Теплообменник

 

Использование: для повышения теплообменников , применяемых в холодильной, криогенной и других отраслях техники. Сущность изобретения: теплообменник содержит ряд секций 1 из перфорированных пластин 4, 5. Секции установлены с образованием промежуточных зазоров 2. Пластины 4 и 5 в наборе образуют змеевиковые каналы прямого 6 и обратного 7 потоков теплообменивающихся сред. Пластины заключены между верхними и нижними граничными плитами. Последние выполнены с полостями в виде крышек с отверстиями во внутренних стенках. Эти отверстия совпадают с перфорациями примыкающих к ним пластин. Все крышки, кроме двух в крайних секциях, выполнены общими для пар соседних секций с образованием поворотных коллекторных камер. Крышки крайних секций образуют подводящий и отводящий коллекторы. 3 ил. f J гv со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)з F 28 D 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ р щийио

7,У 5P

Л /5

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4881666/06 (22) 12.11.90 (46) 23.05,93. Бюл. ¹ 19 (71) Одесский институт низкотемпературной техники и энергетики (72) А.А.Сотников, Г,К.Лавренченко, Н.B.Веселова, В.В,Волгушев, А.B.Òðèãóá и

В.И.Драцион (56) Авторское свидетельство СССР № 1161810, кл. F 28 F 3/00, 1985.

Грезин А.К., Зиновьев В.С. Микрокриогенная тахника, M., Машиностроение, 1977. с,232.

Микулин E.È., Шевич Ю.А, Матричные теплообменные аппараты. М.. Машиностроение, 1983, с.111.

Авторское свидетельство СССР

% 1677477, кл, F 28 D 9/00, 1989.

„„5U 1816951 А1 (54) ТЕПЛООБМЕННИК (57) Использование: для повышения теплообменников, применяемых в холодильной, криогенной и других отраслях техники. Сущность изобретения; теплообмен ник содержит ряд секций 1 из перфорированных пластин 4, 5. Секции установлены с образованием промежуточных зазоров 2, Пластины 4 и 5 в наборе образуют эмеевиковые каналы прямого 6 и обратного 7 потоков теплообменивающихся сред, Пластины заключены между верхними и нижними граничными плитами. Последние выполнены с полостями в виде крышек с отверстиями во внутренних стенках. Эти отверстия совпадают с перфорациями примыкающих к ним пластин. Все крышки, кроме двух в крайних секциях, выполнены общими для пар соседних секций с образованием поворотных коллекторных камер.

К ышки крайних секций образуют подводятводящий коллекторы. 3 ил.

1816951

Предполагаемое изобретение относится к компактным теплообменным аппаратам матричного типа и может быть использовано в холодильной, криогенной, микрокриогенной и других отраслях техники, Целью изобретения является повышение эффективности пакета теплообменника путем снижения теплопотерь, вызванных разностью температур на концах теплообменника.

На фиг. 1 изображен вид пакета тепло.обменника спереди; на фиг.2 — вид пакета в плане; на фиг,3 — развертка его продольного сечения, Пакет теплообменника (фиг.1 — 3) содержит последовательно размещенные секции

1, разделенные зазорами 2. Секции 1 выполнены из граничных 3, перфорированных теплопроводных 4 и малотеплопроводных 5 пластин, попеременно собранных в пакете, Пластины 4 и 5 в наборе образуют змеевиковые каналы прямого 6 и обратного 7 потоков теплообменивающихся сред, В теплопроводных пластинах 4 выполнена мелкая перфорация 2, а в малотеплопроводных 5 — круглые отверстия перфорации 9.

Смежные секции 1 объединены попарно граничными пластинами 3 так, что верхние граничные пластины относительно нижних смещены на величину более половины длины граничной пластины 3. В пластинах 3 выполнены отверстия 10, совпадающие с отверстиями 9 пластин 5. С наружной стороны граничных пластин 3 установлены коллекторные пластины 11, разные по длине гоаничным пластинам. А в пластинах 11 выполнены пазы 12, объединяющие отверстия перфорации 10 пластин 3 одних и тех же каналов 6 или

7 Таким образом, каналы 6 и 7 имеют большую длину, при этом они проходят последовательно через все секции 1 пакета и пазы

12 коллекторных пластин 11, Входы и выходы 13, 14 каналов 6, 7 соответственно расположены на концевых секциях 15 и 16.

Коллекторные пластины 11 с отверстиями

13, 14 примыкают лишь к одной концевой секции 15 или 16, Зазоры 2 между смежными секциями 1 выполнены на глубину до противоположной граничной пластины 3, объединяющей две смежные секции 1.

Движение сред и теплообмен в пакете осуществляются следующим образом, Через отверстия 13, 14, например, противотоком, теплообменивающиеся среды поступают в пазы 12 коллекторных пластин

11, примыкающих к концевым секциям 15, 16, и по ним распределяются по отверстиям перфорации 10 граничных пластин 3 в полости каналов 6, 7 концевых секций, Пройдя, 4д»

»=1 л, » . д»

»=1

35 где! — номер слоя (в данном случае пластины; — теплопроводность материала i-го слоя; д» вЂ” толщина i-ro слоя.

Для примера рассчитаем конструкцию прототипа из перфорированных теплопроводных медных (M3p) пластин, малотеплопроводных пластин из нержавеющей стали (12Х18Н10Т), и граничных пластин из нержавеющей стали (12Х18Н10Т). Тогда формулу (1) можно переписать в виде:

Q д1 n1+i4.с<. дг пг +k.<<. дЗ пЗ лэ1 п1 1+пг +пз 3 где А», Я».c. — коэффициенты теплопровод55 ности меди (л»» = 380 Вт/(м К)) и нержавеющей стали (Я.с = 18 Вт/(м К)); д1, дг, дз — толщины соответственно перфорированных медной пластины (д1 =0,5 мм), пластины иэ нержавеющей

30 каналы 6, 7 концевых секций среда через отверстия 10 противоположной граничной пластины 3, поступает в пазы 12 коллекторной пластины 11, объединяющей концевую секцию 16 или 15 со смежной секций 1.

Далее среды последовательно проходят участки каналов 6, 7 в секциях 1 и пазах 12 пластин 11 всего пакета теплообменника и выходят из концевой секции 15, 16 через соответствующие выходные отверстия 13, 14. В процессе движения сред происходит теплообмен между ними.

Поскольку канал прямого потока распо- ложен между каналами обратного потока процесс теплообмена между средами происходит интенсивно. Низкие теплопотери предложенного пакета теплообменника обеспечивают его высокую эффективность, Показать это можно расчетом эффективной теплопроводности.

Коэффициент эффективной теплопроводности в пакете, выполненном из набора попеременно собранных теплопроводных и малотеплопроводных пластин, может быть определен следующим образом. Если поток теплопотерь идет продольно по пластинам, что имеет место в конструкции прототипа, то эффективный коэффициент продольной теплопроводности определяется по известной формуле для многослойной стенки;

1816951 стали (д2 =- 0,5 мм), граничной пластины (дз =3 мм); п1, п2, пз — количества соответствующих пластин в пакете(п1= п2=30 шт., пз=2 шт.l.

Подставив значения параметров в 5 формулу (2) получим значение АЭ1 = 170

Вт/(м. К).

Если поток теплопотерь проходит в осевом направлении по многослойным стенкам каналов перпендикулярно поверхности 10 пластин, как это происходит в предложенном пакете теплообменника, эффективный коэффициент осевой теплопроводности определяется по формуле и 15 д

Й2 = (3)

1=1

Для примера возьмем конструкцию па- 20 кета теплообменника из медных (МЗр) и стальных (12Х18Н10Т), перфорированных . пластин, граничных медных и коллекторных стальных пластин. Тогда формула (3) может быть записана в виде: д1 п1+д2 п2 +дз пз +д4 п4 э2 з 4

П1 " -+П2 — +ПЗ вЂ” +П4 —

30 где д4 — толщина коллекторной пластины, (д4 = 3 мм);

n4 — количество коллекторных пластин (п4= 2 шт.).

Принимая значения параметров, входящих в формулу (4), такими же, как и в предыдущем примере, за исключением дз = 0 5 мм, получаем в результате il2 = 31 Вт/(M К).

Из расчета следует, что r ðè движении потока теплопотерь в осевом направлении по многослойным стенкам каналов, содержащим медные и нержавеющей стали пластины, перпендикулярно их поверхности, эффективный коэффициент теплопроводники уменьшается более чем в 5,5 раз по сравнению с эффективным коэффициентом пропорциональной теплопроводности вдоль пластин. А передача тепла вдоль граничных и коллекторных пластин в предложенном пакете незначительна ввиду выполнения коллекторных пластин из малотеплопроводного материала и малого поперечного сечения граничных пластин.

Применение теплообменных пакетов по данной заявке представляет возможность создавать эффективные компактные теплообменные аппараты в микрокриогенной технике, поскольку в этой области большое значение имеет снижение всех видов потерь тепла, в частности, потерь от разности температур между концами пакета теплообменника. Предложенные пакеты предназначены для компрессионных систем охлаждения различного назначения прежде всего. Они удобны в компановке узлов охлаждения ввиду возможности выполнять их различной конфигурации, с разным числом зигов с входными и выходными отверстиями на удобную поверхность пакета, а также ввиду возможности размещения других элементов узла охлаждения в центральной части пакета либо в вырезанном его секторе (см,фиг.2). Такой пакет является технологичным, так как он может быть изготовлен с применением диффузионной сварки или пайки с последующей механической обработкой, Последнее позволяет изготовить

его с высокой точностью по габаритным размерам, придает ему хорошим внешний вид и высокие потребительские качества. По данной заявке спроектированы рабочие чертежи и технология изготовления, и подготовлены детали пакета к диффузионной сварке его.

Формула изобретения

Теплообменник, содержащий ряд секций, установленных с образованием промежуточных зазоров, последовательно соединенных между собой, выполненных в виде набора заключенных между верхними и нижними граничными плитами перфорированных пластин, образующих змеевиковые каналы для теплообменивающихся сред, о т л и ч г ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности путем снижения теплопотерь, граничные плиты выполнены с полостями в виде крышек с отверстиями во внутренних стенках, совпадающими с перфорациями примыкающих с ним пластин, причем все крышки, кроме двух в крайних секциях, выполнены общими для пар соседних секций с образованием поворотных коллекторных камер, а крышки крайних секций образуют подводящий и отводящий коллекторы.

1816951

13 153

Редактор

Заказ 1716 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Составитель А.Сотников

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска