МАТРИЦА ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 2012 года по МПК F28D9/00 F28F3/02 

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании и модернизации теплообменных аппаратов и устройств энергетического, транспортного и промышленного назначения, основу которых составляют различные компоновки пластинчатой поверхности.

Известные конструкции пластинчатых теплообменников на основе "традиционных" компоновок профильной пластинчатой поверхности сетчато-поточного типа с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами [1, 2] обеспечивают высокие показатели теплоэнергетической эффективности. Это обусловлено тем, что сложная геометрия проходных сечений зигзагообразных конфузорно-диффузорных каналов, образуемых поверхностью теплообменных пластин, синтезирует в структуре отрывного потока положительные особенности продольного течения в криволинейном канале (внутренняя задача) и внешнего обтекания контактирующих сфероидальных выступов с шахматным или коридорным расположением, моделирующих поперечно обтекаемые короткие трубчатые элементы с переменным радиусом образующей, и определяющие в целом благоприятные условия взаимодействия потока с поверхностью теплообмена.

При этом ощутимым недостатком теплообменных аппаратов с указанными компоновками является одинаковая величина проходных сечений каналов для разных по физическим свойствам и рабочим параметрам теплоносителей по обеим сторонам профильного листа. Особенно остро этот недостаток проявляется в теплообменниках с большими расходами и различной плотностью газообразных теплоносителей в условиях массогабаритных ограничений, предъявляемых к аппаратам энергетических установок. Возможность создания пластинчатых теплообменников с разными по величине проходными сечениями для смежных теплоносителей может быть достигнута при использовании варианта компоновки пластин с промежуточными, между теплоотдающими поверхностями, однотипными профильными пластинами-турбулизаторами.

Задачами изобретения являются интенсификация теплоотдачи пластинчатой поверхности в условиях нового варианта компоновки пластин, обеспечивающего существенное увеличение отношения проходных сечений каналов для смежных теплоносителей, снижение металлоемкости и уменьшение объема матрицы теплообменника.

Поставленные задачи решаются при использовании матрицы пластинчатого теплообменника с поверхностью в виде пластин сетчато-поточного типа с равновеликими двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами, образующих при взаимном контакте сфероидальных выступов изолированные каналы для смежных теплоносителей ("горячего" и "холодного"), отличающейся тем, что в каналах по стороне одного из теплоносителей размещается промежуточная дистанционирующая профильная пластина-турбулизатор с геометрией разбивки и рельефа, одинаковой с находящимися с ней в контакте с обеих сторон теплоотдающими пластинчатыми поверхностями, существенно увеличивающая соотношение проходных сечений каналов для смежных теплоносителей с разными теплофизическими и гидродинамическими параметрами и обеспечивающая высокую теплоэнергетическую эффективность данного компоновочного варианта пластинчатой поверхности путем дополнительной турбулизации потока, а также за счет реализации эффекта оребрения указанной промежуточной пластины-турбулизатора (в частности, из материала с высокой теплопроводностью), обусловленного механизмом контактной теплопроводности, усиленного большей площадью и плотностью взаимного контактирования смежных пластин со сфероидальными выступами с плоской вершиной в одном варианте компоновки или контактирования сфероидальных выступов теплоотдающих пластин со сфероидальными выступами пластин-турбулизаторов со сферическими углублениями на их вершинах в другом.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технико-экономические результаты.

1. Интенсификация теплоотдачи поверхности путем дополнительной турбулизации потока при взаимодействии его с элементами рельефа сложной формы, а также за счет эффекта оребрения промежуточной профильной пластины-турбулизатора, обусловленного механизмом контактной теплопроводности.

2. Снижение металлоемкости матрицы теплообменника при использовании компоновки с пластинами-турбулизаторами.

На фиг.1 изображена схема "традиционной" компоновки пластин с контактирующими сфероидальными выступами, образующих равнопроходные сечения для смежных теплоносителей (S₁/S₂=1); на фиг.2 - схема новой предлагаемой компоновки пластин с промежуточными между теплоотдающими поверхностями пластинами-турбулизаторами, реализующей разнопроходные сечения для смежных теплоносителей (S₁/S₂>1); на фиг.3 изображен фрагмент контактирующих пластин (фиг.2) с увеличенной площадью контакта сфероидальных выступов с плоскими вершинами; на фиг.4 изображен фрагмент контактирующих пластин (фиг.2) с увеличенной площадью контакта сфероидальных и вершин со сферическими выемками.

При работе пластинчатого теплообменника с предложенной матрицей тепло от горячего теплоносителя, проходящего внутри каналов профильных теплоотдающих элементов, через стенки передается омывающему их холодному (смежному) теплоносителю и одновременно за счет контактной теплопроводности промежуточной профильной пластине-турбулизатору, в свою очередь реализующей эффект оребрения при обтекании ее потоком. Таким образом, тепловая эффективность поверхности профилированных каналов матрицы определяется турбулизацией потока теплоносителей сфероидальными выштамповками контактирующих пластин и дополнительной интенсификацией процесса теплоотдачи за счет механизма контактной теплопроводности по стороне теплоносителя с увеличенным проходным сечением каналов.

Использование компоновок пластинчатой поверхности с промежуточными пластинами-турбулизаторами с шахматным или коридорным расположением контактирующих элементов рельефа позволяет при существенном увеличении соотношения проходных сечений каналов для смежных теплоносителей варьировать их массовыми расходами, обеспечивая при этом высокие показатели теплоэнергетической эффективности профилированных каналов и сохраняя жесткость, прочность и другие эксплуатационные параметры матрицы пластинчатого теплообменника.

Источники информации

1. Берман С.С. Авторское свидетельство №122567.

2. Андреев М.М., Берман С.С. и др. Теплообменная аппаратура энергетических установок. - М.: Машгиз, 1963. - 240 с.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Матрица пластинчатого теплообменника содержит между теплоотдающими профильными поверхностями промежуточную профильную пластину-турбулизатор с такой же геометрией рельефа, обеспечивающую существенное увеличение соотношения проходных сечений профилированных каналов для смежных теплоносителей и их высокую теплоэнергетическую эффективность. 4 ил.

Матрица пластинчатого теплообменника с поверхностью в виде пластин сетчато-поточного типа с равновеликими двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами, образующих при взаимном контакте сфероидальных выступов изолированные каналы для смежных теплоносителей ("горячего" и "холодного"), отличающаяся тем, что в каналах по стороне одного из теплоносителей размещается промежуточная дистанционирующая профильная пластина-турбулизатор с геометрией разбивки и рельефа, одинаковой с находящимися с ней в контакте с обеих сторон теплоотдающими пластинчатыми поверхностями, существенно увеличивающая соотношение проходных сечений каналов для смежных теплоносителей с разными теплофизическими и гидродинамическими параметрами и обеспечивающая высокую теплоэнергетическую эффективность данного компоновочного варианта пластинчатой поверхности путем дополнительной турбулизации потока, а также за счет реализации эффекта оребрения указанной промежуточной пластины-турбулизатора (в частности из материала с высокой теплопроводностью), обусловленного механизмом контактной теплопроводности, усиленного большей площадью и плотностью взаимного контактирования смежных пластин со сфероидальными выступами с плоской вершиной в одном варианте компоновки или контактирования сфероидальных выступов теплоотдающих пластин со сфероидальными выступами пластин-турбулизаторов со сферическими углублениями на их вершинах в другом.