Пластинчатый теплообменник

 

Использование: для повышения эффективности рабочего процесса и упрощения изготовления теплообменников с увеличенной площадью поверхности теплообмена, Сущность изобретения: корпус теплообменника снабжен входными и выходными коллекторами теплоносителей. В корпусе установлены прямоугольно гофрированные перегородки 1. Их гофры образуют каналы для протока горячего и холодного теплоносителей 6 и 7. Стенки гофров могут иметь вы штамповки или оребрение. на входном и выходном участках перегородок гофры плавно уложены и герметично закреплены в коллекторных стенках. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (I! ) (st)s F 28 О 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4865985/06 (22) 18.07.90 (46) 23.11.92. Бюл, N. 43 . (71) Научно-исследовательский институт тепловых процессов (72) Г. B. Конюхов и А. И. Петров (56) Антурьев В. М., Гусев Е. К., Ивахненко

8. 8. и др. Теплообменные аппараты из профильных листов. Л.: Энергия, 1972, с. 25, рис. И5.

Авторское свидетельство СССР

М 1663370, кл. F 28 0 9/00. 1989. (54) ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК (57) Использование: для повышения эффективности рабочего процесса и упрощения изготовления теплообменников с увеличенной площадью поверхности теплообмена, Сущность изобретения: корпус теплообменника снабжен входными и выходными коллекторами теплоносителей. В корпусе установлены. прямоугольно гофрированные перегородки 1. Их гофры образуют каналы для протока горячего и холодного теплоносителей 6 и 7. Стенки гофров могут иметь выштамповки или оребрение. На входном и выходном участках перегородок гофры плавно уложены и герметично закреплены в коллекторных стенках. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1776961

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к компактным теплообменникам с увеличенной площадью поверхности теплообмена в единичном объеме теплообменника, и может быть использовано в энергетике; химической и пищевой промышленностях.

Уменьшение массы и обьема теплообменника заданной мощности при неизменных входных и выходных параметрах теплоносителей достигается с помощью уменьшения теплового сопротивления между теплоносителями, чему способствует интенсификация теплопереноса в каналах теплоносителей и уменьшение гидравлического диаметра каналов. Применительно к широко используемой в теплотехнике пластинчатой схеме теплообменника уменьшение гидравлического диаметра может быть получено за счет 1)сближения пластин, разделяющих горячий и холодный теплоносители, и 2) введения оребрения. В том случае, когда схема с оребрением по каким-либо причинам нежелательна (недостаточная тепловая эффективность ребер по сравнению со 100 -ной эффективностью пластин, нежелательность паяных соединений в проточном тракте, технологические ограничения и т.п.) вариант уменьшения гидравлического диаметра за счет сближения пластин приводит к усложнению конструкции коллекторов и затрудняет равномерный подвод теплоносителя на входе в каждый плоский щелевой канал по всей его ширине, причем эти недостатки усугубляются по мере уменьшения расстояния между пластинами, делая невозможным уменьшение, гидравлического диаметра далее некоторого предела, определяемого, в частности, технологическими возможностями производства.

Известен пластинчатый теплообменник из пластин сетчато-поточного типа с турбулизующими элементами ((1), стр. 25, рис.

1-15). Теплообменник изготавливается из любого металла, допускающего штамповку и сварку. Профильные листы изготавливаются обычно из заготОвок листового проката толщиной 0,5...1,2 мм. Каждая пара листов сваривается по двум отбортованным кромкам, образуя элемент теплообменника.

Сложенные в пакет элементы свариваются попарно по другим кромкам. Фланцы и коллекторы два подвода теплоносителей образуются следующим образом: края пакета представляют зубчатую линию, по конфигурации которой выполняется специальная гребенка ((1), рис. 1-16а). По двум другим сторонам пакет окантовывается планками.

К получающейся прямоугольной раме при10

Наиболее близким к заявленному изо20 . бретению является пластинчатый теплооб25

55 вариваются полки для фланцевых соединений, К фланцам пристыковываются коллекторы горячего и холодного теплоносителей.

Теплообменник функционирует при пропускании горячего и холодного теплоносителей по системе разделенных пластинами щелевых каналов от входного коллектора до выходного в каждом тракте.

Недостатком пластинчатого теплообменника описанного типа является большое число и протяженность сварных швов, среди которых есть достаточно сложные, как, например, при вварке гребенки, Как следствие — большая трудоемкость изготовления теплообменника и повышенная вероятность утечек теплоносителей через дефекты сварных соединений. менник (2), содержащий корпус и установленную в нем с зазором перегородкус прямоугольным гофрами, образующими каналы для теплообменивающихся сред. В зазоре установлена проставка, выполненная из металлического войлока или в виде гофрированной пластины с гофрами, перпендикулярными гофрам перегородки. Высота гофров перегородки равна расстоянию между стенками корпуса за вычетом зазоров. Гофры образуют систему щелевых каналов, объединенных на входе и выходе коллекторами. Герметичное разделение трактов горячего и холодного теплоносителей осуществляется соединением кромок гофров попарно и присоединением их на части длины к деталям корпуса и коллекторов.

Теплообменник функционирует при пропускании горячего и холодного теплоносителей по системе образованных гофрами щелевых каналов от входного коллектора до выходного в каждом тракте.

Недостатком описанного теплообменника с одной прямоугольно гофрированной перегородкой является трудоемкость образования герметичного соединения кромок гофров по всей высоте гофров, т.е, от одной стенки корпуса теплообменника до другой, Трудоемкость этой операции возрастает с уменьшением толщины стенки перегородки и с увеличением поперечного размера теплообмен ника (высота гофров). Дополнительным недостатком этой конструкции является сложность равномерного подвода и отвода теплоносителя по всей ширине каждого щелевого канала, образованного стенками гофров, ввиду малой величины отношения высоты такого канала к его ширине при чередовании каналов горячего и холод1776961

10

25

55 ного теплоносителей с шагом, равным расстоянию между стенками гофров.

Следствие этих недостатков является невозможность увеличения компактности и эффективности теплообменника далее некоторого предела за счет уменьшения расстояния между стенками гофров (и уменьшения таким образом гидравлического диаметра щелевых каналов).

Целью изобретения является повышение эффективности рабочего процесса за счет улучшения равномерности распределения теплоносителей по каналам и упрощение технологии изготовления гофрированной перегородки за счет уменьшения площади обрабатываемой поверхности перегородки и уменьшения глубины гофров.

Поставленная цель достигается за счет того, что в теплообменнике с прямоугольно гофрированной перегородкой число перегородок увеличено (выполнено большим единицы), входные и выходные участки гофров уложены и герметично соединены в одном монолитном слое или соединены кромками стенок соседних гофров попарно, стенки гофров имеютдистанционирующие рельефные элементы, между перегородками установлены негерметичные разделительные элементы.

В предлагаемом теплообменнике, в варианте соединения кромок гофров в одном монолитном слое, при сколь угодно малой гидравлическом диаметре щелевых каналов для протока теплоносителей конструкция коллекторов сравнительно проста, не содержит миниатюрных элементов и не требует особо сложных соединительных операций. В варианте пожарного соединения кромок гофров трудоемкость операции соединения существенно уменьшается по сравнению с аналогичной операцией, выполняемой при изготовлении теплообменника, описанной в(2), за счет уменьшения длины каждого соединительного шва. Замена одной гофрированной перегородки несколькими при неизменной общей длине соединительных швов (или при ее уменьшении, как в варианте соединения кромок гофров в одном слое) упрощает технологию изготовления каждой отдельной перегородки и уменьшает потери из-за брака при изготовлении, Равномерность распределения теплоносителя по каналам каждой пластины обеспечивается малым гидравлическим сопротивлением коллекторных участков(сравнительно с сопротивлением межгофровых щелевых каналов) и малой протяженностью участков поперечного растекания теплоносителя внутри щелевых каналов малого гидравлического диаметра (по сравнению с конструкцией, описанной в(2), где ширина щелевого канала равна расстоянию между стенками теплообменника). Ширина зоны поперечного растекания теплоносителя зависит от способа герметичного соединения кромок гофров, но не превышает высоты гофров.

На фиг. 1 показан теплообменник, поперечный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг.

1; на фиг. 3 — деталь поперечного разреза изображающая стенки гофров с дистанционирующими BbllUTBMtlQBKBMM; на фиг. 4— поперечный разрез гофрированной перегородки, стенки которой оборудованы выштамповками или ребрами; на фиг. 5— гофрированная перегородка с кромками, уложенными и герметично соединенными в одном монолитном слое (показаны элементы боковой стенки и разделительного элемента); на фиг. 6 — варианты укладки в одной слой гофрированной перегородки: а) в средней плоскости перегородки; б) в граничной плоскости с присоединением коллекторной 1 разделительной стенки; на фиг. 7 — соединение кромок гофров перегородки попарно между собой с присоединением коллекторной разделительной стенки в средней плоскости перегородки; на фиг, 8 — соединение кромок гофров перегородки попарно между собой с присоединением коллекторной разделительной стенки в граничной плоскости перегородки.

Теплообменник (фиг. 1, 2. 3) содержит прямоугольно гофрированные перегородки

1, числом более одной, без взаимного вложения гофров соседних перегородок, установленные в корпусе, включающем днища 2 и боковые стенки 3, входные и выходных коллекторы горячего 4 и холодного 5 теплоносителей. Гофры каждой перегородки 1 в объеме, занимаемом перегородкой, образуют систему герметично разделенных стенкой перегородки чередующихся параллельных щелевых каналов для протока горячего 6 и холодного 7 теплоносителей, Между перегородками 1 установлены негерметичные разделительные элементы 8, предотвращающие взаимное вложение гофров соседних перегородок, С целью повышения эффективности рабочего процесса разделительные элементы

8 могут быть выполнены в виде прослоек, легко деформируемых по толщине (при сборке нескольких перегородок 1 в пакет с прижатием их друг к другу) и нерастяжимых в направлении, перпендикулярном гофрам.

В этом виде элементы 8 выполняют функцию распределенного гидравлического со1776961 противления и затрудняют проток теплоносителя вне щелевых каналов, образованных гофрами, Для стабилизации величины зазора между стенками гофров перегородки 1 и увеличения эффективности процесса теплообмена между теплоносителем и стенкой последняя может быть оборудована (фиг. 3, 4) выштамповками 9, ребрами 10 или другими элементами, образующими выпуклый рельеф. Кромки гофров каждой перегородки 1 герметично соединены между собой и с коллекторными разделительными стенками

12 одним из способов, показанных на фиг.

5...8. На входных и выходных участках.гофры плавно укладываются и герметично соединяются в одном монолитном слое (фиг. 5, 6, где также показаны элементы боковой стенки 3 и разделительной прослойки 8, а также коллекторная разделительная стенка

12), или соединяются кромками попарно (фиг. 7, 8) с использованием закладных элементов 11 и присоединением коллекторной разделительной стенки 12.

Теплообменник функционирует при прапускании теплоотдающего (горячего) 6 и тепловоспринимающего (холодного) 7 теплоносителей по системе разделенных перегородками 1 щелевых каналов между входными и выходными коллекторами.

Технический и зкономический эффект при использовании предложенной конструкции возрастает с увеличением компактности теплообменника т,е, с увеличением площади стенки перегородки 1 в единице обьема теплообменника, что реализуется при уменьшении зазора между стенками гофров (уменьшении высоты рельефных элементов 9, 10) и уменьшении толщины материала стенки. В варианте соединения входных и выходных кромок гофров перегородки 1 в одном монолитном слое при зазоре между стенками гофров (высоте элементов 9, 10) 0,3 мм, толщине материала стенки

0,1 мм и высоте гофров (толщине гофриро5 ванной перегородки) 10 мм в предложенной конструкции протяженность швов, герметично соединяющих входные и выходные кромки гофров перегородки. в 25 раз меньше, чем в конструкции теплообменника, 10 описанного в (2), причем в случае сварного соединения шов s предложенной конструкции становится значительно более простым в исполнении эа счет многократного увеличения толщины (при укладывании гофров il5 одной на другой) оплавляемого материала в зоне шва.

Формула изобретения

1. Пластинчатый теплообменник, содер20 жащий установленный в корпусе теплообменный модуль, выполненный в виде гофрированной профилированной проставки с примыкающим к ней разделительным элементом,отл ича ю щийс я тем, что,с

25 целью повышения эффективности путем улучшения равномерности распределения теплоносителя, в корпусе установлен набор идентичных модулей, при этом разделительные элементы выполнены в виде

30 перегородок с отверстиями, кромки гофров проставок уложены в один плоский слой и герметично закреплены в коллекторных стенках а стенки гофров снабжены дистанционирующими рельефными элемен35 тами.

2. Теплообменник по и, 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, кромки гофров соединены попарно, а между ними размещены

40 герметизирующие элементы.

1776961

Фиг..7

<Риг 7

Составитель Г. Конюхов

Техред М.Моргентал Корректор А. Долинич

Редактор Т. Иванова

Заказ 4114 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101