ТЕПЛООБМЕННИК ГРОХОТОВА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B21D53/04 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и к способу их изготовления, применяемых в криогенной технике для охлаждения жидкости.

Известен теплообменник, состоящий из набора жестких пластин и гибких прокладок, и соединенных между собой (авт. св. СССР N 820985, кл. В 21 D 53/04, 1985).

Недостатком такого теплообменника является применение при изготовлении теплообменника разнородных по структуре материалов, которые при изменении температуры имеют различный коэффициент расширения, это приводит к разгерметизации пластин, причем жесткие пластины не герметизированы с внешней стороны.

Наиболее близким по устройству, принятым в качестве прототипа, является теплообменник, состоящий из набора пластин и прокладок, которые соединены в один пакет за счет внешних плит винтовыми механизмами. (Машины, оборудование, приборы и средства автоматизации для перерабатывающих отраслей АПК, том 1, часть третья. Молочная промышленность, Каталог. М. 1990, с. 46).

Недостатком теплообменника является плохая герметизация жестких пластин с внешней стороны, большая металлоемкость, требуется много времени для его сборки, затруднено техническое обслуживание теплообменника.

Цель изобретения улучшение герметичности теплообменника и технологичности изготовления теплообменника путем крепления внутри герметичной, эластичной емкости, каркаса с хладопроводом.

Указанная цель достигается тем, что емкость из полимерной пленки расположена со всех внешних сторон каркаса, стенки емкости закреплены в отверстиях между перемычками каркаса и внешних плит, последние размещены с противоположных горизонтальных и вертикальных сторон каркаса, внешние плиты соединены между собой и каркасом с наружных сторон посредством зажимов, при этом внешняя, вертикальная, боковая сторона каркаса по всему ее периметру в поперечном сечении имеет скосы, направленные в обе стороны от середины к ее краям, такой же наклон у внутренней, боковой, вертикальной стороны углубления, находящегося в середине внешних плит. Для изготовления данного теплообменника предлагается способ, предусматривающий составление пакета и соединение их между собой, отличающийся тем, что каркас с хладопроводом размещают внутри пакета из полимерной пленки, свободные концы пакета запаивают путем нагревания и сжатия их с внешних сторон, образуя герметичную, полимерную емкость с отверстиями для хладопровода, стенки емкости закрепляют на каркасе внешними плитами, последние соединяют между собой зажимами, а также при изготовлении теплообменника внешнюю поверхность каркаса покрывают водостойкой краской и формируют пакет из полимерной пленки в виде пластины, которую присоединяют с обеих сторон каркаса, образуя герметичную полимерную емкость с хладопроводом с обеих сторон этой емкости закрепляют внешние плиты с нанесенной на ее поверхность, со стороны этой емкости, водостойкой краски, поверхность теплообменника сушат подогретым воздухом с внешней и внутренней сторон. Имеется возможностью изготовления теплообменника другим способом, внешнюю поверхность полимерного каркаса размягчают нагреванием с внешней стороны до ее липкого состояния, к этой поверхности присоединяют пластины из полимерной пленки с одновременным их охлаждением с противоположной стороны от каркаса, образуя герметичную полимерную емкость с хладопроводом, нагревая стенки внешних плит со стороны емкости до их липкого состояния их присоединяют к поверхности полимерной емкости, одновременно охлаждая полимерную пленку из внутри емкости, пропуская через хладопровод теплообменника холодную воду.

На фиг. 1 изображена схема устройства теплообменника, вид сверху; на фиг. 2 поперечное сечение теплообменника.

Теплообменника состоит из каркаса 1, который может быть выполнен из полимерного материала или металла, внешняя боковая сторона каркаса по всему его периметру, в поперечном сечении, имеет скосы, направленные в обе стороны от середины вертикальной стенки к ее краям, двух внешних плит 2, расположенных с противоположных горизонтальных сторон каркаса 1, каждая плита 2 охватывает каркас с горизонтальной стороны и с вертикальной боковой стороны до ее середины, боковая вертикальная сторона плиты, внутри углубления, имеет скос, последний расположен на скосе боковой поверхности каркаса 1, герметичная полимерная емкость 3 расположена со всех сторон каркаса 1 и крепится к ней внешними плитами 2, которые соединяют между собой со всех внешних сторон зажимами 4. В горизонтальной или вертикальной стенках каркаса 1 закреплены: патрубок 5 для подвода холодной воды в теплообменник и патрубок 6 для отвода согревшейся воды из теплообменника, оси перемычек 7 внешних плит соединяют с осями перемычек 8 каркаса, в отверстиях между перемычками 7 и 8 располагается полимерная пленка емкости 3, которая является рабочей поверхностью теплообменника 9 и через которую происходит теплообмен между средами, в перемычках 8 каркаса 1 имеются отверстия 10 для хладопровода, образованного стенками каркаса 1 и полимерной емкостью 3, последняя удерживается в определенном положении перемычками 7 внешних плит и перемычками 8 каркаса.

Теплообменник работает следующим образом.

Он удерживается в емкости в верхнем слое жидкости и подключен к системе холодной воды, которая через патрубок 5 поступает в хладопровод каркаса 1, проходя через отверстия 10, перемычек 8 каркаса, заполняет весь его объем. Теплообмен между жидкостями, находящимися с обеих сторон стенок емкости, происходит за счет разности их температур. Тепло, проходя через рабочую поверхность 9 полимерной емкости 3, которую удерживают с внешней стороны перемычками 7 в определенном положении, взаимодействует с жидкостью, которая проходя через отверстия 10 получает разность давлений, это придает ей волновое движение и изменяет положение рабочей поверхности 9 (полимерной пленки) теплообменника, что приводит к уменьшению пристенного пограничного слоя и поэтому повышает теплообмен между средами. Теплые слои воды вытесняются из теплообменника основным потоком воды через патрубок 6, процесс теплообмена протекает беспрерывно охлаждая жидкость, находящуюся в емкости до требуемой температуры.

Способ изготовления теплообменника осуществляется следующим образом. Предварительно изготовляют: каркас 1 с отверстиями для хладопровода 10, внешние плиты 2, их размеры соответствуют площади поперечного сечения емкости, а также учитывают размеры устройства удерживающего теплообменник внутри емкости в верхнем слое жидкости. Изготовляют эти детали из металла или полимерного материала. Герметичный пакет изготовляют из полимерной пленки, размер пакета соответствует внешним размерам каркаса с небольшим увеличением размера пакета. Складывают два слоя пленки вместе, один над другим, края этих слоев запаивают путем их нагревания и сжатия, образуя пакет. Внутри пакета размещают каркас, в полимерной пленке делают отверстия для патрубков 5 и 6, свободные края пакета запаивают путем нагревания и их сжатия с внешней стороны, образуя герметичную емкость 3 из полимерной пленки, которую крепят к каркасу 1 внешними плитами 2, последние соединяют между собой зажимами 4, рабочей поверхностью является полимерная пленка, закрепленная внутри отверстий между перемычками 7 и 8.

Так как во время работы теплообменника полимерная пленка изменяет свое положение, для улучшения эластичности соединения полимерной пленки и перемычек каркаса и внешних плит вначале на внешнюю поверхность каркаса наносят водостойкую краску или водостойкий клей и затем присоединяют пластины из полимерной пленки, имеющие отверстия для патрубков 5 и 6, с обеих сторон каркаса, свободные концы пленки запаивают путем нагрева и сжатия с внешней стороны, образуя герметичную емкость с хладопроводом, с обеих ее сторон располагают внешние плиты с нанесенной на ее поверхность водостойкой краской или водостойким клеем со стороны емкости и соединяют между собой зажимами. Поверхность теплообменника сушат подогретым воздухом при температуре 25-35^oC, направляя его в хладопровод под давлением 0,5 атм.

Для повышения технологичности изготовления, уменьшения металлоемкости и электрозатрат все детали теплообменника изготовляют из полимерного материала. Внешнюю поверхность каркаса нагревают с внешней стороны электронагревательным прибором, поверхность которого защищена материалом, не прилипающим к полимерному материалу, например из тефлона или фторопласта, а внешняя поверхность этого прибора копирует внешнюю поверхность каркаса 1 и выполнена подобно форме поверхности внешних плит. После размягчения поверхности жесткой решетки до липкого состояния к ней присоединяют полимерные пластины с отверстиями для патрубков 5 и 6, одновременно охлаждая пленку с противоположной стороны путем отвода от нее тепла, которая образует герметичную емкость с хладопроводом. Прибор для отвода тепла от пленки подобен по форме поверхности внешних плит, только имеет герметичный хладопровод для жидкого хладагента. Для повышения надежности конструкции теплообменника с внешней стороны его закрепляют внешние плиты. Одновременно с изготовлением теплообменника, производят разогрев поверхности внешних плит до липкого состояния со стороны полимерной емкости. Устройство электронагревательного прибора такое же, как и предыдущие, но подобное форме внешней поверхности каркаса. После размягчения поверхности внешних плит их внешние стороны соединяют и прижимают к поверхности полимерной емкости и одновременно охлаждают полимерную пленку изнутри теплообменника путем пропускания через его хладопровод холодную воду.

Таким образом при изготовлении предлагаемого теплообменника уменьшаются затраты при герметизации хладопровода, сокращается время сборки теплообменника, повышается теплообмен между средами, уменьшаются затраты на приобретение дорогостоящих материалов. Коэффициент кратности расхода хладоносителя ниже, чем на существующих аналогах.

Использование: в обработке металлов давлением, в частности в теплообменных аппаратах и в способах их изготовления, применяемых в криогенной технике для охлаждения жидкости, располагая теплообменный аппарат на плаву. Задача изобретения - улучшение герметичности, технологичности и теплообмена с уменьшением затрат на электроэнергию при изготовлении теплообменника путем крепления внутри герметичной эластичной емкости решетки с хладопроводом. Теплообменник содержит жесткую решетку с хладопроводом 1, находящуюся внутри герметичной эластичной полимерной емкости 3, которая крепится к жесткой решетке внешними плитами 2, соединяющимися между собой с внешних вертикальных сторон зажимами 4, рабочей поверхностью теплообменника является полимерная пленка, закрепленная между перемычками 7 и 8. Для лучшего распределения сил натяжения полимерной пленки боковые стенки внешних плит и жесткой решетки имеют скосы. Способ изготовления теплообменника позволяет разметить жесткую решетку внутри полимерной герметичной емкости и закрепить ее к жесткой решетке за счет внешних плит для увеличения срока работы теплообменника. Соединяющиеся поверхности жесткой решетки и внешних плит покрывают водостойкой краской, для повышения технологичности изготовления теплообменника все детали изготовляют из полимерного материала, поверхности которого нагревают с внешней стороны и соединяют между собой, охлаждают нагреваемые поверхности теплообменника путем отвода тепла с противоположной ее стороны. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Теплообменник, содержащий набор жестких пластин, образующих каркас с перемычками, и гибких прокладок, соединенных между собой внешними плитами, образующими теплообменную емкость с хладопроводом, отличающийся тем, что он снабжен емкостью из полимерной пленки, расположенной со всех внешних сторон каркаса, стенки емкости закреплены в отверстиях между перемычками каркаса и внешних плит, последние размещены с противоположных горизонтальных и вертикальных сторон каркаса, внешние плиты соединены между собой и каркасом с наружных сторон посредством зажимов. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что внешняя вертикальная боковая сторона каркаса по всему ее периметру в поперечном сечении имеет скосы, направленные в обе стороны от середины к ее краям, такой же наклон у внутренней боковой вертикальной стороны углубления, находящегося в середине внешних плит. 3. Способ изготовления теплообменника, предусматривающий составление пакета из пластин и соединение их между собой, отличающийся тем, что каркас с хладопроводом размещают внутри пакета из полимерной пленки, свободные концы пакета запаивают путем нагревания и сжатия их с внешней стороны, образуя герметичную полимерную емкость с отверстиями для хладопровода, стенки емкости закрепляют на каркасе внешними плитами, последние соединяют между собой зажимами. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что внешнюю поверхность каркаса покрывают водостойкой краской и формируют пакет из полимерной пленки в виде пластин, которые присоединяют с обеих сторон каркаса, образуя герметичную полимерную емкость с хладопроводом, с обеих сторон этой емкости закрепляют внешние плиты с нанесенной на ее поверхность со стороны этой емкости водостойкой краской, поверхность теплообменника сушат подогретым воздухом с внешней и внутренней ее сторон. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что внешнюю поверхность полимерного каркаса размягчают нагреванием с внешней стороны до ее липкого состояния, к этой поверхности присоединяют пластины из полимерной пленки с одновременным их охлаждением с противоположной стороны от каркаса, образуя герметичную полимерную емкость с хладопроводом, нагревая стенки внешних плит со стороны емкости до их липкого состояния, их присоединяют к поверхности полимерной емкости, одновременно охлаждая полимерную пленку изнутри емкости, пропуская через хладопровод теплообменника холодную воду.