SK8649Y1 - Heat exchanger with coaxial twisted tubes - Google Patents
Heat exchanger with coaxial twisted tubes Download PDFInfo
- Publication number
- SK8649Y1 SK8649Y1 SK302019U SK302019U SK8649Y1 SK 8649 Y1 SK8649 Y1 SK 8649Y1 SK 302019 U SK302019 U SK 302019U SK 302019 U SK302019 U SK 302019U SK 8649 Y1 SK8649 Y1 SK 8649Y1
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- tube
- coil
- heat exchanger
- fluid
- outlet
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Oblasť technikyTechnical field
Technické riešenie sa týka konštrukcie výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami. Technické riešenie spadá do oblasti: tepelnej a jadrovej energetiky, technológií v chemickom a potravinárskom priemysle, environmentálnych technológií a technológií úpravy prostredia, ako je vykurovanie, chladenie aklimatizácia.The technical solution relates to the construction of a heat exchanger with coaxial coiled coils. The technical solution belongs to the following areas: thermal and nuclear energy, technologies in the chemical and food industry, environmental and environmental treatment technologies such as heating, cooling and acclimatization.
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
V súčasnosti v technickej praxi používané rekuperačné výmenníky tepla možno z hľadiska tvaru stien oddeľujúcich teplovýmenné tekutiny rozdeliť na rúrkové výmenníky tepla, v ktorých sú teplovýmenné tekutiny oddelené stenami rúrok a výmenníky tepla, v ktorých sú teplovýmenné tekutiny oddelené plochými stenami (rovinnými alebo zakrivenými). K hlavným typom rúrkových výmenníkov tepla patria výmenníky tepla so sústavami rúrok (rúrkovýnú zväzkami), ktoré sú upevnené v plochých doskách s otvormi na rúrky (rúrkovniciach), pričom sústavy rúrok s rúrkovnicami sú konštrukčne uzatvorené v plášťoch s hrdlami na vstup a výstup teplovýmenných tekutín (výmenníky tepla s pevný mi rúrkovnicami, výmenníky tepla s plávajúcou hlavou, výmenníky tepla s U-rúrkanú a pod.). Ďalším typom rúrkových výmenníkov tepla sú výmenníky tepla so skrutkovito alebo špirálovito stočenými rúrkami, pričom rúrky môžu mať okrem kruhového aj iné tvaiy prierezov. Špeciálnym typom rúrkových výmenníkov tepla sú výmenníky tepla typu rúrka v rúrke. K hlavným typom výmenníkov tepla, v ktoiých sú teplovýmenné tekutiny oddelené plochými stenami, patria rôzne konštrukčné varianty doskových výmenníkov tepla a špirálových výmenníkov tepla. Činné povrchy stien, prichádzajúce do styku s teplo výmennými tekutinami vo výmenníkoch tepla, môžu byť rôzne konštrukčne upravené (orebrovanie, zvlnenie, žliabkovanie a pod.) s cieľom intenzifikovať prestup tepla. Uvedené konkurenčné typy výmenníkov tepla zvyčajne môžu mať určité obmedzenia ich použitia alebo prevádzky (strata tlaku, termická účinnosť, použitý typ teplovýmenných tekutín, pracovné teploty a tlaky, inkrustácia a pod.). Výmenníky tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami, ktoré možno v súčasnosti nájsť v niektorých priemyselných alebo iných aplikáciách, obsahujú jeden alebo niekoľko rúrových zvitkov, pričom tieto rúrové zvitky zvyčajne pozostávajú iba z dvoch jednoduchých skrutkovito stočených koaxiálne usporiadaných rúr. Konštrukčné riešenie takýchto výmenníkov tepla zvyčajne neumožňuje širšiu flexibilitu kvalitatívneho ovplyvňovania tepelno-hydrodynanúckých podmienok dosahovaných v teplovýmenných tekutinách počas prevádzky nezávisle v jednotlivých pracovnýchpriestorochvýmenníka tepla.Recuperative heat exchangers currently used in the art can be divided into tubular heat exchangers in which the heat exchange fluids are separated by pipe walls and heat exchangers in which the heat transfer fluids are separated by flat walls (planar or curved) in terms of the shape of the walls separating the heat exchange fluids. The main types of tubular heat exchangers include heat exchangers with tube assemblies (tube bundles) mounted in flat plates with tube openings (tube sheets), the tube assemblies with tube sheets being structurally enclosed in shells with inlets and outlets for heat exchange fluids ( fixed tube heat exchangers, floating head heat exchangers, U-tube heat exchangers, etc.). Another type of tube heat exchanger is a coil or spiral coil heat exchanger, and the tubes may have other cross-sectional shapes in addition to a circular one. A special type of tube heat exchangers are tube-in-tube heat exchangers. The main types of heat exchangers in which the heat exchange fluids are separated by flat walls include various design variants of plate heat exchangers and spiral heat exchangers. The active wall surfaces that come into contact with the heat exchange fluids in the heat exchangers may be of various design (ribbing, corrugation, grooves, etc.) in order to intensify the heat transfer. Typically, these competing heat exchanger types may have some limitations on their use or operation (pressure loss, thermal efficiency, heat exchange fluid type used, operating temperatures and pressures, incrustation, etc.). Heat exchangers with coaxial coiled coils, currently found in some industrial or other applications, contain one or more coil coils, the coils usually consisting of only two coiled coaxially coiled coils. The design of such heat exchangers usually does not allow for greater flexibility in qualitatively influencing the heat-hydrodynanic conditions achieved in the heat exchange fluids during operation independently in the individual working spaces of the heat exchanger.
Uvedené nedostatky poskytli možnosť riešiť tento problém vhodnými technickými prostriedkami. Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisovaná konštrukcia výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami podľa predkladaného technického riešenia.These shortcomings provided the opportunity to address this problem by appropriate technical means. As a result of this effort, a heat exchanger design with coaxial helically coiled tubes according to the present invention is described.
Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution
Uvedené nedostatky sú v podstatnej miere odstránené konštrukciou výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami podľa technického riešenia. Určený je na prenos (výmenu) tepla medzi dvoma teplovýmennými prostrediami (tekutinami), ktoré sú navzájom oddelené pevnými stenami v tvare koaxiálne usporiadaných a skrutkovito zvinutých rúr (rekuperačný výmenník tepla), pričom ako celok predstavuje originálne technické riešenie. Dokáže spoľahlivo pracovať aj pri extiémnejších prevádzkových podmienkach vyznačujúcich sa vysokými alebo nízkymi teplotami a tlakmi teplovýmenných tekutín, alebo vysokými rozdielmi medzi teplotami a tlakmi teplovýmenných tekutín. Koaxiálne skrutkovito zvinuté rúry predstavujú hlavný procesný prvok výmenníka tepla a v jeho základnom variante sú umiestnené vnútri plášťa. Vplášti výmenníka tepla môžu byť okrem jednoduchých rúrových zvitkov umiestnené aj dvoj - a viacnásobné rúrové zvitky, ktoré majú zvyčajne spoločnú centrálnu os. Alternatívny variant výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami je bez vonkajšieho plášťa. Obidva varianty výmenníka tepla sa vyznačujú použitím vírotvomých prvkov v medzikružných priestoroch a prípadne aj vnútorných priestoroch centrálnych rúr ich koaxiálnych rúrových zvitkov. Vo variante výmenníka tepla s vonkajším plášťom vyúsťuje vnútorný priestor centrálnej rúry do vnútorného priestoru plášťa, pričom toto vyústenie môže byť cez zakrivený difuzor. Vonkajšie povrchy vonkajších rúr koaxiálnych rúrových zvitkov môžu byť celé alebo sčasti oiebrované. Z vnútorného priestoru plášťa výmenníka tepla je teplovýmenná tekutina odvádzaná cez výstup, ktorý môže mať axiálnu, tangenciálnu, špirálovú alebo skratkovitú konfiguráciu.Said drawbacks are substantially eliminated by the construction of a heat exchanger with coaxial coiled coils according to the invention. It is designed to transfer heat between two heat exchange media (fluids) which are separated from each other by solid walls in the form of coaxially arranged and helically coiled tubes (heat recovery heat exchanger), and as a whole represents an original technical solution. It can work reliably even under more extreme operating conditions characterized by high or low temperatures and pressures of heat exchange fluids, or high differences in temperatures and pressures of heat exchange fluids. Coaxially coiled coils represent the main process element of the heat exchanger and, in its basic variant, are located inside the shell. In addition to single pipe coils, double and multiple pipe coils, which usually have a common central axis, can be placed in the shell of the heat exchanger. An alternative heat exchanger variant with coaxial coiled coils is without an outer jacket. Both variants of the heat exchanger are characterized by the use of vortex-forming elements in the annular spaces and possibly also the inner spaces of the central tubes of their coaxial coil tubes. In the variant of the outer shell heat exchanger, the inner space of the central pipe opens into the inner space of the shell, which opening may be through a curved diffuser. The outer surfaces of the outer tubes of the coaxial coil may be ribbed wholly or partially. From the interior of the shell of the heat exchanger, the heat exchange fluid is discharged through an outlet, which may have an axial, tangential, spiral or short-circuit configuration.
Podstata konštrukčného riešenia výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami podľa technického riešenia spočíva jednak v uložení sústavy koaxiálnych skrutkovito stočených rúr, ktorá je hlavným procesným prvkom tohto výmenníka tepla, dovnútra rotačné symetrického plášťa s optimalizovanou geometriou a tiež v použití prvých vírotvomých prvkov v medzikružnom priestore a prípadne aj v použitíThe essence of the design of the heat exchanger with coaxial helically coiled tubes according to the technical solution lies in the placement of the coaxial helically coiled tube assembly, which is the main processing element of this heat exchanger, inwardly rotating symmetrical casing with optimized geometry and also in the first multi-annular possibly also in use
S K 8649 Υ1 druhých vírotvomých prvkov vo vnútornom priestore centrálnej rúry rúrového zvitku výmenníka tepla. Vyústenie vnútorného priestoru centrálnej rúry do vnútorného priestoru vonkajšieho plášťa výmenníka tepla môže byť cez zakrivený difúzor. Prvé a druhé vírotvomé prvky, pozostávajúce z tvarovo optimalizovaných a vhodne usporiadaných sústav lamiel, spôsobujú generovanie intenzívneho vírového prúdenia, ktoré v superpozícii s primárnym mechanizmom generovania vírového prúdenia účinkom odstredivej sily pôsobiacej na teplovýmenné tekutiny prúdiace v zakrivených kanáloch (Deanove víry) priaznivo ovplyvňuje konvektívny prestup tepla medzi teplovýmennými tekutinami a povrchmi pevnej steny a tiež zamedzuje prípadnému zanášaniu (inkrustácia) pracovných priestorov výmenníka tepla. Použitie (alebo nepoužitie) a geometria zakriveného difúzora umožňuje dosiahnuť vhodné hydrodynamické podmienky prúdenia teplovýmennej tekutiny vo vnútornom priestore vonkajšieho plášťa výmenníka tepla z hľadiska optimalizácie konvektívneho prestupu tepla medzi touto teplovýmennou tekutinou a vonkajším povrchom vonkajšej rúry rúrového zvitku výmenníka tepla, prípadne z hľadiska minimalizácie tlakovej straty teplovýmennej tekutiny vnútri vonkajšieho plášťa výmenníka tepla. Celkové konštrukčné riešenie výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami umožňuje rozsiahlejšiu flexibilitu v nezávislom kvalitatívnom ovplyvňovaní tepelno-hydrodynamických podmienok vo všetkých troch pracovných priestoroch výmenníka tepla, chápané ako vnútorný priestor centrálnej rúry, medzikružný priestor, vnútorný priestor vonkajšieho plášťa výmenníka tepla, s ohľadomna dané teplovýmenné tekutiny a požadované procesné vlastnosti výmenníka tepla. Týmto spôsobom možno vo väčšej miere cielene optimalizovať prevádzku výmenníka tepla.S K 8649 Υ1 of the second vortex elements in the interior of the central tube of the coil of the heat exchanger. The outlet of the inner space of the central tube into the inner space of the outer shell of the heat exchanger may be through a curved diffuser. The first and second vortex-forming elements, consisting of shape-optimized and suitably arranged lamellar assemblies, cause the generation of intense vortex flow, which in superposition with the primary vortex flow generation mechanism by the centrifugal force acting on the heat exchange fluids flowing in the convective vortex ducts. heat between the heat exchange fluids and the solid wall surfaces and also prevents possible clogging of the heat exchanger working areas. The use (or non-use) and geometry of the curved diffuser make it possible to achieve suitable hydrodynamic flow conditions of the heat exchange fluid in the inner space of the outer shell of the heat exchanger in order to optimize convective heat transfer between the heat exchange fluid and the outer surface of the outer tube of the heat exchanger tube. the heat exchange fluid inside the outer shell of the heat exchanger. The overall design of the heat exchanger with coaxial helically coiled tubes allows for greater flexibility in independent qualitative influencing of the thermo-hydrodynamic conditions in all three heat exchanger working spaces, understood as the inner space of the central tube, the annular space, the inner space of the outer shell of the heat exchanger. and the required process properties of the heat exchanger. In this way, the operation of the heat exchanger can be optimized to a greater extent.
Výhody konštrukcie výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami podľa technického riešenia sú zjavné z účinkov, ktoiými sa prejavujú navonok. Vo všeobecnosti možno konštatovať, že originalita predloženého riešenia spočíva v tom, že vhodne konštrukčne a prevádzkovo, tepelno-hydrodynamický optimalizovaný nový výmenník tepla sa vyznačuje relatívne vysokou dosahovanou hodnotou hustoty tepelného toku (pomer preneseného tepelného výkonu medzi teplovýmennými tekutinami a veľkosti teplovýmennej plochy) a relatívne dobrou termickou účinnosťou pri relatívne nízkych hodnotách tlakových strát teplovýmenných tekutín. Z konštrukčného hľadiska ide o pomerne kompaktne riešený rekuperačný výmenník tepla, vhodný aj pre vysoké hodnoty teplôt a tlakov teplovýmenných tekutín, vyznačujúci sa nízkou náchylnosťou na zanášanie, t. j. inkrustácia. Nízka náchylnosť na zanášanie, inkrustáciu výmenníka tepla vyplýva z charakteru prúdenia teplovýmenných tekutín vo výmenníku. Nový výmenník tepla synergicky využíva niektoré prevádzkové alebo konštrukčné prednosti iných typov výmenníkov tepla, v dôsledku čoho možno pri ňom dosiahnuť deklarované priaznivé prevádzkové parametre. Uvedené atribúty nového výmenníka tepla poukazujú na konkrétne možnosti jeho priemyselného použitia. Opísané riešenie výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami umožňuje rozsiahlejšiu flexibilitu v nezávislom kvalitatívnom ovplyvňovaní tepelno-hydrodynamických podmienok v jednotlivých pracovných priestoroch výmenníka tepla, z čoho vyplýva širšia možnosť cielene optimalizovať jeho prevádzku. Výmenník tepla sa vyznačuje relatívne kompaktným konštrukčným usporiadaním Základný konštrukčný variant výmenníka tepla obsahuje sústavu koaxiálnych skrutkovito stočených rúrok, ktorá je uložená v rotačné symetrickom plášti s hydrodynamický a pevnostné optimalizovanou geometriou. Dosahované procesné tepelno-hydrodynamické parametre výmenníka tepla, t. j. súčiniteľ prechodu tepla medzi teplovýmennými tekutinami, tlaková strata teplovýmenných tekutín, termická účinnosť a pod. pri jeho relatívne kompaktnej konfigurácn, ho predurčujú aj na efektívnu aplikáciu v systémoch, v ktorých sa požaduje prirodzená pasívna cirkulácia jednej alebo obidvoch teplovýmenných tekutín.The advantages of the heat exchanger design with coaxial helically coiled tubes according to the invention are evident from the effects which exert on the outside. In general, the originality of the present solution lies in the fact that a suitably designed and operational, thermo-hydrodynamically optimized new heat exchanger is characterized by a relatively high achieved heat flow density value (ratio of transferred heat output between heat exchange fluids and heat exchange surface area) good thermal efficiency at relatively low pressure drop values of heat exchange fluids. From a constructional point of view, it is a relatively compact solution of a recuperative heat exchanger, suitable also for high values of temperatures and pressures of heat exchange fluids, characterized by low susceptibility to clogging, i. j. incrustation. Low susceptibility to clogging, heat exchanger incrustation results from the nature of the flow of heat exchange fluids in the exchanger. The new heat exchanger synergistically exploits some of the operating or design advantages of other types of heat exchangers, thereby achieving the declared favorable operating parameters. The above-mentioned attributes of the new heat exchanger point to concrete possibilities of its industrial use. The described heat exchanger solution with coaxial coiled coils allows for greater flexibility in the independent qualitative influencing of the thermo-hydrodynamic conditions in the individual working areas of the heat exchanger, which implies a wider possibility to specifically optimize its operation. The heat exchanger is characterized by a relatively compact design. The basic design of the heat exchanger comprises a set of coaxial helically twisted tubes, which is housed in a rotationally symmetrical shell with hydrodynamic and strength-optimized geometry. Achieved process heat-hydrodynamic parameters of the heat exchanger, i. j. heat transfer coefficient between heat exchange fluids, pressure loss of heat exchange fluids, thermal efficiency and the like. With its relatively compact configuration, it is also predestined for efficient application in systems where natural passive circulation of one or both heat exchange fluids is required.
Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Konštrukcia výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami podľa technického riešenia bude bližšie zobrazená na výkresoch, kde na obr. 1 je znázornený výmenník tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami ako variant s vonkajším plášťom Na obr. 2 je znázornený tangenciálny výstup tekutiny z vnútorného priestom plášťa výmenníka tepla. Na obr. 3 je znázornený špirálový výstup tekutiny z vnútorného priestoru plášťa výmenníka tepla. Na obr. 4 je znázornený skratkovitý výstup tekutiny z vnútorného priestoru plášťa výmenníka tepla. Na obr. 5 je znázornený výmenník tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami ako variant bezvonkajšieho plášťa.The construction of the heat exchanger with coaxial coiled coils according to the invention will be shown in more detail in the drawings, where FIG. 1 shows a heat exchanger with coaxial coiled coils as a variant with an outer jacket. FIG. 2 shows a tangential fluid outlet from the interior of the shell of the heat exchanger. In FIG. 3 shows a spiral fluid outlet from the interior of the shell of the heat exchanger. In FIG. 4 shows an abbreviated fluid outlet from the interior of the heat exchanger housing. In FIG. 5 shows a heat exchanger with coaxial helically coiled tubes as a variant of the outer jacket.
Príklady uskutočneniaEXAMPLES
Jednotlivé uskutočnenia podľa technického riešenia sú predstavované na ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci poznajúci stav techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia. AjThe individual embodiments of the invention are presented for illustration and not as limitations of the technical solutions. Those skilled in the art will find or be able to ascertain using no more than routine experimentation many equivalents to specific embodiments of the invention. and
S K 8649 Υ1 takéto ekvivalenty budú spadať do rozsahu nasledujúcich nárokov na ochranu. Odbomíkompoznajúcimstav techniky nemôže robiť problém optimálne navrhnutie konštrukcie, preto tieto znaky neboli detailne riešené.With K 8649 Υ1 such equivalents will fall within the scope of the following protection claims. Those skilled in the art cannot make the problem of optimal design of the structure a problem, therefore these features have not been solved in detail.
Príklad 1Example 1
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaný základný konštrukčný variant výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami, ktorý je znázornený na obr. 1 a ktorý je určený na prenos (výmenu) tepla medzi dvoma teplovýmennými prostrediami (tekutinami), ktoré sú navzájom oddelené pevnými stenami v tvare koaxiálne usporiadaných a skrutkovito zvinutých rúr (rekuperačný výmenník tepla), pričom ako celok predstavuje originálne technické riešenie. Dokáže spoľahlivo pracovať aj pri extrénmejších prevádzkových podmienkach vyznačujúcich sa vysokými alebo nízkymi teplotami a tlakmi teplovýmenných tekutín, alebo vysokými rozdielmi medzi teplotami a tlakmi teplovýmenných tekutín. Koaxiálne skrutkovito zvinuté rúry predstavujú hlavný procesný prvok výmenníka tepla a v jeho základnom variante sú umiestnené vnútri plášťa.In this example of a specific embodiment of the subject matter of the invention, a basic design variant of a coaxial coiled coil tube is shown in FIG. 1 and which is intended for the transfer (exchange) of heat between two heat exchange media (fluids) which are separated from each other by solid walls in the form of coaxially arranged and helically coiled tubes (heat recovery heat exchanger), and as a whole constitutes an original technical solution. It can work reliably even under more extreme operating conditions characterized by high or low temperatures and pressures of heat exchange fluids, or high differences in temperatures and pressures of heat exchange fluids. Coaxially coiled coils represent the main process element of the heat exchanger and, in its basic variant, are located inside the shell.
Hlavné konštrukčné časti základného konštrukčného variantu výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami sú vonkajší plášť a sústava dvoch koaxiálne usporiadaných rúr, ktoré sú skrutkovito zvinuté a umiestnené vnútri plášťa výmenníka tepla, pričom rúrový zvitok a vonkajší plášť majú spoločnú os symetrie. Geometrické rozmery rúr (priemery, hrúbky stien, dĺžka), geometria rúrového zvitku (priemer, stúpanie a počet závitov) a hlavné rozmery vonkajšieho plášťa priamo súvisia s procesnými podmienkami (pracovné teploty a tlak} , tepelný výkon, použité teplovýmenné médiá, tepelnohydrodynamické podmienky prevádzky a pod.) prevádzky výmenníka tepla a použitými konštrukčnými materiálmi.The main components of the basic heat exchanger design variant with coaxially helically coiled tubes are an outer shell and a set of two coaxially arranged tubes that are helically wound and located within the heat exchanger shell, the coil and outer shell having a common axis of symmetry. The geometric dimensions of the tubes (diameters, wall thicknesses, length), the coil geometry (diameter, pitch and number of turns) and the main dimensions of the outer shell are directly related to the process conditions (working temperatures and pressure), heat output, heat exchange media used etc.) of the heat exchanger and the construction materials used.
Vonkajší plášť je tvorený valcovou časťou 1 plášťa, kužeľovou časťou 2 plášťa a klenutýmvekom 3 plášťa. V dolnej kužeľovej časti 2 plášťa je medzikružný osovo symetrický otvor 20, ktorého os symetrie je totožná s osou plášťa výmenníka tepla. Cez medzikružný osovo symetrický otvor 20 ústi vnútorný priestor plášťa výmenníka tepla do rúry 4 na odvod tekutiny. Vonkajší povrch plášťa výmenníka tepla a vonkajší povrch rúry 4 na odvod tekutiny môže byť tepelne zaizolovaný. Sústava skrutkovito zvinutých rúr (rúrový zvitok) pozostáva z centrálnej rúry 7 s konštantným prierezom a z vonkajšej rúry 6, ktorá je s centrálnou rúrou 7 koaxiálne usporiadaná. Prívodná časť centrálnej rúry 7 vstupuje do vnútorného priestoru plášťa výmenníka zospodu cez medzikružný osovo symetrický otvor 20 ako priamy úsek samostatnej rúry 5 na prívod tekutiny, pričom tvorí súosovú konfiguráciu s rúrou 4 na odvod tekutiny a tiež s rotačné synretrickýmplášťomvýmenníka tepla. V hornej časti vnútorného priestoru plášťa sa rúra 5 na prívod tekutiny zakrivuje tak, aby toto zakrivenie vytváralo geometricky jednoduchý a hydrodynamický optimalizovaný prechod k začiatočnej časti rúrového zvitku. Začiatočná časť rúrového zvitku (minimálne polovica jedného závitu rúrového zvitku) je tvorená iba samostatnou rúrou 5 na prívod tekutiny. Za začiatočnou časťou rúrového zvitku nasleduje sústava dvoch koaxiálnych skrutkovito stočených rúr, tvoriacich skrutkovicový rúrový zvitok s prednostne ľavotočivým charakterom skrutkovice. Táto hlavná časť rúrového zvitku je najdôležitejším procesným prvkom výmenníka tepla. Centrálna rúra 7 v hlavnej časti rúrového zvitku súosovo prechádza vnútri vonkajšej rúry 6. Medzikružný priestor 22, vymedzený vonkajším povrchom centrálnej rúry 7 a vnútorným povrchom vonkajšej rúry 6, je na čelných plochách, t. j. začiatok a koniec medzikružného priestoru, nepriepustné uzavretý. Vstupný a výstupný otvor na prívod a odvod teplovýmennej tekutiny do medzikružného priestoru 22 je umiestnený na obvode vonkajšej rúry 6 v začiatočnej a koncovej oblasti tohto priestoru, pričom geometrická konfigurácia vstupu, t. j. sústava vstupnej rúry 9 a vonkajšej rúry 6 rúrového zvitku vo vstupnej oblasti medzikružného priestoru 22, a výstupu, t. j. sústava výstupnej rúry 10 a vonkajšej rúry 6 rúrového zvitku vo výstupnej oblasti medzikružného priestoru 22, je hydrodynamický optimalizovaná. Teplovýmenná tekutina má prívod 13 do medzikružného priestoru 22 cez vstupnú rúru 9 a má odvod 14 z medzikružného priestoru 22 cez výstupnú rúru 10. Vstupná rúra 9 a výstupná rúra 10 vyúsťujú cez vonkajší plášť výmenníka tepla v tvare hrdiel. V prípade, ak vstupná rúra 9 a výstupná rúra 10 napevno spájajú v stavbu výmenníka tepla ako rúrový zvitok s prívodnou centrálnou rúrou, s jeho vonkajším plášťom, je potrebné pri konkrétnom konštrukčnom riešení pre konkrétnu prevádzkovú aplikáciu uvažovať s kompenzáciou rozdielnej teplotnej dilatácie vstavby a vonkajšieho plášťa výmenníka. Na tento účel možno vhodne využiť aj skrutkovicový tvar rúrového zvitku výmenníka tepla v kombinácii s optimalizovanou geometrickou konfiguráciou častí vstupnej rúry 9 a výstupnej rúry 10 vo vnútornom priestore výmenníka. V medzikružnom priestore 22 rúrového zvitku výmenníka tepla sú pozdĺž toku teplovýmennej tekutiny umiestnené prvé vírotvomé prvky 17, pozostávajúce z tvarovo optimalizovaných a vhodne usporiadaných sústav lamiel, ktoré spôsobujú generovanie intenzívneho vírového prúdenia. Počet inštalovaných prvých vírotvomých prvkov 17 je ovplyvnený celkovou dĺžkou medzikmžného priestoru 22 a požadovanou hydrodynamikou prúdenia teplovýmennej tekutiny v tomto priestore. Prvé vírotvomé prvky 17 tiež vymedzujú geometriu medzikmžia, t. j. rotačnú symetriu podľa osi medzikružia, pozdĺž zvinutých koaxiálnych rúr, pričom musia byť umiestnené tak, aby ich vzájomná poloha pozdĺž zvinutých koaxiálnych rúr nebránila rozdielnej dilatácii medzi centrálnou rúrou 7 a vonkajšou rúrou 6 v ich koaxiálnom usporiadaní pri nestacionárnych prevádzkových stavoch výmenníka tepla, napr. uvádzanie do prevádzky, odstavovanie z prevádzky a pod. Vo vnútornom priestore 21 centrálnej rúry 7 rúrového zvitku môžuThe outer casing is formed by a cylindrical casing part 1, a conical casing part 2 and a domed casing 3. In the lower conical housing part 2 there is an annular axially symmetrical opening 20 whose axis of symmetry is identical to the axis of the shell of the heat exchanger. Through the annular axially symmetrical opening 20, the inner space of the heat exchanger housing opens into the fluid outlet pipe 4. The outer surface of the heat exchanger housing and the outer surface of the fluid outlet pipe 4 may be heat insulated. The set of helically coiled tubes (coil) consists of a central pipe 7 with a constant cross-section and an outer pipe 6 which is coaxially arranged with the central pipe 7. The inlet part of the central tube 7 enters the interior of the shell of the exchanger from below through an annular axially symmetrical opening 20 as a straight section of the separate fluid inlet tube 5, forming a coaxial configuration with the fluid outlet tube 4 and rotary synretric shell of the heat exchanger. In the upper part of the inner space of the casing, the fluid supply tube 5 is curved so that this curvature forms a geometrically simple and hydrodynamically optimized transition to the initial part of the tubular coil. The initial part of the tubular coil (at least half of one thread of the tubular coil) is formed by a separate fluid supply pipe 5 only. The initial part of the coil is followed by a set of two coaxial helically coiled tubes forming a helical coil with a preferably left-handed helical character. This main part of the coil is the most important process element of the heat exchanger. The central tube 7 in the main part of the coil extends coaxially inside the outer tube 6. The annular space 22, defined by the outer surface of the central tube 7 and the inner surface of the outer tube 6, is on the end faces, i. j. the beginning and the end of the annular space, sealed closed. The inlet and outlet openings for the inlet and outlet of the heat exchange fluid to the annular space 22 are located at the periphery of the outer tube 6 in the beginning and end regions of this space, wherein the geometrical configuration of the inlet, i. j. an assembly of the inlet pipe 9 and the outer tube 6 of the coil in the inlet region of the annular space 22, and the outlet, i.e. j. the assembly of the outlet tube 10 and the outer tube 6 of the coil in the outlet region of the annular space 22 is hydrodynamically optimized. The heat transfer fluid has an inlet 13 into the annular space 22 through the inlet tube 9 and has an outlet 14 from the annular space 22 through the outlet tube 10. The inlet tube 9 and the outlet tube 10 exit through the outer shell of the neck-like heat exchanger. In case the inlet pipe 9 and the outlet pipe 10 are firmly connected in the heat exchanger construction as a pipe coil with the inlet central pipe, with its outer casing, it is necessary to consider the compensation of different temperature dilatation of the installation and outer casing exchanger. For this purpose, the helical shape of the coil of the heat exchanger can also be suitably used in combination with the optimized geometrical configuration of the parts of the inlet pipe 9 and the outlet pipe 10 in the interior of the exchanger. In the annular space 22 of the coil of the heat exchanger, first vortex-forming elements 17 are disposed along the heat exchange fluid flow, consisting of shape-optimized and suitably arranged lamellar assemblies that cause the generation of intense vortex flow. The number of installed first vortex-forming elements 17 is influenced by the total length of the interposition space 22 and the desired hydrodynamics of the heat exchange fluid flow in this space. The first vortex-forming elements 17 also define the geometry of the intermediate slide, i. j. rotational symmetry along the annulus of the annulus, along the coiled coaxial tubes, and must be positioned such that their relative position along the coiled coaxial tubes does not prevent the dilatation between the central tube 7 and the outer tube 6 in their coaxial arrangement in non-stationary heat exchanger operating states. commissioning, decommissioning, etc. In the interior 21 of the central tube 7, the coil may be
S K 8649 Υ1 byť pozdĺž toku teplo výmennej tekutiny taktiež umiestnené druhé vírotvomé prvky 16 s podobným účelom, t. j. upraviť hydrodynamické pomery prúdenia teplovýmennej tekutiny generovaním intenzívneho vírového prúdenia. Za hlavnou časťou rúrového zvitku výmenníka tepla, tvorenou sústavou dvoch koaxiálnych skrutkovito zvinutých rúr, nadväzuje na centrálnu rúru 7 zakrivený difúzor 8 s kruhovým prierezom prietokového kanála, ktorého geometrický tvar je z hydrodynamického hľadiska optimalizovaný optimálnym vrcholovým uhlom zakrivenej kužeľov ej plochy definujúcim rozširovania kruhového prierezu v smere toku tekutiny. Skratkovitá os divergentného, t. j. rozširujúceho sa prietokového kanála zakriveného difúzora 8 má rovnaký priemer aj stúpanie ako spoločná os prietokových kanálov v sústave dvoch koaxiálnych skrutkovito zvinutých vonkajšej rúry 6 a centrálnej rúry 7 tvoriacich hlavnú časť rúrového zvitku výmenníka tepla. Zakrivený difúzor 8 nemusí byť použitý v každej aplikácii výmenníka tepla. Jeho použitie závisí od konkrétnych požiadaviek na tepelno-hydrodynamické parametre prevádzky daného výmenníka tepla.With K 8649 Υ1, a second vortex-forming element 16 with a similar purpose, i.e. a heat-exchanging fluid 16, can also be placed along the flow. j. adjust the hydrodynamic flow conditions of the heat exchange fluid by generating an intense vortex flow. Behind the main part of the coil of the heat exchanger, consisting of a set of two coaxial helically coiled tubes, is connected to the central tube 7 by a curved diffuser 8 with a circular flow channel cross section whose geometric shape is optimized direction of fluid flow. The abbreviated axis divergent, i.e. j. The widening flow channel of the curved diffuser 8 has the same diameter and pitch as the common axis of the flow channels in a system of two coaxial helically coiled outer tubes 6 and a central tube 7 forming the main part of the coil of the heat exchanger. The curved diffuser 8 need not be used in every heat exchanger application. Its use depends on the specific requirements for the thermo-hydrodynamic performance of the heat exchanger.
Funkcia výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami je nasledujúca. Horúca teplovýmenná tekutina 11, t. j. teplovýmenná tekutina určená na ochladzovanie vo výmenníku tepla, vteká zdola rúrou 5 na prívod tekutiny do vnútorného priestoru výmenníka tepla a ďalej tečie vzostupne v priamom úseku rúry 5 na prívod tekutiny do hornej časti vnútorného priestoru výmenníka tepla. V hornej časti vnútorného priestoru výmenníka tepla pokračuje tok horúcej teplovýmennej tekutiny 11 skrutkovito stočeným úsekom centrálnej rúry 7 zostupne, pričom nastáva jej ochladzovanie prostredníctvom chladiacej teplovýmennej tekutiny 13, ktorá prúdi v medzikražnom priestore 22 skrutkovito stočených koaxiálnej vonkajšej rúry 6 a centrálnej rúry 7 vnútri výmenníka tepla. Pri prúdení teplovýmenných tekutín skrutkovito stočeným úsekom koaxiálnej vonkajšej rúry 6 a centrálnej 7 je vygenerovaný vírový charakter prúdenia ochladzovanej teplovýmennej tekutiny 11 v centrálnej rúre 7 a chladiacej teplovýmennej tekutiny 13 v medzikražnom priestore 22 skratkovicového rúrového zvitku. Vírový charakter prúdenia sa vyznačuje okrem primárnych zložiek rýchlosti prúdenia tekutiny v smere jej hlavného toku, t. j. v smere osi skrutkovito stočených koaxiálnych rúr, ktorá má tvar skrutkovice, aj sekundárnymi zložkami rýchlosti prúdenia tekutiny v smere kolmom na jej hlavný tok. Opísané vírové prúdenie je generované jednak účinkom odstredivej sily pôsobiacej na teplovýmenné tekutiny prúdiace v zakrivených kanáloch tvorených vnútorným priestorom 21 centrálnej rúry 7 a medzikružným priestorom 22 vymedzeným vonkajšou rúrou 6 a centrálnou rúrou 7, pričom vznikajú tzv. Deanove víry. Ale vírové prúdenie teplovýmenných tekutín môže byť generované vo vnútornom priestore 21 centrálnej rúry 7av medzikražnom priestore 22 skratkovicového rúrového zvitku aj prostredníctvomprvých a drahých vírotvomých prvkov 17 a 16 a v takom prípade nastáva superpozícia obidvoch mechanizmov generovania vírového prúdenia. Prvé a drahé vírotvomé prvky 17 a 16 sú tvarovo optimalizované a vhodne usporiadané sústavy lamiel, ktoré môžu byť opakovane umiestnené v pracovných priestoroch pozdĺž toku teplovýmenných tekutín. Na dosiahnutie optimálneho superpozičného efektu pri súčasnom generovaní vírového prúdenia v zakrivených kanáloch dvoma opísanými mechanizmami je potrebné optimalizovať geometrickú konfiguráciu zakrivených kanálov, t. j. skrutkovito stočených koaxiálnych rúr výmenníka tepla, vrátane geometrického tvaru a rozmiestnenia prvých a druhých vírotvomých prvkov 17 a 16 s ohľadomna procesné podmienky prevádzky výmenníka tepla. Ochladzovaná tekutina vyteká výtokom 15 z vnútorného priestoru 21 centrálnej rúry 7 cez zakrivený difúzor 8 do vnútorného priestoru vonkajšieho plášťa výmenníka tepla, pričom v centrálnej oblasti 18 skrutkovito stočených rúr prúdi vírovým pohybom vzostupne a v okrajovej oblasti 19 medzi vonkajším obvodom skrutkovito stočených rúr a vnútorným povrchom valcovej časti 1 plášťa a kužeľovej časti 2 plášťa výmenníka tepla zostupne. Opísané prúdenie v priestoroch centrálnej oblasti 18 skrutkovito stočených rúr a okrajovej oblasti 19 výmenníka tepla je vygenerované vhodnou geometrickou konfiguráciou jeho vonkajšieho plášťa pri uvedenom spôsobe výtoku 15 ochladzovanej tekutiny zvnútra 21 centrálnej rúry 7 cez zakrivený difúzor 8. Pri takomto prúdení nastáva sekundárny prestup tepla cez stenu vonkajšej rúry 6 medzi ochladzovanou tekutinou vnútri vonkajšieho plášťa výmenníka tepla a chladiacou tekutinou prúdiacou v medzikražnom priestore 22 skrutkovito stočených koaxiálnych rúr. Pre intenzifikáciu prestupu tepla na vonkajšom povrchu vonkajšej skrutkovito zvinutej rúry 6 môže byť tento povrch celý alebo sčasti orebrovaný. Aby opísaný sekundárny prestup tepla prispel k zvýšeniu účinnosti výmenníka tepla, je potrebné optimalizovať jeho konštrukciu a prevádzku vzhľadom na fyzikálne -chemické vlastnosti a prevádzkové podmienky (teplota, tlak, rýchlosť prúdenia) použitých teplovýmenných tekutín. Vurčitých prípadoch by pri daných prevádzkových podmienkach mohol opísaný sekundárny prestup tepla vo výmenníku tepla znižovať jeho účinnosť. Toto môže napríklad nastať, ak teplota výstupného prúdu 14 chladiacej, resp. ohrievajúcej sa teplovýmennej tekutiny bude vyššia ako teplota na výtoku 15 ochladzovanej teplovýmennej tekutiny zo zakriveného difúzora 8 dovnútra vonkajšieho plášťa výmenníka. V uvedenom prípade by pri nevhodných hydrodynamických pomeroch prúdenia ochladzovanej teplovýmennej tekutiny vnútri vonkajšieho plášťa výmenníka tepla (relatívne veľká kinetická energia ochladzovanej teplovýmennej tekutiny vytekajúcej zo zakriveného difúzora 8) mohlo nastať čiastočné sekundárne ohrievanie ochladzovanej teplovýmennej tekutiny v hornej časti vnútorného priestoru vonkajšieho plášťa výmenníka tepla. Tento nepriaznivý jav možno potlačiť, okrem optimalizácie hydrodynamických pomerov prúdenia teplovýmennej tekutiny vnútri vonkajšieho plášťa výmenníka tepla, tiež zaizolovaním časti vonkajšieho povrchu vonkajšej skrutkovito zvinutej rúry 6, prípadne neoThe function of the heat exchanger with coaxial coiled coils is as follows. The hot heat transfer fluid 11, i. j. the heat exchanger fluid to be cooled in the heat exchanger flows from below through the fluid inlet pipe 5 to the interior of the heat exchanger and further flows upwardly in the straight section of the fluid inlet pipe 5 into the upper part of the interior of the heat exchanger. In the upper part of the internal space of the heat exchanger, the flow of hot heat exchange fluid 11 continues in the helically coiled section of the central tube 7, descending, cooling it by cooling coolant fluid 13 flowing in the interstice space 22 of the coiled coaxial outer tube 6 and the central heat exchanger 7 inside. . When the heat exchange fluids flow through the helically coiled section of the coaxial outer tube 6 and the central 7, the vortex pattern of the flow of the cooled heat exchange fluid 11 in the central tube 7 and the coolant heat exchange fluid 13 in the interstice space 22 of the coil tube is generated. The vortex character of the flow is characterized in addition to the primary components of the flow rate of the fluid in the direction of its main flow, i. j. in the direction of the axis of the helically coaxed coaxial tubes, which has the shape of a helix, also by the secondary components of the fluid flow rate in a direction perpendicular to its main flow. The vortex flow described above is generated on the one hand by the centrifugal force acting on the heat exchange fluids flowing in the curved channels formed by the inner space 21 of the central tube 7 and the annular space 22 defined by the outer tube 6 and the central tube 7. Dean's beliefs. However, the vortex flow of heat exchange fluids can be generated in the interior 21 of the central tube 7 and in the interspace space 22 of the short-circuited coil also through the first and expensive vortex-forming elements 17 and 16, in which case the two vortex flow generation mechanisms are superposed. The first and expensive vortex-forming elements 17 and 16 are shape-optimized and suitably arranged lamella assemblies which can be repeatedly placed in the working spaces along the flow of heat exchange fluids. In order to achieve an optimum superposition effect while simultaneously generating vortex flow in the curved channels by the two mechanisms described, it is necessary to optimize the geometric configuration of the curved channels, i. j. helically coiled coaxial heat exchanger tubes, including the geometric shape and spacing of the first and second vortex-forming elements 17 and 16 with respect to the process conditions of the heat exchanger operation. The cooled fluid flows through the outlet 15 from the interior 21 of the central tube 7 via a curved diffuser 8 into the interior of the outer shell of the heat exchanger, flowing in the central region 18 of the helically twisted tubes upwardly and in the peripheral region 19 between the outer periphery of the helical twisted cylinders. the shell part 1 and the conical shell part 2 of the heat exchanger descending. The described flow in the central region 18 of the helically coiled tubes and the edge region 19 of the heat exchanger is generated by a suitable geometric configuration of its outer casing in said method of cooling fluid outlet 15 from inside the central tube 7 via a curved diffuser. an outer tube 6 between the cooled fluid within the outer shell of the heat exchanger and the cooling fluid flowing in the interstice space 22 of the coiled coaxial tubes. In order to intensify the heat transfer on the outer surface of the outer helically wound tube 6, this surface may be entirely or partially ribbed. In order to contribute to the efficiency of the heat exchanger described above, it is necessary to optimize its design and operation with respect to the physical-chemical properties and operating conditions (temperature, pressure, flow rate) of the heat exchange fluids used. In certain cases, under the given operating conditions, the described secondary heat transfer in the heat exchanger could reduce its efficiency. This can occur, for example, if the temperature of the outlet stream 14 of the cooling or cooling-off system is reduced. of the heated heat exchange fluid will be higher than the temperature at the outlet 15 of the cooled heat exchange fluid from the curved diffuser 8 inside the outer shell of the exchanger. In this case, at inappropriate hydrodynamic flow ratios of the cooled heat exchange fluid within the outer shell of the heat exchanger (relatively large kinetic energy of the cooled heat exchange fluid flowing from the curved diffuser 8), partial secondary heating of the cooled heat exchange fluid of the upper shell of the upper shell may occur. This unfavorable phenomenon can be suppressed, in addition to optimizing the hydrodynamic flow ratios of the heat exchange fluid within the outer shell of the heat exchanger, also by insulating a portion of the outer surface of the outer helically coiled pipe 6 or neo
S K 8649 Υ1 rebrovaním tejto časti vonkajšieho povrchu, cez ktorú by mohol nastať uvedený nežiaduci prestup tepla. Ochladená teplovýmenná tekutina má výtok 12 z vnútorného priestoru vonkajšieho plášťa výmenníka tepla cez otvor 20 do osovo symetrického medzikružného priestoru 23 vymedzenej predĺženou priamou časťou rúry 5 na prívod tekutiny a rúrou 4 na odvod tekutiny. V prípade, ak má prúd ochladenej teplovýmennej tekutiny (výtok 12) z výmenníka tepla relatívne väčšiu tangenciálnu zložku rýchlosti, t. j. vyznačuje sa relatívne väčšou kinetickou energiou, môžu byť na začiatku medzikružného priestoru 23 nainštalované vhodne tvarované lamely s cieľom transformovať s čo najvyššou účinnosťou dynamický tlak zodpovedajúci tangenciálnej zložke rýchlosti prúdenia ochladenej tekutiny na statický tlak, v dôsledku čoho sa zvýši celkový statický tlak v ochladenej teplovýmennej tekutine na výtoku 12 z výmenníka tepla. Uvedeným spôsobom možno znížiť celkovú tlakovú stratu vznikajúcu pri prúdení ochladzujúcej sa teplovýmennej tekutiny vo výmenníku tepla. Pracovné priestory, t. j. vnútorný priestor 21 centrálnej rúry 7 a medzikružný priestor 22 skrutkovicového rúrového zvitku, ochladzovanej a ohrievanej teplovýmennej tekutiny vo výmenníku tepla môžu byť na rozdiel od prípadu opísaného v predchádzajúcom texte vymenené, t. j. vnútorným priestorom 21 centrálnej rúry 7 skrutkovicového rúrového zvitku výmenníka tepla môže pretekať ohrievaná teplovýmenné tekutina a medzikružným priestorom 22 ochladzovaná teplovýmenná tekutina. Tomu je potrebné čiastočne prispôsobiť aj konštrukčné usporiadanie výmenníka tepla, najmä v prípadoch, ak bude požadovaná prirodzená (pasívna) cirkulácia jednej alebo obidvoch teplovýmenných tekutín v systéme, v ktorombude výmenník tepla použitý. Taktiež vzájomná orientácia hlavných tokov teplovýmenných tekutín môže byť súprúdová na rozdiel od prípadu znázorneného na obr. 1 a obr. 3, kde je protiprúdová.With K 8649 Υ1 by ribbing this part of the outer surface through which the undesirable heat transfer could occur. The cooled heat exchange fluid has an outlet 12 from the inner space of the outer shell of the heat exchanger through an opening 20 into an axially symmetrical annular space 23 delimited by an elongated straight portion of the fluid inlet pipe 5 and a fluid outlet pipe 4. In case the stream of cooled heat exchange fluid (outlet 12) from the heat exchanger has a relatively greater tangential velocity component, i. j. characterized by relatively greater kinetic energy, suitably shaped lamellas may be installed at the beginning of the annular space 23 in order to transform with maximum efficiency a dynamic pressure corresponding to a tangential component of the flow rate of the cooled fluid to a static pressure, thereby increasing the total static pressure in the cooled heat exchange fluid at the outlet 12 of the heat exchanger. In this way, the total pressure loss resulting from the flow of the cooling heat exchange fluid in the heat exchanger can be reduced. Workspaces, i.e. j. the inner space 21 of the central tube 7 and the annular space 22 of the helical coil, the cooled and heated heat exchanger fluid in the heat exchanger can be exchanged, as opposed to the case described above, i. j. A heated heat exchange fluid can flow through the interior 21 of the central tube 7 of the coil of the heat exchanger coil and the heat exchange fluid cooled through the annular space 22. The design of the heat exchanger also needs to be partially adapted to this, especially if the natural (passive) circulation of one or both heat exchange fluids in the system in which the heat exchanger is used is required. Also, the relative orientation of the main heat exchange fluid streams can be co-current, unlike the case shown in FIG. 1 and FIG. 3, where it is countercurrent.
Príklad 2Example 2
Základný konštrukčný variant výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito zvinutými rúrami umiestnenými vnútri vonkajšieho plášťa opísaný v príklade 1 a znázornený na obr. 1 môže mať aj alternatívne konštrukčné alebo procesné usporiadania. Na obr. 2 až 4 sú znázornené alternatívne konštrukčné riešenia výstupu teplovýmennej tekutiny z vnútorného priestoru plášťa výmenníka tepla. Na rozdiel od axiálneho výstupu 12 teplovýmennej tekutiny je v prípade znázornenom na obr. 2 výstupná rúra 4 tangenciálne pripojená k dolnej kužeľovej časti 2 vonkajšieho plášťa výmenníka tepla. Vtomto prípade ide o tangenciálny výstup 12 teplovýmennej tekutiny z vnútorného priestoru plášťa výmenníka tepla. Priania časť rúry 5 na prívod tekutiny je vedená cez uzáver 24 v dolnej kužeľovej časti 2 vonkajšieho plášťa výmenníka tepla. Pripojenie výstupného kanála k dolnej kužeľovej časti vonkajšieho plášťa výmenníka tepla môže mať tiež špirálové usporiadanie, ako je to znázornené na obr. 3 alebo skratkovité usporiadanie, ako je to znázornené na obr. 4.The basic design variant of the heat exchanger with coaxial coiled coils arranged inside the outer casing described in Example 1 and shown in FIG. 1 may also have alternative design or process arrangements. In FIG. Figures 2 to 4 show alternative design solutions for the heat exchange fluid outlet from the interior of the heat exchanger shell. In contrast to the axial outlet 12 of the heat exchange fluid, in the case shown in FIG. 2 an outlet pipe 4 tangentially connected to the lower conical portion 2 of the outer shell of the heat exchanger. In this case, it is the tangential outlet 12 of the heat exchange fluid from the interior of the shell of the heat exchanger. The wish part of the fluid inlet pipe 5 is guided through the closure 24 in the lower conical part 2 of the outer shell of the heat exchanger. The connection of the outlet duct to the lower conical portion of the outer shell of the heat exchanger may also have a spiral arrangement as shown in FIG. 3 or an abbreviation, as shown in FIG. 4th
Príklad 3Example 3
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu technického riešenia je opísaný alternatívny konštrukčný variant výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami bez vonkajšieho plášťa, ktoiý je znázornený na obr. 5. V tomto prípade nie sú koaxiálne skrutkovito zvinuté rúry umiestnené vo vonkajšom plášti, ale tvoria samostatný konštrukčný celok, pričom centrálna rúra 7 rúrového zvitku má prianiu časť rúiy 5 na prívod teplovýmennej tekutiny a rúru 4 na odvod teplovýmennej tekutiny ukončenú hrdlami, podobne ako v prípade konštrukčného riešenia vstupnej rúiy 9 a výstupnej rúiy 10 na teplovýmennú tekutinu pretekajúcu medzikružným priestorom 22 výmenníka tepla. V medzikražnom priestore 22 rúrového zvitku výmenníka tepla a prípadne aj vo vnútornom priestore 21 jeho centrálnej rúry 7 sú umiestnené prvé a drahé vírotvomé prvky 17 a 16 podobne ako v konštrukčnom variante výmenníka tepla s vonkajším plášťom Prechod tepla medzi tep lový menný mi tekutinami v sústave dvoch koaxiálne skrutkovito stočených rúr nastáva výhradne cez stenu centrálnej rúry 7. Cez stenu vonkajšej rúiy 6 môže prebiehať výmena tepla medzi teplovýmennou tekutinou prúdiacou v medzikražnom priestore 22 výmenníka tepla a okolitým prostredím, pričom vonkajší povrch vonkajšej rúry 6 môže byť z dôvodu intenzifikácie prestupu tepla orebrovaný. Vprípade požiadavky na zamedzenie prestupu tepla medzi teplovýmennou tekutinou prúdiacou v medzikražnom priestore 22 výmenníka tepla a okolitým prostredím bude na vonkajšom povrchu vonkajšej rúiy 6 výmenníka tepla izolačná vrstva.In this example of a particular embodiment of the invention, an alternative design variant of a heat exchanger with coaxial helically coiled tubes without an outer jacket is shown, as shown in FIG. In this case, the coaxial helically coiled tubes are not located in the outer shell but form a separate assembly, wherein the central tube 7 of the coil has a desire part of the heat transfer fluid inlet 5 and the heat transfer fluid outlet tube 4 terminated in the sockets, similar to in the case of the design of the inlet lip 9 and the outlet lip 10 for the heat exchange fluid flowing through the annular space 22 of the heat exchanger. In the interstice space 22 of the coil of the heat exchanger and possibly also in the interior space 21 of its central tube 7, the first and expensive vortex-forming elements 17 and 16 are located similar to the design variant of the outer shell heat exchanger. coaxially helically coiled tubes only occur through the wall of the central tube 7. Heat exchange between the heat exchange fluid flowing in the interstice space 22 of the heat exchanger and the surrounding environment can take place through the wall of the outer tube 6, and the outer surface of the outer tube 6 can be ribbed. If there is a requirement to prevent heat transfer between the heat exchanger fluid flowing in the interstice space 22 of the heat exchanger and the surrounding environment, there will be an insulating layer on the outer surface of the outer heat exchanger 6.
Konštrukčné vyjasnenia. Opísané konštrukčné varianty výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito zvinutými rúrami môžu obsahovať okrem jednoduchých rúrových zvitkov aj dvoj- a viacnásobné rúrové zvitky, ktoré majú zvyčajne spoločnú centrálnu os. Z hľadiska procesu môžu byť dvoj - a viacnásobné rúrové zvitky zapojené paralelne, sériovo alebo kombinovane. Cieľom takéhoto usporiadania rúrových zvitkov je zväčšiť teplovýmennú plochu a s ohľadom na použité teplovýmenné tekutiny dosiahnuť vhodné procesné (tepelno -hydrodynamické) podmienky v pracovných priestoroch výmenníka tepla pri zvýšení miery kompaktnosti konštrukcie výmenníka tepla. Z hľadiska hydrodynamiky prúdenia teplovýmenných tekutín sa výmenník tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami vyznačuje núteným vírovým prúdením vo vnútornom priestore 21 centrálnej rúry 7 aj v medzikražnom priestore 22, medzi vonkajším povrchom centrálnej rúiy 7 a vnútorným povrchom vonkajšej rúry 6. Takýto charakter prúdenia teplovýmenných tekutín priaznivo ovplyvňuje konvektívny prestup tepla medzi teplový menný mi tekutinami a povrchmi pevnej steny (povrchy centrálnejStructural clarifications. The described heat exchanger variants with coaxial coiled coiled tubes may contain, in addition to single coils, also double and multiple coils, which usually have a common central axis. From the process point of view, double and multiple pipe coils can be connected in parallel, in series or in combination. The aim of such a coil arrangement is to increase the heat exchange surface and to achieve suitable process (thermo-hydrodynamic) conditions in the heat exchanger working space while increasing the compactness of the heat exchanger design with respect to the heat exchange fluids used. In terms of the flow hydrodynamics of the heat exchange fluids, the heat exchanger with coaxial helically coiled tubes is characterized by forced vortex flow in the inner space 21 of the central tube 7 also in the interstice space 22, between the outer surface of the central tube 7 and the inner surface of the outer tube 6. influences the convective heat transfer between the heat exchange fluids and the solid wall surfaces (central surfaces)
S K 8649 Υ1 rúry, vnútorný povrch vonkajšej rúry). Intenzívne vírové prúdenie teplovýmenných tekutín tiež zamedzuje prípadnému zanášaniu, inkrustácii pracovných priestorov výmenníka tepla.S K 8649 Υ1 pipe, inner surface of the outer pipe). The intense vortex flow of the heat exchange fluids also prevents any clogging, incrustation of the heat exchanger working spaces.
Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability
Priemyselná využiteľnosť konštrukcie výmenníka tepla s koaxiálnymi skrutkovito stočenými rúrami podľa technického riešenia nachádza uplatnenie v tepelnej a jadrovej energetike, v priemyselných technológiách chemického a potravinárskeho priemyslu, v environmentálnych technológiách, v technológiách úpravy pro10 stredia, ako je vykurovanie, chladenie a klimatizácia.The industrial applicability of the heat exchanger design with coaxial coiled coiled tubes according to the invention finds application in thermal and nuclear power engineering, in chemical and food industry industrial technologies, in environmental technologies, in treatment technologies for 10 environments such as heating, cooling and air conditioning.
S K 8649 Υ1N E 8649 Υ1
Zoznam vzťahových značiekList of reference marks
- valcová časť plášťa- cylindrical part of the shell
- kužeľová časť plášťa- conical part of the shell
- klenuté veko plášťa- arched cover of the tire
- rúra na odvod tekutiny- Fluid drain pipe
- rúra na prívod tekutiny- fluid inlet pipe
- vonkajšia rúra- Oven
- centrálna rúra- central oven
- difúzor- diffuser
-vstupná rúra-input oven
- výstupnárúra- output
11- vstup ochladzovanej tekutiny do centrálnej rúry11- entering the cooled fluid into the central tube
- výstup ochladzovanej tekutiny z vnútorného priestoru plášťa- outlet of the cooled fluid from the interior of the housing
- prívod chladiacej tekutiny do medzikružného priestoru- supply of coolant to the annular space
- odvod chladiacej tekutiny z medzikružného priestoru- removal of coolant from the annular space
- výtok ochladzovanej teplo výmennej tekutiny- cooled heat exchange fluid outlet
- druhý vírotvomý prvok- a second vortex element
- prvý vírotvomý prvok- the first vortex-forming element
- centrálna oblasť skrutkovito stočených rúr- the central area of the coiled tubes
- okrajová oblasť- peripheral area
- medzikružný osovo symetrický otvor- annular axially symmetrical bore
- vnútorný priestor centrálnej rúiy- interior space of the central ruja
- medzikružný priestor- annular space
- osovo symetrický medzikružný priestor- axially symmetrical annular space
- uzáver v dolnej kužeľovej časti plášťa- closure in the lower conical part of the shell
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK302019U SK8649Y1 (en) | 2019-03-12 | 2019-03-12 | Heat exchanger with coaxial twisted tubes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK302019U SK8649Y1 (en) | 2019-03-12 | 2019-03-12 | Heat exchanger with coaxial twisted tubes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK302019U1 SK302019U1 (en) | 2019-08-05 |
| SK8649Y1 true SK8649Y1 (en) | 2020-01-07 |
Family
ID=67432623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK302019U SK8649Y1 (en) | 2019-03-12 | 2019-03-12 | Heat exchanger with coaxial twisted tubes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK8649Y1 (en) |
-
2019
- 2019-03-12 SK SK302019U patent/SK8649Y1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SK302019U1 (en) | 2019-08-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| USRE35890E (en) | Optimized offset strip fin for use in compact heat exchangers | |
| CA1122202A (en) | Heat exchanger having improved tube layout | |
| EP0382098B1 (en) | Multi-tube type heat transfer apparatus | |
| EP2199703A2 (en) | Spiral heat exchanger for producing heating and/or sanitary use hot water, specifically designed for condensation applications | |
| RU2278292C2 (en) | Rocket engine member and method of its manufacture | |
| EP3394522A1 (en) | Fired heat exchanger | |
| RU2684690C2 (en) | Shell-and-tube heat exchanger, package for shell-and-tube heat exchanger, application of shell-and-tube heat exchanger (options) | |
| Ali et al. | Effect of design parameters on passive control of heat transfer enhancement phenomenon in heat exchangers–A brief review | |
| US12000661B2 (en) | Flow reactor | |
| EP2852804B1 (en) | Waste heat boiler with bypass and mixer | |
| US10094619B2 (en) | Heat exchanger having arcuately and linearly arranged heat exchange tubes | |
| EP3336474B1 (en) | Heat exchanger | |
| SK8649Y1 (en) | Heat exchanger with coaxial twisted tubes | |
| SK272019A3 (en) | Heat exchanger with coaxial twisted tubes | |
| RU2386096C2 (en) | Honeycomb heat exchanger with flow swirling | |
| EP1203195B1 (en) | Enhanced crossflow heat transfer | |
| US20210231379A1 (en) | Helical fractal heat exchanger | |
| CN214664323U (en) | Steam generator | |
| EP4083559A1 (en) | Heat exchanger | |
| CN113446619A (en) | Cold air steam heating device | |
| RU2391613C1 (en) | Shell-and-tube heat exchanger | |
| EP2446210B1 (en) | Heat-exchanger configuration | |
| CN212620276U (en) | Heat exchange device | |
| CN114294826B (en) | hot water boiler | |
| KR102513327B1 (en) | Gas-gas tube heat exchanger including insert with irregular pitch |