ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1995 года по МПК F28F3/12 

Изобретение относится к теплообменным и теплопередающим устройствам и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках, применяемых в теплоэнергетической, химической и других отраслях промышленности в их аналогичных областях техники.

Известен пластинчатый теплообменник из полимерных материалов, содержащий между подвижной и неподвижной зажимными плитами теплообменные пластины, смежные пары которых образуют взаимно перпендикулярные каналы для теплообменивающихся сред [1]
К числу недостатков известного пластинчатого теплообменника следует отнести низкую теплопроводность в трансверсальном направлении по отношению к поверхностям пластин теплообменника. Аналогичными недостатками обладает теплообменник, выполненный в виде многослойного пакета [2] или трехслойной панели, изготовленной прессованием для наружных слоев стеклопластиковых листов с ребрами жесткости между слоями и краевыми брусками (авт. св. СССР N 178478, кл. В 29 D 9/00, 1966).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению выбранному в качестве прототипа является пластинчатый теплообменник, содержащий пакет из теплообменных пластин с краевыми брусками, смежные пары которых образуют взаимно перпендикулярные каналы [3]
Теплообменник обладает теми же недостатками, что и известные, но имеет повышенную жесткость и прочность.

Задачей изобретения является создание пластинчатого теплообменника с использованием свойств композиционных материалов.

Цель изобретения повышение эффективности теплоотвода через пластинчатый теплообменник.

Цель достигается за счет эффективного армирования теплообменных пластин с оптимальным содержанием полимерного связующего.

Для этого в пластинчатом теплообменнике, содержащем пакет из теплообменных пластин с краевыми брусками, смежные пары которых образуют взаимно перпендикулярные каналы, его теплообменные пластины выполнены в виде замкнутых оболочек с плоскопараллельными гранями из прессованного слоистого пластика на основе тканых и нетканых лент из стеклянных волокон и терпопластичного связующего, взятых в объемном соотношении равном (1:0,2)-(1:0,08), c установленными и закрепленными в их краевых петлях краевыми брусками из прессованного слоистого пластика на основе стеклоткани и термопластичного связующего и промежуточными брусками из прессованного слоистого пластика на основе тканых лент из углеродных волокон и термопластичного связующего, взятых в объемном соотношении равном (1:0,2)-(1:0,08), размещенных между ними и плоскопараллельными гранями оболочек пластины, причем углеродные волокна расположены параллельно плоскопараллельным граням оболочек и трансверсально смежным ее каналам.

На фиг.1 представлен пластинчатый теплообменник в изометрии; на фиг.2 то же, вид в плане; на фиг.3 то же, вид спереди; на фиг.4 то же, вид сбоку; на фиг.5 структура промежуточных брусков.

Пластинчатый теплообменник содержит теплообменные пластины, выполненные в виде замкнутых оболочек с плоскопараллельными гранями 1 и взаимноперекрещивающимися каналами 2 и 3. В краевых петлях 4 и 5 оболочек установлены и закреплены краевые бруски 6 и 7 из прессованного стеклопластика на основе полимерного связующего. Замкнутые оболочки 1 пластин выполнены из прессованного слоистого пластика на основе тканых лент из стекловолокон и термопластичного связующего в объемном соотношении равном (1:0,2)-(1:0,08). Между краевыми брусками 6 и 7 установлены и закреплены промежуточные бруски 8. Из прессованного слоистого пластика на основе тканых лент из углеродных волокон и термопластичного связующего, выполненные в объемном соотношении равном (1: 0,2)-(1: 0,08). Углеродные волокна 9 в промежуточных брусках 8 расположены параллельно плоскопараллельным граням 1 в трансверсальном направлении по отношению к смежным каналам 2.

В качестве тепрмопластичного материала использовался полисульфон.

Объемное соотношение углеволокон, стеклоткани соответственно с термопластичным связующим выбрано исходя из технологических возможностей пропитки термопластичным связующим волокнистого материала и скрепления волокон и слоев между собой.

Наличие термопластичного связующего меньше минимального, указанного в соотношении, не обеспечивает гарантированной склейки углеродных волокон, материал все еще проницаем для теплообменных сред, что отрицательно сказывается на обеспечении надежной герметичности теплообменных пластин и промежуточных брусков. При минимальном содержании термопластичного связующего в указанном пределе обеспечивается надежная герметичность пластин и промежуточных брусков от проницаемости. На соотношение термопластичного материала в указанных элементах очень сильное влияние оказывает его вязкость. Вязкость расплава меньше, если выше температура переработки термопластичного материала, и, наоборот, вязкость расплава выше, если температура его переработки ниже установленной, что диктует поддержание режимов в заданных пределах при переработке материалов.

Содержание термопластичных материалов в элементах пластинчатого теплообменника выше максимального является избыточным, так как способ прессования позволяет выдерживать заданное количество термопластичного связующего в пределах соотношения и перерасход связующего приводит к лишним затратам, что невыгодно.

При этом в указанных пределах соотношений, изготовленные пластины и промежуточные бруски имеют наиболее эффективные характеристики теплопроводности, учитывая, что предложенная структура пластика и конструкция пластин предназначена для теплоотвода в основном через промежуточные бруски, т.е. от одного параллельного канала к другому при циркуляции в них теплообменных сред.

Использование пластинчатого теплообменника заключается в следующем.

К пластинчатому теплообменнику подсоединяются кожухи-коллекторы, весь комплект устанавливается в корпус герметичного теплообменного аппарата (не показано). При различных давлениях теплообменных сред пластины и бруски теплообменника подвергаются соответствующему нагружению. Через промежуточные бруски в условиях перепада температур происходит соответствующая теплопередача, а так как в промежуточных брусках углеродные волокна расположены трансверсально по отношению к параллельным каналам, по которым происходит транспортировка теплообменивающихся сред, то через промежуточные бруски производится соответствующая теплопередача.

Чем больше углеродных волокон спакетировано в промежуточных брусках пластинчатого теплообменника, тем выше эффективность теплопередачи. Наивысшие показатели теплопередачи получены в пластинчатом теплообменнике с содержанием углеродных волокон, стеклоткани и соответственно термопластичного связующего в указанных их объемных соотношениях.

Опытно-экспериментальные работы, проведенные с изготовлением и испытанием пластинчатых теплообменников с использованием предлагаемого технического решения, показали положительные результаты по получению пластинчатого теплообменника с повышенными теплопроводными характеристиками. Их получение требует развития нового направления техники.

Таким образом, предлагаемое техническое решение при реализации в пластинчатых теплообменных аппаратах с получением новых свойств является высокоэффективным, такие пластинчатые теплообменники промышленно воспроизводимы.

Использование: для повышения эффективности теплоотвода через пластинчатый теплообменник. Сущность изобретения: пластины теплообменника выполнены в виде замкнутых оболочек с плоскопараллельными гранями и промежуточными брусками из углеродных волокон, трансверсально расположенных по отношению к смежным каналам. Пластины и бруски выполнены из прессованного слоистого пластика с определенным объемным соотношением волокон. 5 ил.

ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий пакет из теплообменных пластин с краевыми брусками, смежные пары которых образуют взаимно перпендикулярные каналы, отличающийся тем, что его теплообменные пластины выполнены в виде замкнутых оболочек с плоскопараллельными гранями из прессованного слоистого пластика на основе тканых лент из стеклянных волокон и термопластичного связующего, взятых в объемном соотношении от 1:0,2 до 1: 0,08, с установленными и закрепленными в их краевых петлях краевыми брусками из прессованного слоистого пластика на основе стеклоткани и термопластичного связующего и промежуточными брусками из прессованного слоистого пластика на основе тканых лент из углеродных волокон и термопластичного связующего, взятых в объемном соотношении от 1:0,2 до 1:0,08, размещенных между ними и плосконаправленными гранями оболочек пластины, причем углеродные волокна расположены параллельно плосконаправленным граням оболочек и трансверсально смежным ее каналам.