RU187878U1

RU187878U1 - MODULAR COIL HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: RU187878U1
Application number: RU2018137892U
Authority: RU
Inventors: Яков Давидович Золотоносов; Алексей Яковлевич Золотоносов; Петр Олегович Мартынов; Ираида Александровна Крутова; Марат Максутович Хабибулин
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2019-03-21

Abstract

Полезная модель представляет собой модуль, составленный из теплообменных аппаратов, который может быть использован в ЖКХ, энергетике и смежных с ними отраслях промышленности.Задачей полезной модели является снижение металлоемкости аппарата, повышение эффективности процесса теплообмена в нем и создание с использованием модульного принципа конструирования широкой номенклатуры и типаразмеров теплообменного оборудования.Отличительной особенностью предлагаемой конструкции теплообменника является его компоновка из отдельных аппаратов с образованием пространственного модуля, внешний контур которого имеет «грибовидную» конфигурацию и включает внутренний теплообменник, на котором смонтирован внешний полусферический теплообменный аппарат.При заданной компоновке и оптимальной конфигурации предлагаемого модульного змеевикового теплообменника обеспечивается высокая эффективность теплообменника в аппарате.The utility model is a module composed of heat exchangers that can be used in housing and communal services, energy and related industries. The objective of the utility model is to reduce the metal consumption of the apparatus, increase the efficiency of the heat exchange process in it and create a wide range of products using the modular principle sizes of heat exchange equipment. A distinctive feature of the proposed design of the heat exchanger is its layout from separate apparatus s with the formation of a spatial module, the external circuit of which has a “mushroom” configuration and includes an internal heat exchanger, on which an external hemispherical heat exchanger is mounted. With the given layout and optimal configuration of the proposed modular coil heat exchanger, high efficiency of the heat exchanger in the device is ensured.

Description

Полезная модель представляет собой модуль, составленный из теплообменных аппаратов, который может быть использован в ЖКХ, энергетике и смежных с ними отраслях промышленности.The utility model is a module composed of heat exchangers, which can be used in housing and communal services, energy, and related industries.

Известен модуль в виде каскада теплообменных аппаратов, расположенных друг за другом, в котором реализуется прямоточное движение в одном аппарате и противоточное движение теплоносителей по всему каскаду аппаратов (см. монографию «Змеевиковые теплообменники. Моделирование, расчет» авторов А.Г. Багоутдиновой, Я.Д. Золотоносова. Казань: КГАСУ, 2016. 245 с.).A module is known in the form of a cascade of heat exchangers located one after another, in which there is direct-flow motion in one apparatus and counter-flow motion of heat carriers throughout the cascade of apparatuses (see monograph "Coil heat exchangers. Modeling, calculation" by A. G. Bagoutdinova, Ya. D. Zolotonosova. Kazan: KSASU, 2016.245 s.).

Недостаток такой схемы компоновки - высокая металлостойкость установки, сложность обслуживания и ремонт.The disadvantage of this arrangement is the high metal resistance of the installation, the complexity of maintenance and repair.

Известен змеевиковый теплообменник типа «труба в трубе» в форме шара (см. пат. на пол. модель №161177 от 10.04.16. Бюл. 10).Known coil heat exchanger type "pipe in pipe" in the form of a ball (see US Pat. On the floor. Model No. 161177 from 04/10/16. Bull. 10).

Недостаток этой конструкции теплообменника - низкая поверхность теплообмена.The disadvantage of this heat exchanger design is its low heat transfer surface.

Задачей полезной модели является снижение металлоемкости аппарата, повышение эффективности процесса теплообмена в нем и создание с использованием модульного принципа конструирования широкой номенклатуры и типаразмеров теплообменного оборудования.The objective of the utility model is to reduce the metal consumption of the apparatus, increase the efficiency of the heat exchange process in it and create using the modular principle of designing a wide range and sizes of heat exchange equipment.

Отличительной особенностью предлагаемой конструкции теплообменника является его компоновка из отдельных аппаратов с образованием пространственного модуля, внешний контур которого имеет «грибовидную» конфигурацию и включает внутренний теплообменник, на котором смонтирован внешний полусферический теплообменный аппарат.A distinctive feature of the proposed design of the heat exchanger is its arrangement of individual devices with the formation of a spatial module, the external circuit of which has a “mushroom” configuration and includes an internal heat exchanger, on which an external hemispherical heat exchanger is mounted.

На фиг. 1 представлен общий вид модульного змеевикового теплообменника, на фиг. 2 сечение А-А трубного пучка аппарата, на фиг. 3 вариант фланцевых соединений между трубным и межтрубным пространством теплообменников.In FIG. 1 is a perspective view of a modular coil heat exchanger; FIG. 2, section AA of the tube bundle of the apparatus, in FIG. 3 variant of flange connections between the pipe and annular space of heat exchangers.

Модульный змеевиковый теплообменник состоит из внутреннего теплообменника 1, выполненного в виде прямого усеченного конуса и полусферы 2. Внутри внешней трубы 3 теплообменников 1, 2 смонтированы пучки труб 4, образующие межтрубное пространство 5.The modular coil heat exchanger consists of an internal heat exchanger 1 made in the form of a straight truncated cone and a hemisphere 2. Inside the outer tube 3 of the heat exchangers 1, 2, bundles of pipes 4 are mounted, forming the annular space 5.

Проточная часть трубного пространства теплообменников 1, 2 соединена с помощью фланца 6, межтрубного - калачом 7, что позволяет производить разбор модуля на составляющие его теплообменники, чистку трубного и межтрубного пространств и ремонт каждого аппарата в отдельности.The flow part of the tube space of heat exchangers 1, 2 is connected using a flange 6, the annulus - kalach 7, which allows the module to be disassembled into its component heat exchangers, cleaning the tube and annular spaces and repair of each device separately.

Модульный змеевиковый теплообменник работает следующим образом.Modular coil heat exchanger operates as follows.

После подачи холодного теплоносителя в трубное пространство 4 теплообменника 1, в противоток в межтрубное пространство 5 теплообменника 2 подается горячий теплоноситель. В процессе их противоточного движения тепло от горячего теплоносителя через стенки труб 3 передается холодному теплоносителю и нагревает последний.After supplying the coolant to the pipe space 4 of the heat exchanger 1, a hot coolant is fed into the counterflow into the annular space 5 of the heat exchanger 2. In the process of their counter-current movement, heat from the hot heat carrier through the walls of the pipes 3 is transferred to the cold heat carrier and heats the latter.

Процесс теплообмена в винтовых змеевиках согласно эксперимента в 1,5 раза выше чем в прямых трубах. Причем как показывают исследований интенсивность теплоотдачи растет с уменьшением относительно радиуса кривизны R/d (R - радиус змеевика, d - диаметр трубы трубного пучка), то есть развивать габаритные размеры аппарата в радиальном направлении считается нецелесообразным. Устанавливать же теплообменники друг за другом нерационально, поскольку увеличивается металлоемкость установки из-за необходимости монтажа трубопроводов между аппаратами. При этом растут габариты установки и капитальные затраты на ее монтаж.The heat transfer process in screw coils according to the experiment is 1.5 times higher than in straight pipes. Moreover, as the studies show, the heat transfer rate increases with a decrease relative to the radius of curvature R / d (R is the radius of the coil, d is the diameter of the tube bundle), that is, it is considered impractical to develop the overall dimensions of the apparatus in the radial direction. It is not rational to install heat exchangers one after another, since the metal consumption of the installation increases due to the need to install pipelines between the devices. At the same time, the dimensions of the installation and the capital costs of its installation are growing.

В связи с этим - наиболее рациональным способом компоновки является вариант сборки по предлагаемой полезной модели, когда обеспечиваются минимальные размеры и высокая эффективность теплообмена.In this regard, the most rational layout method is the assembly option according to the proposed utility model, when minimum dimensions and high heat transfer efficiency are provided.

Рассматриваемый модуль формируется из теплообменников в форме прямого усеченного конуса и полусферы, что внешне создает очертания «грибовидной» формы из изогнутых труб-змеевиков.The module under consideration is formed from heat exchangers in the form of a straight truncated cone and a hemisphere, which externally creates outlines of a “mushroom” shape from curved coil pipes.

Установлено, что движение жидкости в проточной части таких труб вызывает появление центробежной силы, которая приводит к радиальному подъему давления, направленному к наружной стороне закругления. Разность давлений между внутренней и наружной сторонами закругления не уравновешивается центробежной силой, что приводит к возникновению поперечного циркуляционного течения жидкости в направлении от наружной к внутренней стороне трубы-змеевика.It is established that the movement of fluid in the flow part of such pipes causes the appearance of centrifugal force, which leads to a radial pressure increase directed to the outer side of the rounding. The pressure difference between the inner and outer sides of the rounding is not balanced by centrifugal force, which leads to the appearance of a transverse circulating fluid flow in the direction from the outer to the inner side of the coil pipe.

Благодаря поперечной циркуляции происходит обмен энергиями между холодными и горячими слоями жидкости в трубах трубного пучка. При заданной компоновке и оптимальной конфигурации предлагаемого модульного змеевикового теплообменника это обеспечивает высокую эффективность теплообмена в аппарате.Due to the transverse circulation, energy is exchanged between the cold and hot layers of the liquid in the tubes of the tube bundle. With a given layout and optimal configuration of the proposed modular coil heat exchanger, this provides high heat exchange efficiency in the apparatus.

Claims

The modular coil heat exchanger of the "pipe in pipe" type, made in the form of a helical spiral, characterized in that the heat exchanger is made of separate devices, forming a spatial module, the external contour of which has a "mushroom" configuration and includes an internal heat exchanger, on which an external hemispherical heat exchanger is mounted .