Пластинчатый теплообменник Советский патент 1984 года по МПК F28D9/00 

./

// . . . i Изобретение относится к теплообменной технике у а именно к матричным теплообменникам, и может быть использовано в технике низких темпе ратур, в частности.в воздукораздели тельных и газификаодонных установках. Известны матричные теплообменники , содержащие перфорированные пластины, чередующиеся с разделительными проставками, представляннцими собой пластины с окнами и образующими в.сборе каналы для рабочих сред СО Недостатком этих теплообменников является их значительное .гидравлическое сопротивление. Известен также пластинчатый теплообменник, содержащий пакет чередующихся перфорированных пластин и прокладок 21. Недостатками этого теплообменник являются относительно невысокая интенсивность теплообмена, а также значительное гидравлическое сопротивление. Дальнейший рост общих коэффициентов теплопередачи невозмож из-за того, что по технологическим соображениям ширина разделительных прокладок (ограничительных зон) не может быть меньше некоторой предель ной величины, например, для цельносварных теплообменников 5 мм. Объясняется это тем, что пакет чередующихся перфорированных пластин и про кладок в процессе сборки подвергает осевому сжатию (при проведении диффузионной сварки в печи либо при склеивании, пайке). При этом появля ются боковые усилия,уводящие прокла ; кп в сторону и изгибакйцие зажатые между ними перфорированные пластины Поэтому минимальная ширина прокладо являющихся пepe в lчкaми между канала ми с рабочими средами, довольно зна чительна. Термическое сопротивление этих перемычек определяет предельны значения коэффициентов теплопередач и дальнейшее увеличение коэффициентов теплопередачи возможно только при условии уменьшения термического сопротивления перемычек. Возможности по уменьшению гидрав лического сопротивления матричных теплообменников также ограничены вследствие особенностей течения теплоносителей в осевом направлении Даже в тех конструкциях, где отвер612стия соосны, каждый переход потока теплоносителя из зоны отверстия в пространстве между пластинами сопро-, вождается расширением потока, турбулизацией, в конечном итоге - потерей давления. Кроме того, из-за знаШтельной ширины прокладок велики и не могут быть,уменьшены паразитные осевые тепловые потоки, понижакище эффективность теплообменников, особенно при работе в условиях больших осевых температурных градиентов, что особенно неблагоприятно сказывается на.работе низкотемпературных теплообменников (в криогенной технике). Цель изобретеН1 я - интенсификация теплообмена, а также снижение гидравлического сопротивления. Указанная цель достигается тем, что в пластинчатом теплообменнике, содержащем пакет чередующихся перфорированных пластин и прокладок, каждая прокладка по периметру выполнены с впадинами, размещенными с постоянным шагом, а. перфорация пластин на участках контакта с прокладками расположена соосно с впадинами. Впадины выполнены полуцилиндрическими и имеют диаметр, равный диаметру перфораций пластин. При этом прокладки могут быть выполнены зигзагообразными. На фиг. 1 изображен теплообменник, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 зигзагообразная прокладка. Теплообменник содержит пакет чередующихся перфорированных пластин 1 3и прокладок 4. Каждая из прокладок 4по периметру выполнена с впадинами 5, размещенными с постоянным шагом, а перфорация 6 пластин 1 и 2 на участках контакта с прокладками 4 расположена соосно с впадинами 5. Впадины 5 на прокладках 4 выполнены полуцилиндрическими и имеют диаметр, равный диаметру перфораций 6 пластин 1. Прокладки 4 могут быть также выполнены зигзагообразными. Пластины 1 - 3 и прокладки 4 образуют в пакете внешней 7 и внутренней 8 каналы дли рабочих сред. Минимальная ширина на участках 9 прокладок прокладки 4 составляет 0,2-0,5 максимальной ширины на участках 1р. Перфорация 6 пластин 1 и 2 образует с впадинами 5 прокладок 4 цилиндрические каналы 11 по периферии внутреннего канала 8, В пластинах 1 и 3 выполнены также соосные централь ные отверстия 12, образующие канал 13, сечение которого равно суммарно ну сечению каналов П. При выполнени прокладок 4 зигзагообразными их тол- щина с менвдце габарита ширины в, об разованной прокладкой 4 стенки кана лов 7 и 8, Теплообменник работает следующим образом. В каналы 7 и 8 теплообменника подают противотоком рабочие среды, которые, проходя по каналам 7 и 8, обмениваются теплом друг с другом, в результате чего происходит охлаждение одной из сред и Нагрев другой среды. При этом рабочая среда, движущаяся в канале 7, входит через отверстие 12 в пластине 3 и, двигаясь по каналу 13, распределяется равномерно по зазорам между пластинами 1, передвигаясь от центральной части к периферии канала 8, т.е. от канала 1 к каналам 11, проходит по каналам 11 и затем выходит через перфорации 6 в пластине; 2, При движении рабочей среды по зазорам между теплопроводными пластинами 1 осуществляется теплообмен между рабочей средой и этими пластинами, по которым тепло передается по каналу 7 для другой рабочей среды. Течение рабочей среды по каналам II также сопровождается теплообменом с их стенками и через прокладки 4 и соответствунмцие участки пластин 1 с рабочей средой, движу щейся по каналу 7, Поскольку стенки каналов 11 расположены вблизи канала 7, то термическое сопротивление перемычек между каналами 7 и 8 значи тельно снижается, что интенсифицирует теплообмен вследствие того, что 1 14 перфорации 6 на границах каналов 7 и 8 оказываются максимально приближенными друг к другу. Кроме того, за счег уменьшения доли сечения пакета, занятого прокладками 4, и увеличения их поверхности, увеличивается поверхность теппообмена. Епагодаря уменьшению толщшш прокладок 4 уменьшаются также вредные осевые тепловые потоки от теплого к холодному концу теплообменника. Все зто приводит к значительному повышению эффективности теплообменника. Снижение площади поперечного сечеийя прокладок позволяет упростить изготовление теплообменника ( соединение пластин 1 и прокладок 4 в пакет) вследствие у 1еньшёШ1я усилия сжатия и сварочных токов, что позволяет также изготавливать на том же оборудовании теплообменные пакеты большего сечения. Снижается и отдравлическое сопротивление пакетов благодаря увел ичению проходного сечения для рабочих сред и, следовательно, возможного сечения перфор аций 6 в пластинах 1, а также благодаря возможности получения частично гладких стенок каналов 1I при совмещении перфораций 6 с впадинами 5 прокладок 4. При выполнении теплообменника с зигзагообразными проклсздками 4 обес печйвается максимальное уменьшение их толщины, а сл едовательно, макси|мальное повьшение эффективности теплообмена, упрощение изготовления пакета и уменьшение осевых тепловых потоков. Таким образом, изобретение позволяет значительно интенси(|ицировать теплообмен, а также упростить изготовление теплообменника.

1. Ш1АСТИНЧАТЬЙ ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий пакет чередующихся перфорированных пластин и прокладок, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, каждая прокладка по периметру выполнена с впадинами, размещенными с. постоянным шагом, а перфорация пластин на участках контакт с прокладками расположена соосно с впадинами. 2.Теплообменник по п. 1, о т личающийся тем, что впадины на прокладках выполнен цилиндрическими и имеют диаметр, равный диаметру перфораций гшастин. 3.Теплообменник по ti. 1, о т л И чающийся тем, что прокладки выполнены зигзг;гообразны1«1. 1, эо 9д