Теплообменник

 

Использование: в качестве регенераторов газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: теплообменник содержит корпус 1 с входными и выходными патрубками, распределительной и сборной камерами для первого теплоносителя. В корпусе установлен пакет 8 из гофрированных пластин, поперечных выштамповок и окон, причем пластины соединены между собой по периферийным кромкам, выштамповкам ребер и окон попарно с образованием каналов для обоих теплоносителей, ограниченных поверхностями из взаимно пересекающихся гофр, поперечных выштамповок, расположенных в каналах, а также подводящего и отводящего коллекторов для второго теплоносителя. В камерах и пакете 8 установлены соответственно дефлекторы 19 и разделительные стенки 20, которые совместно образуют последовательно соединенные теплообменные секции с противоточным движением теплоносителя. В пакете 8 установлены дополнительные разделительные стенки 22 с перепускными каналами, соединяющими коллекторы, а поперечные выштамповки имеют V - образную форму с вершиной, обращенной вверх. На боковой стенке корпуса могут быть укреплены конденсатоотводчики. Входной и выходной патрубки могут быть радиально или тангенциально укреплены на боковой стенке. Возможно крепление патрубков и на торцевых стенках корпуса. 5 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к поверхностным газожидкостным или газовоздушным теплообменникам, например регенератором газотурбинных двигателей.

Известны теплообменники, содержащие симметричный корпус с соосным входным и выходным патрубками, распределительной и сборной камерами, ограниченными плоскими торцевыми и цилиндрическими боковыми стенками и установленный в корпусе пакет, состоящий из пластин с выштамповками гофр, пластины соединены между собой попарно по периферийным кромкам с образованием каналов для обеих сред, ограниченных поверхностями из взаимно пересекающися гофр.

Теплообменник наиболее близок данному изобретению по совокупности существенных признаков и принят в качестве прототипа.

Описанный теплообменник недостаточно эффективен и степень регенерации тепла для его использования в газотурбинном двигателе недостаточна.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка. Это решается тем, что коллекторы образованы выполненными в пластинах окнами с отбортовками, скрепленными попарно, при этом на пластинах выполнены поперечные выштамповки, образующие зигзагообразные каналы, на полость корпуса разделена посредством плоских стенок, установленных внутри пакета и плоских дефлекторов, расположенных в камерах, на последовательно сообщенные теплообменные секции с притовоточным движением теплоносителей. Внутри секций расположены дополнительные разделительные стенки, в которых выполнены перепускные каналы, сообщающие подводящий и отводящий коллекторы. Корпус расположен горизонтально, поперечные выштамповки расположены под одинаковым углом относительно вертикальной плоскости симметрии корпуса с образованием обращенных вершиной вверх V-образных каналов, при этом боковая стенка корпуса снабжена конденсатоотводчиком. Один из патрубков укреплен на боковой стенке корпуса тангенциально. Второй патрубок также укреплен на боковой стенке корпуса тангенциально, при этом оси патрубков расположены взаимно перпендикулярно, и пластины пакета имеют две прямолинейные параллельные периферийные кромки, расположенные под углом 45^о к осям патрубков. Ось по крайней мере одного патрубка расположена параллельно оси корпуса.

На фиг. 1 представлен разрез теплообменника; на фиг. 2 разрез теплообменника по А 0 0'Б; на фиг. 3 сечение пакета по В В; на фиг. 4, 5, 6 варианты крепления патрубков.

Теплообменник имеет корпус с боковой 1, торцевыми 2 и 3 стенками, входным 4 и выходным 5 патрубками, распределительной 6 и сборной 7 камерами для первого теплоносителя. В корпусе теплообменника установлен пакет 8, состоящий из пластин 9 с выштамповками гофр, поперечных выштамповок 11 и окон 12 с образованием каналов 13 и 14 для обоих теплоносителей, которые ограничены поверхностями из взаимнопересекающихся гофр и поперечных выштамповок, расположенных в каналах 13 и 14 для первого и второго теплоносителей. Окна 12 в сборе образуют подводящий 15, отводящий 16 и соосные с ними промежуточные 17 коллекторы для второго теплоносителя. Пластины 9 пакета 8 соединены между собой сваркой или пайкой попарно по кромкам 18 периферийных выштамповок, а также по выштамповкам окон 12. В распределительной 6 и сборной 7 камерах установлены дефлекторы 19, а в пакет 8 разделительные стенки 20, которые совместно образуют последовательно соединенные теплообменные секции 21 с противоточным движением теплоносителей. Кроме того, в пакете 9 могут быть установлены дополнительные разделительные стенки 22 с выполненными в них перепускными каналами 23, соединяющими коллекторы 15, 16 и 17. Поперечные выштамповки 11 могут быть выполнены с симметричным наклоном относительно вертикальной плоскости, как показано на фиг. 2. При этом выштамповки 1 образуют обращенные вершиной вверх V-образные каналы 24. На боковой стенке 1 корпуса теплообменника установлены конденсатоотводчики 25.

Один из патрубков, например выходной патрубок 5, может быть укреплен на боковой стенке 1 тангенциально (см. фиг. 4) при радиальном положении другого патрубка 4. Как показано на фиг. 5, оба патрубка 4 и 5 могут быть установлены тангенциально на стенке 1 с взаимно перпеникулярным положением осей. При этом пакет 8 наклонен к патрубкам 4 и 5 под углом 45^о. Один из патрубков (на фиг. 6 это патрубок 5) может быть укреплен и на торцовой стенке корпуса теплообменника.

Теплообменник работает следующим образом.

Первый теплоноситель, например отработавший в турбине газ, если теплообменник используется в качестве регенератора газотурбинного двигателя, поступает во входной патрубок 4, затем в распределительную камеру 6, проходит по каналам 13 пакета 8 между пластинами 9, последовательно протекая в секциях 21, образованных дефлекторами 19 и стенками 20. Отдав свою теплоту второму теплоносителю, например воздуху, поступающему в камеру сгорания, газ поступает в сборную камеру 7 и удаляется через выходной патрубок 5. Второй теплоноситель поступает в подводящий коллектор 15, протекает по каналам 14, промежуточным коллекторам 17 и отводится через коллектор 16, нагретый первым теплоносителем через стенки пластин 9. При этом поперечные выштамповки 11 образуют зигзагообразное течение теплоносителя, что повышает эффективность теплообмена. В качестве теплоносителей могут применяться любые газообразные или жидкие среды. Применение разделительных стенок 20 и дефлекторов 19 обеспечивает противоточное движение теплоносителей в последовательно соединенных секциях 21, что значительно увеличивает эффективность теплообмена по сравнению с прототипом. К еще большему повышению эффективности приводит применение дополнительных разделительных стенок 22 с перепускными каналами 23. Перепуск второго теплоносителя по каналам 23 обеспечивает многократное противоточное течение теплоносителей в пределах одной секции 21, как показано на фиг. 1. Если имеется опасность выпадения конденсата в проточной части теплообменника, поперечные выштамповки целесообразно выполнять так, как показано на фиг. 2. В этом случае конденсат стекает по каналам 24 на внутреннюю поверхность стенки 1 и удаляется через конденсатоотводчики 25. Варианты выполнения теплообменника, показанные на фиг. 4, 5 и 6, могут отказаться целесообразными в различных компоновочных решениях системы, в которой работает теплообменник.

Формула изобретения

1. ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий корпус и пакет попарно соединенных между собой по периферийным кромкам гофрированных пластин, а также входной и выходной патрубки, сборную и распределительную камеры для первого теплоносителя, и подводящий и отводящий коллекторы для второго теплоносителя, отличающийся тем, что коллекторы образованы выполненными в пластинах окнами с отбортовками, скрепленными попарно, при этом на пластинах выполнены поперечные выштамповки, образующие зигзагообразные каналы, а полость корпуса разделена посредством плоских стенок, установленных внутри пакета и плоских дефлекторов, расположенных в камерах, на последовательно сообщенные теплообменные секции с противоточным движением теплоносителей.

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что внутри секций расположены дополнительные разделительные стенки, в которых выполнены перепускные каналы, сообщающие подводящий и отводящий коллекторы.

3. Теплообменник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что корпус расположен горизонтально, а поперечные выштамповки расположены под одинаковым углом относительно вертикальной плоскости симметрии корпуса с образованием обращенных вершиной вверх V-образных каналов, при этом боковая стенка корпуса снабжена конденсатоотводчиком.

4. Теплообменник по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что один из патрубков укреплен на боковой стенке тангенциально.

5. Теплообменник по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что второй патрубок также укреплен на боковой стенке корпуса тангенциально, при этом оси патрубков расположены взаимно перпендикулярно, а пластины пакета имеют две параллельные прямолинейные периферийные кромки, расположенные под углом 45^o к оси патрубков.

6. Теплообменник по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что ось по крайней мере одного патрубка расположена параллельно оси корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6