RU2714133C1

RU2714133C1 - Cylindrical recuperative heat exchanger of coaxial type

Info

Publication number: RU2714133C1
Application number: RU2019124539A
Authority: RU
Inventors: Анастасия Петровна Пирожникова; Максим Александрович Говорунов
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2020-02-13

Abstract

FIELD: heat exchange.

SUBSTANCE: invention relates to heat recovery devices and can be used for recycling exhaust heat energy in air-and-exhaust ventilation and air conditioning plants. Invention consists in the fact that cylindrical recuperative heat exchanging device of coaxial type, including cylindrical housing; channels with plugs, supply and discharge air ducts, additionally includes annular plates forming central axial channel and annular channels with end plugs; longitudinal arc elements; flanges; sealing rubber interlayer between flanges; flanging with holes for bolts with nuts; a longitudinal partition separating the supply air duct and the discharge air duct, turbulence promoters formed by the convex elements, wherein between annular plates there is a device of longitudinal arc elements lengthwise swirling air flows and increasing time of contact of heating medium with heat exchange elements, and on surface of annular plates facing axis of cylindrical housing, as a result of application of contact high-heat-conducting coating, roughness is formed, which, when combined with turbulence promoters, causes transverse whir of air flows.

EFFECT: intensification of heat exchange.

1 cl, 9 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области теплоутилизирующих устройств, и может использоваться для утилизации тепловой энергии уходящего воздуха в приточно-вытяжных установках вентиляции и кондиционирования воздуха.The invention relates to the field of heat recovery devices, and can be used to utilize the thermal energy of the exhaust air in the supply and exhaust ventilation and air conditioning units.

Известно устройство пластинчатого рекуперативного теплообменного аппарата, применяемого в приточно-вытяжных вентиляционных установках, и выполненного в параллелепипедной, кубической или призматической форме, образованной каскадно-расположенными друг над другом металлическими высокотеплопроводными пластинами, отделяющими воздушные потоки приточного и уходящего воздуха (см., например, О.В. Картавцева, С.В. Баратынская «Кондиционирование воздуха и холодоснабжение», учебно-методический комплекс. – Новополоцк: ПГУ, 2011 г. С. 221-223). Недостатками данного устройства являются большие габариты теплообменного аппарата и высокое аэродинамическое сопротивление, развиваемое краеугольной формой поперечного сечения воздушных каналов. Вследствие этого скорость движения воздуха в каналах, образуемых металлическими пластинами, стремительно снижается, что не позволяет применять рекуперативные теплообменные аппараты данной конфигурации с большой линейной протяженностью, без сопутствующего увеличения давления, развиваемого вентилятором. В результате происходит снижение интенсивности процесса теплообмена, в случае с малой линейной протяженностью и номинальным давлением, развиваемым вентилятором, либо значительное повышение капиталовложений, обуславливающее незначительное развитие технического потенциала, в случае с увеличением линейной протяженности и давлением, развиваемым вентилятором.A device is known for a plate-type recuperative heat exchanger used in supply and exhaust ventilation units and made in a parallelepipedal, cubic or prismatic form formed by cascade-shaped metal highly heat-conducting plates separating the air flows of the supply and exhaust air (see, for example, О О .V. Kartavtseva, SV Baratynskaya “Air conditioning and refrigeration supply, training complex. - Novopolotsk: PSU, 2011. P. 221-223). The disadvantages of this device are the large dimensions of the heat exchanger and high aerodynamic drag developed by the cornerstone cross-sectional shape of the air channels. As a result, the air velocity in the channels formed by the metal plates is rapidly decreasing, which does not allow the use of recuperative heat exchangers of this configuration with a large linear extent, without a concomitant increase in the pressure developed by the fan. As a result, there is a decrease in the intensity of the heat transfer process, in the case of a small linear length and nominal pressure developed by the fan, or a significant increase in investment, which leads to a slight development of technical potential, in the case of an increase in the linear length and pressure developed by the fan.

Известно устройство воздухо-воздушного рекуперативного теплообменного аппарата роторного типа, выполненного на поворотной оси в кольцевой форме с наличием множества каналов малого сечения для прохода воздуха (см., например, О.В. Картавцева, С.В. Баратынская «Кондиционирование воздуха и холодоснабжение», учебно-методический комплекс. – Новополоцк: ПГУ, 2011 г. С. 223-225). Недостатком данного теплообменного устройства является смешивание приточного и удаляемого воздуха, вследствие чего значительно ограничивается сфера его применения. Эксплуатация данного рекуператора может характеризоваться нарушением санитарно-гигиенических норм с выделением вредностей при вентиляции помещений.A device is known for an air-air recuperative heat exchanger of rotary type, made on a rotary axis in an annular form with the presence of many channels of small cross section for air passage (see, for example, OV Kartavtseva, SV Baratynskaya “Air conditioning and cold supply” , educational complex. - Novopolotsk: PSU, 2011, pp. 223-225). The disadvantage of this heat exchange device is the mixing of the supply and exhaust air, as a result of which the scope of its application is significantly limited. The operation of this recuperator may be characterized by a violation of sanitary and hygienic standards with the release of hazards during ventilation of the premises.

Известен пластинчатый теплообменник для рекуперации тепловой энергии, применяемый для утилизации тепла уходящего воздуха в установках вентиляции и кондиционирования (см. патент RU 2247911 С2, F28D 9/00, опубликовано 10.03.2005). Недостатком данного изобретения является краеугольная форма, снижающая компактность устройства, а также повышающая аэродинамическое сопротивление, при движении воздуха по трапециевидным и коническим каналам.Known plate heat exchanger for the recovery of thermal energy used for heat recovery of exhaust air in ventilation and air conditioning systems (see patent RU 2247911 C2, F28D 9/00, published 03/10/2005). The disadvantage of this invention is the corner shape, which reduces the compactness of the device, as well as increasing aerodynamic drag, when the air moves along the trapezoidal and conical channels.

Известно изобретение противоточного пластинчатого матрично-кольцевого компактного керамического рекуператора, выполненного из множества кольцевых продольно разделенных матриц с каналами для перемещения греющей и нагреваемой сред. (см. патент RU 2464514 С2, F28D 9/00, опубликовано 20.10.2012). Недостатком данного устройства, при удовлетворяющей конфигурации каналов и их поперечного сечения, являются большие габариты теплообменного аппарата и толщина стенок матриц, а также более низкая теплопроводность применяемого керамического материала матриц, что обуславливается необходимостью создания эффективного сопротивления термоциклическому нагружению при эксплуатации устройства для перемещения высокотемпературных сред. Применение данного устройства невозможно в низкотемпературных установках.The invention is known of a countercurrent plate-type matrix-annular compact ceramic recuperator made of a plurality of annular longitudinally separated matrices with channels for moving heating and heated media. (see patent RU 2464514 C2, F28D 9/00, published October 20, 2012). The disadvantage of this device, with a satisfactory configuration of the channels and their cross section, is the large dimensions of the heat exchanger and the thickness of the walls of the matrices, as well as the lower thermal conductivity of the used ceramic material of the matrices, which is caused by the need to create effective resistance to thermocyclic loading during operation of the device for moving high-temperature media. The use of this device is not possible in low temperature installations.

Наиболее близким техническим решением является пластинчатый теплообменник (см. патент RU 2094726 С1, F28D 9/00, F28F 3/02, опубликовано 27.10.1997), содержащий корпус, коллекторы подвода и отвода теплообменных сред, закладные элементы и каналы для циркуляции теплообменных сред, при этом каналы для циркуляции выполнены за счет изгиба гладкой или гофрированной ленты с обеспечением замкнутого контура в поперечном сечении, а закладные элементы установлены на входных и выходных участках по тракту каждой теплообменной среды между изгибами ленты со стороны их внутренних радиусов, перекрывая частично друг друга в смежных каналах и образуя общую поверхность, к которой подсоединены патрубки подвода и отвода теплообменной среды в полость замкнутого контура, изгибы гофрированной ленты расположены по эвольвенте в корпусе круглого сечения, а по центру теплообменника установлен вытеснитель, на входном и выходном участках каналы выполнены из гладкой ленты, а между изгибами дополнительно установлены распределительные элементы, в каналах установлены дистанционирующие элементы. Устройство применяется для утилизации тепловой энергии газовоздушной или воздушной среды.The closest technical solution is a plate heat exchanger (see patent RU 2094726 C1, F28D 9/00, F28F 3/02, published October 27, 1997), comprising a housing, collectors for supplying and removing heat-transfer media, embedded elements and channels for circulation of heat-transfer media, while the channels for circulation are made by bending a smooth or corrugated tape with a closed loop in cross section, and embedded elements are installed at the input and output sections along the path of each heat transfer medium between the bends of the tape from their side of morning radii, partially overlapping each other in adjacent channels and forming a common surface, to which the pipes for supplying and discharging the heat transfer medium into the cavity of the closed loop are connected, the corrugated tape bends are located along the involute in the round section housing, and a displacer is installed in the center of the heat exchanger, at the inlet and the outlet sections of the channels are made of smooth tape, and between the bends are additionally installed distribution elements, spacing elements are installed in the channels. The device is used to utilize the thermal energy of a gas or air environment.

Недостатком данного устройства, при удовлетворяющей форме поперечного сечения, является малый полезно используемый объем рекуператора для осуществления процесса теплообмена между греющей и нагреваемой средами.The disadvantage of this device, with a satisfactory cross-sectional shape, is the small usable volume of the recuperator for the heat exchange process between the heating and heated media.

Задачей изобретения является - интенсификация процесса теплообмена между греющей и нагреваемой средами.The objective of the invention is to intensify the process of heat exchange between heating and heated media.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что цилиндрический рекуперативный теплообменный аппарат коаксиального типа, включающий цилиндрический корпус; каналы с заглушками, подводящий и отводящий воздуховоды, отличающийся тем, что дополнительно включает кольцевые пластины, образующие центральный осевой канал и кольцевые каналы с торцевыми заглушками; продольные дуговые элементы; фланцы; герметизирующую резиновую прослойку между фланцами; отбортовки с отверстиями под болты с гайками; продольную перегородку, разделяющую подводящий воздуховод и отводящий воздуховод, турбулизаторы, образованные выпуклыми элементами при этом между кольцевыми пластинами применено устройство продольных дуговых элементов, продольно завихряющих воздушные потоки и увеличивающих время контакта греющей среды с теплообменными элементами, а на поверхности кольцевых пластин, обращенной к оси цилиндрического корпуса, в результате нанесения контактного высокотеплопроводного покрытия, формируется шероховатость, обуславливающая, при совокупном действии с турбулизаторами, поперечное завихрение воздушных потоков.The essence of the invention lies in the fact that the cylindrical heat recovery apparatus of the coaxial type, including a cylindrical body; channels with plugs, inlet and outlet ducts, characterized in that it further includes annular plates forming a central axial channel and annular channels with end caps; longitudinal arc elements; flanges; sealing rubber layer between the flanges; flanging with holes for bolts with nuts; a longitudinal partition separating the inlet duct and the outlet duct, turbulators formed by convex elements with the use of longitudinal arc elements between the annular plates, longitudinally swirling the air flow and increasing the contact time of the heating medium with the heat exchange elements, and on the surface of the annular plates facing the axis of the cylindrical case, as a result of the application of the contact highly heat-conducting coating, a roughness is formed, causing, when ohm action with turbulence, swirl transverse air streams.

В цилиндрическом рекуперативном теплообменном аппарате коаксиального типа, состоящего из цилиндрического корпуса, устроенного с образованием кольцевых каналов, формируемых коаксиально расположенными кольцевыми пластинами, которые соединены между собой продольными дуговыми элементами, для интенсификации процесса теплообмена между греющей и нагреваемой средой, при сопутствующем сохранении аэродинамических характеристик, процесс теплообмена между греющей и нагреваемой средами интенсифицируется путем формирования коаксиальной каскадной системы, в которой в качестве интенсифицирующих элементов предусмотрены турбулизаторы и контактное высокотеплопроводное напыление, формирующее шероховатость. При этом движение встречных потоков воздуха в коаксиальной каскадной системе цилиндрического рекуперативного теплообменного аппарата, за счет продольных дуговых элементов, имеет спиралевидную траекторию, что увеличивает протяженность движения воздушных потоков, а также за счет влияния центростремительного ускорения позволяет развивать бóльшую скорость движения воздуха, увеличивающую тепловую отдачу поверхности. Кольцевая форма коаксиально расположенных каналов, несмотря на наличие в них шероховатой поверхности и турбулизаторов, позволяет сохранить аэродинамическое сопротивление в диапазоне оптимальных величин.In a coaxial cylindrical heat recovery apparatus consisting of a cylindrical body arranged to form annular channels formed by coaxially arranged annular plates that are interconnected by longitudinal arc elements to intensify the heat exchange process between the heating and heated media, while maintaining aerodynamic characteristics, the process heat transfer between heating and heated media is intensified by the formation of a coaxial cable a skad system, in which turbulizers and high-conductivity contact sputtering, which form a roughness, are provided as intensifying elements. At the same time, the movement of oncoming air flows in the coaxial cascade system of a cylindrical recuperative heat exchanger, due to the longitudinal arc elements, has a spiral path, which increases the length of the air flow, and also due to the influence of centripetal acceleration allows you to develop a higher air velocity, increasing the heat transfer of the surface . The annular shape of the coaxially located channels, despite the presence of a rough surface and turbulators in them, allows you to maintain aerodynamic drag in the range of optimal values.

При подобной конфигурации цилиндрического теплообменного аппарата коаксиального типа, соединение с подводящими и отводящими воздуховодами осуществляется при помощи фланцев, между которыми устанавливается герметизирующая резиновая прослойка, а крепление осуществляется посредством обжатия фланцев окаймляющими отбортовками с отверстиями под болты с гайками. При этом для исключения перетекания греющей среды к нагреваемой среде на окончании и на основании кольцевых каналов установлены торцевые заглушки, а подводящий и отводящий воздуховоды разделены продольной перегородкой.With a similar configuration of a coaxial cylindrical heat exchanger, the connection with the supply and exhaust ducts is carried out using flanges between which a sealing rubber layer is installed, and fastening is done by crimping the flanges with bordering flanges with holes for bolts with nuts. At the same time, end caps are installed at the end and on the basis of the annular channels to prevent the heating medium from flowing to the heated medium, and the supply and exhaust ducts are separated by a longitudinal partition.

Техническим результатом является интенсификация процесса теплообмена между греющей и нагреваемой средами, развиваемой при оптимизации конструкции рекуперативного теплообменного аппарата и поперечного сечения его каналов, создающих режим течения сред, позволяющий сохранить аэродинамические характеристики близкими к номинальным, при сопутствующем развитии скорости потока, времени контакта греющей и нагреваемой сред с теплообменными элементами рекуперативного теплообменного аппарата и турбулентности, обуславливаемой наличием турбулизаторов и контактного высокотеплопроводного покрытия, формирующего шероховатость.The technical result is the intensification of the heat transfer process between heating and heated media, developed by optimizing the design of the recuperative heat exchanger and the cross section of its channels, creating a flow regime of media that allows you to keep the aerodynamic characteristics close to nominal, with the concomitant development of the flow velocity, contact time of the heating and heated media with heat exchange elements of a regenerative heat exchanger and turbulence caused by the presence of bulizatorov contact and high thermal coating forming roughness.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:The invention is illustrated by drawings, where:

фиг. 1 изображен вертикальный фронтальный разрез цилиндрического рекуперативного теплообменного аппарата коаксиального типа.FIG. 1 shows a vertical frontal section of a coaxial cylindrical recuperative heat exchanger.

фиг. 2 изображен фронтальный вид цилиндрического рекуперативного теплообменного аппарата коаксиального типа.FIG. 2 is a front view of a coaxial type cylindrical heat recovery apparatus.

фиг. 3 изображена изометрическая проекция с вырезом четверти цилиндрического рекуперативного теплообменного аппарата коаксиального типа.FIG. 3 is an isometric view of a quarter cut of a cylindrical coaxial heat recovery apparatus.

фиг. 4 изображен способ фланцевого соединения цилиндрического рекуперативного теплообменного аппарата и присоединительного фасонного элемента воздуховодов.FIG. 4 depicts a method for flange connection of a cylindrical recuperative heat exchanger and a connecting shaped element of air ducts.

фиг. 5 изображена схема расположения отверстий на фланцевом соединении.FIG. 5 shows the layout of the holes on the flange connection.

фиг. 6 изображен общий вид цилиндрического рекуперативного теплообменного аппарата.FIG. 6 shows a general view of a cylindrical recuperative heat exchanger.

фиг. 7 изображен общий вид присоединительного фасонного элемента воздуховодов.FIG. 7 shows a General view of the connecting shaped element of the ducts.

фиг. 8 изображен вертикальный продольный разрез кольцевого канала.FIG. 8 is a vertical longitudinal section through an annular channel.

фиг. 9 изображен общий вид возможных схем турбулизаторов.FIG. 9 shows a general view of possible circuits of turbulators.

Цилиндрический корпус 1 рекуперативного теплообменного аппарата коаксиального типа устроен с образованием кольцевых каналов 2, формируемых коаксиально расположенными кольцевыми пластинами 3, которые соединены между собой продольными дуговыми элементами 4. При этом подвод и отвод воздуха по кольцевым каналам 2 осуществляется через подводящий воздуховод 5 и отводящий воздуховод 6, соответственно, которые выполнены в форме фасонного элемента воздуховодов (см.: фиг. 7), в котором кольцевые каналы 2 разделены продольной перегородкой 7, исключающей смешивание или утечку греющей и нагреваемой сред. Для чего исполнение продольной перегородки 7 предусмотрено из композитного материала, который при контакте с гладкой поверхностью путем прижатия к подводящему воздуховоду 5 и отводящему воздуховоду 6 образует герметичное соединение.The cylindrical housing 1 of the coaxial heat recovery apparatus is arranged to form annular channels 2 formed by coaxially arranged annular plates 3, which are interconnected by longitudinal arc elements 4. In this case, the supply and exhaust air through the annular channels 2 is carried out through the supply duct 5 and exhaust duct 6 , respectively, which are made in the form of a shaped element of air ducts (see: Fig. 7), in which the annular channels 2 are separated by a longitudinal partition 7, except boiling mixing or leakage of the heating and heated mediums. For this, the execution of the longitudinal partition 7 is provided of composite material, which, when in contact with a smooth surface, is pressed against the inlet duct 5 and the outlet duct 6 to form a sealed connection.

Для разделения греющей и нагреваемой сред в цилиндрическом корпусе 1, кольцевые каналы 2 выполнены с наличием на основании и на окончании торцевых заглушек 8, перекрывающих доступ греющей среды в подводящий воздуховод 5 и наоборот нагреваемой среды в отводящий воздуховод 6.To separate the heating and heated media in a cylindrical housing 1, the annular channels 2 are made with the presence of end caps 8 at the base and at the end that block the access of the heating medium to the supply duct 5 and vice versa of the heated medium to the exhaust duct 6.

Торцевые заглушки 8 могут присоединяться к кольцевым пластинам 3 при помощи ультразвуковой сварки в производственных условиях.End caps 8 can be attached to the annular plates 3 by ultrasonic welding in a production environment.

Расположение кольцевых каналов 2 при коаксиальном устройстве кольцевых пластин 3 выполнено в порядке каскадного чередования, в котором после каждого кольцевого канала 2, перемещающего греющую среду, следует кольцевой канал 2, перемещающий нагреваемую среду. При этом с целью интенсификации процесса теплообмена центральный осевой канал 9 выполняет функцию перемещения греющей среды, повышающей температуру кольцевой пластины 3 центрального осевого канала 9. В результате образующейся разности температур между кольцевыми пластинами 3 кольцевых каналов 2, осуществляется процесс теплообмена излучением, что при неравномерности температур, а также массовых скоростей воздушных потоков 10 в каждом кольцевом канале 2, обуславливает увеличение теплового потока от греющей среды к нагреваемой. Для достижения аналогичного эффекта последний, относительно центральной оси цилиндрического корпуса 1, кольцевой канал 2 служит для перемещения нагреваемой среды.The arrangement of the annular channels 2 with the coaxial arrangement of the annular plates 3 is made in the order of cascading alternation, in which after each annular channel 2 moving the heating medium, there is an annular channel 2, moving the heated medium. Moreover, in order to intensify the heat transfer process, the central axial channel 9 performs the function of moving the heating medium increasing the temperature of the annular plate 3 of the central axial channel 9. As a result of the resulting temperature difference between the annular plates 3 of the annular channels 2, the process of heat exchange by radiation is carried out, which, if the temperature is not uniform, as well as mass velocities of air flows 10 in each annular channel 2, causes an increase in heat flow from the heating medium to the heated. To achieve a similar effect, the latter, relative to the central axis of the cylindrical body 1, the annular channel 2 serves to move the heated medium.

Внедрение в кольцевые каналы 2 между кольцевыми пластинами 3 продольных дуговых элементов 4 выполняет функции изменения траектории воздушных потоков 10 с линейной на спиралевидную и функцию повышения жесткости конструкции, при которой исключается зависимость от термоциклического нагружения. Дуговые элементы 4 установлены соосно в кольцевых каналах 2 и за счет этого разделяют его на две равные части, в каждой из которых движется одна и та же среда (греющая либо нагреваемая). При этом оптимизация протяженности цилиндрического корпуса 1 осуществляется параллельно с углом искривления продольных дуговых элементов 4 таким образом, чтобы дуговые элементы сводились к середине дуги основания кольцевых каналов 2, позволяя формировать одинаково объемные расходы воздушных потоков 10 в каждом кольцевом канале 2. Также подводящий воздуховод 5 и отводящий воздуховод 6 присоединяются к кольцевым каналам 2 под углом идентичным углу искривления продольных дуговых элементов 4, что обуславливает сокращение аэродинамического сопротивления и позволяет сохранить скорость движения греющей и нагреваемой сред при входе в кольцевые каналы 2.The introduction into the annular channels 2 between the annular plates 3 of the longitudinal arc elements 4 performs the function of changing the path of the air flow 10 from linear to spiral and the function of increasing the rigidity of the structure, which eliminates the dependence on thermocyclic loading. The arc elements 4 are installed coaxially in the annular channels 2 and due to this they are divided into two equal parts, in each of which the same medium moves (heating or heating). Moreover, the optimization of the length of the cylindrical body 1 is carried out in parallel with the angle of curvature of the longitudinal arc elements 4 so that the arc elements are reduced to the middle of the arc of the base of the annular channels 2, allowing the same volumetric flow rates of air flows 10 in each annular channel 2. Also, the supply duct 5 and the exhaust duct 6 is connected to the annular channels 2 at an angle identical to the angle of curvature of the longitudinal arc elements 4, which leads to a reduction in aerodynamic resistance and allows you to save the speed of the heating and heated media at the entrance to the annular channels 2.

Присоединение цилиндрического корпуса 1 к подводящему воздуховоду 5 и отводящему воздуховоду 6 осуществляется через фланцы 11, между которыми, с целью герметизации фланцевого соединения и предотвращения теплопередачи между не участвующими в процессе теплообмена элементами, размещается герметизирующая резиновая прослойка 12. При этом соединение осуществляется посредством соединения по всей окружности фланцев 11 окаймляющих отбортовок 13, в которых выполнены отверстия 14 под болты 15 с гайками 16.The connection of the cylindrical body 1 to the inlet duct 5 and the outlet duct 6 is carried out through the flanges 11, between which, in order to seal the flange connection and prevent heat transfer between the elements not participating in the heat exchange process, a sealing rubber layer 12 is placed. the circumference of the flanges 11 of the flanging flanges 13, in which holes 14 are made for bolts 15 with nuts 16.

Схема расположения отверстий 14 на окаймляющих отбортовках 13 (см.: фиг. 5) выполнена таким образом, чтобы придать соединению максимальную жесткость и герметичность.The arrangement of holes 14 on the flanging flanges 13 (see: Fig. 5) is made in such a way as to give the connection maximum rigidity and tightness.

Соединение фасонного элемента воздуховодов (см.: фиг. 7) и цилиндрического корпуса 1 возможно иным существующим фасонным соединением. Главным критерием для этого является нивелирование утечек воздуха при перемещении сред, участвующих в процессе теплообмена.The connection of the shaped element of the ducts (see: Fig. 7) and the cylindrical body 1 is possible with another existing shaped connection. The main criterion for this is the leveling of air leaks when moving the media involved in the heat transfer process.

За счет формирования движения воздушных потоков 10 по спиралевидной траектории, увеличивается расстояние, проходимое воздушным потоком, а из-за развития центростремительного ускорения, возрастает скорость воздуха в кольцевых каналах 2. Форма кольцевых каналов 2, в которой отсутствуют краеугольные элементы, дополнительно интенсифицирует скорость движения воздуха путем сокращения аэродинамического сопротивления. Вследствие чего, в результате повышения теплоотдачи поверхности, интенсифицируется процесс теплообмена между греющей и нагреваемой средами.Due to the formation of the movement of air flows 10 along a spiral path, the distance traveled by the air flow increases, and due to the development of centripetal acceleration, the air velocity in the annular channels 2 increases. The shape of the annular channels 2, in which there are no corner elements, further intensifies the air velocity by reducing aerodynamic drag. As a result of which, as a result of increased heat transfer to the surface, the heat transfer process between heating and heated media is intensified.

Дополнительно процесс теплообмена интенсифицируется посредством турбулизации воздушных потоков 10 в кольцевых каналах 2 во всех направлениях тремя элементами:Additionally, the heat transfer process is intensified by turbulization of the air flows 10 in the annular channels 2 in all directions by three elements:

– в продольном и вертикальном направлении развитие эффекта турбулентности обусловлено наличием контактного высокотеплопроводного напыления 17, нанесенного на внутренней поверхности кольцевых пластин 3, вследствие чего на поверхности, обращенной к оси цилиндрического корпуса 1, формируется шероховатость 18, обуславливающая завихрение воздушных потоков 10;- in the longitudinal and vertical directions, the development of the turbulence effect is due to the presence of high-heat contact sputtering 17 deposited on the inner surface of the annular plates 3, as a result of which a surface roughness 18 is formed on the surface facing the axis of the cylindrical body 1, causing a swirl of air flows 10;

– в поперечном и дополнительно в продольном и вертикальном направлениях формирование турбулентности осуществляется посредством устройства на внешней поверхности кольцевых пластин 3 турбулизаторов 19, завихряющих воздушные потоки 10;- in the transverse and additionally in the longitudinal and vertical directions, the formation of turbulence is carried out by means of the device on the outer surface of the annular plates 3 turbulators 19, swirling air flows 10;

– в поперечном и продольном направлениях эффект турбулентности обусловлен формой кольцевых каналов 2 с устройством в них продольных дуговых элементов 4, выполненных таким образом, чтобы воздушные потоки 10 проходили через кольцевые каналы 2 по спиралевидной траектории.- in the transverse and longitudinal directions, the turbulence effect is due to the shape of the annular channels 2 with the arrangement of longitudinal arc elements 4 in them, made in such a way that the air flows 10 pass through the annular channels 2 along a spiral path.

Формирование турбулентности воздушных потоков 10 позволяет увеличить скорость движения воздуха, проходящего через кольцевые каналы 2, что обуславливает повышение теплоотдачи поверхности кольцевых пластин 3. При этом за счет изменения траектории воздушных потоков 10, основной массовый объем воздуха находится в кольцевых каналах 2 более продолжительное время, что также повышает величину теплового потока между греющей и нагреваемой средами.The formation of turbulence of the air flows 10 allows you to increase the speed of air passing through the annular channels 2, which leads to an increase in heat transfer to the surface of the annular plates 3. Moreover, due to changes in the trajectory of the air flows 10, the main mass volume of air is in the annular channels 2 for a longer time, which also increases the amount of heat flow between the heating and heated media.

Размещение на внутренней поверхности кольцевых пластин 3 контактного высокотеплопроводного напыления 17, формирующего шероховатость 18, а на внешней поверхности кольцевых пластин 3 турбулизаторов 19, кроме развития эффекта турбулентности, также повышает площадь поверхности теплообмена между греющей и нагреваемой средами.The placement on the inner surface of the annular plates 3 of the contact highly heat-conducting spraying 17, forming a roughness 18, and on the outer surface of the annular plates 3 of turbulators 19, in addition to the development of the effect of turbulence, also increases the surface area of the heat exchange between the heating and heated media.

Кроме того выполнение на внешней поверхности кольцевых пластин 3 турбулизаторов 19, а на внутренней поверхности кольцевых пластин 3 контактного высокотеплопроводного напыления 17, обуславливает достижение такого эффекта турбулизации воздушных потоков 10, при котором завихрение образуется не только во всех направлениях, но и по всему объему кольцевых каналов 2.In addition, the implementation on the outer surface of the annular plates 3 of turbulators 19, and on the inner surface of the annular plates 3 of the contact highly heat-conducting spraying 17, determines the achievement of the effect of turbulization of the air flows 10, in which a swirl is formed not only in all directions, but throughout the entire volume of the annular channels 2.

Турбулизаторы 19 выполнены способом гнутья с устройством на кольцевых пластинах 3 выпуклых элементов 20, расположенных в форме кольцевых и дуговых сегментов, формирующих завихрение воздушных потоков 10, и дополнительно увеличивающих площадь теплообмена между греющей и нагреваемой средами.The turbulizers 19 are made by bending with the device on the annular plates 3 of convex elements 20 located in the form of annular and arc segments, forming a swirl of air flows 10, and additionally increasing the area of heat exchange between the heating and heated media.

Расположение выпуклых элементов 20 может варьировать с целью изменения критерия Рейнольдса, обуславливающего степень турбулизации потока. В результате чего возможно осуществление оптимизации аэродинамических и тепломассообменных характеристик, обусловленных данным аспектом.The location of the convex elements 20 may vary in order to change the Reynolds criterion, which determines the degree of flow turbulization. As a result, it is possible to optimize the aerodynamic and heat and mass transfer characteristics due to this aspect.

Шаг расположения и количество турбулизаторов 19 в кольцевых каналах 2 может меняться в пределах принимаемых габаритов цилиндрического корпуса.The location step and the number of turbulators 19 in the annular channels 2 can vary within the accepted dimensions of the cylindrical body.

Величина и шаг выступов, формируемой на внутренней поверхности кольцевых пластин 2 шероховатости 18, может меняться с целью достижения оптимальных аэродинамических и тепломассообменных характеристик, обусловленных данным аспектом.The magnitude and pitch of the protrusions formed on the inner surface of the annular plates 2 of roughness 18 may vary in order to achieve optimal aerodynamic and heat and mass transfer characteristics due to this aspect.

Угол искривления продольных дуговых элементов 4 может находиться в пределах от 15 до 60 градусов, с целью изменение аэродинамических характеристик и параметров тепломассообмена, обусловленных скоростью движения и длительностью пребывания основных массовых объемов греющей и нагреваемой сред, перемещаемых по кольцевым каналам 2.The angle of curvature of the longitudinal arc elements 4 can be in the range from 15 to 60 degrees, with the aim of changing the aerodynamic characteristics and heat and mass transfer parameters due to the speed of movement and the length of stay of the main mass volumes of heating and heated media moving along the annular channels 2.

ТаблицаTable

Целесообразность применения различных углов искривления дуговых элементовThe feasibility of using different angles of curvature of the arc elements

Угол искривленияAngle of curvature Эскиз траектории движения воздушного потокаSketch of the air flow path Эскиз развертки траектории движения воздушного потока Sketch of sweep trajectory of the air flow Степень увеличения длины, %The degree of increase in length,% ОбоснованиеJustification 11

2

2 3 4 5 0 0 No increase in length fifteen 4 Slight increase in length thirty 14 Optimum extension while maintaining optimal aerodynamic performance 45 26 60 41 A significant increase in length, but exceeding the permissible aerodynamic drag

Таким образом, в цилиндрическом рекуперативном теплообменном аппарате коаксиального типа осуществляется интенсификация процесса теплообмена между греющей и нагреваемой средами, развиваемой при оптимизации конструкции рекуперативного теплообменного аппарата и поперечного сечения его каналов, создающих режим течения сред, позволяющий сохранить аэродинамические характеристики близкими к номинальным, при сопутствующем развитии скорости потока, времени контакта греющей и нагреваемой сред с теплообменными элементами рекуперативного теплообменного аппарата и турбулентности, обуславливаемой наличием турбулизаторов и контактного высокотеплопроводного покрытия, формирующего шероховатость.Thus, in a coaxial cylindrical heat recovery apparatus, the heat exchange process between the heating and heated media is intensified, which is developed by optimizing the design of the heat recovery heat exchanger and the cross section of its channels, creating a flow regime of media that allows the aerodynamic characteristics to be kept close to nominal, with a concomitant speed development flow, contact time of heating and heated media with heat-exchange elements of regenerative heat exchanger and the turbulence is caused by the presence of turbulence and high thermal contact coating forming roughness.

Дополнительно процесс теплообмена, а также общая эффективность работы цилиндрического рекуперативного теплообменного аппарата коаксиального типа, может оптимизироваться путем варьирования скорости движения воздуха, развиваемой вентиляторами, что может обуславливать снижение величины потребляемой электрической энергии.In addition, the heat exchange process, as well as the overall efficiency of the coaxial cylindrical heat recovery apparatus, can be optimized by varying the air speed developed by the fans, which can lead to a decrease in the amount of electric energy consumed.

Повышение аэродинамического сопротивления шероховатостью 18 и турбулизаторами 19 в цилиндрическом рекуперативном теплообменном аппарате коаксиального типа нивелируется формой кольцевых каналов 2 и движением воздушных потоков 10 по спиралевидной траектории. Вследствие чего аэродинамические характеристики сохраняются близкими к номинальным показателям.The increase in aerodynamic drag by roughness 18 and turbulizers 19 in a coaxial cylindrical heat recovery apparatus is leveled by the shape of the annular channels 2 and the movement of air flows 10 along a spiral path. As a result, aerodynamic characteristics remain close to the nominal values.

Цилиндрический корпус 1, кольцевые пластины 3 и продольные дуговые элементы 4 выполняются из алюминия, с целью максимизации теплопередачи между греющей и нагреваемой средами. При этом соединение продольных дуговых элементов 4 с кольцевыми пластинами 3 выполняется аналогично торцевым заглушкам 8, с помощью ультразвуковой сварки.The cylindrical housing 1, the annular plates 3 and the longitudinal arc elements 4 are made of aluminum, in order to maximize the heat transfer between the heating and heated media. Moreover, the connection of the longitudinal arc elements 4 with the annular plates 3 is performed similarly to the end caps 8, using ultrasonic welding.

Процесс производства цилиндрического рекуперативного теплообменного аппарата коаксиального типа может осуществляться каскадным образом, при котором выполнение кольцевых пластин 3 и дуговых элементов 4 осуществляется методом вытягивания из расплава. Полный цикл производства осуществляется по следующему алгоритму:The production process of the coaxial cylindrical heat recovery apparatus of the coaxial type can be carried out in a cascade manner in which the execution of the ring plates 3 and the arc elements 4 is carried out by the method of drawing from the melt. The full production cycle is carried out according to the following algorithm:

1) Методом вытягивания из расплава выполняется набор для одного цилиндрического рекуперативного теплообменного аппарата коаксиального типа: кольцевых пластин 3, центрального осевого канала 9 и дуговых элементов 4;1) The method for pulling from the melt is a set for one cylindrical regenerative heat exchanger of the coaxial type: annular plates 3, the central axial channel 9 and arc elements 4;

2) На кольцевые пластины 3 ультразвуковой сваркой последовательно присоединяются соответствующие ей по размеру продольные дуговые элементы 4;2) The longitudinal arc elements 4 corresponding to it in size are sequentially connected to the ring plates 3 by ultrasonic welding;

3) Кольцевые пластины 3 совмещенные с дуговыми элементами 4 последовательно соединяются друг с другом по размеру на увеличение;3) The annular plates 3 combined with the arc elements 4 are sequentially connected to each other in size to increase;

4) На основании и окончании образованных кольцевыми пластинами 3 кольцевых каналов 2 в соответствующих местах ультразвуковой сваркой присоединяются торцевые заглушки 8, а на окончание и основание цилиндрического корпуса 1 присоединяются фланцы 11.4) On the base and end of the annular channels 2 formed by the ring plates 3, end caps 8 are connected at the appropriate places by ultrasonic welding, and flanges 11 are attached to the end and base of the cylindrical body 1.

Claims

Coaxial cylindrical heat recovery apparatus including a cylindrical body; channels with plugs, inlet and outlet ducts, characterized in that it further includes annular plates forming a central axial channel and annular channels with end caps; longitudinal arc elements; flanges; sealing rubber layer between the flanges; flanging with holes for bolts with nuts; a longitudinal partition separating the inlet duct and the outlet duct, turbulators formed by convex elements, while between the annular plates a device of longitudinal arc elements is used, longitudinally swirling the air flows and increasing the contact time of the heating medium with the heat exchange elements, and on the surface of the annular plates facing the axis a cylindrical body, as a result of applying a contact highly heat-conducting coating, a roughness is formed, causing, with the nom action with turbulators, transverse swirl of air currents.