RU2146795C1

RU2146795C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2146795C1
Application number: RU98107594A
Authority: RU
Inventors: В.А. Медведев; В.В. Захаров; А.В. Васильев; П.А. Лыгин; Н.Н. Кочегаров
Original assignee: Саратовский государственный технический университет
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 2000-03-20

Abstract

FIELD: thermal engineering. SUBSTANCE: heat exchanger has staggered straight alternating tubes with cross fins having bent-up side edges and longitudinal fins or diaphragm-type fins; longitudinal-fin tubes have orifice plates, transfer labyrinth boxes with horizontal and vertical partitions bent throughout entire length or only on side of one of longitudinal edges meant to ensure desired direction of coolant flow over tubes; heat exchanger is built up of separate modules in the form of cells shaped as right-angled prism; each module has tube sheets and transfer labyrinth boxes; inlet and outlet headers in labyrinth boxes communicate through pipes with those of adjacent modules. EFFECT: improved thermal efficiency and reduced space requirement. 3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к теплообменникам из оребренных труб, и предназначено для повышения тепловой эффективности, компактности и технологичности теплообменников при сборке и разборке. The invention relates to the field of heat engineering, in particular to heat exchangers from finned tubes, and is intended to increase thermal efficiency, compactness and adaptability of heat exchangers during assembly and disassembly.

Известен теплообменник, содержащий ряды труб с поперечными и продольными ребрами, причем края поперечных ребер выполнены с волнообразным обрезом, выступы которого в ребрах одного ряда труб размещены во впадинах ребер смежного ряда (SU 1232921, 23.05.86, F 28 F 1/12). A heat exchanger is known that contains rows of pipes with transverse and longitudinal ribs, the edges of the transverse ribs being made with a wave-shaped edge, the protrusions of which in the ribs of one row of pipes are located in the hollows of the ribs of an adjacent row (SU 1232921, 05.23.86, F 28 F 1/12).

Недостатками такого теплообменника являются сложности при технологической сборке теплообменника, а также разборке в случае ремонта. The disadvantages of such a heat exchanger are difficulties in the technological assembly of the heat exchanger, as well as disassembly in case of repair.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является теплообменник, содержащий входные и выходные штуцеры, боковые стенки, трубные доски с расположенными между ними прямыми трубами, перепускные камеры с вертикальными и горизонтальными перегородками, предназначенными для обеспечения требуемого направления движения теплоносителя по трубам (SU 1478029 A1, 07.05.89, F 28 F 9/22). The closest technical solution to the claimed invention is a heat exchanger containing inlet and outlet fittings, side walls, tube boards with straight pipes located between them, bypass chambers with vertical and horizontal partitions designed to provide the desired direction of movement of the coolant through the pipes (SU 1478029 A1, 05/07/89, F 28 F 9/22).

Недостатком этого технического решения является низкая тепловая эффективность. The disadvantage of this technical solution is the low thermal efficiency.

Задачей настоящего изобретения является повышение тепловой эффективности, компактности и упрощение технологии сборки и разборки теплообменной поверхности. The objective of the present invention is to increase thermal efficiency, compactness and simplification of the technology of assembly and disassembly of the heat exchange surface.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем боковые стенки и перепускные лабиринтные камеры с входными и выходными штуцерами и с вертикальными и горизонтальными перегородками в лабиринтных камерах, предназначенными для обеспечения требуемого направления движения теплоносителя по трубам, трубные доски с расположенными между ними прямыми трубами, причем трубы расположены в шахматном порядке и выполнены чередующимися с продольным и поперечным оребрением, причем трубы с поперечным оребрением имеют подогнутые боковые кромки, а трубы с продольным оребрением содержат дроссельные шайбы. Теплообменник разделен на отдельные модули в виде ячеек, имеющих геометрическую форму прямой призмы, с собственными трубными досками и перепускными лабиринтными камерами, вертикальные перегородки в перепускных лабиринтных камерах выполнены изогнутыми на всю ширину или только со стороны одной из продольных кромок, каждая отдельная пара перепускных лабиринтных камер является взаимозаменяемой на другую пару за счет взаимного расположения вертикальных и горизонтальных перегородок, боковые стенки теплообменника собраны из отдельных боковых стенок теплообменных модулей, изготовленных в виде пустотелых коробов, заполненных теплоизоляционным материалом. This goal is achieved in that in a heat exchanger containing side walls and bypass labyrinth chambers with inlet and outlet fittings and with vertical and horizontal partitions in the labyrinth chambers, designed to provide the required direction of movement of the coolant through the pipes, tube boards with straight pipes located between them, moreover, the pipes are staggered and made alternating with longitudinal and transverse fins, and pipes with transverse fins have bent edges and longitudinal finned tubes contain throttle washers. The heat exchanger is divided into separate modules in the form of cells having a geometric shape of a direct prism, with its own tube boards and bypass labyrinth chambers, the vertical partitions in the bypass labyrinth chambers are made curved to the entire width or only from one of the longitudinal edges, each individual pair of bypass labyrinth chambers is interchangeable with another pair due to the relative position of the vertical and horizontal partitions, the side walls of the heat exchanger are assembled from separate bo walls of heat-exchange modules made in the form of hollow boxes filled with heat-insulating material.

Кроме того, согласно изобретению, перепускные лабиринтные камеры по входному и выходному штуцерам имеют соединительные патрубки с штуцерами перепускных лабиринтных камер соседних модулей, а продольное оребрение выполнено мембранным или плавниковым. In addition, according to the invention, the bypass labyrinth chambers on the inlet and outlet fittings have connecting pipes with fittings on the bypass labyrinth chambers of adjacent modules, and the longitudinal fins are made of membrane or fin.

Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлено: 1 - теплообменные трубы с поперечным оребрением, 2 - поперечное оребрение, 3 - подогнутые боковые кромки поперечного оребрения, 4 - трубы с продольным оребрением, 5 - продольное оребрение (плавниковое или мембранное).The invention is illustrated by drawings, where
in FIG. 1 presents: 1 - heat exchange tubes with transverse fins, 2 - transverse fins, 3 - bent lateral edges of the transverse fins, 4 - pipes with longitudinal fins, 5 - longitudinal fins (fin or membrane).

На фиг. 2 представлено: 6 - дроссельные шайбы, 7 - трубные доски. In FIG. 2 presents: 6 - throttle washers, 7 - tube boards.

На фиг. 3 представлено: 8 - единичный теплообменный модуль, h - высота теплообменного модуля. In FIG. 3 presents: 8 - unit heat exchange module, h - height of the heat exchange module.

На фиг. 4a представлено: 9 - вертикальная перегородка, изогнутая на всю ширину. In FIG. 4a presents: 9 - a vertical partition curved over the entire width.

На фиг 4б представлено: 10 - вертикальная перегородка, изогнутая со стороны одной из продольных кромок. On fig 4b presents: 10 - a vertical partition, curved from one of the longitudinal edges.

На фиг. 5 представлено: 11 - передняя перепускная лабиринтная камера, 12 - задняя перепускная лабиринтная камера, 13 - входной коллектор, 14 - выходной коллектор, 15 - горизонтальная перегородка в перепускной лабиринтной камере. In FIG. 5 presents: 11 - front bypass labyrinth chamber, 12 - rear bypass labyrinth chamber, 13 - inlet manifold, 14 - outlet manifold, 15 - horizontal partition in the bypass labyrinth chamber.

На фиг. 6 представлено: 16 - пустотелый короб боковой стенки, 17 - теплоизоляционный материал. In FIG. 6 presents: 16 - hollow box of the side wall, 17 - heat-insulating material.

На фиг. 7 представлено: 18 - соединительные патрубки с коллекторами соседних модулей. In FIG. 7 presents: 18 - connecting pipes with collectors of adjacent modules.

Теплообменник содержит прямые теплообменные трубы 1, имеющие поперечное оребрение 2, с подогнутыми боковыми кромками 3 и теплообменные трубы 4, имеющие продольное (плавниковое или мембранное) оребрение 5, расположенные в шахматном порядке (фиг. 1). Трубы с продольным оребрением содержат на входе дроссельные шайбы 6. Трубы расположены между трубными досками 7 (фиг. 2). Теплообменник разделен на отдельные модули 8 в виде ячеек, имеющих геометрическую форму прямой призмы, с собственными трубными досками и перепускными лабиринтными камерами (фиг. 3). Изогнутые на всю ширину продольные перегородки 9 или же продольные перегородки 10, изогнутые со стороны одной из продольных кромок (фиг. 4), установлены в перепускных лабиринтных камерах 11 и 12 (фиг. 5). В них же расположены входной 13 и выходной 14 коллекторы и установлены горизонтальные перегородки 15 (фиг. 15). Теплообменник имеет отдельные боковые стенки теплообменных модулей (фиг. 6), состоящих из пустотелых коробок 16, заполненных теплоизоляционным материалом 17. Высота модуля "h" (фиг. 3) соответствует ширине боковой стенки модуля "С" (фиг. 6). Боковые стенки теплообменника собирают из отдельных боковых стенок модулей. Перепускные лабиринтные камеры по входному 13 и выходному 14 коллекторам могут иметь соединительные патрубки 18 (фиг. 7). The heat exchanger contains direct heat exchange tubes 1 having a transverse fin 2 with bent side edges 3 and heat exchangers 4 having a longitudinal (fin or membrane) fin 5 located in a checkerboard pattern (Fig. 1). Pipes with a longitudinal finning contain throttle washers 6 at the inlet. The pipes are located between the tube plates 7 (Fig. 2). The heat exchanger is divided into individual modules 8 in the form of cells having a geometric shape of a direct prism, with its own tube boards and bypass labyrinth chambers (Fig. 3). Curved along the entire width of the longitudinal partitions 9 or longitudinal partitions 10, curved from the side of one of the longitudinal edges (Fig. 4), are installed in the bypass labyrinth chambers 11 and 12 (Fig. 5). They also have input 13 and output 14 collectors and horizontal partitions 15 (Fig. 15). The heat exchanger has separate side walls of the heat exchange modules (Fig. 6), consisting of hollow boxes 16 filled with insulating material 17. The height of the module "h" (Fig. 3) corresponds to the width of the side wall of the module "C" (Fig. 6). The side walls of the heat exchanger are collected from the individual side walls of the modules. Bypass labyrinth chambers along the inlet 13 and outlet 14 collectors may have connecting pipes 18 (Fig. 7).

В процессе работы теплообменника во внутритрубную полость теплообменника (фиг. 1), состоящую из труб 1, содержащих поперечное оребрение 2, имеющее подогнутые кромки 3, и из труб 4, содержащих продольное (плавниковое или мембранное) оребрение 5 (фиг. 1), подают жидкий теплоноситель. В связи с тем, что в теплообменнике произведено комбинирование расположение труб с поперечным оребрением, имеющим подогнутые боковые кромки, и труб с продольным (плавниковым или мембранным) оребрением, повышается компактность теплообменника. In the process of operation of the heat exchanger, the in-tube cavity of the heat exchanger (Fig. 1), consisting of pipes 1 containing a transverse fin 2 having bent edges 3, and from pipes 4 containing a longitudinal (fin or membrane) fin 5 (Fig. 1), is fed liquid heat carrier. Due to the fact that in the heat exchanger the combination of the arrangement of pipes with transverse fins with bent side edges and pipes with longitudinal (fin or membrane) fins is made, the compactness of the heat exchanger increases.

Трубы 4 с продольным оребрением 5 содержат дроссельные шайбы 6 (фиг. 2) для перераспределения потоков внутритрубного теплоносителя, чтобы предупредить тепловую неравномерность в трубах с поперечным и продольным оребрением, так как тепловосприятие труб с поперечным оребрением выше по сравнению с трубами, имеющими продольное оребрение. Этим добиваются повышение тепловой эффективности теплообменника. Трубы зафиксированы в трубной доске 7. Pipes 4 with longitudinal fins 5 contain throttle washers 6 (Fig. 2) for redistributing the flows of the in-pipe coolant in order to prevent thermal unevenness in pipes with transverse and longitudinal fins, since the heat perception of pipes with transverse fins is higher compared to pipes with longitudinal fins. This is achieved by increasing the thermal efficiency of the heat exchanger. The pipes are fixed in the tube plate 7.

Теплообменник разделен на отдельные модули 8 (фиг. 3) в виде ячеек, имеющих геометрическую форму прямой призмы, каждый модуль имеет собственные трубные доски с перепускными лабиринтными камерами, что повышает технологичность при сборке и разборке теплообменника. The heat exchanger is divided into individual modules 8 (Fig. 3) in the form of cells having a geometric shape of a direct prism, each module has its own tube boards with bypass labyrinth chambers, which increases manufacturability during assembly and disassembly of the heat exchanger.

Продольные перегородки 9 и 10 (фиг. 4) в перепускных лабиринтных камерах выполнены изогнутыми на всю ширину - перегородка 9 (фиг. 4а) или только со стороны одной из продольных кромок - перегородка 10 (фиг. 4б). Изогнутые перегородки необходимы для того, чтобы осуществлять перепуск внутритрубного теплоносителя между вертикальными рядами труб при тесной компоновке трубного пучка, т.к. вертикальные касательные к боковым краям труб при тесном расположении могут пересекаться друг с другом и прямые вертикальные перегородки в данном случае использоваться не могут, что является результатом повышения компактности теплообменника и, как следствие, повышения его эффективности. The longitudinal partitions 9 and 10 (Fig. 4) in the bypass labyrinth chambers are made curved to the full width - the partition 9 (Fig. 4a) or only from one of the longitudinal edges - the partition 10 (Fig. 4b). Curved partitions are necessary in order to transfer the in-pipe coolant between the vertical rows of pipes with a tight arrangement of the tube bundle, because the vertical tangents to the lateral edges of the pipes in close proximity can intersect with each other and direct vertical partitions cannot be used in this case, which is the result of increasing the compactness of the heat exchanger and, as a result, increasing its efficiency.

Перепускные лабиринтные камеры 11 и 12 (фиг. 5) являются сменяемыми для обеспечения конкретной схемы движения внутритрубного теплоносителя через теплообменник, за счет взаимного расположения вертикальных 9(10) и горизонтальных 15 перегородок, что обеспечивает повышение тепловой эффективности теплообменника, т.к. конкретную схему движения внутритрубного теплоносителя можно заменить на другую схему путем замены перепускных лабиринтных камер. The bypass labyrinth chambers 11 and 12 (Fig. 5) are interchangeable to provide a specific scheme of movement of the in-pipe coolant through the heat exchanger, due to the relative position of the vertical 9 (10) and horizontal 15 partitions, which ensures an increase in the thermal efficiency of the heat exchanger, because the specific motion scheme of the in-pipe coolant can be replaced by another scheme by replacing the bypass labyrinth chambers.

Боковые стенки теплообменника являются тепловой изоляцией и собраны из отдельных боковых стенок 16 теплообменных модулей (фиг. 6), имеющих ширину "с", равную высоте модуля "h" (фиг. 3), что обеспечивает повышение технологичности при сборке и разборке теплообменника. Боковые стенки изготовлены в виде пустотелых коробов, заполненных теплоизоляционным материалом 17, что обеспечивает повышение технологичности при сборке и разборке теплообменника. The side walls of the heat exchanger are thermally insulated and are assembled from individual side walls 16 of the heat exchange modules (Fig. 6), having a width "c" equal to the height of the module "h" (Fig. 3), which improves processability during assembly and disassembly of the heat exchanger. The side walls are made in the form of hollow boxes filled with heat-insulating material 17, which provides improved manufacturability during the assembly and disassembly of the heat exchanger.

Коллекторы 13 и 14 (фиг. 7) перепускных лабиринтных камер могут иметь соединительные патрубки 18 для обеспечения конкретной схемы движения внутритрубного теплоносителя, что повышает тепловую эффективность теплообменника. The collectors 13 and 14 (Fig. 7) of the bypass labyrinth chambers can have connecting pipes 18 to provide a specific movement scheme of the in-pipe coolant, which increases the thermal efficiency of the heat exchanger.

Claims

1. A heat exchanger containing side walls and bypass labyrinth chambers with inlet and outlet fittings and with vertical and horizontal partitions in the labyrinth chambers, designed to provide the required direction of movement of the coolant through the pipes, tube boards with straight pipes located between them, characterized in that the pipes are arranged in a checkerboard pattern and are made alternating with longitudinal and transverse fins, with pipes with transverse fins having bent side edges, and pipes with they contain throttle washers, the heat exchanger is divided into separate modules in the form of cells having a geometric shape of a direct prism, with their own tube boards and bypass labyrinth chambers, the vertical partitions in the bypass labyrinth chambers are made curved to the full width or only from one of the longitudinal edges, each separate pair of bypass labyrinth chambers is interchangeable with another pair due to the mutual arrangement of vertical and horizontal partitions, sides e wall of the heat exchanger assembled from the individual side walls of the heat exchange modules made in the form of hollow boxes filled with insulating material.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the bypass labyrinth chambers on the inlet and outlet fittings have connecting pipes with fittings on the bypass labyrinth chambers of adjacent modules.

3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the longitudinal fins are made of membrane or fin.