Пакет пластинчатого теплообменника Советский патент 1985 года по МПК F28F3/00 F28D9/00 

О)

00

Изобретение относится к теплообменным устройствам, конкретно, к пакетам рекуперативных пластинчатых теплообменников и может быть применено при создании эффективной теплообменной аппаратуры в криогенной и холодильной технцре, энергетике и других отраслях машиностроения.

Известен теплообменник, содержащий -пакет из ряда пластин с группами отверстий, разделенных в радиальном направлении уштотнительными кольцами, образующими каналы для теплообменивающихся потоков l .

Однако в данном теплообменнике необходимо применение специальных разделительных колец, кроме того, он характеризуется недостаточными эффективностью теплообмена и компактностью.

Известен пакет пластинчатого теплообменника, содержаний перфорированные пластины, перфорации которых расположены со смещением в смежных Пластинах и объединены в группы,огра ниченные рамками, с образованием каналов для рабочих сред СЮ

Недостатками этого канала являются относительно невысокие интенсивность теплообмена и компактность.

Цель изобретения - интенсификация теплообмена и повышение надежности.

Эта цель достигается тем, что в пакете пластинчатого теплообменника, содержащем перфорированные пластины, перфорации которых расположены со смещением в смежных пластинах и объединены в группы, рграняченпые рамками, с образованием каналов для рабочих сред, перфорации в каждом канале имеют эквивалентный диаметр, равный ширине этого канала, и расположены с шагом, составляющим 1,25-2 ширины канала, при расстоянии между центрами перфораций в смежных пластинах, составляющем 0,25-0,5 их шага в канале.

Причем участки пластин между смежными перфорациями в каждой группе отогнуты на угол 1-6 от плоскости пластин.

На фиг.1 схематически изображен пакет; на фиг.2 - продольное сечение канала пакета, перфорации в котором имеют шаг, равный 1,33 ширины канала при расстоянии между центрами перфораций в смежных пластинах, равном 0,33 их шага в канале; на фиг.З - то же.

с перфорациями имеющими шаг, равный 1,5 ширины канала при расстоянии между центрами перфораций в смежных пластинах равном 0,33 их шага в канале; на (1ИГ.4 - то же, с шагом перфораций, равном удвоенной ширине канала при расстоянии между центрами перфораций в смежных пластинах, равном 0,25 их шага в канале на фиг.5 пакет с кольцевыми каналами; на фиг.6 - развёртка по осевому сечению одного из кольцевых каналов пакета, перфорации в котором имеют шаг, равный 1,33 ширины канала при расстояни между центрами перфораций в смежных пластинах, равном 0,33 их шага в канале; на фиг.7 - то же, с перфорациями, имеюо(ими шаг, равный 1,5 ширины канала при расстоянии между центрами перфораций в смежных пластинах равном 0,4 их шага; на фиг.8 - развертка по осевому сечению одного из кольцевых каналов пакета с отогнутьми участками пластин между перфорациями на фиг.9 - то же, с отогнутыми участками пластин пакета между перфорациями, имеющими шаг, ранвый 1,6 ширины канала, при расстоянии между центрами перфораций в смежньпс пластинах, равном 0,5 их шага; на фиг. 10 - фраг мент пакета, пластины которого имеют различную форму перфораций.

Пакет содержит перфорированные пластины 1-3, перфорации 4 и 5 которых расположены со смещением в смежных пластинах 1-3 и объединены в группы, ограниченные рамками 6, с образованием каналов 7 и 8 для рабочих сред, причем рамки 6 образуют стенки каналов 7 и 8. Перфорации 4 и 5 в каждом канале 7 или 8 имеют эквивалентньй диаметр, равный ширине этого канала, и расположены с шагом, составляющим 1,25-2 пгирины канала 7 или 8 при расстоянии между центрами перфораций 4 и 5 в смежных пластинах 1- 3, составляющем 0,25-0,5 их шага в канале 7 или 8. При этом участки 9 и 10 пластины 1-3 между перфорациями 4 и 5 в каждой группе отогнуты на угол 1-6 от плоскости пластины 1-3 и могут иметь ширину, составляющую 0,25-1 диаметра отверстий 4 и 5.

При расположении, например, перфораций 5 в канале 8 пакета с шагом, равньм 1,33 ширины канала 8, и расстоянии между центрами перфора3

НИИ 5 в смежных пластинах 1-3, равном 0,33 их шага, в канале 8 ширина участков 10 между перфорациями5 составляет 0,33 их диаметра.

В первых трех пластинах 1-3 по высоте пакета перфорации 5 смещены одна относительно другой влево, затем в двух последующих пластинах 2 и 1 вправо, потом снова влево и т.д. При этом участки 10 расположены ступенчато по высоте канала 8 между перфорациями 5 с образованием в этом канале 8 извилистых проточных трактов 11. Вследствие того, что ширина участков 10, являющихся оребреиием стенок канала 7, меньше расстояния между центрами перфораций 5 в смежных пластинах 1тракты 11 канала 8 сообщены между собой. Суммарная поверхность участков 10 ореб.рения стенок канала 8 относительно велика при их ширине, превьш1ающей 0,25 диаметра перфораизнй 5. При уменьшении ширины участков 10 до 0,25 диаметра перфораций 5 поверхность их уменьшается настолько значительно, что влияние этих участков 10 на теплорбмен становится неэффективным.

Расстояние между ближайшими по высоте пакета участками 10 составляет в данном случае 1 -3 толщины пластин 1,2 и 3, причем пластины 1 -и 2 вьтолнены разнотипными, а пластина 3 аналогична пластине 1, однако уст-ановлена по отношению к ней реверсивно.

При выполнении пакета из пластин 12-14, перфорации 15 в кбторых расположены с шагом, составляющим 1,5 ширины канала 8, а расстояние между центрами перфораций 15 в смежных пластинах 12-14 составляет 0,33 шага перфораций 15, ширина участков 16 между ними равна 0,5 их диаметра В этом случае извилистые тракты 17 канале 8 изолированы друг от друга, теплообменная поверхность увеличена а свободное пространство внутри канала 8 соответственно уменьшено.

При выполнении пакета из пластин 18-20, перфорации 21 в которых распложены с шагом, равным удвоенной ширине канала 7, а расстояние между центрами перфораций 21 в смежных пластинах 18-20 составляет 0,25 шага перфораций 21, ширина участков 22 между ними равна их диаметру. В

618104

этом случае уменьшается как свободное пространство канала 8, так и его теплообменная поверхность, поскольку участки 22 частично перекрьтают друг 5 друга в смежных пластинах 18-20. Извилистые тракты 23 при этом один относительно другого изолированы более надежно, чем целесообразно при работе со средами, имеющими высокое

to давление.

Дальнейшее увеличение ширины участ ков 22 нецелесообразно, так как при превьш1ении ими диаметра перфораций 21 значительно уменьшается как своt5 бодное пространство в канале 8, так и общая поверхность участков 22, являющихся в канале 8 теплообменной поверхностью. Нецелесообразно также и уменьшение межцентрового расстояния

20 между перфорациями 21 в смежных пластинах 18-20, так как оно станет меньшим 0,25 шага перфораций 21, неоправданно возрастет поверхность контакта участков 22 и тем самым снизится их

25 теплообменная поверхность.

При выполнении пакета из круглых пластин 24-26 с кольцевыми каналами 8, перфорации 27 в которых расположены с шагом, равным 1,33 ширины каJQ налов 8, а расстояние между центрами перфорации 27 в смежных пластинах 24-26 составляет 0,33 шага перфораций 27, ширина участков 28 между ними равна 0,33 их диаметра. Перфо-рации 27 в низком пакете смещены в

5 одном направлении с образованием спиральных проточек трактов 29. Расстояние между ближайшими по высоте участками 28 равно двум толщинам

. пластин 24, 25 или 26. Проточные тракты 22 сообщены между собой при .ширине участков 28, не превьштающей 0,5 диаметра перфораций 27, и изолированы при ширине участков 28,

, превьшающей диаметр перфораций 27. Пакет может быть образован из двух типов пластин 24 и 25, однако количество пластин 24 и 25, которые установлены в пакете реверсивно, при д ЭТОМ ДОЛЖНО быть вдвое больше количества пластин 24 или 25, установленных нереверсивно.

При выполнении пакета из круглых пластин 30-34 или при реверсивной 5 установке пластин 30-32 с кольцевыми каналами 8, перфорации 35, в которых расположены с шагом, равным 1,5 ширины канала 8, а расстояние 51 между центрами перфораций 35 в смежных пластинах 30-34 составляет 0,4 их шага, ширина участков 36 между ними равна 0,5 их диаметра. В этом случае участки 36 расположены ближе к центрам перфораций 35, вследствие чего расстояние между ближайшими по высоте пакета участками 36 сокращается до одной-двух толщин пластин 30-34, В таком пакете спиральные тракты 37 расположены под меньшим углом плоскости поперечного сечения пакета и сообщены между собой. При вьтолнении пакета из пластин 38 и 39 с перфорациями 40 участки 4 между ними могут быть отогнуты в одну сторону на угол 1-6° от плоскости пластин 38 и 39, При вьтолнении пакета из пластин 42 и 43 с отогнутьп и участками 44 между перфорациями 45, имеющими шаг, равный 1,6 ширины канала 8, при расстоянии между центрами перфораций в смежных пластинах 38 и 39, равном 0,5 их шага, ширина участков 44 равна 0,6 их диаметра. В этом случае участки 44 расположены напротив центров перфораций 45 и расстояние между,этими участками 44 равно толщине пластин 38 и 39. Пакет может быть выполнен из плас тин 46, перфорации в которых могут 0 . 6 быть выполнены круглыми 47, прямоугольными 48 со скругленными углат ми, с параболическими кромками 49 и многоугольными 50 с соответствующими участками 51-54 пластин 46 между ними. Пакет работает следующим обпазом. При прохождении по каналам 7 и 8 рабочих сред последние обмениваются между собой теплом через участки 9 и 10 пластин 1-3 и стенКи каналов 7 и 8, образованные рамками б.Теплообмен при этом интенсифицируется за счет участков 9 и 10, являющихся оребрением каналов 7 и 8, а также за счет многократного изменения направления движения в извилистых и спиральных трактах 11, 17, 23 и 29. Компактность пакета при этом повышается за счет того, что каждая из его пластин является одновременно теплопроводным и разделительным элементом. Кроме того, в результате воз-мржности варьирования геометрически- ми параметрами пакета, последний может быть использован в шйроком диапазоне давлений рабочих сред с оптимальной теплоэнергетической эффективностью.

Фиг 2

11

1. ПАКЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕ.ПЛООБМЕННИКА, содержащий перфорированные пластины, перфорации которых расположены со смещением в смежных пластинах и объединены в группы, ограниченные рамками, с образованием каналов для рабочих сред, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена и повышения компактности, перфорации в каждом канале имеют эквивалентный диаметр, равный ширине этого канала, и расположены с шагом, составляющим 1,25-2 ширины канала, при расстоянии между центрами перфораций в смежных пластинах, составляющем 0,25-0,5 их.шага в канале. 2. Пакет поп.1, отличающий с я тем, что участки пластин между смежными перфорациями в каж(Л дой группе отогнуты на угол 1-6 от плоскости пластин.

Фиг. J /J 22 22 22 21 // Jc 21 t-f f Фи1. 6

27

27 /7 27 /7 / /( ( / / / / / / «5

Фиг. 9 JfS

48 if8 4(9

52 52

/ / / I I

Л S S4- so 50 50

I I I

Фиг. 10