RU2068167C1 - Heat exchanger - Google Patents

Abstract

FIELD: heat recovery of steam-air wastes in various industries, including textile and chemical industries. SUBSTANCE: heat exchanger has chamber 1 with shaped sheets 2 forming contraction- diffusion channels 3,4. Coolant admission pipes are arranged on one end and coolant discharge pipes, on other end, Holes are provided in walls of concentration sections to organize seepage of hot agent into cold coolant. EFFECT: improved design, enlarged functional capabilities. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам для утилизации теплоты паровоздушных выбросов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например, в текстильной и химической. The invention relates to apparatus for utilizing the heat of steam and air emissions and can be used in various industries, for example, in the textile and chemical.

Известен трубчато-пластинчатый теплообменник, использующий тепло паровоздушной смеси для нагрева воды [1] содержащий пучок труб оребренных плоскими пластинами, образующими конфузорно-диффузорные каналы для прохода газообразного теплоносителя, причем угол между пластинами в конфузорной и диффузорной частях канала составляет 16-90 градусов. Known tube-plate heat exchanger that uses the heat of a steam-air mixture to heat water [1] containing a bunch of tubes finned flat plates forming confuser-diffuser channels for the passage of a gaseous coolant, and the angle between the plates in the confuser and diffuser parts of the channel is 16-90 degrees.

Недостатком данной конструкции является высокое аэродинамическое сопротивление, вследствие загромождения проходного сечения пучком труб и нерационально выбранного угла раскрытия конфузорно-диффузорных участков. Как известно из справочной литературы (Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -М. Машиностроение, 1975) угол конфузора и диффузора свыше 40 градусов приводит к резкому увеличению аэродинамического сопротивления, что не рационально с экономической точки зрения. The disadvantage of this design is the high aerodynamic drag, due to clutter of the bore with the tube bundle and irrationally selected opening angle of the confuser-diffuser sections. As is known from the reference literature (IE Idelchik. Reference book on hydraulic resistance. -M. Engineering, 1975), the angle of the confuser and diffuser above 40 degrees leads to a sharp increase in aerodynamic drag, which is not rational from an economic point of view.

Другим недостатком данной конструкции является то, что интенсификация теплообмена на конфузорно-диффузорных каналах не дает выигрыша в теплопереносе к нагреваемой воде, так как последняя практически не имеет контакта с этими пластинами. Another disadvantage of this design is that the intensification of heat transfer on the confuser-diffuser channels does not give a gain in heat transfer to the heated water, since the latter has virtually no contact with these plates.

Известен пластинчатый теплообменник [2] содержащий профилированные листы с гофрами, образующими осесимметричные каналы переменного сечения и снабженные прорезями для перетока среды в смежные каналы, причем гофры выполнены в виде последовательно соединенных конфузоров, а прорези размещены в плоскости перпендикулярной оси гофр в местах сопряжения смежных конфузоров. Known plate heat exchanger [2] containing profiled sheets with corrugations, forming axisymmetric channels of variable cross section and equipped with slots for the flow of medium into adjacent channels, and the corrugations are made in the form of series-connected confusers, and the slots are placed in the plane perpendicular to the axis of the corrugations at the junctions of adjacent confusers.

Недостатком этого теплообменника является высокое аэродинамическое сопротивление на участке сопряжения конфузорных частей, где происходит срыв потока и образование застойных зон в области размещения прорезей. Кроме того, образование застойных зон уменьшает эффективную поверхность теплообмена и, как следствие, приводит к снижению эффективности данного устройства. The disadvantage of this heat exchanger is the high aerodynamic drag in the mating section of the confuser parts, where the flow stalls and stagnation zones form in the area of the slotting. In addition, the formation of stagnant zones reduces the effective heat transfer surface and, as a result, leads to a decrease in the efficiency of this device.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является теплообменник [3] который содержит корпус и каналы, размещенные внутри корпуса и выполненные в виде последовательно чередующихся диффузорных и конфузорных участков с теплоотдающими и тепловоспринимающими поверхностями. На теплоотдающих поверхностях диффузорных участков каналов размещено пористое покрытие, капилляры которого расположены перпендикулярно поверхности диффузорных участков. The closest in technical essence and the achieved result is a heat exchanger [3] which contains a casing and channels located inside the casing and made in the form of successively alternating diffuser and confuser sections with heat transfer and heat transfer surfaces. A porous coating is placed on the heat transfer surfaces of the diffuser portions of the channels, the capillaries of which are perpendicular to the surface of the diffuser portions.

Однако, указанный теплообменник имеет существенный недостаток и не пригоден для утилизации теплоты паровоздушных смесей, удаляемых из машин отделочного оборудования текстильной промышленности, по причине забивания пористых покрытий пухом, содержащимся в них. Кроме того, забитое пухом пористое покрытие обладает значительным термическим сопротивлением, что снижает его теплотехническую эффективность. С другой стороны, пористое покрытие практически не поддается чистке, что значительно ухудшает технико-экономические показатели работы данного оборудования. However, this heat exchanger has a significant drawback and is not suitable for the utilization of the heat of steam-air mixtures removed from finishing machinery of the textile industry due to the clogging of porous coatings with the fluff contained in them. In addition, a fluffy porous coating has significant thermal resistance, which reduces its heat engineering efficiency. On the other hand, the porous coating is practically not cleanable, which significantly worsens the technical and economic performance of this equipment.

Целью настоящего изобретения является уменьшение энергозатрат путем снижения аэродинамического сопротивления и интенсификация процессов переноса. The aim of the present invention is to reduce energy consumption by reducing aerodynamic drag and the intensification of transfer processes.

Указанная цель достигается тем, что в теплообменнике входной и выходной патрубки, а также размещенные во внутренней полости профилированные листы, образующие каналы переменного сечения в виде последовательно чередующихся конфузорных и диффузорных участков, расположены вдоль оси теплообменника. Стенки конфузорных участков по холодному теплоносителю сделаны перфорированными, длина конфузорных и диффузорных участков одинаковая, угол их раскрытия равен 15-40 градусам, а перфорация выполнена в виде отверстий, расположенных в шахматном порядке со степенью перфорации 0,05-0,2. This goal is achieved by the fact that in the heat exchanger inlet and outlet pipes, as well as profiled sheets placed in the internal cavity, forming channels of variable cross section in the form of successively alternating confuser and diffuser sections, are located along the axis of the heat exchanger. The walls of the confuser sections along the cold coolant are perforated, the length of the confuser and diffuser sections is the same, their opening angle is 15-40 degrees, and the perforation is made in the form of holes staggered with a degree of perforation of 0.05-0.2.

Расположение патрубков подвода и отвода теплоносителей, конфузорных и диффузорных участков камеры теплообменника вдоль одной оси снижает аэродинамическое сопротивление, так как устраняет необходимость изменения направления движения воздуха. На проницаемых участках интенсифицируется теплообмен за счет непосредственного контакта холодного и горячего теплоносителя, а также турболизирующего влияния конфигурации каналов. Чередование конфузорных и диффузорных участков уменьшает толщину пограничного слоя и дополнительно интенсифицирует теплоперенос. The location of the inlet and outlet of coolants, confuser and diffuser sections of the heat exchanger chamber along one axis reduces aerodynamic drag, as it eliminates the need to change the direction of air movement. In permeable areas, heat transfer is intensified due to direct contact of cold and hot coolant, as well as the turbolizing effect of the channel configuration. The alternation of confuser and diffuser sections reduces the thickness of the boundary layer and additionally intensifies heat transfer.

Дополнительный эффект достигается за счет присутствия капельной жидкости на стенках конфузоров по горячему теплоносителю, что интенсифицирует теплообмен к стенке, при этом происходит осушение влажного горячего теплоносителя, что увеличивает тепловой поток от одного теплоносителя к другому за счет фазовых переходов. An additional effect is achieved due to the presence of dropping liquid on the walls of the confusers along the hot coolant, which intensifies the heat transfer to the wall, while the wet hot coolant is drained, which increases the heat flux from one coolant to another due to phase transitions.

Признаков, сходных с отличительными признаками заявляемого теплообменника, в известных технических решениях не обнаружено. Signs similar to the hallmarks of the inventive heat exchanger, in the known technical solutions were not found.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема теплообменника, где на фиг. 2 его общий вид. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a circuit diagram of a heat exchanger, where in FIG. 2 its general appearance.

Теплообменник представляет собой горизонтальную камеру 1 с вертикально расположенными профилированными листами 2, образующими каналы переменного сечения в виде последовательно чередующихся конфузорных 3 и диффузорных 4 участков. С одной стороны камеры расположены патрубки подвода холодного 5 и горячего 6 теплоносителя, а с другой отвода 7, 8 соответственно. В стенках конфузора имеются отверстия 9 для перетока (фильтрации) теплоносителей. The heat exchanger is a horizontal chamber 1 with vertically arranged profiled sheets 2, forming channels of variable cross section in the form of successively alternating confuser 3 and diffuser 4 sections. On one side of the chamber there are nozzles for supplying cold 5 and hot 6 coolant, and on the other side 7, 8, respectively. In the walls of the confuser there are openings 9 for the overflow (filtration) of coolants.

Теплообменник работает следующим образом. Паровоздушная смесь, удаляемая из отделочного оборудования, подведенная к камере 1 через патрубок 8 проходит по конфузорно-диффузорным каналам 3, 4, образуемым профилированными пластинами 2. Отработанный газ удаляется в атмосферу через патрубок 8. Холодный воздух через патрубок 5 поступает в камеру проходит через каналы нагревается и направляется на технологические нужды через патрубок 7. При прохождении диффузорного участка часть горячего теплоносителя через отверстия 9 попадает в холодный воздух и нагревает его за счет непосредственного смешения. Кроме того, холодный воздух нагревается за счет теплопереноса через разделительную стенку, причем конфузорно-диффузорный канал позволяет интенсифицировать перенос за счет турбулизации потока и уменьшения толщины пограничного слоя. Отсос через перфорацию также интенсифицирует теплообмен за счет уменьшения термического сопротивления на стенке. The heat exchanger operates as follows. The steam-air mixture removed from the finishing equipment, brought to the chamber 1 through the pipe 8 passes through the confuser-diffuser channels 3, 4 formed by profiled plates 2. The exhaust gas is removed into the atmosphere through the pipe 8. Cold air enters the camera through the channels 5 through the pipes 5 heats up and goes to technological needs through the pipe 7. When passing the diffuser section, part of the hot heat carrier through the holes 9 enters the cold air and heats it due to direct mixing. In addition, cold air is heated by heat transfer through the dividing wall, and the confuser-diffuser channel makes it possible to intensify the transfer due to turbulization of the flow and a decrease in the thickness of the boundary layer. Suction through perforation also intensifies heat transfer by reducing thermal resistance on the wall.

Интенсивность теплообмена со стороны горячего теплоносителя дополнительно увеличивается за счет орошения конфузорной части, что позволяет дополнительно нагреть холодный воздух на 3-4 градуса. The heat transfer rate from the side of the hot heat carrier is additionally increased due to irrigation of the confuser part, which makes it possible to additionally heat cold air by 3-4 degrees.

Использование предлагаемого изобретения имеет существенные преимущества перед прототипом. Благодаря расположению патрубков подвода и отвода теплоносителей, конфузорно-диффузорных каналов вдоль одной оси снижается аэродинамическое сопротивление участка, на котором располагается теплообменник, позволяет интенсифицировать теплообмен между холодным и горячим теплоносителями за счет непосредственного контакта последних, конфузорно-диффузорных каналов и орошения поверхности. The use of the invention has significant advantages over the prototype. Due to the location of the inlet and outlet pipes of coolants, confuser-diffuser channels along one axis, the aerodynamic resistance of the section on which the heat exchanger is located makes it possible to intensify heat transfer between cold and hot fluids due to direct contact of the last, confuser-diffuser channels and surface irrigation.

Claims (2)

1. Теплообменник, содержащий кожух, входные и выходные патрубки для теплоносителей, а также размещенные в полости кожуха профилированные листы, образующие горизонтальные каналы для холодного и горячего теплоносителя в виде последовательно чередующихся диффузионных и конфузорных участков, отличающийся тем, что участки имеют одинаковую длину и угол раскрытия, составляющий 15 40^o, причем на стенках конфузорных участков канала для холодного теплоносителя выполнена перфорация в виде отверстий, расположенных в шахматном порядке, а степень перфорации составляет 0,05 0,2.1. A heat exchanger comprising a casing, inlet and outlet nozzles for coolants, and also profiled sheets located in the cavity of the casing, forming horizontal channels for cold and hot coolant in the form of successively alternating diffusion and confuser sections, characterized in that the sections have the same length and angle opening, comprising 15 40 ^o , moreover, on the walls of the confuser sections of the channel for cold coolant perforated in the form of holes arranged in a checkerboard pattern, and the degree of the perforation is 0.05 0.2. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что степень перфорации равномерно возрастает от 0,05 на входе холодного теплоносителя в канал до 0,2 на его выходе из канала. 2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the degree of perforation uniformly increases from 0.05 at the inlet of the coolant into the channel to 0.2 at its exit from the channel.

Images