Матрица пластинчатого теплообменника

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании и модернизации пластинчатых теплообменников. Матрица пластинчатого теплообменника цилиндрической формы представляет собой систему продольных концентрических кольцевых каналов прямоугольного сечения, образованных чередующимися в радиальном направлении гладкими и расположенными между ними с плотным термическим контактом дистанционирующими пластинами-турбулизаторами с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами с шахматной схемой расположения. При этом один из теплоносителей проходит в осевом направлении в открытых с торцевых сторон матрицы каналах, другой теплоноситель проходит в окружном направлении в замкнутых кольцевых однотипных каналах. В этих условиях обеспечивается надлежащая жесткость матрицы, а также повышение тепловой эффективности поверхности и улучшение массогабаритных показателей теплообменника. 5 ил.

 

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании и модернизации теплообменных аппаратов и устройств энергетического, транспортного и промышленного назначения, основу которых составляют различные компоновочные варианты интенсифицированной пластинчатой поверхности повышенной турбулентности сетчато-поточного типа с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами [1].

Известные конструкции пластинчатых теплообменников с указанной профильной поверхностью отличаются высокими показателями теплоэнергетической эффективности [2, 3]. Это связано с активным отрывным механизмом взаимодействия потока теплоносителя с поверхностью профилированных каналов и дополнительной турбулизацией при обтекании контактирующих сфероидальных выступов и впадин.

В теплообменных аппаратах с профильной поверхностью с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами с различными схемами их расположения: шахматной, коридорной или промежуточными между ними, обусловленными изменением угла их ориентации относительно направления потока теплоносителя, наряду с традиционной компоновкой пластин в виде набора теплообменных элементов с взаимно контактирующими вершинами выступов и одинаковыми проходными сечениями каналов для смежных теплоносителей могут быть также применены другие "нестандартные" компоновочные варианты. Это различные комбинации плоских гладких и профильных пластин, позволяющие существенно расширить область возможного использования пластинчатой поверхности при разработке и создании теплообменных аппаратов с улучшенными эксплуатационными и массогабаритными параметрами [3].

Одним из таких конструктивных решений, принятым в качестве прототипа, является плоская матрица с компоновкой теплообменных элементов, состоящих из контактирующих гладкой и профильной со сфероидальными выштамповками пластин, в наборе которой в прямых каналах между смежными гладкими теплопередающими стенками размещаются с плотным термическим контактом однотипные профильные дистанционирующие пластины-турбулизаторы [4].

Как показывают результаты экспериментальных исследований, представленные в работе [5, Теплоэнергетическая эффективность поверхности каналов, образованных различными комбинациями плоских и профильных пластин со сфероидальными элементами рельефа // Тепловые процессы в технике. 2013. - Т. 5. - №11. - С. 492-500], использование пластин с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами в качестве турбулизирующих вставок в гладких прямых воздушных каналах с теплопередающими стенками обеспечивает повышение теплоэнергетической эффективности поверхности в среднем на 30-40%.

Вместе с тем, как было установлено в работе [6, Теплоотдача и сопротивление трубчатой поверхности с двухсторонними сфероидальными элементами шероховатости // Изв. вузов СССР. - Энергетика. - 1983. - №3. - С. 93-96], рельеф пластинчатой поверхности теплообмена с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами с различной геометрией и шахматной схемой расположения осей разбивки в условиях существенно выраженной переменной кривизны при ее трансформации в трубчатую круглую цилиндрическую форму сохраняет одинаковую с исходной профильной пластиной последовательность чередования участков сопряжения выступов и впадин и их конфигурацию [7].

В этой связи наблюдается возможность реализации варианта компоновки гладких и профильных тонкостенных пластин в виде матрицы пластинчатого теплообменника цилиндрической формы с системой чередующихся в радиальном направлении продольных концентрических кольцевых каналов с комбинированной поверхностью.

Задачами изобретения являются интенсификация теплоотдачи пластинчатой комбинированной поверхности в условиях нового варианта компоновки гладких и профильных пластин и улучшение энергетических и массогабаритных характеристик теплообменников.

Поставленные задачи решаются при использовании матрицы пластинчатого теплообменника с поверхностью в виде гладких и профильных пластин сетчато-поточного типа с равновеликими двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами с шахматной схемой расположения, образующих при взаимном контакте изолированные каналы для смежных греющего и нагреваемого теплоносителей с теплопередающими гладкими стенками, отличающейся тем, что она имеет цилиндрическую форму и представляет собой систему продольных концентрических кольцевых каналов прямоугольного сечения, образованных последовательно чередующимися в радиальном направлении гладкими пластинами и размещенными между ними с обеспеченным плотным термическим контактом дистанционирующими пластинами-турбулизаторами с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами, поочередно с торцевых сторон матрицы открытых для проходящего в осевом направлении одного из теплоносителей и закрытых для другого теплоносителя, проходящего таким образом в окружном направлении в смежных замкнутых кольцевых каналах; при этом подводящие и отводящие коллекторы для теплоносителя в замкнутых кольцевых каналах выполнены в виде центрального углового цилиндрического сектора с разделяющей перегородкой и боковыми стенками с прямоугольными окнами сечением, одинаковым с сечением связанных с ними кольцевых каналов на подводящей и отводящей сторонах.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технико-экономические результаты.

1. Повышение эффективности теплоотдачи поверхности путем дополнительной турбулизации потоков теплоносителей и за счет механизма контактной теплопроводности в кольцевых каналах с профильными пластинами-вставками.

2. Снижение металлоемкости и повышение компактности поверхности теплообменника.

На фиг. 1 изображен фрагмент пластинчатой поверхности с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами; на фиг. 2 - схема сечения профильной пластины (t - шаг разбивки осей, h - глубина штамповки, δ - толщина пластины); на фиг. 3 - фрагмент пластинчатой поверхности при ее трансформации в круглую цилиндрическую форму; на фиг. 4 - схема матрицы с компоновкой гладких и профильных пластин со сфероидальными выштамповками в виде концентрических продольных кольцевых каналов для греющего 1 и нагреваемого 2 с коллекторами 3 и 4 теплоносителей; на фиг. 5 - схема сечений каналов матрицы, сечение А-А на фиг. 4.

Гладкие пластины 5 разделяют горячие и холодные потоки теплоносителей, а профильные пластины-турбулизаторы 6 дополнительно играют роль оребрения, увеличивая площадь поверхности теплообмена в единице объема.

При работе пластинчатого теплообменника с предложенным вариантом матрицы (фиг. 4, 5) теплота от греющего теплоносителя, проходящего в осевом направлении в каналах 1 с дистанционирующими профильными пластинами-турбулизаторами 6, через гладкие стенки 5 передается нагреваемому теплоносителю, проходящему в окружном направлении в смежных каналах 2 с однотипными профильными пластинами-турбулизаторами, связанных с входным 3 и выходным 4 коллекторами, что позволяет реализовать сложную перекрестноточную схему движения двух теплоносителей. В каждом из каналов дистанционирующие пластины-вставки обеспечивают надлежащую жесткость матрицы и способствуют интенсификации теплообмена путем дополнительной турбулизации потоков теплоносителей и за счет механизма контактной теплопроводности и эффекта оребрения при передаче теплоты контактирующими с гладкими теплопередающими стенками сфероидальными выступами пластины. При этом конструктивная сторона и механизм теплообмена могут быть усилены при использовании пластин-турбулизаторов с плоскими участками на поверхности сфероидальных выступов, обеспечивающими увеличенную площадь и плотность их контактирования с теплопередающими гладкими стенками каналов [8].

Источники информации

1. Берман С.С. Поверхность теплообмена // Авторское свидетельство СССР №122567 // БИ. - 1959. - №18.

2. Андреев М.М., Берман С.С., Буглаев В.Т., Костров Х.К. Теплообменная аппаратура энергетических установок. - М.: Машгиз, 1963. - 240 с.

3. Анисин А.А. Интенсификация теплообмена в профилированных каналах пластинчатых теплообменников: монография. - Брянск: Изд-во БГТУ, 2008. - 152 с.

4. Анисин А.А., Анисин А.К. Матрица пластинчатого теплообменника // Патент на полезную модель РФ №139130 // БИ. - 2014. - №10.

5. Анисин А.А., Анисин А.К. Теплоэнергетическая эффективность поверхности каналов, образованных различными комбинациями плоских и профильных пластин со сфероидальными элементами рельефа // Тепловые процессы в технике. 2013. - Т. 5. - №11. - С. 492-500.

6. Анисин А.К. Теплоотдача и сопротивление трубчатой поверхности с двухсторонними сфероидальными элементами шероховатости // Изв. вузов СССР. - Энергетика. - 1983. - №3. - С. 93-96.

7. Анисин А.А., Анисин А.К. Шероховатая трубчатая поверхность теплообмена // Патент на полезную модель РФ №146152 // БИ. - 2014. - №28.

8. Анисин А.А. Матрица пластинчатого теплообменника // Патент на изобретение РФ №2462677 // БИ. - 2012. - №12.

Матрица пластинчатого теплообменника с поверхностью в виде гладких и профильных пластин сетчато-поточного типа с равновеликими двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами с шахматной схемой расположения, образующих при взаимном контакте изолированные каналы для смежных греющего и нагреваемого теплоносителей с теплопередающими гладкими стенками, отличающаяся тем, что она имеет цилиндрическую форму и представляет собой систему продольных концентрических кольцевых каналов прямоугольного сечения, образованных последовательно чередующимися в радиальном направлении гладкими пластинами и размещенными между ними с обеспеченным плотным термическим контактом дистанционирующими пластинами-турбулизаторами с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами, поочередно с торцевых сторон матрицы открытых для проходящего в осевом направлении одного из теплоносителей и закрытых для другого теплоносителя, проходящего таким образом в окружном направлении в смежных замкнутых кольцевых каналах; при этом подводящие и отводящие коллекторы для теплоносителя в замкнутых кольцевых каналах выполнены в виде центрального углового цилиндрического сектора с разделяющей перегородкой и боковыми стенками с прямоугольными окнами сечением, одинаковым с сечением связанных с ними кольцевых каналов на подводящей и отводящей сторонах.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам, предназначенным для осуществления теплообмена между потоками флюидов и массообмена флюидов с жидкостью при контролируемой температуре, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к конструкции аппаратов, предназначенных для осуществления теплообмена между потоками флюидов, массообмена флюида с флюидом или твердым веществом, проведения химических процессов в условиях контроля температуры и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Настоящее изобретение относится к области лабораторных теплофизических измерений и, в частности, к определению тепловых, аэродинамических и гидравлических параметров рекуперативных теплообменных аппаратов различных типов, выполняемых в ходе учебной подготовки специалистов в области теплотехнического оборудования, испытаний теплообменных аппаратов с целью определения их основных параметров.

Предложена прокладка (11) для размещения на пластине (8) теплообменника и узел теплообменника. Прокладка содержит кольцевой участок (52), расположенный для охватывания отверстия (24) пластины теплообменника.

Предлагаются средство (40) крепления для крепления прокладки к пластине теплообменника, прокладочное средство (6) и узел (2) для теплообменника. Средство крепления выполнено с возможностью взаимодействия с краевым участком (26, 28) пластины (4) теплообменника для закрепления прокладки (38) на первой стороне (8) пластины теплообменника.

Настоящее изобретение относится к способу получения пластинчатого теплообменника, содержащего каналы потока, по которым текут первый и второй потоки, причем каналы потока сформированы для первой среды между отдельными пластинами (1), соединенными вместе для формирования в каждом случае пары (P) пластин, и для второй среды между парами (Р) пластин, соединенными вместе для формирования пакета (S) пластин.

Изобретение относится к способам и устройствам для нагревания и охлаждения вязких материалов, таких как фаршевая эмульсия, используемая для производства пищевых и других продуктов.

Изобретение относится к области кондиционирования и вентиляции воздуха, в частности к пластинчатым теплообменникам, предназначенным для обеспечения теплообмена между приточным и вытяжным воздухом.

Изобретение относится к аппаратам для проведения теплообменных процессов и может быть использовано в теплообменниках радиально-спирального типа. Теплообменник радиально-спирального типа содержит вертикальный корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителей, снабжен коллекторами для первого теплоносителя.

Изобретение относится к области теплотехники. Пластинчатый теплообменник (2) содержит первую рамную пластину (4), вторую рамную пластину (6) и пакет (24) теплообменных пластин (26).

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках, применяемых в различных областях техники. Вихревой теплообменный элемент содержит соосно расположенные одна в другой теплообменные цилиндрические трубы большего диаметра и внутреннюю трубу с цилиндрическими поверхностями, при этом труба большего диаметра разделена на участки, внутри каждой из труб установлены, по крайней мере, два завихрителя одинакового или разного типов, при этом каждый завихритель выполнен в виде суживающегося сопла, а внутренняя поверхность его покрыта нанообразной стеклоподобной пленкой из оксида тантала.

Изобретение относится к устройству для тепловой подготовки и поддержания теплового режима коробки перемены передач (КПП) и редукторов ведущих мостов. Система подогрева включает теплоизолированный глушитель-рекуператор, выполненный в виде теплообменника типа «труба в трубе».

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для нагревания высоковязкой и парафинистой нефти непосредственно в скважине. Скважинный подогреватель содержит корпус, состоящий из наружной и внутренней стенок, установленных коаксиально с кольцевым зазором и образующих полость для греющего теплоносителя, подводящего и отводящего коллектора с патрубками.

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для нагревания высоковязкой и парафинистой нефти непосредственно в скважине. Устройство для предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых и гидратных отложений в нефтяных скважинах содержит теплогенератор, соединенный с помощью всасывающего и напорного трубопровода циркуляционного насоса со скважинным подогревателем, который является составной частью насосно-компрессорной трубы.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов. Теплообменник содержит корпус, состоящий из наружной и внутренней стенок, установленных коаксиально с кольцевым зазором и образующих полость для рабочего тела, подводящего и отводящего коллекторов с патрубками, теплообменные элементы, выполненные в виде двухслойных цилиндрических оболочек, соединенные между собой и корпусом при помощи пилонов, установленных на концах теплообменных элементов, при этом в пилонах выполнены каналы для подвода и отвода рабочего тела, в варианте исполнения на наружной поверхности теплообменных элементов выполнены ребра.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в коаксиально-вихревых теплообменниках различного назначения. В теплообменнике, содержащем коаксиальные трубы со спиральными многозаходными канавками, имеющими взаимно противоположное направление закрутки, образующими на каждой трубе пересекающиеся спиральные гофры, гофры выполнены трапецеидальной формы, а в местах пересечения противоположно направленных спиральных гофр выполнены полусферические (чашеобразные) лунки, причем, по меньшей мере, две смежные в радиальном направлении трубы установлены таким образом, что их спиральные гофры образуют между собой замкнутые спиральные пересекающиеся каналы, имеющие в сечении форму неправильного шестигранника.

Изобретение относится к области машиностроения, теплотехники, холодильной промышленности и компрессоростроения и может быть использовано в производстве бытовых, промышленных холодильников, конденсаторов, теплообменников и компрессоров.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в устройствах для осуществления взаимодействия двух теплоносителей без их непосредственного контакта, в частности в парогенераторах.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в теплообменниках ядерных энергетических установок с трубами Фильда в составе паропроизводящей ядерной энергетической установки (ЯЭУ), работающей на жидкометаллическом теплоносителе (ЖМТ) в режиме переменных нагрузок.

Изобретение относится к теплообменному устройству для сушки, нагревания или охлаждения порошкового и гранулярного материалов и к способу производства теплообменного устройства.

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к теплообменным аппаратам. Теплообменный аппарат содержит цилиндрический корпус с патрубками подвода компонента внутрь корпуса и его отвода из корпуса, расположенными во входной и выходной частях корпуса соответственно, теплообменные трубы, установленные внутри корпуса в трубных досках, профилированные крышки с присоединительными фланцами, установленные на торцах корпуса и образующие с трубными досками полости подвода и отвода компонента, подаваемого через теплообменные трубы, внутри каждой теплообменной трубы дополнительно коаксиально установлена внутренняя труба с образованием кольцевого радиального зазора между стенками труб, при этом во входной и выходной частях корпуса теплообменника установлены дополнительные днища, образующие с трубными досками и профилированными крышками полости подвода и отвода компонентов, при этом полость кольцевого радиального зазора между стенками теплообменных и внутренних дополнительных труб соединена с полостью, образованной трубной доской и дополнительным днищем, а полость между профилированной крышкой и дополнительным днищем соединена с полостями внутренних дополнительных трубок и с полостью корпуса. Технический результат – интенсификация теплообмена. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании и модернизации пластинчатых теплообменников. Матрица пластинчатого теплообменника цилиндрической формы представляет собой систему продольных концентрических кольцевых каналов прямоугольного сечения, образованных чередующимися в радиальном направлении гладкими и расположенными между ними с плотным термическим контактом дистанционирующими пластинами-турбулизаторами с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами с шахматной схемой расположения. При этом один из теплоносителей проходит в осевом направлении в открытых с торцевых сторон матрицы каналах, другой теплоноситель проходит в окружном направлении в замкнутых кольцевых однотипных каналах. В этих условиях обеспечивается надлежащая жесткость матрицы, а также повышение тепловой эффективности поверхности и улучшение массогабаритных показателей теплообменника. 5 ил.

Наверх