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.

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 с использованием для наружных слоев степлопластиковых листов с ребрами жесткости между слоями и краевыми брусками [3]
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 [4]
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 расположения углеродных волокон в трансверсальном направлении 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 из прессованного слоистого пластика на основе тканых лент из углеродных волокон, стекловолокна и термопластичного связующего, взятых в объемном соотношении равном (1: 1:0,2)-(1:0,08:0,08) с расположением слоев пластика и углеродных волокон в них в трансверсальном направлении к теплообменным поверхностям пластин, а стекловолокон им параллельно, причем пластины на входе и выходе в каналах, параллельных с их слоями, усилены брусками с профилированными в них входными и выходными отверстиями.

На фиг.1 представлен общий вид пластинчатого теплообменника; 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 теплообменных пластин и трансверсальное расположение углеродных волокон.

Пластинчатый теплообменник содержит теплообменные пластины 1 и 2, выполненные из прессованного слоистого пластика на основе тканых лент из углеродных волокон, стекловолокна и термопластичного связующего, взятых в объемном соотношении равном (1:1:0,2)-(1:0,08:0,08), и краевые бруски 3 и 4. Смежные пары пластин 1 и 2 образуют взаимно перпендикулярные каналы 5 и 6 для теплообменивающихся сред. Слои 7 и 8 в теплообменных пластинах 1 и 2 и углеродные волокна в них расположены трансверсально по отношению к теплообменным поверхностям 9 и 10. Стекловолокна в слоях 7 и 8 расположены параллельно теплообменным поверхностям 9 и 10 пластин 1 и 2. На входе и выходе каналов 5, 6 перпендикулярно слоям 8 установлены бруски 11 и 12 с профилированными в них входными и выходными отверстиями 13 и 14.

В качестве термопластичного материала использовался полисульфон.

Объемное соотношение углеволокон и стекловолокон 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 волокон, материал все еще проницаем для теплообменных сред, что отрицательно сказывается на обеспечении надежной герметичности теплообменных пластин. При минимальном содержании термопластичного связующего в указанном пределе обеспечивается надежная герметичность пластин. 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 выше, если температура переработки ниже установленной, что диктует поддержание режимов в заданных пределах при переработке материалов.

Содержание термопластичного материала в пластинах 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 имеют наиболее эффективные характеристики теплопроводности учитывая, что предложенная структура пластика в пластинах предназначена для теплоотвода в основном через пластины в трансверсальном направлении, т.е. от одной поверхности к другой поверхности при циркуляции вдоль них теплообменных сред.

Использование пластинчатого теплообменника заключается в следующем.

К пластинчатому теплообменнику подсоединяются кожухи-коллекторы, весь комплект устанавливается в корпус герметичного теплообенника аппарата (не показано).

При различных давлениях теплообменных сред пластины теплообменника подвергаются соответствующему нагружению. Через пластины в условиях перепада температур происходит соответствующая теплопередача, а так как углеродные волокна в пластинах расположены трансверсально к ее теплообменным поверхностям, по которым происходит и соответствующая теплопередача. Чем больше углеродных волокон спакетировано в трансверсальных слоях пластин, тем выше эффективность теплопередачи. Наивысшие показатели теплопередачи зафиксированы в пластинчатом теплообменнике с содержанием углеродных волокон и термопластичного связующего в указанных их объемных соотношениях.

Стекловолокна, переплетенные с углеродными волокнами, расположенные параллельно теплообменным поверхностям пластин, обеспечивают их прочность от перепада давлений теплообменивающихся сред. Максимальное предельное значение стекловолокна ограничивается как текстильными возможностями, так и максимальным насыщением теплообменных пластин углеродными волокнами. Минимальное предельное значение стекловолокна ограничивается предельной прочностью и деформативностью пластин, при которых отсутствует проницаемость теплообменивающихся сред.

Опытно-экпериментальные 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: в теплообменных и теплопередающих устройствах, в пластинчатых теплообменниках, применяемых в теплоэнергетической, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: две пластины теплообменника из слоистого пластика в определенном соотношении с расположением слоев и углеродных волокон в них в трансверсальном направлении по отношению к теплообменным поверхностям. 5 ил.

ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий пакет из теплообменных пластин с краевыми брусками, смежные пары которых образуют взаимно перпендикулярные каналы, отличающийся тем, что теплообменные пластины выполнены из прессованного слоистого пластика на основе тканых лент из углеродных волокон, стекловолокна и термопластичного связующего, взятых в объемном соотношении от 1:1: 0,2 до 1: 0,08:0,08, с расположением слоев пластика и углеродных волокон в них в трансверсальном направлении к теплообменным поверхностям пластин, а стекловолокон им параллельно, причем пластины на входе и выходе в каналах, параллельных с их слоями, усилены брусками с профилированными в них входными и выходными отверстиями.