Изобретение относится к теплотехнике и предназначено для утилизации тепла отходящих газов печных и промышленных установок, в котельных установках, водо- и воздухонагревателях. Теплообменник может использоваться в системах кондиционирования воздуха и воздушного отопления. Теплообменник хорошо компануется в трубопроводных системах.The invention relates to heat engineering and is intended for the utilization of heat from the exhaust gases of furnace and industrial plants, in boiler plants, water and air heaters. The heat exchanger can be used in air conditioning and air heating systems. The heat exchanger compares well in piping systems.
Известен кожухотрубный теплообменник [1], содержащий кожух, выполненный в виде двух концентрично расположенных цилиндров, между которыми расположены теплообменные трубы, коллекторы для подвода и отвода внутритрубной среды, патрубки и коллекторы для подвода и отвода межтрубной среды, отличающийся тем, что теплообменные трубы выполнены с поперечным сечением трапециевидной формы и закреплены в трубных решетках с расположением торцов труб по радиусу вокруг внутреннего цилиндра, выполненного в виде съемной втулки. Недостатками этого теплообменника являются сложность его изготовления, неравномерность распределения межтрубной среды, а следовательно, снижение эффективности теплообмена.Known shell-and-tube heat exchanger [1], comprising a casing made in the form of two concentrically arranged cylinders, between which are located heat-exchange pipes, manifolds for supplying and discharging the in-pipe medium, pipes and collectors for supplying and discharging the annular medium, characterized in that the heat-exchanging pipes are made with a cross-section of a trapezoidal shape and fixed in pipe lattices with the location of the ends of the pipes along the radius around the inner cylinder, made in the form of a removable sleeve. The disadvantages of this heat exchanger are the complexity of its manufacture, uneven distribution of the annular medium, and therefore, a decrease in the efficiency of heat transfer.
Известен также осевой теплообменник [2], который содержит продольный и проходящий по существу вдоль оси наружный канал для протекания первой газовой среды и множество по существу параллельных внутренних каналов (теплообменных труб) для протекания второй жидкой среды, причем внутренние каналы расположены в наружном канале так, что они проходят внутри указанного наружного канала по существу в осевом направлении с обеспечением возможности теплопередачи между указанными первой газовой средой и второй жидкой средой, при этом по меньшей мере один внутренний канал соединен по меньшей мере с одним удлиненным листом, который проходит по существу в осевом направлении вдоль указанного внутреннего канала так, что по существу совпадает с направлением протекания первой газовой среды в наружном канале, а теплообменник содержит центральный канал, проходящий по существу вдоль центра или центральной оси теплообменника, для распределения второй жидкой среды по внутренним каналам. Недостатками этой конструкции являются большая металлоемкость и объемность теплообменника, низкая поверхность теплообмена, что не обеспечивает хороший съем тепла.Also known is an axial heat exchanger [2], which comprises a longitudinal and substantially external axis-extending external channel for the first gas medium to flow and a plurality of substantially parallel internal channels (heat-exchange tubes) for the second liquid medium to flow, the internal channels being located in the external channel so that they extend inside said outer channel substantially in the axial direction, allowing heat transfer between said first gas medium and the second liquid medium, at least one inner channel is connected to at least one elongated sheet, which extends essentially in the axial direction along the specified inner channel so that it substantially coincides with the flow direction of the first gas medium in the outer channel, and the heat exchanger comprises a central channel extending essentially along the center or the central axis of the heat exchanger, for the distribution of the second liquid medium through the internal channels. The disadvantages of this design are the large metal consumption and volume of the heat exchanger, low heat transfer surface, which does not provide a good heat removal.
Предлагается более эффективная и компактная конструкция проточного кожухотрубного теплообменника, состоящая из цилиндрического корпуса, торцов с соосными с корпусом патрубками для подвода и отвода основной среды. Торцевые части теплообменника используются в качестве трубных решеток для однорядного крепления труб по кольцевой окружности, в которых выполнены соответствующие отверстия. В качестве теплообменных элементов используются трубы клиновидного сечения. Могут применяться два вида сечения труб - каплевидное или треугольное. Трубы такого сечения установлены в теплообменнике острыми углами к центральной оси с равномерным расстоянием между собой, тем самым обеспечивая полное заполнение сечения теплообменника и соответственно его эффективность. Ближе к патрубкам сечение труб уменьшается до размера менее ширины кольца торцевой крышки от боковой поверхности до патрубка. Изменение сечения от максимального к минимальному осуществляется с сохранением ориентации острого угла теплообменной трубы, что обеспечивает минимальное сопротивление комплекта труб основному потоку в корпусе теплообменника. При этом каплевидное сечение труб может уменьшаться к торцевой крышке также до каплевидного или круглого сечения. В каждой торцевой крышке в один ряд по ее окружности выполняются соответствующие отверстия и производится крепление труб к торцам сваркой или вальцовкой На рис. 1 показано поперечное сечение теплообменника, состоящего из цилиндрического корпуса 1, кольцевых торцов 3, патрубков 2 и 5, теплообменных труб 4. На рисунках 2 и 3 показан вид сверху на теплообменник без коллектора, на которых изображено расположение теплообменных труб клиновидной формы с равномерным заполнением сечения теплообменника. На кольцевых торцах показаны входные и выходные отверстия 6 теплообменных труб с меньшим сечением, чем сечение труб в корпусе теплообменника. В случае рекуперации тепла от теплового агрегата (печи, котла и др.) нагретый газ 7 поступает через патрубок 2 в межтрубное пространство. Передача тепла может производиться газообразной или жидкой среде 8, поступающей в трубы через отверстия 6 в один из кольцевых торцов. При естественном движении этой среды газ или жидкость поступает в нижние отверстия и, нагреваясь конвективным потоком, поднимается вверх и выходит в верхние отверстия. Так, например, от печи через теплообменник может нагреваться горячим воздухом помещение или вода в емкости, в которую помещен теплообменник. При использовании в конструкции теплообменника коллекторов 9 для организованной подачи нагреваемой (охлаждающей) среды ее подача осуществляется противотоком, что существенно увеличивает эффективность теплопередачи. Этот принцип может широко применяться в различного типа котлах или при кондиционировании воздуха.A more efficient and compact design of a flow-through shell-and-tube heat exchanger is proposed, consisting of a cylindrical body, ends with pipes coaxial with the body for supplying and discharging the main medium. The end parts of the heat exchanger are used as tube sheets for single-row fastening of pipes along an annular circle in which the corresponding holes are made. As heat-exchange elements, wedge-shaped pipes are used. Two types of pipe sections can be used - drop-shaped or triangular. Pipes of this section are installed in the heat exchanger with sharp angles to the central axis with a uniform distance between them, thereby ensuring complete filling of the heat exchanger section and, accordingly, its efficiency. Closer to the nozzles, the pipe section is reduced to a size less than the width of the end cap ring from the side surface to the nozzle. Changing the cross section from maximum to minimum is carried out while maintaining the orientation of the acute angle of the heat exchanger pipe, which ensures minimal resistance of the pipe set to the main flow in the heat exchanger body. In this case, the drop-shaped cross-section of the pipes can decrease towards the end cap also to a drop-shaped or round cross-section. In each end cover, corresponding holes are made in one row along its circumference and pipes are fastened to the ends by welding or rolling. 1 shows a cross section of a heat exchanger consisting of a cylindrical body 1, annular ends 3, nozzles 2 and 5, heat transfer tubes 4. Figures 2 and 3 show a top view of a heat exchanger without a collector, which shows the location of the wedge-shaped heat transfer tubes with uniform filling of the cross section heat exchanger. The annular ends show the inlet and outlet openings 6 of the heat exchange tubes with a smaller cross section than the cross section of the pipes in the heat exchanger body. In the case of heat recovery from the thermal unit (furnace, boiler, etc.), the heated gas 7 enters through the pipe 2 into the annulus. Heat can be transferred by gaseous or liquid medium 8 entering the pipes through openings 6 into one of the ring ends. During the natural movement of this medium, gas or liquid enters the lower holes and, being heated by convective flow, rises up and exits into the upper holes. So, for example, from a furnace through a heat exchanger a room or water in a tank in which a heat exchanger is placed can be heated with hot air. When used in the design of the heat exchanger of the collectors 9 for an organized supply of a heated (cooling) medium, its supply is countercurrent, which significantly increases the efficiency of heat transfer. This principle can be widely applied in various types of boilers or in air conditioning.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2395774, МПК F28F 1/02; F28D 7/00, публ. 26.06.2010 г.1. RF patent No. 2395774, IPC F28F 1/02; F28D 7/00, publ. 06/26/2010
2. Патент РФ №2393403, МПК F28F 7/16, публ. 10.05.2011 г.2. RF patent No. 2393403, IPC F28F 7/16, publ. 05/10/2011
