ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1997 года по МПК F28D9/00 F28F3/02 

Изобретение относится к энергетическому и химическому машиностроению и может быть использовано в теплообменниках широкого профиля применения: рекуператорах, охладителях, подогревателях и т.п.

Пластинчатые теплообменники нашли широкое применение в энергетической, химической и других отраслях машиностроения.

К их достоинствам относятся: большая компактность поверхности теплообмена в единице объема по сравнению с трубчатыми теплообменниками, меньшая стоимость, большие возможности различных компановочных решений теплообменника.

К недостаткам указанных теплообменников относятся сложность и ненадежность узла уплотнения между пластинами, обеспечиваемого, как правило, за счет прокладочных элементов (при разборных теплообменниках) или склейки, пайки мест уплотнения пластин. Более надежны в работе пластинчатые теплообменники с герметизацией пластины при помощи сварки, однако они обладают по сравнению с вышеуказанными большей трудоемкостью изготовления и затруднением в применении пластин малой толщины. Самым существенным недостатком перечисленных теплообменников является техническая сложность в обеспечении их прочности при значительных перепадах давления между пластинами (более 1 МПа).

Для обеспечения работоспособности пластинчатых теплообменников при значительных перепадах давления возникает необходимость в подкреплении пакета пластин толстостенными опорными плитами, стянутыми стержнями и т.п.

Частично вышеуказанные недостатки в пластинчатых теплообменниках (патент ПНР (Pl) N 272695 от 20.03.89), где пакет пластин собран с применением сварки, с использованием закладных элементов (полос), выставляемых заподлицо с торцами пластин с образованием двух полостей с перекрестным движением теплообменных сред.

Недостатком данной конструкции является невозможность обеспечения противоточной схемы движения теплообменных сред и конструктивные трудности обеспечения работы данного теплообменника при значительных перепадах давления между пластинами.

В патенте ФРГ (DE) N 3209653 от 25.08.83 предложена конструкция теплообменника с пластинчатыми радиальными каналами с осевым подводом и отводом в эти каналы одной из теплообменных сред. Другая теплообменная среда циркулирует между вышеуказанными каналами.

Недостатком данной конструкции теплообменника является низкая компактность поверхности теплообмена и проблема обеспечения прочности при значительных перепадах давления между контурами теплообменных сред.

В патенте Японии N 58-21195 от 27.04.83 предложена конструкция проточной части пластинчатого теплообменника из чередующихся пластин и гофрированных пластин, соединенных с применением сварки.

Недостатком этой конструкции является низкая прочность при значительных перепадах давления между теплообменными средами.

Задача изобретения повышение прочности конструкции с обеспечением ее компактности при значительных перепадах давлений между теплообменными средами.

Поставленная задача решается за счет того, что в теплообменнике, содержащем корпус, коллекторы подвода и отвода теплообменных сред, закладные элементы, каналы, гофрированная лента изгибается и соединяется таким образом, что в поперечном сечении образуется замкнутый контур с каналами для циркуляции теплообменных сред, а закладные элементы установлены на входных и выходных участках по тракту каждой теплообменной среды между изгибами со стороны внутренних радиусов, перекрывая частично друг друга в смежных каналах (изгибах) и образуя общую поверхность, разделяющую теплообменные среды, к которой подсоединены трубки для подвода и отвода теплообменной среды в полость замкнутого контура. Изогнутая гофрированная лента размещается в корпусе соответствующего сечения, имеющем патрубки для подвода и отвода второй теплообменной среды в полость, образованную внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью замкнутого контура ленты.

При такой конструкции обеспечивается продольное, в т.ч. и противоточное движение теплообменных сред, а теплообменная поверхность формируется из гофрированной пластины как минимум с одним продольным содинением, например сваркой.

Для обеспечения работы теплообменника при значительных перепадах давления между теплообменными средами образующая канала расположена, например по эвольвенте в корпусе круглого сечения, который воспринимает усилие от среды с наибольшим давлением, при этом на входном и выходном участках каналы выполнены из гладкой ленты и в них дополнительно установлены распределительные элементы, а по центру теплообменника установлен вытеснитель. При такой конструкции теплообменника поверхность равномерно заполняет все поперечное сечение с эквидистантным расположением образующей каналов.

С целью уменьшения гидравлического сопротивления по трактам теплообменных сред закладные элементы могут быть установлены под острым углом к продольной оси теплообменника.

Закладные элементы могут быть установлены заподлицо с торцами гофрированной пластины, образуя единую поверхность.

Для обеспечения перемешивания потока каждой теплообменной среды размеры гофр на ленте могут быть переменными по высоте и ширине.

На фиг. 1 изображен общий вид теплообменника; на фиг. 2 сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б фиг. 1; на фиг. 4 сечение В-В фиг. 2.

Теплообменник состоит из корпуса 1 с подводным патрубком 2 и отводным патрубком 3 одной из теплообменных сред. Внутри корпуса 1 размещена гофрированная лента 4, своими изгибами образуя наружные каналы 5 и внутренние каналы 6. На входных и выходных участках каждого канала 5 и 6 со стороны внутренних радиусов установлены закладные элементы 7 и 8, перекрывающие частично друг друга в смежных каналах, и образующие общие поверхности 9 и 10, к которым подсоединяются патрубок подвода 11 и патрубок отвода 12 другой теплообменной среды. По центру теплообменника установлен вытеснитель 13. При выполнении входных и выходных участков каналов из гладкой ленты между изгибами установлены распределительные элементы 14 и 15.

Теплообменник работает следующим образом:
Одна из теплообменных сред (греющая или нагреваемая) по подводному патрубку 2 поступает во входную камеру корпуса 1 и распределяется по полости, образованной внутренней поверхностью корпуса 1 и наружными клапанами 5 гофрированной ленты 4. Пройдя трассу теплообмена, среда попадает в выходную камеру корпуса 1 и по отводному патрубку 3 отводится из теплообменника. Другая теплоотводная среда через патрубок подвода 11 подается в полость, образованную внутренними каналами 6 гофрированной ленты 4 и наружной поверхностью вытеснителя 13, и распределяется между внутренними каналами 6. Пройдя противотоком трассу теплообмена, она через патрубок 12 выходит из теплообменника.

На входных и выходных участках при входе в каждый канал 5 и 6 теплообменная среда с помощью распределительных элементов 14 и 15 раздается вдоль всего сечения канала.

Использование: в энергетическом и химическом машиностроении, в частности в теплообменниках, охладителях, подогревателях и т.п. Сущность изобретения: повышение прочности конструкции с обеспечением компактности при значениях перепада давлений обеспечивается тем, что в пластинчатом теплообменнике каналы 5 и 6 для циркуляции теплообменных сред выполнены за счет изгиба гофрированной или гладкой ленты 4 с обеспечением замкнутого контура в поперечном сечении, а на входных и выходных участках каналов установлены закладные элементы. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пластинчатый теплообменник, содержащий корпус, коллекторы подвода и отвода теплообменных сред, закладные элементы и каналы для циркуляции теплообменных сред, отличающийся тем, что каналы для циркуляции выполнены за счет изгиба гладкой или гофрированной ленты с обеспечением замкнутого контура в поперечном сечении, а закладные элементы установлены на входных и выходных участках по тракту каждой теплообменной среды между изгибами ленты со стороны их внутренних радиусов, перекрывая частично друг друга в смежных каналах и образуя общую поверхность, к которой подсоединены патрубки подвода и отвода теплообменной среды в полость замкнутого контура. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что изгибы гофрированной ленты расположены по эвольвенте в корпусе круглого сечения, а по центру теплообменника установлен вытеснитель. 3. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что на входном и выходном участках каналы выполнены из гладкой ленты, а между изгибами дополнительно установлены распределительные элементы. 4. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что в каналах установлены дистанционирующие элементы.