ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1994 года по МПК F28F3/00 F28D9/00 

Изобретение относится к рекуперативным теплообменникам матричного типа, в том числе к многопоточным аппаратам для жидкостей и газов, и может быть применено в машиностроении и энергетических установках различного назначения, в том числе холодильной и криогенной технике, химическом производстве.

Известны теплообменники, содержащие пакет пластин с выступами (выдавками), вставленными один в другой и образующими каналы для прохода потоков [1, 2, 3] . Герметичность каналов обеспечивается сваркой, пайкой либо склеиванием плотно контактирующих между собой поверхностей выступов и впадин соседних пластин.

Для осуществления ввода и вывода потоков из каналов, образованных таким образом, предлагаются соединительные доски, в которых выполнены соединительные поверхности, контактирующие с боковыми поверхностями выступов пластин [3] . Этот теплообменник является наиболее близким к предложенному.

Соединительная поверхность досок имеет сложный рельеф - выпуклости и вогнутости, соответствующие наклонным участкам пластин, образующим стенки между каналами.

Несмотря на принципиальную возможность изготовления таких досок они являются дорогостоящими и сложными при реализации. Производство затрудняется также повышенными требованиями к точности сборки досок с пластинами, при которой небольшое отклонение деталей от нужной позиции приведет к неплотному прилеганию пластин к соединительным поверхностям и, следовательно, к потере прочности и герметичности.

Целью изобретения является упрощение и удешевление конструкции, увеличение прочности и герметичности каналов.

Это достигается тем, что в теплообменнике, представляющем собой пакет пластин с выступами, снабженный втулкой между первой пластиной пакета и стяжной плитой, между окончанием пакета и второй стяжной плитой расположена втулка, внутренняя поверхность которой соответствует форме выступа последней в пакете пластины. Поверхности обеих втулок, обращенные к стяжным плитам, выполняются плоскими. Диаметр отверстия в плитах на 10-20% меньше, чем диаметр прилегающей к плите втулки.

Предлагаемые втулки, имеющие с одной стороны плоскую торцовую поверхность, а с другой - обращенную к пакету поверхность, соответствующую форме пластин теплообменника, обеспечивают переход от трехмерной поверхности пластин к простой плоской поверхности стяжной плиты. Очевидно, что изготовление ряда указанных втулок и их самоцентрирующее размещение относительно пластин с выступами существенно упрощает изготовление плит и сборку аппарата.

Уменьшенный на 10-20% диаметр отверстия в плите обеспечивает простоту сборки деталей при сохранении герметичности их соединения: даже при случайных небольших неточностях расположения отверстий в плите и втулке торцовая поверхность втулки полностью контактирует с поверхностью плиты и обеспечивает заданную площадь и плотность контакта. Например, при диаметре проходного сечения втулки 10 мм отверстие в плите берется 8-9 мм с расчетом на возможную неточность расположения втулки, проистекающую из накопления небольших смещений выступов пластин в собранном пакете. Дальнейшее уменьшение диаметра отверстия в плите не улучшает ситуации, но приводит к ненужному снижению проходного сечения для потока и повышению в связи с этим потерь давления, что нежелательно.

На чертеже показана часть теплообменника.

Она содержит один из оребренных каналов, образованный пакетом пластин 1 с выступами 2. Между стяжной плитой 3 и верхней пластиной пакета расположена втулка 4 с наружной поверхностью, совпадающей с впадиной первой пластины. Между второй стяжной плитой 3 и выступом последней пластины в пакете расположена втулка 5, имеющая внутреннюю поверхность, соответствующую выступу указанной пластины. Поверхности втулок 4 и 5, обращенные к плитам, являются плоскими, что значительно упрощает изготовление плит и сборку деталей теплообменника. Стяжные плиты являются плоскими, с цилиндрическими отверстиями 6, диаметр которых на 10-20% меньше диаметра проходного сечения втулок.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая конструкция отличается наличием втулки между последней пластиной пакета и стяжной плитой, плоскими контактными поверхностями втулок, обращенными к стяжным плитам, а также тем, что диаметр отверстий в плитах на 10-20% меньше проходного диаметра втулок.

Таким образом, предложенный теплообменник соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ аналогов показывает, что теплообменные аппараты, содержащие в своем составе ряд оребренных пластинчатых каналов с выступами и впадинами на концах, не имеют втулок для простого и надежного перехода от граничных пластин к соединительной поверхности. В связи с этим наличие в начале и конце каналов втулок с плоскими поверхностями, обращенными к стяжным плитам, а также уменьшенный по сравнению с диаметром втулок на 10-20% диаметр отверстия в стяжной плите можно считать отличительным признаком предлагаемой конструкции.

Теплообменник работает следующим образом. В герметичный канал, образованный выступами пластин, через отверстие в плите поступает теплоноситель Q в направлении, указанном стрелкой. Тепло, полученное пластинами в канале в результате обтекания их потоком, через стенку канала передается участкам пластин вне канала. Эти участки обтекаются потоком второго теплоносителя, при этом осуществляется рекуперативный теплообмен. Наружные участки пластин могут быть расположены в пространстве свободно, либо далее образовывать еще каналы, не показанные на чертеже.

Использование изобретения позволяет на 10-15% снизить расходы на изготовление теплообменника.

Использование: в рекуперативных теплообменниках матричного типа, применяемых в энергетических установках различного назначения. Сущность изобретения: теплообменник содержит пакет профилированных пластин 1 с отверстиями для прохода сред. Выступы каждой пластины 2 введены во впадины смежной пластины с образованием оребренного канала. Пакет расположен между стяжными плитами 3 с отверстиями. Между плитой и верхней пластиной имеется втулка 4, наружная поверхность которой соответствует впадине пластины. Между плитой и последней пластиной помещена втулка 5, внутренняя поверхность которой соответствует выступу пластины. Поверхности втулок, обращенные к плитам, выполнены плоскими. Отверстия втулок имеют диаметр на 10 - 20% больше, чем диаметр отверстия в плите. 1 з. п. ф - лы, 1 ил.

1. ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий расположенный между стяжными плитами пакет профилированных пластин, выступы каждой из которых введены во впадины соседней пластины с образованием оребренных каналов, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности изготовления, в каналах между плитой и первой пластиной пакета дополнительно установлена по крайней мере одна втулка, наружная поверхность которой повторяет форму впадин пластин, а между плитой и последней пластиной пакета установлены втулки, внутренняя поверхность которых идентична форме выступов пластин, а обращенные к плитам контактные поверхности всех втулок выполнены плоскими. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что диаметр проходного отверстия втулок составляет 1,1 - 1,2 диаметра отверстий в стяжных плитах.