed in tube sheets. According to the invention, each of the heat exchange tubes d≤12 mm is bent in the form of a crank handle having sections a, c parallel to each other in one plane. which are located at an angle of 90° to section b and directed in different directions from it. In this case, the housing walls are made in the form of tube sheets with holes for fixing the ends of the heat exchange tubes. Moreover, in each pair of tube sheets, defined by mutually opposite walls of the housing, the holes are arranged in vertical rows. These vertical rows within the upper and lower halves of the surface of each of the gratings are separated from each other by a distance of 3d and shifted by a distance of 1.5d in the location of the upper half of the grating relative to the lower one. Thus, between the vertical rows of holes in the upper half of one lattice there is a row of holes made on its lower half. And on the opposite grid in reverse order, in which the row of holes in the upper half is located between the rows of holes in the lower half. Moreover, in each pair, one of the gratings is equipped in the lower half with pipes of one bundle, sections a facing the coolant inlet, and in the upper half with pipes of the second bundle, sections c facing the coolant outlet. Correspondingly, the pipes of the first bundle, facing the outlet of the coolant with sections c, are fixed on the upper half of the opposite grid, and on its lower half, the pipes of the second bundle are fixed, facing the sections a at the inlet of the coolant. In this case, the lengths of the input sections a , which are installed in the holes numbered in vertical rows from bottom to top from 1 to n on the lower half of each of the gratings, are presented as a sequence of numbers a 1 , a 2 , a 3 , ... a n , in which each the next element, starting from the second, is less than the previous one. And the lengths of the output sections c, installed in the holes of the upper half of each lattice, similarly numbered from bottom to top, are presented as a sequence of numbers c 1 , c 2 , c 3 , ... c n , in which each next element is greater than the previous one. At the same time, for all pipes, sections b having the same length are located in accordance with the spatial position of the body walls that define each pair of tube sheets in a three-dimensional coordinate system along the X, Y, Z axes.

Помимо этого в частном случае выполнения теплообменного устройства изогнутые трубы выполнены из труб, имеющих геликоидную форму.In addition, in a particular case of execution of the heat exchange device, the curved pipes are made of pipes having a helicoid shape.

Причем в другом частном случае выполнения теплообменного устройства изогнутые трубы выполнены из витых труб, имеющих в поперечном сечении форму типа «конфузор-диффузор».Moreover, in another particular case of the execution of the heat exchange device, the bent pipes are made of twisted pipes having a cross-sectional shape of the "confuser-diffuser" type.

Кроме того, в третьем частном случае выполнения теплообменного устройства изогнутые трубы, выполнены из закрученных по спирали труб, имеющих в поперечном сечении форму эллипса.In addition, in the third particular case of the execution of the heat exchange device, the bent pipes are made of pipes twisted in a spiral, having an elliptical shape in cross section.

А в четвертом частном случае выполнения теплообменного устройства изогнутые трубы выполнены из закрученных по спирали труб, имеющих в поперечном сечении форму овоида.And in the fourth particular case of the execution of the heat exchange device, the bent pipes are made of pipes twisted in a spiral, having an ovoid shape in cross section.

Особенность теплообменного устройства в пятом частном случае в том, что изогнутые трубы выполнены из закрученных по спирали труб Шаубергера, имеющих в поперечном сечении форму овоида с вогнутостью с одной стороны.The peculiarity of the heat exchange device in the fifth particular case is that the bent pipes are made of Schauberger pipes twisted in a spiral, having an ovoid shape in cross section with a concavity on one side.

Как и в прототипе, использование изогнутых труб по сравнению с использованием прямых труб позволяет увеличить поверхность теплообмена. В заявляемом устройстве в отличие от прототипа и других, известных из уровня техники устройств изменена конфигурация труб. При выполнении труб их изгибают с образованием трех участков а, b, с в теплообменном устройстве обеспечивается изменение направления потока рабочей среды на угол более двух раз на угол 90°, т.е. теплообмен осуществляется в разных направлениях одновременно. Компоновка таких труб, закрепленных по заданной схеме расположения отверстий на стенках корпуса, выполненных как трубные решетки, позволяет обеспечить заполнение всего межтрубного пространства для создания большой поверхности теплообмена и его эффективности. Для обеспечения заполнения всего межтрубного пространства при заявляемой конфигурации труб важным является расположение отверстий рядами, смещенными верхней и нижней половинах поверхности каждой из решеток. При этом трубы невозможно будет установить внутри корпуса, если не будет соблюден обратный порядок расположения рядов отверстий на нижней и верхней половинах поверхности одной из трубных решеток по отношению к другой. Вместе с тем переменные величины длин участков a и с в указанных последовательностях являются необходимым условием для размещения внутри корпуса труб измененной конфигурации. В заявляемом устройстве в отличие от прототипа количество отложений на трубах будет минимальным, поскольку, во-первых, на трубах отсутствует оребрение. Во-вторых, внутри аппарата происходит разрушение отложений на участках а, b, с труб вследствие их температурных деформаций осевого сжатия или расширения. При изменении конфигурации труб нет необходимости в установке дополнительных средств компенсации теплового расширения в виде линзового компенсатора, плавающей головки или сальникового компенсатора, что упрощает конструктивное исполнение корпуса устройства.As in the prototype, the use of curved pipes compared to the use of straight pipes allows you to increase the heat exchange surface. In the claimed device, unlike the prototype and other devices known from the prior art, the configuration of the pipes has been changed. When the pipes are made, they are bent with the formation of three sections a, b, c in the heat exchange device. heat exchange is carried out in different directions simultaneously. The layout of such tubes, fixed according to a predetermined arrangement of holes on the walls of the housing, made as tube sheets, makes it possible to fill the entire annular space to create a large heat exchange surface and its efficiency. To ensure the filling of the entire annular space with the claimed configuration of pipes, it is important to arrange the holes in rows, offset by the upper and lower halves of the surface of each of the grids. In this case, the pipes will not be able to be installed inside the body, if the reverse order of the arrangement of rows of holes on the lower and upper halves of the surface of one of the tube sheets with respect to the other is not observed. At the same time, variable lengths of sections a and c in the indicated sequences are a necessary condition for placing pipes of a changed configuration inside the body. In the claimed device, unlike the prototype, the amount of deposits on the pipes will be minimal, because, firstly, there are no fins on the pipes. Secondly, inside the apparatus, deposits are destroyed in sections a , b, c of pipes due to their thermal deformations of axial compression or expansion. When changing the configuration of the pipes, there is no need to install additional means of compensating for thermal expansion in the form of a lens compensator, a floating head or a gland compensator, which simplifies the design of the device case.

Для каждой из попарно противоположных стенок корпуса, выполненных в виде трубных решеток, трубы установлены двумя пучками в виде модулей и развернуты друг относительно друга на 90°, что позволит увеличить тепловую эффективность теплообменника, или использовать теплообменный аппарат для нагрева двух сред одновременно от одного теплоносителя. При выполнении отверстий на каждой из четырех стенок корпуса, т.е. с четырьмя трубными решетками (фиг. 1) обеспечивается возможность нагревать две среды параллельно от одного теплоносителя и, наоборот, одну среду от двух разных теплоносителей. В общем случае выполнения теплообменного устройства каждая из изогнутых труб имеет круглую форму в поперечном сечении. В частных случаях выполнения теплообменного устройства изогнутые трубы имеют в поперечном сечении другую форму в отличие от круглой (геликоидная форма, форма типа «конффузор диффузор», форма эллипса, овоида или форма овоида с вогнутостью с одной стороны), что позволяет при расширении ассортимента обеспечить увеличение передачи тепла и уменьшение отложений на трубах.For each of the pairwise opposite walls of the body, made in the form of tube sheets, the pipes are installed in two bundles in the form of modules and rotated relative to each other by 90°, which will increase the thermal efficiency of the heat exchanger, or use the heat exchanger to heat two media simultaneously from one coolant. When making holes on each of the four walls of the housing, i.e. with four tube sheets (Fig. 1) it is possible to heat two media in parallel from one coolant and, conversely, one medium from two different coolants. In the general case of the execution of the heat exchange device, each of the curved pipes has a round cross-sectional shape. In particular cases of execution of the heat exchange device, bent pipes have a different cross-sectional shape, in contrast to the round one (helicoid shape, “diffuser-diffuser” type shape, ellipse, ovoid or ovoid shape with concavity on one side), which allows, when expanding the range, to provide an increase heat transfer and reduction of deposits on pipes.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами. На фигуре 1 представлен общий вид теплообменного устройства; фиг. 2 - вид устройства, внутри которого размещен 1 пучок теплообменных труб; фиг. 3 - вид устройства сбоку, со стороны одной трубной решетки, ориентированной по оси Y; фиг. 4 - то же со стороны другой трубной решетки; фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 3, 4; фиг. 6 - вид устройства с внутренним расположением труб (трубы одного и другого пучка выделены черной и белой окраской относительно решеток, ориентированных по оси Y); фиг. 7 - схема расположения отверстий на частях (верхней и нижней) поверхности одной из трубных решеток; фиг. 8 - теплообменная труба; фиг. 9 - пример положения труб одного пучка относительно труб другого пучка (показаны четыре трубы, закрепленные в решетках, ориентированных по оси Y); фиг. 10 - пример положения труб внутри корпуса при ориентации решеток по осям координат (показано положение участков b части труб в соответствии с осями X, Y, Z); фиг. 11 - изогнутая труба геликоидной формы с увеличенным фрагментом; фиг. 12 - изогнутая труба витой формы типа «конффузор диффузор» и ее увеличенный фрагмент; фиг. 13 - изогнутая труба в форме закрученного по спирали эллипса; фиг. 14 - то же в форме закрученного по спирали вокруг своей оси овоида; фиг. 15 - то же в форме закрученного по спирали вокруг своей оси овоида, имеющего на одной стороне вогнутость, и ее увеличенный фрагмент.The claimed technical solution is illustrated by drawings. The figure 1 shows a General view of the heat exchange device; fig. 2 - view of the device, inside which is placed 1 bundle of heat exchange tubes; fig. 3 is a side view of the device, from the side of one tube sheet, oriented along the Y axis; fig. 4 - the same from the side of the other tube sheet; fig. 5 is a section A-A in FIG. 3, 4; fig. 6 - view of the device with an internal arrangement of pipes (the pipes of one and the other bundle are highlighted in black and white relative to the gratings oriented along the Y axis); fig. 7 - layout of holes on the parts (upper and lower) of the surface of one of the tube sheets; fig. 8 - heat exchange pipe; fig. 9 - an example of the position of pipes of one bundle relative to the pipes of another bundle (four pipes are shown, fixed in gratings oriented along the Y axis); fig. 10 - an example of the position of the pipes inside the body when the gratings are oriented along the coordinate axes (the position of sections b of the pipe part is shown in accordance with the axes X, Y, Z); fig. 11 - curved helicoid-shaped pipe with an enlarged fragment; fig. 12 - a curved pipe of a twisted shape of the "confuser-diffuser" type and its enlarged fragment; fig. 13 - curved pipe in the form of an ellipse twisted in a spiral; fig. 14 - the same in the form of an ovoid twisted in a spiral around its axis; fig. 15 - the same in the form of an ovoid twisted in a spiral around its axis, having a concavity on one side, and its enlarged fragment.

Теплообменное устройство содержит корпус 1 прямоугольной формы. Внутри корпуса 1 установлены теплообменные изогнутые трубы 2, при этом стенки корпуса 1, расположенные противоположно друг другу, выполнены по типу трубных решеток 3, 4 с отверстиями для закрепления концов теплообменных труб 2. На корпусе 1 расположены коллекторы 5, 6 с устройствами ввода и вывода горячего и холодного потоков газообразного теплоносителя. Теплообменные трубы 2 изогнуты с образованием на каждой трубе участков а, b, с, причем участки а и с, находясь в одной плоскости друг с другом, расположены под углом 90° к участку b и направлены в разные стороны от него (фиг. 5). Отверстия, при выполнении которых на противоположных стенках корпуса Образованы трубные решетки, расположены рядами. Эти ряды отверстий на поверхностях трубных решеток, например на расположенных по оси Y решетках 3, 4, ориентированы в вертикальном и горизонтальном направлениях. Вертикальные и горизонтальные ряды отверстий на трубных решетках 3, 4 расположены друг от друга на расстоянии t1=3d и t2=1,5d соответственно (фиг. 2). Причем на верхней половине поверхности каждой из решеток 3, 4 вертикальные ряды отверстий смещены на 1,5d относительно вертикальных рядов, расположенных на нижней половине поверхности. При этом на указанных частях поверхности одной решетки, например, решетки 3 вертикальные ряды отверстий расположены в порядке, при котором между двумя рядами отверстий на верхней половине поверхности расположен вертикальный ряд отверстий, выполненных на нижней половине поверхности. На частях поверхности решетки 4 вертикальные ряды отверстий расположены в обратном порядке, при котором между двумя рядами отверстий на нижней половине поверхности расположен вертикальный ряд отверстий, выполненных на верхней половине поверхности. При этом на нижней половине поверхности решетки 3 трубы 2 концами участков а закреплены в отверстиях, которые снизу вверх пронумерованы от 1 до n в каждом вертикальном ряду. Тогда те же трубы 2, но концами участков c обращенные к верхней половине поверхности решетки 4, закреплены в отверстиях каждого вертикального ряда в порядке нумерации от I до II, начиная от середины поверхности решетки 4. Внутри корпуса 1 теплообменные трубы 2 расположены на расстоянии 1,5 d друг от друга. При этом у теплообменных труб, установленных внутри корпуса, длины участков b=const, а длины участков а и с - величины переменные. Так для труб 2, установленных внутри корпуса 1, длины участков а с учетом нумерации отверстий от 1 до n, представлены в последовательности чисел a 1 , a 2 , a 3 ; a 4 , as, а 5 , a 6 , а 7 an, в которой каждое следующее число, начиная со второго a 2, меньше предыдущего. Соответственно длины участков с тех же труб 2 внутри корпуса 1 в порядке закрепления их концов в отверстиях, пронумерованных в каждом вертикальном ряду от 1 до n, начиная от середины поверхности решеток, например, 3, 4, представляют соббй последовательность чисел c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7, c8 … cn, в которой каждое следующее число больше предыдущего. При этом участки b расположены в вертикальной ориентированной по оси Y плоскости в соответствии с пространственным положением стенок корпуса, определяющих пару трубных решеток 3, 4 (фиг .6, 9).. Аналогично, но в соответствии с положением стенок корпуса, определяющих другие пары трубных решеток, ориентированных по оси X или по оси Z, расположены участки b труб 2, закрепленных в этих решетках. Так на фиг. 10 представлено расположение части труб 2 внутри корпуса 1 для каждой пары решеток, ориентированных в трехмерной системе координат по осям X, Y, Z.The heat exchange device contains a rectangular body 1. Inside the housing 1, heat exchange bent pipes 2 are installed, while the walls of the housing 1, located opposite to each other, are made according to the type of tube sheets 3, 4 with holes for fixing the ends of the heat exchange pipes 2. Collectors 5, 6 with input and output devices are located on the housing 1 hot and cold flows of gaseous coolant. The heat exchange tubes 2 are bent with the formation of sections a, b, c on each pipe, and sections a and c, being in the same plane with each other, are located at an angle of 90 ° to section b and directed in different directions from it (Fig. 5) . The holes, during which tube sheets are formed on the opposite walls of the body, are arranged in rows. These rows of holes on the surfaces of the tube sheets, for example on the Y-axis sheets 3, 4, are oriented in the vertical and horizontal directions. The vertical and horizontal rows of holes on the tube sheets 3, 4 are spaced from each other at a distance t 1 =3d and t 2 =1.5d, respectively (Fig. 2). Moreover, on the upper half of the surface of each of the gratings 3, 4, the vertical rows of holes are offset by 1.5d relative to the vertical rows located on the lower half of the surface. At the same time, on the indicated parts of the surface of one grating, for example, grating 3, vertical rows of holes are arranged in the order in which a vertical row of holes made on the lower half of the surface is located between two rows of holes on the upper half of the surface. On parts of the surface of the grid 4, the vertical rows of holes are arranged in reverse order, in which between the two rows of holes on the lower half of the surface there is a vertical row of holes made on the upper half of the surface. At the same time, on the lower half of the surface of the lattice 3, the pipes 2 are fixed by the ends of the sections a in the holes, which are numbered from bottom to top from 1 to n in each vertical row. Then the same pipes 2, but with the ends of sections c facing the upper half of the surface of the grate 4, are fixed in the holes of each vertical row in the order of numbering from I to II, starting from the middle of the surface of the grate 4. Inside the housing 1, the heat exchange pipes 2 are located at a distance of 1, 5 d apart. At the same time, the heat exchange tubes installed inside the housing have the lengths of the sections b=const, and the lengths of the sections a and c are variable values. So for pipes 2 installed inside the housing 1, the lengths of the sections a , taking into account the numbering of the holes from 1 to n, are presented in the sequence of numbers a 1 , a 2 , a 3 ; a 4 , as, a 5 , a 6 , a 7 ... a n , in which each next number, starting from the second a 2 , is less than the previous one. Accordingly, the lengths of sections from the same pipes 2 inside the body 1 in the order of fixing their ends in the holes, numbered in each vertical row from 1 to n, starting from the middle of the surface of the gratings, for example, 3, 4, represent a sequence of numbers c 1 , c 2 , c 3 , c 4 , c 5 , c 6 , c 7 , c 8 … c n , in which each next number is greater than the previous one. In this case, sections b are located in a vertical plane oriented along the Y axis in accordance with the spatial position of the body walls defining a pair of tube sheets 3, 4 (Fig.6, 9). Similarly, but in accordance with the position of the body walls defining other pairs of tube sheets gratings oriented along the X axis or along the Z axis, there are sections b of the pipes 2 fixed in these gratings. So in FIG. 10 shows the location of a part of pipes 2 inside the body 1 for each pair of gratings oriented in a three-dimensional coordinate system along the X, Y, Z axes.

В первом частном случае выполнения теплообменное устройство имеет те же составные элементы, что и общем случае его выполнения. Уточнением является то, что каждая из изогнутых труб 2 имеет геликоидную форму (фиг. 11).In the first particular case of execution, the heat exchange device has the same constituent elements as in the general case of its execution. The clarification is that each of the curved pipes 2 has a helicoid shape (Fig. 11).

В другом частном случае теплообменное устройство, как и в общем случае, содержит такие же составные элементы за исключением того, что каждая из изогнутых труб 2 имеет витую форму типа «конффузор диффузор» (фиг. 12).In another particular case, the heat exchange device, as in the general case, contains the same components, except that each of the curved pipes 2 has a twisted shape of the "diffuser-diffuser" type (Fig. 12).

В третьем частном случае выполнения теплообменное устройство имеет те же составные элементы, что и общем случае его выполнения. Исключением является то, что каждая из изогнутых труб 2-имеет форму закрученного по спирали эллипса (фиг. 13).In the third particular case of execution, the heat exchange device has the same constituent elements as in the general case of its execution. The exception is that each of the curved pipes 2 has the shape of an ellipse twisted in a spiral (Fig. 13).

В четвертом частном случае теплообменное устройство, как и в общем случае, содержит такие же составные элементы за исключением того, что каждая изогнутая труба 2 представляет собой закрученный по спирали вокруг своей оси овоид (фиг. 14).In the fourth particular case, the heat exchange device, as in the general case, contains the same components, except that each curved pipe 2 is an ovoid twisted in a spiral around its axis (Fig. 14).

В пятом частном случае отличием от общего случая выполнения теплообменного устройства каждая из изогнутых труб 2 выполнена по типу трубы Шаубергера, то есть имеет форму закрученного по спирали вокруг своей оси овоида с вогнутостью на одной стороне (фиг. 15).In the fifth particular case, unlike the general case of the heat exchange device, each of the bent pipes 2 is made according to the type of Schauberger pipe, that is, it has the shape of an ovoid twisted in a spiral around its axis with a concavity on one side (Fig. 15).

Теплообменное устройство в конкретном примере его выполнения изготавливают, следующим образом. Исходя из размеров теплообменного устройства, например 438×438 мм, выбирают трубы диаметром 12 мм длиной 5 м в количестве 288 штук. Толщина стенок труб может быть выбрана из интервала 0,5-2,5 мм. Трубы изгибают, осуществляя на середине каждой трубы изгиб под углом 90° с образованием участка длиной b=216 мм, затем на конце образованного участка вновь выполняют изгиб под углом 90°. В результате на каждой трубе будут выполнены два находящиеся в одной плоскости участка а, С длиной примерно 2,5 м, расположенные под углом 90° по отношению к участку b, которые направлены в разные стороны от него. Затем из металлических листов размером 438×438 мм толщиной 2,5 мм изготавливают две трубные решетки. На каждом заготовленном под решетку металлическом листе размечают отверстия. Отверстия располагают рядами, ориентированными в вертикальном и горизонтальном направлениях. При этом по обе стороны от средней линии каждой размечаемой решетки вертикальные и горизонтальные ряды отверстий располагают друг от друга на расстоянии t1=36 мм и t2=18 мм соответственно. Но на верхней половине поверхности каждой из решеток вертикальные ряды отверстий располагают со смещением на расстояние, равное 1,5d, т.е. на 18 мм относительно вертикальных рядов, располагаемых на нижней половине поверхности. При этом на указанных частях поверхности одной решетки вертикальные ряды отверстий располагают в порядке, при котором между двумя рядами отверстий на верхней половине поверхности находится вертикальный ряд отверстий, выполняемых на нижней половине поверхности. На частях поверхности другой решетки вертикальные ряды отверстий располагают в обратном порядке (фиг. 7), при котором между двумя рядами отверстий на нижней половине поверхности находится вертикальный ряд отверстий, выполняемых на верхней половине поверхности. В каждом вертикальном ряду межосевое расстояние отверстий, равное 1,5 d, составляет 18 мм. Далее в одну решетку концами участков а вставляют подготовленные изогнутые трубы, заполняя на нижней половине поверхности решетки отверстия, находящиеся на одном уровне в горизонтальном направлении так, чтобы при этом в горизонтальном направлении за пределами решетки трубы имели вылет 200-250 мм. При установке трубы фиксируют технологическими креплениями. Затем аналогично размещают и фиксируют трубы в отверстиях, находящихся на следующем горизонтальном уровне (горизонтальный ряд, расположенный на расстоянии 1,5 d, которое составляет 18 мм от предыдущего ряда) и так далее. После этого на первой решетке трубы участками а устанавливают в отверстия каждого горизонтального ряда на верхней половине поверхности данной решетки в направлении снизу вверх. По мере того, как нижняя и верхняя половины данной решетки будут укомплектованы трубами, обращенными к данной решетке участками а, на расстоянии 438 мм от нее в соответствии с габаритами теплообменного устройства выставляют вторую трубную решетку, в отверстия которой должны быть введены обращенные к ней участками с трубы. При установке соответствующих концов труб во вторую решетку должен быть соблюден тот же вылет концов труб за пределы второй трубной решетки, что и для первой. Установку труб, которые соответствующими концами установлены на нижней половине поверхности первой решетки, во вторую решетку начинают от ее середины с нижнего горизонтального ряда отверстий, расположенных на верхней половине поверхности второй решетки. И наоборот, трубы, которые соответствующими концами установлены на верхней половине поверхности первой решетки, во второй решетке размещают снизу вверх от нижнего горизонтального ряда отверстий нижней половины поверхности второй решетки. Таким образом, в направлении снизу вверх соблюдается следующий порядок размещения труб в отверстиях обеих решеток: на нижней половине поверхности первой решетки устанавливаются трубы концами участков а, а их концы участков с установлены на верхней половине второй решетки. И наоборот, в направлении снизу вверх на верхней половине поверхности первой решетки установлены трубы концами участков а, а их концы участков c установлены на нижней половине второй решетки. После установки всех труб их закрепляют в отверстиях обеих решеток и отрезают выступающие на вылете концы труб. Затем к каждой из решеток под прямым углом устанавливают и приваривают соответствующие стенки корпуса теплообменника, выдерживая их параллельность. После сборки проверяют герметичность стыков. В примере конкретного исполнения внутри корпуса теплообменного устройства трубы концами участков а, обращенных к одной решетке, в направлении снизу вверх от нижнего края решетки до середины ее поверхности имеют длины, которые представлены последовательностью чисел 198, 180, 72, 54, 36, 18. Противоположные концы труб участками с, обращенными к другой трубной решетке, в направлении снизу вверх от середины поверхности до верхнего края решетки имеют длины, которые представлены последовательностью чисел 18, 36, 54, 72, 180, 198. При этом входное и выходное отверстие имеют Dy=100 мм, а высота входного и выходного коллекторов с устройствами ввода и вывода горячего и холодного потоков газообразного теплоносителя составляет 100 мм.The heat exchange device in a specific example of its implementation is manufactured as follows. Based on the dimensions of the heat exchanger, for example 438×438 mm, pipes with a diameter of 12 mm and a length of 5 m are selected in the amount of 288 pieces. The wall thickness of the pipes can be selected from the range of 0.5-2.5 mm. The pipes are bent by bending at an angle of 90° in the middle of each pipe with the formation of a section with a length of b=216 mm, then at the end of the formed section, a bend is again made at an angle of 90°. As a result, each pipe will have two sections a, C located in the same plane, approximately 2.5 m long, located at an angle of 90 ° with respect to section b, which are directed in different directions from it. Then, two tube sheets are made from metal sheets with a size of 438×438 mm and a thickness of 2.5 mm. Holes are marked on each metal sheet prepared for the grate. The holes are arranged in rows oriented in vertical and horizontal directions. At the same time, on both sides of the center line of each grid to be marked, vertical and horizontal rows of holes are located from each other at a distance of t 1 =36 mm and t 2 =18 mm, respectively. But on the upper half of the surface of each of the gratings, the vertical rows of holes are placed with an offset of 1.5d, i.e. 18 mm relative to the vertical rows located on the lower half of the surface. In this case, on the specified parts of the surface of one grating, vertical rows of holes are arranged in the order in which between two rows of holes on the upper half of the surface there is a vertical row of holes made on the lower half of the surface. On parts of the surface of the other grid, the vertical rows of holes are arranged in the reverse order (Fig. 7), in which between the two rows of holes on the lower half of the surface there is a vertical row of holes made on the upper half of the surface. In each vertical row, the center distance of the holes, equal to 1.5 d, is 18 mm. Then, prepared bent pipes are inserted into one lattice with the ends of sections a, filling holes on the lower half of the surface of the lattice that are at the same level in the horizontal direction so that in the horizontal direction outside the lattice the pipes have a projection of 200-250 mm. During installation, the pipes are fixed with technological fasteners. Then, pipes are similarly placed and fixed in the holes located at the next horizontal level (horizontal row located at a distance of 1.5 d, which is 18 mm from the previous row) and so on. After that, on the first grate, the pipes are installed in sections a in the holes of each horizontal row on the upper half of the surface of this grate in the direction from bottom to top. As the lower and upper halves of this grate are equipped with pipes facing this grate sections a, at a distance of 438 mm from it, in accordance with the dimensions of the heat exchange device, a second tube grate is set, into the holes of which sections facing it should be inserted pipes. When installing the corresponding ends of the pipes in the second grid, the same projection of the ends of the pipes beyond the limits of the second tube grid, as for the first one, must be observed. The installation of pipes, which are installed with their respective ends on the lower half of the surface of the first grate, into the second grate starts from its middle from the lower horizontal row of holes located on the upper half of the surface of the second grate. Conversely, the pipes, which are installed with their respective ends on the upper half of the surface of the first grate, are placed in the second grate from bottom to top from the lower horizontal row of holes in the lower half of the surface of the second grate. Thus, in the direction from bottom to top, the following order of placement of pipes in the holes of both gratings is observed: on the lower half of the surface of the first grating, pipes are installed with the ends of sections a , and their ends of sections with are installed on the upper half of the second grate. And vice versa, in the direction from bottom to top on the upper half of the surface of the first grate, pipes are installed with the ends of sections a , and their ends of sections c are installed on the lower half of the second grate. After installing all the pipes, they are fixed in the holes of both gratings and the ends of the pipes protruding at the outlet are cut off. Then, to each of the gratings at a right angle, the corresponding walls of the heat exchanger housing are installed and welded, maintaining their parallelism. After assembly, check the tightness of the joints. In an example of a specific execution inside the body of the heat exchanger, the pipes with the ends of sections a facing one grate, in the direction from bottom to top from the lower edge of the grate to the middle of its surface, have lengths that are represented by a sequence of numbers 198, 180, 72, 54, 36, 18. Opposite the ends of the pipes with sections facing the other tube sheet, in the direction from bottom to top from the middle of the surface to the upper edge of the lattice, have lengths that are represented by a sequence of numbers 18, 36, 54, 72, 180, 198. In this case, the inlet and outlet have Dy= 100 mm, and the height of the inlet and outlet manifolds with input and output devices for hot and cold gaseous coolant flows is 100 mm.

При реализации заявляемого устройства возможны и другие технологические приемы изготовления, например, когда все стенки корпуса, выполненные как трубные решетки, свариваются, а трубы в них устанавливают по одной послойно. При этом сначала в трубную решетку через отверстие вводят один конец трубы, затем ее поворачивают на 90° и размещают на свое место, а затем другой конец трубы устанавливают в соответствующем отверстии противоположной решетки. При изготовлении устройства также возможно использование 3D принтера, если габариты теплообменника позволяют его напечатать из металлического порошка.When implementing the proposed device, other manufacturing methods are also possible, for example, when all the walls of the housing, made as tube sheets, are welded, and the pipes are installed in them one by one in layers. In this case, first one end of the pipe is inserted into the tube sheet through the hole, then it is turned by 90° and placed in its place, and then the other end of the pipe is installed in the corresponding hole of the opposite lattice. In the manufacture of the device, it is also possible to use a 3D printer if the dimensions of the heat exchanger allow it to be printed from metal powder.

Предлагаемый теплообменный аппарат был изготовлен и использован в качестве рекуператора для нагрева воздуха помещения, например бани. В частности, при установке внутри парильного отделения бани устройство позволило увеличить КПД дровяной печи за счет отбора тепла от дымовых газов.The proposed heat exchanger was manufactured and used as a heat exchanger for heating room air, such as baths. In particular, when installed inside the steam room of the bath, the device made it possible to increase the efficiency of a wood-burning stove by extracting heat from flue gases.

Claims (6)

1. Теплообменное устройство, содержащее корпус, входной и выходной коллекторы с устройствами ввода и вывода горячего и холодного потоков газообразного теплоносителя, пучок установленных в корпусе теплообменных изогнутых труб, закрепленных в трубных решетках, отличающееся тем, что каждая из теплообменных труб d≤12 мм изогнута с образованием параллельных между собой участков а, с, лежащих в одной плоскости, которые при этом расположены под углом 90° к участку b и направлены в разные стороны от него, стенки корпуса выполнены как трубные решетки и снабжены отверстиями для закрепления концов теплообменных труб, в каждой паре трубных решеток, определяемой взаимно противоположными стенками корпуса, отверстия расположены вертикальными рядами, друг от друга разнесенными на расстояние 3d в пределах верхней и нижней половин поверхности каждой из решеток, и на расстояние 1,5d смещенными в расположении на верхней половине решетки относительно нижней так, что между вертикальными рядами отверстий на верхней половине одной решетки расположен ряд отверстий, выполненных на нижней ее половине, а на противоположной решетке - в обратном порядке, при котором между рядами отверстий на нижней половине расположен ряд отверстий, выполненных на верхней половине решетки, в каждой паре одна из решеток оборудована в нижней половине трубами первого пучка, обращенными участками а на вход теплоносителя, а в верхней половине трубами второго пучка, обращенными участками с на выход теплоносителя, соответственно трубы первого пучка, обращенные на выход теплоносителя участками с, закреплены на верхней половине противоположной решетки, а на ее нижней половине - трубы второго пучка, обращенные участками а на вход теплоносителя, при этом длины входных участков а, которые установлены в отверстиях, пронумерованных в вертикальных рядах снизу вверх от 1 до n на нижней половине каждой из решеток, представлены в виде последовательности чисел а1, а2, а3, … аn, в которой каждый следующий элемент, начиная со второго, меньше предыдущего, а длины выходных участков с, установленных в отверстиях верхней половины каждой решетки, аналогично пронумерованных снизу вверх, представлены в виде последовательности чисел с1, с2, c3, … сn, в которой каждый следующий элемент больше предыдущего, при этом для всех труб участки b, имеющие одинаковую длину, расположены в соответствии с пространственным положением стенок корпуса, определяющих каждую пару трубных решеток в трехмерной системе координат по осям X, Y, Z.1. A heat exchange device containing a housing, inlet and outlet manifolds with input and output devices for hot and cold flows of gaseous coolant, a bundle of bent heat exchange pipes installed in the body and fixed in tube sheets, characterized in that each of the heat exchange pipes d≤12 mm is bent with the formation of parallel sections a, c, lying in the same plane, which are located at an angle of 90 ° to section b and directed in different directions from it, the walls of the housing are made as tube sheets and are provided with holes for fixing the ends of the heat exchange tubes, in each pair of tube sheets, defined by mutually opposite walls of the casing, the holes are located in vertical rows, spaced apart from each other by a distance of 3d within the upper and lower halves of the surface of each of the bars, and at a distance of 1.5d displaced in the arrangement on the upper half of the plate relative to the bottom so that between the vertical rows of holes on the upper half of one grating has a row of holes made on its lower half, and on the opposite grating - in the reverse order, in which between the rows of holes on the lower half there is a row of holes made on the upper half of the grate, in each pair one of the gratings is equipped in the lower half of the pipes of the first bundle, facing sections a to the coolant inlet, and in the upper half of the pipes of the second bundle, facing sections c to the outlet of the coolant, respectively, the pipes of the first bundle, facing the outlet of the coolant sections c, are fixed on the upper half of the opposite grid, and on its lower half - pipes of the second bundle, facing sections a to the inlet of the coolant, while the lengths of the inlet sections a, which are installed in the holes numbered in vertical rows from bottom to top from 1 to n on the lower half of each of the gratings, are presented as a sequence of numbers a 1 , a 2 , a 3 , ... a n , in which each next element, starting from about the second, less than the previous one, and the lengths of the output sections c installed in the holes of the upper half of each lattice, similarly numbered from bottom to top, are presented as a sequence of numbers from 1 , from 2 , from 3 , ... from n , in which each next element is greater than the previous one , while for all pipes sections b having the same length are located in accordance with the spatial position of the body walls that define each pair of tube sheets in a three-dimensional coordinate system along the X, Y, Z axes. 2. Теплообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что изогнутые трубы выполнены из труб, имеющих геликоидную форму.2. The heat exchange device according to claim 1, characterized in that the curved pipes are made of pipes having a helicoid shape. 3. Теплообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что изогнутые трубы выполнены из витых труб, имеющих в поперечном сечении форму типа «конфузор-диффузор».3. The heat exchange device according to claim 1, characterized in that the curved pipes are made of twisted pipes having a cross-sectional shape of the "confuser-diffuser" type. 4. Теплообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что изогнутые трубы выполнены из закрученных по спирали труб, имеющих в поперечном сечении форму эллипса.4. The heat exchange device according to claim 1, characterized in that the bent pipes are made of pipes twisted in a spiral, having an elliptical shape in cross section. 5. Теплообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что изогнутые трубы выполнены из закрученных по спирали труб, имеющих в поперечном сечении форму овоида.5. The heat exchange device according to claim 1, characterized in that the bent pipes are made of pipes twisted in a spiral, having an ovoid shape in cross section. 6. Теплообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что изогнутые трубы выполнены из закрученных по спирали труб Шаубергера, имеющих в поперечном сечении форму овоида с вогнутостью с одной стороны.6. The heat exchange device according to claim 1, characterized in that the curved pipes are made of spirally twisted Schauberger pipes, having an ovoid shape in cross section with a concavity on one side.
RU2022116525A 2022-06-17 Heat exchanger RU2790537C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2790537C1 true RU2790537C1 (en) 2023-02-22

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2099663C1 (en) * 1996-10-17 1997-12-20 Опытное конструкторское бюро машиностроения Минатом Heat exchanger
RU30960U1 (en) * 2003-03-25 2003-07-10 Открытое акционерное общество "Калориферный завод" Coiled fin section
RU2419034C2 (en) * 2009-04-13 2011-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научный Центр "Керамические Двигатели" им. А.М. Бойко" (ООО "Центр Бойко") Net recuperator
RU2483265C2 (en) * 2008-01-07 2013-05-27 Альстом Текнолоджи Лтд General-purpose recuperator assembly for waste gases of gas turbine
RU2527772C1 (en) * 2013-07-18 2014-09-10 Игорь Анатольевич Мнушкин Heat-exchanging device
WO2016131786A1 (en) * 2015-02-18 2016-08-25 HUGO PETERSEN GmbH Shell and tube heat exchanger

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2099663C1 (en) * 1996-10-17 1997-12-20 Опытное конструкторское бюро машиностроения Минатом Heat exchanger
RU30960U1 (en) * 2003-03-25 2003-07-10 Открытое акционерное общество "Калориферный завод" Coiled fin section
RU2483265C2 (en) * 2008-01-07 2013-05-27 Альстом Текнолоджи Лтд General-purpose recuperator assembly for waste gases of gas turbine
RU2419034C2 (en) * 2009-04-13 2011-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научный Центр "Керамические Двигатели" им. А.М. Бойко" (ООО "Центр Бойко") Net recuperator
RU2527772C1 (en) * 2013-07-18 2014-09-10 Игорь Анатольевич Мнушкин Heat-exchanging device
WO2016131786A1 (en) * 2015-02-18 2016-08-25 HUGO PETERSEN GmbH Shell and tube heat exchanger

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8708035B2 (en) Heat exchanger in a modular construction
US6840313B2 (en) Plate fin type heat exchanger for high temperature
US8028410B2 (en) Gas turbine regenerator apparatus and method of manufacture
US8069905B2 (en) EGR gas cooling device
US9964077B2 (en) Helical tube EGR cooler
US6957695B2 (en) Heat exchanger housing and seals
US3916990A (en) Gas turbine regenerator
KR102506094B1 (en) Single pass cross-flow heat exchanger
RU2527772C1 (en) Heat-exchanging device
KR20090047906A (en) Plane type heat exchanger
US10094619B2 (en) Heat exchanger having arcuately and linearly arranged heat exchange tubes
RU2790537C1 (en) Heat exchanger
EP1998131B1 (en) Gas cooler for hot-water supply system
RU201175U1 (en) Air cooling heat exchanger
US20170122677A1 (en) Evaporator
CN110057209B (en) Tube type light pipe evaporator and welding method thereof
US20100180834A1 (en) Heat exchanger
US11879691B2 (en) Counter-flow heat exchanger
RU176496U1 (en) HEAT EXCHANGE DEVICE
RU2395774C1 (en) Shell-and-tube heat exchanger
JP4565316B2 (en) Heat source equipment
JP2005274044A (en) Heat source device
CN117418962A (en) Heat exchanger for Stirling engine and Stirling engine
CZ21319U1 (en) Heat exchanger for co-generation unit with micro-turbine