RU2770347C1 - Recuperative heat exchanger and method for its manufacture - Google Patents
Recuperative heat exchanger and method for its manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2770347C1 RU2770347C1 RU2021131661A RU2021131661A RU2770347C1 RU 2770347 C1 RU2770347 C1 RU 2770347C1 RU 2021131661 A RU2021131661 A RU 2021131661A RU 2021131661 A RU2021131661 A RU 2021131661A RU 2770347 C1 RU2770347 C1 RU 2770347C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working fluid
- collector
- heat exchanger
- pipeline
- heat exchange
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/02—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the heat-exchange media travelling at an angle to one another
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в технике для подогрева жидких или газообразных сред, например, в качестве рекуператора.The invention relates to heat engineering and can be used in engineering for heating liquid or gaseous media, for example, as a heat exchanger.
Известен пластинчатый теплообменник рекуператора газотурбинной установки (Патент США №7,065,873 опубликованный 27.06.2006), содержащий цилиндрический наружный корпус, внутренние разделительные кольца, размещенные между ними и опирающиеся на центральное внутреннее разделительное кольцо, идентичные теплообменные элементы в виде конвертов, выполненные из попарно соединенных по периферийным кромкам оребренных пластин. Патрубки подвода и отвода внутреннего теплоносителя с большим давлением здесь формируются набором конструктивных элементов, включающим планки, опирающиеся на разделительные кольца. Известен также способ изготовления данного пластинчатого теплообменника, включающий поэтапную вырезку и сборку элементов конструкции, с указанием мест сварки, включающий приварку планок.Known plate heat exchanger heat exchanger of a gas turbine plant (US Patent No. 7,065,873 published 06/27/2006), containing a cylindrical outer casing, internal spacer rings placed between them and based on the central inner spacer ring, identical heat exchange elements in the form of envelopes, made of pairs connected along the peripheral edges of ribbed plates. The branch pipes for supplying and discharging the internal coolant with high pressure are formed here by a set of structural elements, including strips resting on spacer rings. There is also known a method of manufacturing this plate heat exchanger, including a step-by-step cutting and assembly of structural elements, indicating the places of welding, including welding of the strips.
К недостаткам данной конструкции и способа ее изготовления можно отнести большое количество конструктивных элементов и сварных швов, что негативно сказывается на герметичности, прочности и сложности изготовления теплообменника. Кроме того, использование в районе патрубков подвода и отвода теплоносителя планок с приваркой их аргонодуговой сваркой увеличивает металлоемкость и стоимость изделия, а также снижает его эффективность вследствие загромождения проходных сечений окон патрубков.The disadvantages of this design and the method of its manufacture include a large number of structural elements and welds, which negatively affects the tightness, strength and complexity of manufacturing the heat exchanger. In addition, the use of strips in the area of the coolant inlet and outlet nozzles with their welding by argon-arc welding increases the metal consumption and cost of the product, and also reduces its efficiency due to blockage of the flow sections of the nozzle windows.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является пластинчатый теплообменник и способ его изготовления (патент РФ №2700213, опубл. 13.09.2019), содержащий цилиндрический наружный корпус, одно центральное и два периферийных разделительных кольца, размещенные между корпусом и разделительными кольцами и опирающиеся на центральное разделительное кольцо теплообменные элементы, выполненные из попарно соединенных по периферийным кромкам гофрированных пластин и имеющие выступающие за периферийную кромку отбортовки, которые образуют впускные и выпускные коллекторные окна, причем коллекторные окна охвачены разделительными кольцами, отбортовки, центральное и периферийные кольца формируют коллекторы подвода и отвода внутреннего теплоносителя, торцевые части теплообменника выполнены таким образом, чтобы обеспечить возможность прохождения между теплообменными элементами внешнего теплоносителя, при этом теплообменник состоит из по меньшей мере двух секций, каждая из которых состоит из теплообменных элементов, соединенных со сторон подвода и отвода внутреннего теплоносителя с помощью соединительных элементов, причем в каждой секции коллекторные окна соединены без зазора с окнами соседних тепловых элементов одной секции, а соединительные элементы образуют периферийные кольца. При этом способ изготовления пластинчатого теплообменника заключается в том, что наружные и внутренние гофрированные пластины изготавливают методом штамповки, а затем попарно соединяют по периферийным кромкам, а образованные при этом теплообменные элементы соединяют друг с другом с помощью наружного цилиндрического корпуса, двух периферийных и одного центрального разделительных колец, в каждом теплообменном элементе выполняют отбортовки, образующие впускные и выпускные коллекторные окна, таким образом, что они выступают за периферийную кромку пластин по внутреннему диаметру теплообменника, при этом периферийные кольца изготавливают соединением по меньшей мере двух соединительных элементов таким образом, чтобы они образовывали замкнутую линию, при этом в каждый соединительный элемент устанавливают по меньшей мере два теплообменных элемента.The closest to the claimed invention in terms of technical essence is a plate heat exchanger and a method for its manufacture (RF patent No. 2700213, publ. 09/13/2019), containing a cylindrical outer casing, one central and two peripheral dividing rings placed between the casing and dividing rings and based on central separating ring heat exchange elements made of corrugated plates connected in pairs along the peripheral edges and having flanges protruding beyond the peripheral edge, which form inlet and outlet collector windows, the collector windows being covered by separating rings, the flanges, the central and peripheral rings form the inlet and outlet collectors of the internal heat carrier, the end parts of the heat exchanger are designed in such a way as to provide the possibility of passing between the heat exchange elements of the external heat carrier, while the heat exchanger consists of at least two sections, each of which consists of heat exchange elements connected from the sides of inlet and outlet of the internal coolant by means of connecting elements, and in each section, the collector windows are connected without a gap with the windows of neighboring thermal elements of one section, and the connecting elements form peripheral rings. At the same time, the method of manufacturing a plate heat exchanger consists in the fact that the outer and inner corrugated plates are made by stamping, and then connected in pairs along the peripheral edges, and the heat exchange elements formed in this case are connected to each other using an outer cylindrical body, two peripheral and one central dividing rings, in each heat exchange element, flanges are made to form inlet and outlet manifold windows in such a way that they protrude beyond the peripheral edge of the plates along the inner diameter of the heat exchanger, while the peripheral rings are made by connecting at least two connecting elements in such a way that they form a closed line, while at least two heat exchange elements are installed in each connecting element.
К недостаткам наиболее близкого аналога можно отнести низкую прочность теплообменника, а также относительную сложность изготовления теплообменника.The disadvantages of the closest analogue include the low strength of the heat exchanger, as well as the relative complexity of the manufacture of the heat exchanger.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является устранение указанных выше недостатков прототипа.The task to be solved by the claimed invention is to eliminate the above disadvantages of the prototype.
Технический результат заключается в повышении жесткости и прочности теплообменника, а также в упрощении изготовления теплообменника.The technical result is to increase the rigidity and strength of the heat exchanger, as well as to simplify the manufacture of the heat exchanger.
Технический результат достигается рекуперативным теплообменником, содержащим цилиндрический корпус (3), имеющий на торцах фланцы (13), выполненные с возможностью разъемного соединения с участком трубопровода, в котором протекает греющее второе рабочее тело, коллектор (1) подвода первого рабочего тела, коллектор (4) отвода нагретого первого рабочего тела, при этом каждый коллектор (1, 4) соединен с по меньшей мере одним трубопроводом (2, 5), соответственно по которым обеспечивается подвод и отвод первого рабочего тела, а также фиксация коллекторов (1, 4) внутри цилиндрического корпуса (3), кроме того, внутренняя полость коллектора (1) подвода первого рабочего тела соединена с внутренней полостью коллектора (4) отвода нагретого первого рабочего тела по меньшей мере одной секцией, содержащей по меньшей мере один ярус теплообменного трубопровода (10), установленным таким образом, чтобы его внешняя поверхность находилась в контакте с греющим вторым рабочим телом в канале (6) протекания греющего второго рабочего тела, при этом по меньшей мере один ярус трубопровода (10) включает по меньшей мере один изогнутый участок.The technical result is achieved by a recuperative heat exchanger containing a cylindrical body (3) having flanges (13) at the ends, made with the possibility of a detachable connection with the pipeline section in which the heating second working fluid flows, the collector (1) for supplying the first working fluid, the collector (4 ) removal of the heated first working fluid, with each collector (1, 4) connected to at least one pipeline (2, 5), respectively, through which the first working fluid is supplied and removed, as well as the collectors (1, 4) are fixed inside cylindrical body (3), in addition, the internal cavity of the collector (1) for supplying the first working fluid is connected to the internal cavity of the collector (4) for removing the heated first working fluid by at least one section containing at least one tier of the heat exchange pipeline (10), installed in such a way that its outer surface is in contact with the heating second working fluid in the heating flow channel (6). drawing the second working fluid, while at least one tier of the pipeline (10) includes at least one curved section.
По меньшей мере одна секция теплообменного трубопровода (10) содержит три яруса теплообменных трубопроводов (10).At least one section of the heat exchange pipeline (10) contains three tiers of heat exchange pipelines (10).
Коллектор (1) подвода первого рабочего тела и коллектор (4) отвода нагретого первого рабочего тела выполнены в общем корпусе, а их внутренние полости отделены перегородкой (14).The collector (1) for supplying the first working fluid and the collector (4) for removing the heated first working fluid are made in a common housing, and their internal cavities are separated by a partition (14).
Каждый ярус в по меньшей мере одной секции теплообменных трубопроводов (10) установлен один над другим в направлении от коллекторов (1, 4) к корпусу (3).Each tier in at least one section of the heat exchange pipelines (10) is installed one above the other in the direction from the collectors (1, 4) to the housing (3).
По меньшей мере один теплообменный трубопровод (10) дополнительно изогнут с образованием линейчатой поверхности с эвольвентой направляющей.At least one heat exchange pipeline (10) is additionally bent to form a ruled surface with an involute guide.
Также технический результат достигается способом изготовления рекуперативного теплообменника по любому из предыдущих пунктов, заключающийся в том, что изготавливают цилиндрический корпус (3) с фланцами (13) на торцах, которые выполняют с возможностью разъемного соединения, коллектор (1) подвода первого рабочего тела соединяют внутри цилиндрического корпуса (3) с по меньшей мере одним трубопроводом (2) подвода первого рабочего тела, а коллектор (4) отвода нагретого первого рабочего тела соединяют внутри цилиндрического корпуса (3) с по меньшей мере одним трубопроводом (5) отвода нагретого первого рабочего тела, кроме того, внутреннюю полость коллектора (1) подвода первого рабочего тела соединяют с внутренней полостью коллектора (4) отвода нагретого первого рабочего тела по меньшей мере одной секцией, состоящей из по меньшей мере одного яруса теплообменного трубопровода (10), который располагают в канале (6) протекания греющего второго рабочего тела между цилиндрическим корпусом (3) и коллекторами (1, 4), при этом теплообменный трубопровод (10) изготавливают с по меньшей мере одним изогнутым участком.Also, the technical result is achieved by the method of manufacturing a recuperative heat exchanger according to any of the previous paragraphs, which consists in the fact that a cylindrical body (3) is made with flanges (13) at the ends, which are made with the possibility of a detachable connection, the collector (1) for supplying the first working fluid is connected inside cylindrical body (3) with at least one pipeline (2) for supplying the first working fluid, and the manifold (4) for removing the heated first working fluid is connected inside the cylindrical body (3) with at least one pipeline (5) for removing the heated first working fluid , in addition, the internal cavity of the collector (1) for supplying the first working fluid is connected to the internal cavity of the collector (4) for removing the heated first working fluid by at least one section, consisting of at least one tier of the heat exchange pipeline (10), which is located in the channel (6) flow of the heating second working fluid between the cylindrical body (3) and co collectors (1, 4), while the heat exchange pipeline (10) is made with at least one curved section.
По меньшей мере в одной секции теплообменного трубопровода выполняют три яруса теплообменных трубопроводов (10).At least in one section of the heat exchange pipeline, three tiers of heat exchange pipelines (10) are made.
Коллекторы (1, 4) изготавливают в общем корпусе, а их внутренние полости отделяют друг от друга перегородкой (14).Collectors (1, 4) are made in a common housing, and their internal cavities are separated from each other by a partition (14).
Каждый ярус устанавливают в по меньшей мере одну секцию таким образом, что они располагаются один над другим в направлении от коллекторов (1, 4) к корпусу (3).Each tier is installed in at least one section in such a way that they are located one above the other in the direction from the collectors (1, 4) to the housing (3).
По меньшей мере один теплообменный трубопровод (10) изготавливают дополнительно изогнутым с образованием линейчатой поверхности с эвольвентой направляющей.At least one heat exchange pipeline (10) is additionally bent to form a ruled surface with an involute guide.
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых:The invention is illustrated by drawings, in which:
на фиг. 1 - общий вид рекуперативного теплообменника, теплообменные трубопроводы первого (10), второго (11) и третьего (12) ярусов условно не показаны;in fig. 1 - general view of the recuperative heat exchanger, heat exchange pipelines of the first (10), second (11) and third (12) tiers are conventionally not shown;
на фиг. 2 - сечение вдоль оси движения греющего второго рабочего тела;in fig. 2 - section along the axis of movement of the heating second working fluid;
на фиг. 3 - вид на коллекторы (1, 4) с теплообменными трубопроводами первого (10), второго (11) и третьего (12) ярусов, расположенные;in fig. 3 - view of the collectors (1, 4) with heat exchange pipelines of the first (10), second (11) and third (12) tiers, located;
на фиг. 4 - вид по направлению движения греющего второго рабочего тела на дополнительно изогнутый теплообменный трубопровод (10) первого яруса;in fig. 4 - view in the direction of movement of the heating second working fluid on the additionally curved heat exchange pipeline (10) of the first tier;
на фиг. 5 - вид по направлению движения греющего второго рабочего тела на дополнительно изогнутый теплообменный трубопровод (11) 2-ого яруса;in fig. 5 - view in the direction of movement of the heating second working fluid on an additionally curved heat exchange pipeline (11) of the 2nd tier;
на фиг. 6 - вид по направлению движения греющего второго рабочего тела на дополнительно изогнутый теплообменный трубопровод (12) 3-го яруса.in fig. 6 - view in the direction of movement of the heating second working fluid on the additionally curved heat exchange pipeline (12) of the 3rd tier.
1 - коллектор подвода первого рабочего тела, которым, например, является СO2, Н2О, СН4 или их смеси;1 - manifold for supplying the first working fluid, which, for example, is CO 2 , H 2 O, CH 4 or mixtures thereof;
2 - трубопроводы подвода первого рабочего тела;2 - pipelines for supplying the first working fluid;
3 - корпус рекуператора;3 - recuperator body;
4 - коллектор отвода нагретого первого рабочего тела;4 - collector outlet of the heated first working fluid;
5 - трубопроводы отвода нагретого первого рабочего тела;5 - pipelines for the removal of the heated first working fluid;
6 - канал протекания греющего второго рабочего тела, например смесь СO2+Н2O;6 - channel for the flow of the heating second working fluid, for example a mixture of CO 2 +H 2 O;
7 - направление движения греющего второго рабочего тела;7 - direction of movement of the heating second working fluid;
8 - направление движения нагретого первого рабочего тела в трубопроводе (5) отвода рабочего тела;8 - the direction of movement of the heated first working fluid in the pipeline (5) removal of the working fluid;
9 - направление движения первого рабочего тела в трубопроводе (2) подвода первого рабочего тела;9 - direction of movement of the first working fluid in the pipeline (2) for supplying the first working fluid;
10 - трубопровод теплообменный первого яруса;10 - heat exchange pipeline of the first tier;
11 - трубопровод теплообменный второго яруса;11 - heat exchange pipeline of the second tier;
12 - трубопровод теплообменный третьего яруса12 - heat exchange pipeline of the third tier
13 - фланец;13 - flange;
14 - перегородка, отделяющая внутренние полости коллекторов (1, 4).14 - partition separating the internal cavities of the collectors (1, 4).
Рекуперативный теплообменник содержит цилиндрический корпус (3), имеющий на торцах фланцы (13), выполненные с возможностью разъемного соединения с участком трубопровода, в котором протекает греющее второе рабочее тело. Также теплообменник содержит коллектор (1) подвода первого рабочего тела и коллектор (4) отвода нагретого первого рабочего тела. Каждый коллектор (1, 4) соединен с по меньшей мере одним трубопроводом (2, 5), по которым обеспечивается подвод во внутреннюю полость коллектора (1) подвода и отвод из внутренней полости коллектора (4) отвода первого рабочего тела. А также этими трубопроводами (2, 5) фиксируются коллекторы (1, 4) внутри цилиндрического корпуса (3), что обеспечивает упрощение изготовления теплообменника с одновременным сохранением высокой прочности при работе рекуперативного теплообменника с высокими давлениями рабочих тел.The recuperative heat exchanger contains a cylindrical body (3) having flanges (13) at the ends, made with the possibility of a detachable connection with the section of the pipeline, in which the heating second working fluid flows. The heat exchanger also contains a collector (1) for supplying the first working fluid and a collector (4) for removing the heated first working fluid. Each collector (1, 4) is connected to at least one pipeline (2, 5), through which the first working fluid is supplied to the internal cavity of the collector (1) and removed from the internal cavity of the collector (4). Also, these pipelines (2, 5) fix the manifolds (1, 4) inside the cylindrical body (3), which simplifies the manufacture of the heat exchanger while maintaining high strength during operation of the recuperative heat exchanger with high pressures of the working fluids.
Кроме того, внутренняя полость коллектора (1) подвода первого рабочего тела соединена с внутренней полостью коллектора (4) отвода нагретого первого рабочего тела по меньшей мере одной секцией, содержащей по меньшей мере один ярус теплообменного трубопровода (10), установленным таким образом, чтобы его внешняя поверхность находилась в контакте с греющим вторым рабочим телом в канале (6) протекания греющего второго рабочего тела, что обеспечивает упрощение изготовления теплообменника с одновременным сохранением высокой прочности при работе рекуперативного теплообменника с высокими давлениями рабочих тел. А по меньшей мере один ярус трубопровода (10) включает по меньшей мере один изогнутый участок, что обеспечивает увеличение площади теплообмена между рабочими телами, а, кроме того, повышает прочность теплообменника в целом за счет направленного теплового изменения размеров по меньшей мере одного яруса трубопровода (10), при упрощении изготовления теплообменных секций.In addition, the internal cavity of the collector (1) for supplying the first working fluid is connected to the internal cavity of the collector (4) for removing the heated first working fluid by at least one section containing at least one tier of the heat exchange pipeline (10), installed in such a way that it the outer surface was in contact with the heating second working fluid in the channel (6) for the flow of the heating second working fluid, which makes it possible to simplify the manufacture of the heat exchanger while maintaining high strength when the recuperative heat exchanger operates with high pressures of the working fluids. And at least one tier of the pipeline (10) includes at least one curved section, which provides an increase in the heat exchange area between the working fluids, and, in addition, increases the strength of the heat exchanger as a whole due to the directed thermal change in the dimensions of at least one tier of the pipeline ( 10), while simplifying the manufacture of heat exchange sections.
Также при увеличении количества ярусов теплообменных трубопроводов (10) достигается увеличение теплоотдачи за счет увеличения площади контакта рабочих тел при сохранении относительной просты изготовления, так, например, по меньшей мере одна секция теплообменного трубопровода (10) содержит три яруса теплообменных трубопроводов (10), что обеспечивает увеличение теплоотдачи за счет увеличения площади контакта рабочих тел при сохранении относительной просты изготовления.Also, with an increase in the number of tiers of heat exchange pipelines (10), an increase in heat transfer is achieved by increasing the contact area of the working bodies while maintaining relative ease of manufacture, for example, at least one section of the heat exchange pipeline (10) contains three tiers of heat exchange pipelines (10), which provides an increase in heat transfer by increasing the contact area of the working bodies while maintaining the relative ease of manufacture.
Коллектор (1) подвода первого рабочего тела и коллектор (4) отвода нагретого первого рабочего тела могут быть выполнены как в общем корпусе, при этом их внутренние полости отделены перегородкой (14), обеспечивающей теплоизоляцию полостей коллекторов (1, 4) друг от друга, так и в разных корпусах. При выполнении коллекторов (1, 4) в общем корпусе дополнительно обеспечивается повышение прочности теплообменника и упрощает его изготовление.The collector (1) for supplying the first working fluid and the collector (4) for removing the heated first working fluid can be made as in a common housing, while their internal cavities are separated by a partition (14), which provides thermal insulation of the cavities of the collectors (1, 4) from each other, as well as in different buildings. When the manifolds (1, 4) are made in a common housing, the strength of the heat exchanger is additionally increased and it simplifies its manufacture.
Каждый ярус в по меньшей мере одной секции теплообменных трубопроводов (10) установлен один над другим в направлении от коллекторов (1, 4) к корпусу (3), что дополнительно упрощает его изготовление.Each tier in at least one section of the heat exchange pipelines (10) is installed one above the other in the direction from the collectors (1, 4) to the housing (3), which further simplifies its manufacture.
По меньшей мере один теплообменный трубопровод (10) дополнительно изогнут с образованием линейчатой поверхности с эвольвентой направляющей, что обеспечивает наибольшее эффективное использование внутреннего объема теплообменника за счет более компактной компоновки теплообменных трубопроводов (10), а также увеличение теплоотдачи за счет увеличения площади контакта рабочих тел при сохранении относительной просты изготовления.At least one heat exchange pipeline (10) is additionally bent to form a ruled surface with an involute guide, which provides the most efficient use of the internal volume of the heat exchanger due to a more compact layout of heat exchange pipelines (10), as well as an increase in heat transfer due to an increase in the contact area of the working bodies at maintaining relative ease of manufacture.
Рекуперативный теплообменник изготавливают следующим образом.The recuperative heat exchanger is made as follows.
Изготавливают из металла или различных сплавов цилиндрический корпус (3) с фланцами (13) на торцах, например, с помощью аддитивных технологий, или литья, или сваркой формованного листового металла, или любым известным способом.A cylindrical body (3) with flanges (13) at the ends is made of metal or various alloys, for example, using additive technologies, or casting, or welding of molded sheet metal, or any known method.
Фланцы (13) выполняют с возможностью разъемного соединения с участком трубопровода, в котором протекает греющее второе рабочее тело, например, во фланцах (13) выполняют отверстия под соединительные болты.Flanges (13) are made with the possibility of a detachable connection with a section of the pipeline in which the heating second working fluid flows, for example, holes for connecting bolts are made in the flanges (13).
Коллектор (1) подвода первого рабочего тела, изготовленный из металла или сплавов с помощью аддитивных технологий, или литья, или сваркой формованного листового металла, или любым известным способом, соединяют внутри цилиндрического корпуса (3) с по меньшей мере одним трубопроводом (2) подвода первого рабочего тела, что обеспечивает достаточно высокую прочность теплообменника и упрощает его изготовление.The manifold (1) for supplying the first working fluid, made of metal or alloys using additive technologies, or casting, or welding of a molded sheet metal, or by any known method, is connected inside the cylindrical body (3) with at least one supply pipeline (2) the first working fluid, which provides a sufficiently high strength of the heat exchanger and simplifies its manufacture.
Коллектор (4) отвода нагретого первого рабочего тела, изготовленный из металла или сплавов с помощью аддитивных технологий, или литья, или сваркой формованного листового металла, или любым известным способом, соединяют внутри цилиндрического корпуса (3) с по меньшей мере одним трубопроводом (5) отвода нагретого первого рабочего тела, что обеспечивает достаточно высокую прочность теплообменника и упрощает его изготовление.The collector (4) for the removal of the heated first working fluid, made of metal or alloys using additive technologies, or casting, or welding of a molded sheet metal, or by any known method, is connected inside the cylindrical body (3) with at least one pipeline (5) removal of the heated first working fluid, which provides a sufficiently high strength of the heat exchanger and simplifies its manufacture.
Кроме того, внутреннюю полость коллектора (1) подвода первого рабочего тела соединяют с внутренней полостью коллектора (4) отвода нагретого первого рабочего тела по меньшей мере одной секцией, состоящей из по меньшей мере одного яруса теплообменного трубопровода (10), который располагают в канале (6) протекания греющего второго рабочего тела между цилиндрическим корпусом (3) и коллекторами (1, 4), что обеспечивает упрощение изготовления теплообменника с одновременным сохранением высокой прочности при работе рекуперативного теплообменника с высокими давлениями рабочих тел.In addition, the internal cavity of the collector (1) for supplying the first working fluid is connected to the internal cavity of the collector (4) for removing the heated first working fluid by at least one section, consisting of at least one tier of the heat exchange pipeline (10), which is located in the channel ( 6) flow of the heating second working fluid between the cylindrical body (3) and collectors (1, 4), which simplifies the manufacture of the heat exchanger while maintaining high strength when operating the recuperative heat exchanger with high pressures of the working fluids.
При этом теплообменный трубопровод (10) изготавливают с по меньшей мере одним изогнутым участком, что обеспечивает увеличение площади теплообмена между рабочими телами, а, кроме того, повышает прочность теплообменника в целом за счет направленного теплового изменения размеров по меньшей мере одного яруса трубопровода (10), при упрощении изготовления теплообменных секций.At the same time, the heat exchange pipeline (10) is made with at least one bent section, which provides an increase in the heat exchange area between the working fluids, and, in addition, increases the strength of the heat exchanger as a whole due to the directed thermal change in the dimensions of at least one tier of the pipeline (10) , while simplifying the manufacture of heat exchange sections.
По меньшей мере в одной секции теплообменного трубопровода выполняют три яруса теплообменных трубопроводов (10), таким образом достигается увеличение теплоотдачи за счет увеличения площади контакта рабочих тел при сохранении относительной просты изготовления.In at least one section of the heat exchange pipeline, three tiers of heat exchange pipelines (10) are made, thus increasing heat transfer by increasing the contact area of the working bodies while maintaining relative ease of manufacture.
Предполагается два варианта изготовления коллекторов (1, 4), а именно в общем корпусе и в раздельных корпусах. При изготовлении коллекторов (1, 4)в общем корпусе, например, с помощью аддитивных технологий или любым другим известным способом (литье, сварка и т.п.), а их внутренние полости отделяют друг от друга перегородкой (14), обеспечивающей теплоизоляцию полостей коллекторов (1, 4), которая также может быть изготовлена и соединена с общим корпусом коллекторов (1, 4), например, с помощью аддитивных технологий или любым другим известным способом (литья, сварки и т.п.), что дополнительно обеспечивает повышение прочности теплообменника и упрощает его изготовление. Также изготовление коллекторов (1, 4) в разных корпусах предполагается аналогичным способом, как и в одном корпусе (аддитивные технологии, литье, сварка и т.п.), за исключением наличия перегородки (14).There are two options for the manufacture of collectors (1, 4), namely, in a common housing and in separate housings. In the manufacture of collectors (1, 4) in a common housing, for example, using additive technologies or any other known method (casting, welding, etc.), and their internal cavities are separated from each other by a partition (14) that provides thermal insulation of the cavities collectors (1, 4), which can also be manufactured and connected to a common body of collectors (1, 4), for example, using additive technologies or any other known method (casting, welding, etc.), which additionally provides an increase strength of the heat exchanger and simplifies its manufacture. Also, the manufacture of collectors (1, 4) in different housings is assumed in the same way as in one housing (additive technologies, casting, welding, etc.), except for the presence of a partition (14).
Каждый ярус устанавливают в по меньшей мере одну секцию таким образом, что они располагаются один над другим в направлении от коллекторов (1, 4) к корпусу (3), что дополнительно упрощает его изготовление.Each tier is installed in at least one section in such a way that they are located one above the other in the direction from the collectors (1, 4) to the body (3), which further simplifies its manufacture.
По меньшей мере один теплообменный трубопровод (10) изготавливают дополнительно изогнутым с образованием линейчатой поверхности с эвольвентой направляющей, что обеспечивает наибольшее эффективное использование внутреннего объема теплообменника за счет более компактной компоновки теплообменных трубопроводов (10), а также увеличение теплоотдачи за счет увеличения площади контакта рабочих тел при сохранении относительной просты изготовления.At least one heat exchange pipeline (10) is made additionally bent to form a ruled surface with an involute guide, which ensures the most efficient use of the internal volume of the heat exchanger due to a more compact layout of heat exchange pipelines (10), as well as an increase in heat transfer due to an increase in the contact area of the working bodies while maintaining relative ease of manufacture.
Современные аддитивные технологии позволяют изготовить заявленный рекуперативный теплообменник как целиком, так и каждый его элемент в отдельности, например, теплообменные трубопроводы (10) и трубопроводы (2, 5) подвода и отвода первого рабочего тела, с последующей установкой и закреплением их с помощью сварки или пайки, что существенно позволяет упростить изготовление рекуперативного теплообменника.Modern additive technologies make it possible to manufacture the claimed recuperative heat exchanger as a whole, and each of its elements separately, for example, heat exchange pipelines (10) and pipelines (2, 5) for supplying and discharging the first working fluid, with their subsequent installation and fixing by welding or soldering, which significantly simplifies the manufacture of a recuperative heat exchanger.
Заявленный рекуперативный теплообменник может быть применен в установках для выработки механической и тепловой энергии, работающих при высоких давлениях. Например, описанная в патенте РФ 2665794 установка работает при давлениях по меньшей мере 7,5 МПа. Заявленный рекуперативный теплообменник предполагает использование в системах с давлением рабочих тел перед камерой сгорания по меньшей мере 30 МПа.The claimed recuperative heat exchanger can be used in installations for the generation of mechanical and thermal energy, operating at high pressures. For example, the installation described in RF patent 2665794 operates at pressures of at least 7.5 MPa. The claimed recuperative heat exchanger involves the use in systems with a pressure of working fluids in front of the combustion chamber of at least 30 MPa.
Такое давление для рабочих тел: воды, диоксида углерода и метана - является закритичным (давление критичной точки для воды это 218 атмосфер (374 градуса Цельсия)), углекислый газ переходит в сверхкритическое состояние при критических температуре 31,1°С и давлении 72,9 атмосфер (7,39 МПа) и метан при критических температуре 190,4°К (-83°С) и давлении 45,4 атмосфер (4,6 МПа). То есть все рабочие тела в бескомпрессорных парогазовых установках после насосов - регуляторов имеют закритичное давление. Таким образом, можно утверждать, в рекуперативных теплообменниках после турбины эти вещества будут нагреваться выхлопом турбины (парогазовой смесью из турбины) в закритическом состоянии, как сверхкритический флюид - без фазового перехода. Это значит, что трубы теплообменника будут всегда заполнены флюидом нагреваемого тела, а само течение в трубе будет с низким гидравлическим сопротивлением без образования газовых пробок.Such a pressure for working fluids: water, carbon dioxide and methane is supercritical (the pressure of the critical point for water is 218 atmospheres (374 degrees Celsius)), carbon dioxide goes into a supercritical state at a critical temperature of 31.1 ° C and a pressure of 72.9 atmospheres (7.39 MPa) and methane at a critical temperature of 190.4°K (-83°C) and a pressure of 45.4 atmospheres (4.6 MPa). That is, all working fluids in non-compressor combined-cycle plants after pumps - regulators have supercritical pressure. Thus, it can be argued that in recuperative heat exchangers after the turbine, these substances will be heated by the turbine exhaust (vapor-gas mixture from the turbine) in the supercritical state, like a supercritical fluid - without a phase transition. This means that the heat exchanger tubes will always be filled with the fluid of the heated body, and the flow in the tube itself will be with low hydraulic resistance without the formation of gas locks.
Исходя из сказанного выше, заявленной конструкцией и способом изготовления рекуперативного теплообменника обеспечивается повышение жесткости и прочности теплообменника в частности и при его использовании при высоких давления рабочих сред, а также упрощение изготовления теплообменника.Based on the foregoing, the claimed design and method of manufacturing a recuperative heat exchanger provides an increase in the rigidity and strength of the heat exchanger, in particular, when used at high pressures of working media, as well as simplification of the manufacture of the heat exchanger.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021131661A RU2770347C1 (en) | 2021-10-28 | 2021-10-28 | Recuperative heat exchanger and method for its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021131661A RU2770347C1 (en) | 2021-10-28 | 2021-10-28 | Recuperative heat exchanger and method for its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2770347C1 true RU2770347C1 (en) | 2022-04-15 |
Family
ID=81212541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021131661A RU2770347C1 (en) | 2021-10-28 | 2021-10-28 | Recuperative heat exchanger and method for its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2770347C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7065873B2 (en) * | 2003-10-28 | 2006-06-27 | Capstone Turbine Corporation | Recuperator assembly and procedures |
| RU2395775C1 (en) * | 2009-04-16 | 2010-07-27 | Алексей Иванович Худяков | Header plate-type heat exchanger |
| CN102562308A (en) * | 2011-12-15 | 2012-07-11 | 西安远航真空钎焊技术有限公司 | Small efficient heat regenerator and manufacturing method thereof |
| RU2686134C1 (en) * | 2018-04-27 | 2019-04-24 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" | Plate heat exchanger and the plate heat exchanger manufacturing method |
| RU2700213C1 (en) * | 2018-12-25 | 2019-09-13 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" | Plate heat exchanger and method of plate heat exchanger manufacturing |
| RU201175U1 (en) * | 2020-07-13 | 2020-12-01 | Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (АО "ОКБМ Африкантов") | Air cooling heat exchanger |
-
2021
- 2021-10-28 RU RU2021131661A patent/RU2770347C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7065873B2 (en) * | 2003-10-28 | 2006-06-27 | Capstone Turbine Corporation | Recuperator assembly and procedures |
| RU2395775C1 (en) * | 2009-04-16 | 2010-07-27 | Алексей Иванович Худяков | Header plate-type heat exchanger |
| CN102562308A (en) * | 2011-12-15 | 2012-07-11 | 西安远航真空钎焊技术有限公司 | Small efficient heat regenerator and manufacturing method thereof |
| RU2686134C1 (en) * | 2018-04-27 | 2019-04-24 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" | Plate heat exchanger and the plate heat exchanger manufacturing method |
| RU2700213C1 (en) * | 2018-12-25 | 2019-09-13 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" | Plate heat exchanger and method of plate heat exchanger manufacturing |
| RU201175U1 (en) * | 2020-07-13 | 2020-12-01 | Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (АО "ОКБМ Африкантов") | Air cooling heat exchanger |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6910528B2 (en) | Plate fin heat exchanger for a high temperature | |
| MX2011005959A (en) | Gas turbine regenerator apparatus and method of manufacture. | |
| SU1026661A3 (en) | Case-and-tube heat exchanger | |
| CN101738122B (en) | Coiled tube and heat exchanger applying same | |
| RU96112770A (en) | HEAT EXCHANGER | |
| RU2770347C1 (en) | Recuperative heat exchanger and method for its manufacture | |
| CN101545728A (en) | Non-vibrating water-cooled condenser | |
| CN213021140U (en) | Smoke heat exchanger | |
| CN110869688B (en) | Heat exchanger for harsh operating conditions | |
| CN203478170U (en) | Compact smoke waste heat recovery steam generation device | |
| CN101706096B (en) | Improved waste heat boiler | |
| RU2394184C2 (en) | Steam waste-heat boiler by sien | |
| CN106979710B (en) | Heat exchanger of modularly assembled rolling plate heat exchange body and heat exchange method | |
| CN206974246U (en) | A kind of tubular heat exchange device | |
| RU2804787C1 (en) | Flap heat exchanger | |
| CN117685804B (en) | Multi-header split-flow annular printed circuit board heat exchanger | |
| RU2755013C1 (en) | Plate heat exchanger and method for manufacturing plate heat exchanger | |
| RU178401U1 (en) | Heat and mass transfer device | |
| RU2819325C1 (en) | Plate heat exchanger with header for separation of hot and cold heat carrier | |
| RU2334187C1 (en) | Heat exchanger | |
| RU2383838C1 (en) | Heat exchanger | |
| CN219200136U (en) | Square spiral plate type heat exchanger | |
| CN218155672U (en) | Multi-flow fixed tube plate heat exchanger | |
| RU126814U1 (en) | PLATE HEAT EXCHANGER | |
| CN210485687U (en) | Convection type cylindrical steam superheater structure |