Теплообменник

 

И пользование: для повышения эффективно ;ти теплообмена в холодильной, крио АЗ ВГ№ генной, микрокриогенной и других отраслях техники. Сущность изобретения: теплообменник содержит пакет секций 1 из набора перфорированных пластин 4 и 5. В продольном зазоре между секциями 1 установлен разделительный лист 10 с отверстиями 11, Последние совпадают с перфорациями прилегающих к нему пластин. Секции с одной стороны листа 10 смещены относительно секций с другой его стороны на величину, превышающую половину своей длины. Поперечные зазоры 2 между секциями 1 выполнены сквозными на высоту секции 1 и примыкают к листу 10. Входные и выходные отверстия каналов расположены в зонах, к которым примыкают крайние секции. 3 ил.

СО1ОЗ CORETCKNX

СО! (ИА!1ИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) ГОС

ВЕД (ГОС

АРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

MCTBO СССР

АТЕНТ СССР) К А

2 (54) 7 (57) И тивно гЮВГДЕ (21) 4 (22) 1 (46) 0 (71) О техн (72) А село

В.И. (56) А

К 11

А

N 16

ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

81667/06 .11.90 .02.93. Бюл, N 5 есский институт низкотемпературной ки и знергетики

А.Сотников, Г.К,Лавренченко, Н.В.Beа, В.В.Волгушев, А.В.Тригуб и рацион торское свидетельство СССР

1810, кл, F 28 F 3/00. 1985. торское свидетельство СССР

7477, кл. F 28 F 3/00, 1989, ПЛООБМЕННИК пользование: для повышения эффекти теплообмена в холодильной, крио(я)з F 28 D 9/00, F 28 F 3/00 генной, микрокриогенной и других отраслях техники. Сущность изобретения: теплообменник содержит пакет секций 1 из набора перфорированных пластин 4 и 5. В продольном зазоре между секциями 1.установлен разделительный лист 10 с отверстиями 11, Последние совпадают с перфорациями прилегающих к нему пластин. Секции с одной стороны листа 10 смещены относительно секций с другой его стороны на величину, превышающую половину своей длины, Iloперечные зазоры 2 между секциями 1 выполнены сквозными на высоту секции 1 и примыкают к листу 10, Входные и выходные отверстия каналов расположены в зонах, к которым примыкают крайние секции. 3 ил.

1793186

Предполагаемое изобретение относится к компактным теплообменным аппаратам матричного типа и может быть использовано в холодильной, криогенной и микрокриогенной, а также в других отраслях Tpхники, Известен пакет пластинчатого теплообменника, содержащий перфорированные пластины с отверстиями, диаметр которых равен ширине каналов. Отверстия располо>кены с шагом, составляющим 1,25...2 их диаметра (т.е. ширины канала) при расстоянйи между центрами перфорации в смежных пластинах 0,25...0,5 их шага в канале.

Недостатком данного пакета теплообменника является значительная площадь поперечного сечения стенок пакета, и как следствие, высокие теплопотери, вызванные разностью температур на концах пакета при малой длине каналов, определяемой высотой набора пакета, Известен теплообменник, содержащий последовательно размещенные секции, разделенные зазорами и выполненные из набора граничных и перфорированных пластин с образованием для теплообменивающихся сред плоских змеевиковых каналов, имеющих входные и выходные отверстия на противоположных сторонах пакета.

Недостатком такого теплообменника при достаточной длине каналов являются существенные теплопотери, вызванные разностью температур на концах и значительной продольной теплопроводность о теплообменника, поскольку теплопроводные пластины образуют непрерывные стенки каналов по всей их длине и поток тепла беспрепятственно проходит по пластинам от теплого к холодному концу аппарата, прогревая его, Последним вызывается недоохлаждение одного из потоков и недогрев второго. Это обстоятельство ограничивает применение компактных теплообменников в микрокриогенной технике, так как уменьшает холодопроизводительность систем охлаждения.

Целью изобретения является повышение эффективности теплообменника путем снижения теплопотерь за счет уменьшения продольной теплопроводности, Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем пакет секций, сообщенных между собой с образованием продольного и поперечного зазоров и выполненных каждая в виде примыкающего к граничной плите набора перфорированных пластин, образующих змеевиковые каналы для теплообменивающихся сред, входные и выходные отверстия которых располо>кены на противоположных краях пакета, в продольном зазоре между секциями установлен разделительный лист с отверстиями, совпадающими с перфорациями примыкающих к нему пластин, причем сек5 ции с одной стороны этого листа смещены относительно секций с другой его стороны на величину, превышающую половину своей длины, поперечные зазоры выполнены сквозными на высоту секции и примыкают к листу между его отверстиями, а входные и выходные отверстия каналов рас положены в зонах, к которым примыкают крайние секции.

Отличительными признаками таких теплообменников являются: установка в продольном зазоре между секциями разделительного листа; отверстия в разделительном листе совпадают с перфорациями примыкающих к нему пластин;

20 смещение секций с одной стороны на величину, превышающую половину длины секции; выполнение поперечных зазоров сквозными на высоту секции; примыкание поперечных зазоров к листу между его отверстиями; размещение входных и выходных отверстий каналов в зонах листа, к которым примыкают крайние секции.

На фиг,1 показан фронтальный вид теплообменника; на фиг,2 — вид теплообменника, план;. на фиг.3 — развертка его продольного сечения.

Теплообменник (фиг.1 — 3) содержит пакет секций 1, сообщенных между собой с образованием поперечных зазоров 2. Сек35 ции 1 выполнены каждая в виде примыкающего к граничной плите 3 набора попеременно собранных перфорированных теплопроводных 4 и малотеплопроводных 5 пластин. В наборе образованы змеевико40 вые каналы прямого б и обратного 7 потоков теплообменивающихся сред, выполненные посредством перфораций 8 и 9 в пластинах

4,5, В продольном зазоре между секциями 1 установлен разделительный лист 10 с отвер-

45 стиями 11. Отверстия 11 листа 10 совпадают с перфорациями 8, 9 примыкающих к нему пластин 4, 5, Секции 1 с одной стороны листа 10 смещены относительно секций 1 с другой его стороны на величину, превышающую половину своей длины, Поперечные зазоры 2 выполнены сквозными на высоту секции 1. Зазоры 2 примыкают к листу 10 на его неперфорированных участках 12, размещенных между отверстиями 11. Отверстия

13, 14 входа и выхода каналов б, 7 расположены в зонах 15, 16 листа 10, к которым примыкают крайние секции 1.

Движение сред и теплообмен в теплообменнике осуществляются следующим образом.

1?93186 ти во о поступ, Л! д; д

Лэ2 1 д, 40, l а с (3) д;

I =1 где!— стин ы)

Л матер д

Дл струкц форир

МЗр) и щей ст

То виде: э1! (2) ерез отверстия 13, 14, например, проком теплообменивающиеся среды ают в полости каналов 6,7 и движутся образно последовательно через все

1 к выходным отверстиям 13, 14. В се движения нагретая среда, движунапример, в канале 6, отдает тепло ми пластин между отверстиями 8. Это нтенсивно распространяется через канала к участкам пластин смежных в 7, где отдается охлаждающей срекольку теплообменная поверхность ах 6, 7 велика, интенсивность теплотакже велика, При этом эффективтеплообменника с поперечными ми достигает наибольшего значения, продольная теплопроводность его льна. ижение продольного теплового потодставляющего собой теплопотери, в гаемой конструкции теплообменниравнению с прототипом показано на е расчета эффективного коэффициплопроводности для каждой из этих кций, еплообменнике-прототипе поток отерь распространяется вдоль теподных пластин от теплого конца апк холодному в силу того, что стенки в, образованные этими пластинами, ся непрерывными по всей длине казигз го секц и проц с щаяс, участ а тепл и стен и кана о де.П с вкан л обме а ност заза а такк к мини а

С ка,п е пред а ка по прим р ента е конст у

В т тепло лопро парат канал являю нала.

Э ной те рассч ности извес фективный коэффициент продольлопроводности в этом случае можно тать как коэффициент теплопроводдоль слоев многослойной стенки по ной формуле: номер слоя (в нашем случае это пла — коэффициент теплопроводности ала 1-го слоя; — толщина l-го слоя. примера рассчитаем Л э! для кони прототипа, выполненной из перванных теплопроводных (медных малотеплоп роводных (из нержавеюли 12Х18Н10Т) пластин. а формулу (1) можно переписать в где Л м, Л QQ — коэффициенты теплопроводности меди (Л м = 380 Вт/(м.К)) и нержавеющей стали (Л н,с = 18 Вт/(м.K)); д1, д 2, д з — толщины соответственно

5 перфорированных медных пластин (д !0,5 мм), перфорированных пластин из нержавеющей стали (д 2 = 0,5 мм), граничных пластин из нержавеющей стали (дз = 3 мм); и!, П2, пз — количества пластин в пакете

1О (n! = nz = 30 шт„пз = 2 шт,).

Подставив значения параметров в формулу (2), получим Л эl = 170 Вт/(м.К).

В предлагаемой конструкции теплообменника тепловой поток от одного конца аппарата к другому не мОжет идти вдоль пластин, поскольку между секцияМи выполнены зазоры, изолирующие соседние секции друг от друга и являющиеся термическими сопротивлениями для теплового потока.

В данном случае поток теплопотерь от теплого конца теплообменника к холодному проходит в направлении, перпендикулярном поверхности пластин, и лишь часть его проходит вдоль разделительного листа, выполненного иэ малотеплопроводного материала, поскольку лист является общим для всех секций аппарата.

Тепловым потоком вдоль разделитель-. ного листа можно пренебречь в силу низкого значения коэффициента теплопроводности его материала, значительной длины и малого поперечного сечения. Рассчитать эффективный коэффициент теплопроводности в направлении, перпендикулярном поверхности пластин, можно по формуле:

В конструкции предлагаемого теплообменника, изготовленного из тех же самых материалов: медных (МЗр) перфорированных пластин, пластин из нержавеющей стали (12Х18Н10Т), граничных плит и разделительного листа, формула (3) примет вид: д! п1 + <Ъ п2 + з пз + д4п4 э2 р (4) 55 п 1 „- + пг -„— + пз -„— + n4

4 где д 4 — толщина разделительного листа (д 4 = 5 мм), 1793186 удобен в компоновке узлов охлаждения ввиду возможности выполнения его различной конфигурации (в виде кольца, прямоугольника и др.), c разным числом зигов., с вход5 ными и выходными отверстиями на удобной поверхности аппарата, а также ввиду возможности размещения других элементов узла охлаждения в центральной части его, либо в вырезанном секторе (см, фиг,2). Раз10 делительный лист, являющийся общим для всех секций теплообменника, придает ему достаточно высокую прочность. Такой àïïàрат несмотря на сложность конструкции является технологичным, так как он может

15 быть изготовлен с применением диффузионной сварки или пайки с последующей механической обработкой. Последнее позволяет изготовить его с высокой точностью по габаритным размерам, придает ему

20 хороший внешний вид и высокие потреби rïüñêèI-. качества, По данной заявке изготовлен экспериментальный образец. После сварки и механической обработки он испытан на прочность и плотность пробным дав25 лением гелия 2,5 МПа. В настоящее время экспериментальный образец подготовлен для сборки компрессионной системы охлаждения и ее теплогидравлических испытаний.

Формула изобретения

Теплообменник, содержащий пакет секций, сообщенных между собой с образованием продольного и поперечного зазоров и выполненнйх к а ждая в виде iið èì ûêÔáùåro к граничной плите набора перфорированных пластин, образующих змеевиковые каналы для теплообменивающйхся сред, входные и выходные отверстия которых расположены на противоположных краях пакета, отличающийся тем, что, с целью . повышения эффективности путем снижения теплопотерь, в продольном зазоре между п4 — количество разделительных листов (щ - 1 шт.).

Подставив значения параметров (недостающие значения сМ. в предыдущем примере) в формулу (4), получим i1 д - 27,7

Вт/(м, К), Таким образом продольная теплопроводность в предложенном теплообменнике составляет 1/6 часть от значения эффективного коэффициента продольной теплопроводности, имеющей место в конструкции прототипа.

Из приведенного выше следует, что при движении потока теплопотврь в продольном направлении (вдоль потоков рабочих сред) перпендикулярно поверхности медных и нержавеющих пластин, образующих многослойные стенки каналов, эффектив. ный коэффициент теплопроводности должен значительно уменьшится по сравнению с движением теплойотерь вдоль поверхности пластин. Это обстоятельство приводит к снижению теплопотерь в предлагаемом теплообменнике, и соответственно к повышению его эффективности.

Предложенный теплообменник предназначен для компрессионных систем охлаждения различного назначения. Он секциями дополнительно установлен разделительный лист с отверстиями, совпадающими с перфорациями примыкающих к нему пластин, причем секции с одной стороны этого листа смещены относительно секций с другой его стороны на величину, превышающую половину своей длины, поперечные зазоры выполнены сквозными на высоту секции и примыкают к листу между его отверстиями, а вхОдные и выходные отверстия каналов расположены в зонах, к которым примыкают крайние секции, ц : р