ПАКЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 1995 года по МПК F28D9/00 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано для охлаждения различных сред в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Известен пакет пластинчатого теплообменника, содержащий проставочные листы, между которыми установлена насадка в виде тонких отдельных металлических стержней.

Недостатками такого пакета являются недостаточная интенсивность теплообмена вследствие малой площади контакта между стержнями и проставочными листами и сложность технологии изготовления.

Известен пакет теплообменника, содержащий проставочные листы, между которыми установлена проволочная насадка.

По сравнению с предыдущим решением в данном несколько повышается технологичность и выравнивается теплонапряженность пакета по сечению. Однако в нем также не обеспечивается высокая интенсивность теплообмена.

Известен пластинчатый теплообменник, содержащий между плоскими листами турбулизирующие вставки в виде проволочных спиралей, у которых отношение их диаметра к диаметру проволоки составляет 10-100. В отличие от предыдущего решения данное имеет более простую технологию изготовления.

Недостатком данного пластинчатого теплообменника является невысокая интенсивность теплообмена вследствие недостаточной турбулизации потока в центре спиралей.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена.

Поставленная цель достигается тем, что в пакете пластинчатого теплообменника, содержащем листы и расположенные между ними уплотняющие бруски с образованием каналов для теплоносителя, при этом в каналах установлены насадки в виде проволочных спиралей, согласно изобретению спирали образованы витками разновеликого диаметра и отношение максимального к минимальному диаметру равной 2,5-25. Спирали могут быть установлены в каналах вертикально и соединены с листами своими торцами. В каждом канале может быть установлена только одна спираль, уложенная зигзагообразно. Витки с максимальным диаметром могут иметь форму эллипса, малая ось которого перпендикулярна листам. Центры витков каждой спирали могут быть смещены относительно друг друга либо спирали могут быть выполнены с монотонным убыванием диаметров витков с образованием идентичных усеченных конусов, частично вложенных друг в друга. Кроме того, витки спиралей максимального диаметра могут быть расположены на входном и выходном участках канала. Витки с разновеликим диаметром могут быть расположены с образованием чередующихся участков.

Из анализа существующей патентной и научно-технической литературы известно применение спиралей для очистки и турбулизации потока в трубном пространстве теплообменника. Однако в данном случае спиральные турбулизаторы практически не участвуют в процессе передачи тепла от одной рабочей среды к другой и не увеличивают, таким образом, поверхности теплообмена. В заявляемом пакете теплообменника спирали жестко соединены своими витками, имеющими максимальный диаметр, с проставочными листами и непосредственно участвуют в процессе передачи теплоты от горячей рабочей среды к холодильной, увеличивая тем самым площадь поверхности теплообмена и компактность пакета.

На фиг.1 показан поперечный разрез заявляемого пакета пластинчатого теплообменника; на фиг.2 - пакет со спиралями, установленными вертикально; на фиг. 3 - один из каналов пакета, в котором спираль уложена зигзагообразно; на фиг.4 - пакет, у которого витки максимального диаметра имеют форму эллипса; на фиг. 5 - один из каналов пакета, в котором центры витков каждой спирали смещены относительно друг друга; на фиг.6 - поперечный разрез пакета, у которого спирали выполнены с монотонным убыванием диаметров витков с образованием идентичных усеченных конусов, частично вложенных друг в друга; на фиг.7 - пакет, у которого витки спиралей максимального диаметра расположены на входном и выходном участках канала; на фиг.8 - поперечный разрез пакета, у которого витки с разновеликим диаметром расположены в спирали с образованием чередующихся участков.

Пакет содержит проставочные листы 1, между которыми установлены спирали 2 с витками, имеющими разный диаметр, и уплотняющие бруски 3, образующие каналы для рабочих сред.

Пакет пластинчатого теплообменника работает следующим образом. При движении теплообменивающихся сред по каналам, образованным проставочными листами 1, уплотнительными брусками 3 и насадками в виде спиралей 2 из тонких цилиндрических тел, происходит разрушение на витках спиралей, имеющих максимальный диаметр, образующегося на гладких проставочных листах пограничного слоя, а витки меньшего диаметра турбулизируют остальные части потока. Кроме того, происходит закрутка потока в спиральных насадках. При установке спиралей перпендикулярно проставочным листам (фиг.2), т.е. когда спирали соединены с листами своими торцовыми витками, также происходит разрушение пограничного слоя, существующего на гладких поверхностях проставочных листов, и турбулизация потока по всему сечению. При этом возможно образование устойчивых вихревых структур в спиралях, что также способствует интенсификации теплопередачи. В случае, когда насадка выполнена из цельной спирали, уложенной зигзагообразно (фиг.3), упрощается технология сборки пакета и частично выравнивается теплонапряженность пакета. В случае выполнения витков с максимальным диаметром в виде эллипса, малая ось которого перпендикулярна проставочным листам (фиг.4), происходит увеличение площади поверхности контакта между спиральными насадками и проставочными листами, через которые происходит процесс передачи теплоты от горячей среды к холодной, в результате чего также увеличивается интенсивность теплообмена. В случае, когда спираль выполнена с витками, центры которых смещены относительно друг друга (фиг. 5), происходит более равномерное заполнение пространства между проставочными листами и элементами насадки, в результате этого происходит более равномерная турбулизация потока и более равномерное распределение его по сечению канала, что также способствует повышению интенсивности теплообмена. В случае, когда спирали выполнены с монотонным убыванием диаметров витков с образованием идентичных усеченных конусов, частично вложенных друг в друга (фиг.6), дополнительная интенсификация теплообмена достигается за счет турбулизации потока внутри витков большего диаметра одной спирали свободно перемещающимися в ней витками меньшего диаметра соседней спирали. В случае, когда витки спиралей максимального диаметра расположены на входном и выходном участках канала (фиг.7), происходит более плотное заполнение витками спиралей центра пакета, а к краям пакета проходное сечение увеличивается, в результате этого при входе потока рабочей среды в пакет происходит перераспределение и выравнивание его неравномерности за счет того, что центральная часть пакета имеет большее, по сравнению с крайними, гидравлическое сопротивление. В результате этого происходит более равномерное распределение потока по сечению пакета теплообменника, что также приводит к увеличению общей интенсивности передачи тепла. В случае, когда витки с разновеликим диметром расположены в спирали с образованием чередующихся участков (фиг. 8), происходит увеличение площади контакта насадки с проставочными листами, через которые осуществляется процесс передачи тепла между рабочими средами, а чередование их с витками меньшего диаметра позволяет поочередно турбулизировать пограничный слой на проставочных листах, не давая достигнуть ему значительной величины, и сам поток теплоносителя. Все это также приводит к увеличению интенсивности теплообмена.

Использование заявляемого пакета пластинчатого теплообменника позволяет значительно увеличить интенсивность теплообмена.

Использование: для охлаждения различых сред в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: пакет пластинчатого теплообменника содержит листы 1, между которыми установлены уплотняющие бруски 3. В каналах размещены насадки в виде проволочных спиралей 2, образованных витками разновеликого диаметра, и отношение максимального к минимальному диаметру равно 2,5..25. Спирали могут быть соединены с листами торцами и установлены в каналах вертикально. Спираль в канале может быть одна и установлена в нем зигзагообразно. Витки спирали максимального диаметра имеют форму эллипса, малая ось которого перпендикулярна листам. Центры витков каждой спирали могут быть смещены относительно друг друга. Витки спиралей максимального диаметра могут быть расположены на входном и выходном участках канала. Спирали могут быть выполнены с монотонным убыванием диаметров витков с образованием идентичных конусов, частично вложенных друг в друга. Витки спиралей с разновеликим диаметром могут быть расположены с образованием чередующихся участков. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. ПАКЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА, содержащий листы и расположенные между ними с образованием каналов для теплоносителя уплотняющие бруски, при этом в каналах установлены насадки в виде проволочных спиралей, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, спирали образованы витками разновеликого диаметра и отношение максимального к минимальному диаметру равно 2,5 ... 25. 2. Пакет по п.1, отличающийся тем, что спирали в каналах установлены вертикально и соединены с листами своими торцами. 3. Пакет по п.1, отличающийся тем, что в каждом канале установлена одна спираль и расположена в нем зигзагообразно. 4. Пакет по п.1, отличающийся тем, что витки максимального диаметра имеют форму эллипса, малая ось которого перпендикулярна листам. 5. Пакет по п. 1, отличающийся тем, что центры витков каждой спирали смещены друг относительно друга. 6. Пакет по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что витки спиралей максимального диаметра расположены на входном и выходном участках канала. 7. Пакет по п.1, отличающийся тем, что спирали выполнены с монотонным убыванием диаметров витков с образованием идентичных усеченных конусов, частично вложенных один в другой. 8. Пакет по п.1, отличающийся тем, что витки с разновеликим диаметров расположены в спирали с чередованием.