RU2543722C1

RU2543722C1 - Heat exchange device

Info

Publication number: RU2543722C1
Application number: RU2013138074/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Анатольевич Соколов; Геннадий Васильевич Кулаков; Андрей Александрович Васильев
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2015-03-10
Also published as: RU2013138074A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: heat exchange device includes elements in the form of spirally wound pipes with alternating straight and ring-shaped sections located opposite each other. The elements are installed in each other with ring-shaped sections. The straight sections of adjacent elements in the heat exchange device are located on one side, and the ring-shaped sections are located on the other side; with that, the elements in the cross section of the heat exchange device are located about its axis in a circumferential direction, with orientation of the ring-shaped sections to the above said axis. The straight sections in the elements can be located in different planes at an angle to each other. In this case, rings of the ring-shaped sections have different diameters, which are maximum in the middle of the elements and minimum in its end sections. At alignment of direction of windings of the adjacent elements, the planes that adjoin the outer side of the ring-shaped sections intersect the axis of the heat exchange device at an acute angle. At mutually opposite direction of the windings of the adjacent elements, the above planes and the axis are parallel.

EFFECT: reduction of overall dimensions of the heat exchange device due to a sealed layout of adjacent elements in it; possibility of arranging it in cylindrical, annular, toroid-shaped and spherical cavities.

4 cl, 14 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в широком диапазоне как в стационарных, так и в транспортных установках.The invention relates to the field of power engineering and can be used in a wide range in both stationary and transport installations.

Известны аналоги теплообменных устройств, состоящие из смежно расположенных элементов в виде спирально навитых труб, содержащие прямые и кольцеобразные участки и внедренные последними друг в друга (см., например, а.с. СССР №254394; №278223; №330392).Known analogues of heat exchange devices, consisting of adjacent elements located in the form of spiral wound pipes, containing straight and ring-shaped sections and inserted by the latter into each other (see, for example, the USSR AS No. 254394; No. 278223; No. 330392).

Известно также теплообменное устройство, содержащее элементы в виде спирально навитых труб с чередующимися прямыми и кольцеобразными участками, с расположением прямых участков напротив кольцеобразных, с внедрением элементов друг в друга кольцеобразными участками (см. а.с. СССР №312832).It is also known a heat exchange device containing elements in the form of spirally wound pipes with alternating straight and ring-shaped sections, with the arrangement of straight sections opposite ring-shaped, with the introduction of elements into each other ring-shaped sections (see AS USSR No. 3112832).

Такое теплообменное устройство характеризуется совокупностью признаков, наиболее сходных с совокупностью существующих признаков изобретения и принимается за прототип.Such a heat exchange device is characterized by a combination of features that are most similar to the combination of existing features of the invention and is taken as a prototype.

Недостатками известного теплообменного устройства являются:The disadvantages of the known heat exchange device are:

- значительные габариты из-за расположения прямых участков у смежных элементов с двух сторон, что ограничивает количество смежных элементов, внедренных друг в друга, до двух;- significant dimensions due to the location of the straight sections of adjacent elements on two sides, which limits the number of adjacent elements embedded in each other to two;

- невозможность оптимальной компоновки элементов в цилиндрических, кольцевых, торообразных и сферических полостях.- the impossibility of an optimal arrangement of elements in cylindrical, annular, toroidal and spherical cavities.

С целью уменьшения габаритов и расширения компоновочных возможностей в теплообменном устройстве, содержащем элементы в виде спирально навитых труб с чередующимися прямыми и кольцеобразными участками, где прямые участки расположены напротив кольцеобразных и смежные элементы внедрены друг в друга кольцеобразными участками, все прямые участки у смежных элементов расположены с одной стороны. При этом все кольцеобразные участки расположены с другой стороны с внедрением с этой стороны смежных элементов друг в друга. Указанное внедрение предопределяет расположение элементов, в поперечном сечении теплообменного устройства, вокруг оси последнего, по окружности, с ориентацией кольцеобразных участков на указанную ось.In order to reduce the dimensions and expand the layout capabilities in a heat exchanger containing elements in the form of spiral-wound pipes with alternating straight and ring-shaped sections, where straight sections are opposite ring-shaped and adjacent elements are embedded into each other in ring-shaped sections, all straight sections at adjacent elements are located with one side. Moreover, all the ring-shaped sections are located on the other hand with the introduction of adjacent elements from this side into each other. The specified introduction determines the location of the elements, in the cross section of the heat exchanger, around the axis of the latter, around the circumference, with the orientation of the ring-shaped sections on the specified axis.

Прямые участки в каждом элементе могут располагаться в разных плоскостях, под углом друг к другу. Одновременно кольца у кольцеобразных участков выполняются различных диаметров. Наибольшие диаметры колец в середине элемента, а наименьшие диаметры колец на концевых участках элемента.Straight sections in each element can be located in different planes, at an angle to each other. At the same time, rings in ring-shaped sections are made of various diameters. The largest diameters of the rings in the middle of the element, and the smallest diameters of the rings at the end sections of the element.

Направление навивок у смежных элементов может быть совпадающим. В этом случае элементы в теплообменном устройстве ориентированы таким образом, что плоскость, прилегающая к внешней стороне кольцеобразных участков каждого элемента, пересекается под острым углом с осью теплообменного устройства.The direction of windings at adjacent elements may be the same. In this case, the elements in the heat exchange device are oriented so that the plane adjacent to the outer side of the annular sections of each element intersects at an acute angle with the axis of the heat exchange device.

Направление навивок у смежных элементов может быть взаимно противоположным. В этом случае элементы в теплообменном устройстве ориентированы таким образом, что плоскость, прилегающая к внешней стороне кольцеобразных участков каждого элемента, параллельна оси теплообменного устройства.The direction of the windings of adjacent elements can be mutually opposite. In this case, the elements in the heat exchanger are oriented in such a way that the plane adjacent to the outer side of the annular sections of each element is parallel to the axis of the heat exchanger.

На фиг.1 изображено теплообменное устройство с совпадающими направлениями навивок у элементов.Figure 1 shows a heat exchanger with matching directions of windings of the elements.

На фиг.2 - Вид А с фиг.1.Figure 2 - View A of figure 1.

На фиг.3 - Вид Б с фиг.2.Figure 3 - View B of figure 2.

На фиг.4 изображено теплообменное устройство с взаимно противоположными направлениями навивок у смежных элементов.Figure 4 shows a heat exchange device with mutually opposite directions of windings at adjacent elements.

На фиг.5 - Вид В с фиг.4.Figure 5 - View In figure 4.

На фиг.6 - Вид Г с фиг.5.In Fig.6 - View G of Fig.5.

На фиг.7 изображено теплообменное устройство с элементами с фиг.13 с совпадающими направлениями навивок у элементов.In Fig.7 shows a heat exchange device with elements of Fig.13 with the matching directions of the windings of the elements.

На фиг.8 - Вид Д с фиг.7.On Fig - View D of Fig.7.

На фиг.9 - Вид Е с фиг.8.In Fig.9 - View E of Fig.8.

На фиг.10 изображено теплообменное устройство с элементами с фиг.13 с взаимно противоположными направлениями навивок у смежных элементов.Figure 10 shows a heat exchange device with the elements of figure 13 with mutually opposite directions of windings at adjacent elements.

На фиг.11 - Вид Ж с фиг.10.In Fig.11 - View W of Fig.10.

На фиг.12 - Вид И с фиг.11.On Fig - View And from 11.

На фиг.13 изображен одиночный элемент с фиг.7 и с фиг.10 с расположением в нем прямых участков в разных плоскостях под углом друг к другу и с различными диаметрами колец.In Fig.13 shows a single element of Fig.7 and Fig.10 with the location in it of straight sections in different planes at an angle to each other and with different diameters of the rings.

На фиг.14 - Вид К с фиг.13.On Fig - View K from Fig.

Теплообменное устройство состоит из элементов 1, в виде спирально навитых труб, содержащих прямые участки 2 и кольцеобразные участки 3, окружность 4 с расположением на ней элементов 1 в поперечном сечении теплообменного устройства, с ориентацией кольцеобразных участков 3 к оси 5 теплообменного устройства. При совпадении направления навивок у смежных элементов 1 плоскости 6, прилегающие к внешним сторонам кольцеобразных участков 3, пересекаются с осью 5 теплообменного устройства под острым углом 7. При взаимно противоположном направлении навивок у смежных элементов 1 плоскости 6 параллельны оси 5. Элементы 1 могут иметь прямые участки 2, расположенные в разных плоскостях 8 под углом 9 друг к другу, при этом кольца 10 у кольцеобразных участков 3 имеют различные диаметры, наибольший диаметр в середине элемента 1 и наименьший диаметр на концевых участках у входных 11 и выходных 12 концов труб.The heat exchange device consists of elements 1, in the form of spiral wound pipes containing straight sections 2 and ring-shaped sections 3, circle 4 with the arrangement of elements 1 in it in a cross section of the heat exchange device, with the orientation of the ring-shaped sections 3 to the axis 5 of the heat exchange device. When the direction of the windings at adjacent elements 1 of plane 6 coincide with the outer sides of the annular sections 3, they intersect with the axis 5 of the heat exchanger at an acute angle 7. When the mutually opposite direction of windings at adjacent elements 1 of plane 6 are parallel to axis 5. Elements 1 can have straight lines sections 2 located in different planes 8 at an angle 9 to each other, while the rings 10 at the ring-shaped sections 3 have different diameters, the largest diameter in the middle of the element 1 and the smallest diameter at the end sections kah at the input 11 and output 12 pipe ends.

Одна из теплопередающих сред входит внутрь элементов 1 через концы трубы 11, проходит внутри прямых участков 2 и кольцеобразных участков 3 и выходит через выходные концы труб 12.One of the heat transfer media enters the elements 1 through the ends of the pipe 11, passes inside the straight sections 2 and the annular sections 3 and exits through the outlet ends of the pipes 12.

Другая теплопередающая среда движется снаружи элементов 1, из спирально навитых труб, параллельно оси 5 теплообменного устройства. Снаружи элементов 1 возможна также любая необходимая ориентация движения теплопередающей среды относительно оси 5.Another heat transfer medium moves outside the elements 1, from spiral wound pipes, parallel to the axis 5 of the heat exchange device. Outside of the elements 1, any necessary orientation of the motion of the heat transfer medium relative to axis 5 is also possible.

Предлагаемое теплообменное устройство позволяет достичь следующих результатов:The proposed heat exchange device allows to achieve the following results:

- уменьшить габариты за счет плотной компоновки путем внедрения всех смежных элементов кольцеобразными участками друг в друга;- reduce dimensions due to the tight layout by introducing all adjacent elements of the annular sections into each other;

- расширить компоновочные возможности, т.к. теплообменное устройство можно размещать в цилиндрических, кольцевых, торообразных и сферических полостях.- expand the layout capabilities, as the heat exchange device can be placed in cylindrical, annular, toroidal and spherical cavities.

Claims

1. Теплообменное устройство, содержащее элементы в виде спирально навитых труб с чередующимися прямыми и кольцеобразными участками, с расположением прямых участков напротив кольцеобразных, с внедрением смежных элементов друг в друга кольцеобразными участками, отличающееся тем, что все прямые участки смежных элементов в теплообменном устройстве располагаются с одной стороны, а кольцеобразные участки - с другой стороны, при этом элементы в поперечном сечении теплообменного устройства располагаются вокруг оси последнего, по окружности, с ориентацией кольцеобразных участков на указанную ось.1. A heat exchange device containing elements in the form of spiral-wound pipes with alternating straight and ring-shaped sections, with the arrangement of straight sections opposite ring-shaped, with the introduction of adjacent elements into each other ring-shaped sections, characterized in that all straight sections of adjacent elements in the heat exchange device are arranged with on the one hand, and ring-shaped sections on the other hand, while the elements in the cross section of the heat exchanger are located around the axis of the latter, around orientation annular portions to said axis.

2. Теплообменное устройство по п.1, отличающееся тем, что прямые участки в каждом элементе располагаются в разных плоскостях под углом друг к другу, при этом кольца у кольцеобразных участков имеют различные диаметры, наибольшие в середине элемента и наименьшие на его концевых участках.2. The heat exchange device according to claim 1, characterized in that the straight sections in each element are located in different planes at an angle to each other, while the rings at the ring-shaped sections have different diameters, the largest in the middle of the element and the smallest at its end sections.

3. Теплообменное устройство по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что направление навивок у смежных элементов совпадает, при этом плоскость, прилегающая к внешней стороне кольцеобразных участков в каждом элементе, пересекается под острым углом с осью теплообменного устройства.3. The heat exchange device according to any one of claims 1, 2, characterized in that the direction of windings at adjacent elements coincides, while the plane adjacent to the outer side of the annular sections in each element intersects at an acute angle with the axis of the heat exchange device.

4. Теплообменное устройство по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что направление навивок у смежных элементов взаимно противоположно, при этом плоскость, прилегающая к внешней стороне кольцеобразных участков в каждом элементе, параллельна оси теплообменного устройства. 4. The heat exchange device according to any one of claims 1, 2, characterized in that the direction of the windings of adjacent elements is mutually opposite, while the plane adjacent to the outer side of the annular sections in each element is parallel to the axis of the heat exchange device.