Пластинчатый теплообменник с вставными турбулизаторами Российский патент 2023 года по МПК F28D9/02 F28F3/02 F28F13/12 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к теплообменному оборудованию и может быть использовано для утилизации тепла сбросных газов и жидкостей, а именно для утилизации тепла дымовых газов котельных агрегатов, промышленных печей, вентиляционных выбросов.

Известен пластинчатый теплообменник, включающий кожух, в котором помещен пакет теплообменных пластин, которые формируют первые промежутки (каналы) между пластинами для первой (охлаждающей) среды (например, воздуха) и вторые промежутки (каналы) между пластинами для второй (охлаждаемой) среды. Кожух снабжен трубными досками и крышками, в которых устроены входные и выходные отверстия (патрубки) для входа в пластинчатый теплообменник и выхода из него нагреваемой и охлаждаемой сред, а теплообменные пластины соединяются с кожухом, трубными досками и крышками через уплотнения [Патент РФ №2426965, Мкл F 28 D 9/ 00, Мкл F 28 G 13/ 00, 2009].

Основным недостатком известного пластинчатого теплообменника является отсутствие в каналах устройств, турбулизирующих потоки теплоносителей, что снижает скорость теплообмена между ними и эффективность устройства.

Более близким к предлагаемому изобретению является пластинчатый воздухоподогреватель, содержащий пакет из плоских пластин, покрытых антикоррозионным покрытием, с турбулизующими выступами (турбулизаторами), образующие между собой каналы для теплообменивающихся потоков газа и воздуха [А. с. СССР № 1575062, Мкл. F 28 D9/02, 1990].

Основными недостатками известного пластинчатого воздухоподогревателя являются сложность его конструкции, обусловленная необходимостью изготовления пластин с турбулизующими выступами и сложность очистки поверхностей этих пластин от загрязнений (частиц пыли, золы, сажи и т. д.) при работе теплообменника с запыленными теплоносителями, что снижает его эффективность и надежность.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности и надежности пластинчатого теплообменника с вставными турбулизаторами.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый пластинчатый теплообменник с вставными турбулизаторами содержит горизонтальный кожух, изготовленный в форме прямоугольного параллелепипеда, верх, днище и торцы которого выполнены в виде верхней и нижней трубных досок с прямоугольными отверстиями и двух торцевых трубных досок с прямоугольными отверстиями, внутри кожуха помещен пакет, состоящий из теплообменных пластин, установленных между верхней и нижней трубными досками и торцевыми трубными досками с образованием между собой вертикальных каналов, сообщающихся с отверстиями в верхней и нижней трубных досок и горизонтальных каналов, сообщающихся с отверстиями торцевых трубных досок, которые, в свою очередь, закрыты верхней, нижней и торцевыми крышками, сверху, снизу и с торцов закрывающими кожух, причем торцевые крышки и верхняя и нижняя крышки снабжены входными и выходными патрубками, а в вертикальных и горизонтальных каналах установлены вставные турбулизаторы, выполненные из нержавеющего материала, длина и высота которых определяются соответствующими размерами вертикальных и горизонтальных каналов, каждый турбулизатор состоит из верхнего и нижнего кронштейна, соединенных между собой вертикальными завихрителями с вихревыми лепестками, прикрепленными по длине завихрителей попарно и крестообразно друг против друга и снабженными на концах съемными П–образными фиксаторами, соединенными с фиксирующими кольцами.

Предлагаемый пластинчатый теплообменник с вставными турбулизаторами (ПТОВТ) изображен на фиг. 1–8 (фиг. 1–3 общий вид и разрезы, фиг 4–8 вставной турбулизатор 24, его разрез и узлы).

ПТОВТ состоит из горизонтального кожуха 1, изготовленного в форме прямоугольного параллелепипеда, верх, днище и торцы которого выполнены в виде верхней 2 и нижней трубных досок 3 с прямоугольными отверстиями 4 и двух торцевых трубных досок 5, 6 с прямоугольными отверстиями 7, внутри кожуха 1 помещен пакет 8 состоящий из теплообменных пластин 9, установленных между верхней и нижней трубными досками 2 и 3 и торцевыми трубными досками 5 и 6 с образование между собой вертикальных каналов 10, сообщающихся с отверстиями 4, и горизонтальных каналов 11, сообщающихся с отверстиями 7 торцевых трубных досок 5 и 6, при этом, с торцов, сверху, снизу кожух 1 закрыт торцевыми крышками 12, 13 и верхней и нижней крышками 14, 15, которые снабжены входными и выходными патрубками 16, 17 и 18, 19, соответственно, а в вертикальных и горизонтальных каналах 10 и 11 установлены вставные турбулизаторы 20, выполненные из нержавеющего материала, длина и высота которых определяются соответствующими размерами вертикальных и горизонтальных каналов 10 и 11, каждый турбулизатор 20 состоит из верхнего и нижнего кронштейна 21 и 22, соединенных между собой вертикальными завихрителями 23 с вихревыми лепестками 24 и 25, прикрепленными по длине завихрителей 23 попарно и крестообразно друг против друга и снабженными на концах съемными П–образными фиксаторами 26, соединенных с фиксирующими кольцами 27.

Установка вставных турбулизаторов 20 в вертикальные и горизонтальные каналы 10 и 11 производится при снятых торцевых крышках 12, 13 и верхней и нижней крышках 14 и 15. При этом, вначале в полости каналов 10 и 11 у их торцов вставляют фиксаторы 26, после чего поочередно в фиксирующие кольца 27 фиксаторов 26 вставляют концы кронштейнов 21 и 22 турбулизаторов 20. Далее, положение турбулизаторов 20 совместно с фиксаторами 26 фиксируется в каждом канале так, чтобы лепестки 24 и 25 не касались теплообменных пластин 9, после чего фиксаторы 26 крепятся к пластинам 9, а короб 1 соединяют с торцевыми крышками 12, 13 и верхними и нижними крышками 14 и 15 (узлы крепления на фиг. 1–8 не показаны).

Предлагаемый ПТОВТ работает следующим образом. Охлаждаемая среда, например, дымовые газы, поступает через входной патрубок 18 и распределяется по отверстиям 7 трубной доски 5 и направляется в горизонтальные каналы 11 пакета 8, при движении по которым дымовые газы охлаждаются в результате теплообмена до заданной температуры через теплообменные пластины 9 с охлаждающей средой, например, наружным воздухом, поднимающимся по вертикальным воздушным каналам 10, после чего охлажденные дымовые газы через отверстия 7 трубной доски 6 и через патрубок 19 выводится из теплообменника. В тоже время воздух (охлаждающая среда) подается снизу через патрубок 16 и воздушные отверстия 4 в вертикальные воздушные каналы 10 пакета 8, поднимается вверх, нагревается от t0 до tГ при этом в результате теплообмена через теплообменные пластины 9 с охлаждаемыми газами, движущимся по вертикальным каналам 11, после чего нагретый воздух через воздушные отверстия 4 трубной доски 2 поступает в патрубок 17, откуда подается потребителю. При этом наличие вставных турбулизаторов 20 в каналах 10 и 11 турбулизирует потоки дымовых газов воздуха и тем самым значительно повышает эффективность теплопередачи между ними. Кроме того, наличие вставных турбулизаторов 20, расположенных в ядре потока дымовых газов или воздуха обеспечивает завихрение всего потока, достигающего самих стенок каналов 10 и 11, что предотвращает осаждение на них твердых примесей и дополнительно увеличивает эффективность теплопередачи и срок эффективной работы ПТОВТ, а конструкция турбулизатора 20 позволяет реконструировать для повышения эффективности без особых затруднений обычные пластинчатые теплообменники.

Взаимное перпендикулярное расположение воздушных 10 и газовых 11 каналов в ПТОВТ позволяет осуществлять процесс теплообмена по перекрестной схеме движения теплоносителей, что обеспечивает достаточно высокую движущую силу теплопередачи и широко используется в воздухоподогревателях для парогенераторов [Тепловой расчет промышленных парогенераторов. Под ред. Частухина В. И. – Киев: Вища школа, 1980, с. 50], позволяет значительно упростить конструкцию крышек 12, 13, 14, 15 (внутреннюю полость крышек не нужно делить перегородками на воздушные и газовые каналы) и уменьшить их вес, значительно снизить аэродинамическое сопротивление по сравнению с известными пластинчатыми теплообменниками с конструкциями крышек для прямоточной и противоточной схем движения теплоносителей.

Таким образом, конструкция предлагаемого ПТОВТ позволяет за счет устройства в нем вставных турбулизаторов и обеспечения перекрестного движения теплообменивающихся сред в каналах, повысить его эффективность и надежность по сравнению с известными пластинчатыми теплообменниками.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. В пластинчатом теплообменнике с вставными турбулизаторами, содержащем горизонтальный кожух, изготовленный в форме прямоугольного параллелепипеда, верх, днище и торцы которого выполнены в виде верхней и нижней трубных досок с прямоугольными отверстиями и двух торцевых трубных досок с прямоугольными отверстиями, внутри кожуха помещен пакет, состоящий из теплообменных пластин, установленных между верхней и нижней трубными досками и торцевыми трубными досками с образованием между собой вертикальных каналов, сообщающихся с отверстиями в верхней и нижней трубных досок и горизонтальных каналов, сообщающихся с отверстиями торцевых трубных досок, которые, в свою очередь, закрыты верхней, нижней и торцевыми крышками, сверху, снизу и с торцов закрывающими кожух, причем торцевые крышки и верхняя и нижняя крышки снабжены входными и выходными патрубками, а в вертикальных и горизонтальных каналах установлены вставные турбулизаторы, выполненные из нержавеющего материала, длина и высота которых определяются соответствующими размерами вертикальных и горизонтальных каналов, каждый турбулизатор состоит из верхнего и нижнего кронштейнов, соединенных между собой вертикальными завихрителями с вихревыми лепестками, прикрепленными по длине завихрителей попарно и крестообразно друг против друга и снабженными на концах съемными П–образными фиксаторами, соединенными с фиксирующими кольцами. Технический результат - повышение эффективности и надежности пластинчатого теплообменника с вставными турбулизаторами. 8 ил.

Пластинчатый теплообменник с вставными турбулизаторами, содержащий кожух, снабженный трубными досками и крышками, в крышках устроены входные и выходные патрубки для входа и выхода теплообменивающихся сред, в кожухе помещен пакет, состоящий из теплообменных пластин с турбулизаторами, которые формируют каналы для охлаждаемой и охлаждающей среды и которые соединяются с кожухом, трубными досками и крышками, отличающийся тем, что кожух выполнен горизонтальным в форме прямоугольного параллелепипеда, верхняя, нижняя и торцевые трубные доски выполнены с прямоугольными отверстиями для охлаждающей и охлаждаемой среды, каналы охлаждающей среды соединены с отверстиями верхней и нижней трубных досок и направлены вертикально, каналы охлаждаемой среды соединены с прямоугольными отверстиями торцевых трубных досок и направлены горизонтально, в вертикальных и горизонтальных каналах установлены вставные турбулизаторы, выполненные из нержавеющего материала, длина и высота которых определяются соответствующими размерами вышеупомянутых каналов, причем каждый турбулизатор состоит из верхнего и нижнего кронштейнов, соединенных между собой вертикальными завихрителями с вихревыми лепестками, прикрепленными по длине завихрителей попарно и крестообразно друг против друга и снабженными на концах съемными П-образными фиксаторами, соединенными с фиксирующими кольцами.