ПАКЕТ ПЛАСТИН ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА Российский патент 2008 года по МПК F28F3/08 

Изобретение относится к пакетам пластин теплообменных аппаратов, в которых теплоносители пропускают через смежные каналы, образованные неподвижными пластинами.

Известен пакет пластин теплообменного аппарата «Суперплейт», состоящий из пластин сетчато-поточного типа с прерывистыми турбулизаторами в виде односторонних полых полусферических выступов одинаковой высоты. Выступы образуют между пластинами сетку взаимных опор со структурой равностороннего треугольника. Пакет набран из пластин двух исполнений, в которых выступы сопрягаемых пластин смещены в поперечном направлении на половину (шага) расстояния между выступами. Пластины собраны выступами в одну сторону и стянуты с упором выступов в плоские участки сопряженных пластин. Пластины образуют каналы высотой от 1 до 2 высот выступов. См. Барановский Н.Д. и др. Пластинчатые и спиральные теплообменники. - М.: Машиностроение, 1973, стр.79, 80, 81.

Известной конструкции присущи следующие недостатки.

Односторонние выступы изменяют скорости обоих теплоносителей в одном перпендикулярном пластинам направлении - в сферические полости выступов. При этом на поверхности пластин остается относительно глубокий ламинарный слой, снижающий интенсивность теплообмена.

Шаг выступов в продольном направлении больше шага выступов в поперечном направлении в раз. Это определяет разное гидравлическое сопротивление канала в указанных направлениях и сопровождается снижением интенсивности теплообмена от оси к краям канала в связи со снижением скорости и турбулизации потока.

Пакет имеет недостаточную поперечную жесткость для работы с высокими давлениями теплоносителей. Односторонние выступы упираются в плоские податливые участки сопряженных пластин, что не позволяет достичь необходимой плотности контакта при стягивании пластин.

Два исполнения пластин повышают технологическую себестоимость пакета.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является пакет пластин сетчато-поточного типа с прерывистыми турбулизаторами в виде двусторонних выступов одинаковой высоты. Выступы образуют между пластинами сетку взаимных опор со структурой равностороннего четырехугольника. Пакет набран из двух видов пластин, одна из которых оснащена двусторонними выступами, выполненными в форме полой стекающей капли, а вторая оснащена полусферическими гнездами для сопряжения с вершинами выступов первой пластины. Пластины собраны и стянуты в пакет с образованием каналов высотой от 1 до 2 высот выступов. См. патент JP 2006249017, заявка JP 200569499.

У прототипа шаг выступов в продольном направлении равен шагу выступов в поперечном направлении. Это определяет равное гидравлическое сопротивление канала в указанных направлениях и обеспечивает улучшение теплообмена за счет выравнивания скоростей потока в сечении канала.

Прототипу присущи указанные выше другие недостатки аналога.

Задачи, решаемые изобретением, - сокращение относительной глубины ламинарного слоя на поверхностях пластин, улучшение турбулизации за счет изменения направлений потоков в двух перпендикулярных пластинам направлениях, увеличение жесткости пакета и унификация пластин в пакете.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении интенсивности теплообмена, применении теплоносителей высокого давления и снижении технологической себестоимости.

Указанный результат достигается следующим образом.

Пакет пластин сетчато-поточного типа с прерывистыми турбулизаторами в виде полых двусторонних выступов одинаковой высоты, образующих между пластинами сетку взаимных опор со структурой равностороннего четырехугольника, набран из одинаковых пластин. Полые двусторонние выступы выполнены в форме усеченных конусов, а пластины собраны и стянуты по выступам вершина в вершину с образованием жесткой сотовой конструкции и каналов высотой от 2 до 4 высот выступов.

Каналы пакета имеют одинаковое продольное и поперечное гидравлическое сопротивление, а двусторонние выступы сопрягаемых пластин обеспечивают одновременное изменение направления потока в двух перпендикулярных пластинам направлениях - в противоположные полости выступов. Конструкция обеспечивает равномерное распределение потока по сечению канала, интенсивную турбулизацию теплоносителей, сокращение относительной глубины ламинарного слоя на поверхности пластин и, как следствие, интенсивный теплообмен.

Жесткая сотовая конструкция поперечного сечения способна выдерживать стягивающие усилия, обеспечивающие необходимую плотность контакта пластин при высоких давлениях теплоносителей.

Пакет собран из одинаковых пластин, что снижает его технологическую себестоимость.

На чертеже представлен фрагмент пакета пластин.

Пакет собран из одинаковых пластин 1 сетчато-поточного типа с прерывистыми турбулизаторами в виде двусторонних выступов 2, образующих между пластинами сетку взаимных опор со структурой равностороннего четырехугольника. Выступы 2 выполнены в форме полых усеченных конусов. Пластины стянуты выступ в выступ и образуют каналы, высота которых изменяется в интервале 2-4 высоты выступа. Пластины 1 образуют жесткую сотовую конструкцию 3, способную выдерживать стягивающие усилия, обеспечивающие плотность контакта пластин при высоких давлениях теплоносителей.

Пакет пластин теплообменного аппарата работает следующим образом.

Теплоносители пропускают через смежные каналы пакета, набранного из пластин 1. Потоки теплоносителей турбулизируются двусторонними выступами 2, изменяют направление в плоскости пластин и перпендикулярно им - в противоположные полости выступов, что сопровождается выравниванием скоростей по сечению канала и сокращением относительной глубины ламинарного слоя. После прохождения пакета теплоносители отводят из каналов.

Свойства предлагаемого пакета пластин подтверждены испытаниями опытного образца. Пакет может быть изготовлен предприятиями, специализирующимися на обработке листового металла.

Изобретение предназначено для теплообмена и может быть использовано в теплообменных аппаратах. Пакет пластин теплообменного аппарата состоит из одинаковых пластин сетчато-поточного типа с прерывистыми турбулизаторами в виде полых двусторонних выступов, образующих между пластинами сетку взаимных опор со структурой равностороннего четырехугольника. Выступы турбулизаторов выполнены в форме усеченных конусов. Пластины собраны в пакет и стянуты по выступам вершина в вершину с образованием жесткой сотовой конструкции и каналов высотой от 2 до 4 высот выступов. Изобретение обеспечивает улучшение теплообмена, повышение давления теплоносителей и снижение технологической себестоимости пакета. 1 ил.

Пакет пластин теплообменного аппарата, состоящий из одинаковых пластин сетчато-поточного типа с прерывистыми турбулизаторами в виде полых двусторонних выступов, образующих между пластинами сетку взаимных опор со структурой равностороннего четырехугольника, отличающийся тем, что выступы турбулизаторов выполнены в форме усеченных конусов, а пластины собраны в пакет и стянуты по выступам вершина в вершину с образованием жесткой сотовой конструкции и каналов высотой от 2 до 4 высот выступов.