Пластинчатый теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D9/00 

Изобретение относится к теплообмен- ным аппаратам и может быть использовано для эффективного охлаждения различных теплоносителей, например сжатых газов в компрессорных установках.

Известны пластинчатые теплообменники, представляющие собой пакеты с входными и выходными коллекторами, выполненные из плоских листов, между которыми расположены гофрированные пластины из уплотняющих брусков, установленных по двум противолежащим сторонам пластин с образованием каналов для рабочих сред.

Недостатками указанных теплообменников являются низкая эффективность теплообмена, определяемая недостаточной его

интенсивностью и существенными местными гидравлическими сопротивлениями при распределении рабочей среды по каналам пакета, а также появление на краях плоских проставочных листов как при изготовлении, тапк и при эксплуатации деформаций и трещин, возникающих за счет термических градиентов в пакете теплообменника.

Известен пакет пластинчатого теплообменника, в котором для предотвращения растрескивания краев плоских листов последние изготовлены несколько больших размеров, чем гофрированные пластины, и свободные от контакта с гофрированными пластинами участки плоских листов, расположенные от брусков со стороны, противоположной каналам, выполнены с

VI CJ GJ 00

ю

СЛ

утолщением в 2-5 раз превышающим толщину листа.

Осуществление предлагаемого изобретения позволяет снизить возможность деформации и растрескивания краев плоских листов, что приводит к повышению надежности и герметичности пакета, и следовательно, ресурса работы теплообменника. Однако невысокая интенсивность теплообмена, существенные местные гидравличе- ские сопротивления при распределении рабочей среды по каналам пакета, возникающие за счет образования вихревых зон в полостях между свободными участками плоских листов и уплотняющими брусками, а также неравномерность распределения рабочих сред по каналам фронтального сечения теплообменника не обеспечивают требуемый в настоящее время уровень его тепловой эффективности.

Целью изобретения является повышение тепловой эффективности за счет интенсификации теплообмена, снижения местных гидравлических сопротивлений при распределении рабочей среды по кана- лам пакета и уменьшение степени неравномерности распределения рабочих сред по каналам фронтального сечения теплообменника, что позволит снизить, в свою очередь, термические градиенты в пакете и уменьшить возможность появления деформаций и трещин.

Поставленная цель достигается тем, что в пакете пластинчатого теплообменника на свободных участках плоских листов выпол- нены отверстия, а ширина а этих участков стороны входных коллекторов удовлетворяет соотношению ,5...2h, где h - расстояние между соседними листами, При этом площадь проходных сечений сквозных от- верстий, соединяющих переточные камеры, образованные свободными участками соседних плоских листов, объем переточных камер, регулируемый формой свободных участков плоских листов (трапециевидной, с вогнутыми передними краями), исполнением и расположением уплотняющих брусков (цельное, составное, с выпуклой боковой поверхностью, с образованием ломаной линии) могут выполняться с уменьшением в направлении продольной оси пакета.

Величину а и форму свободных участков плоских листов, конкретные значения площадей проходных сечений сквозных отверстий, исполнение и расположение уп- лотняющих брусков выбирают из условий обеспечения необходимой турбулизации потоков рабочей среды, поступающих в каналы, снижения местных гидравлических сопротивлений при ее распределении по каналам пакета и выравнивания неравномерности этого распределения, а также из условий обеспечения устойчивости свободных участков плоских листов к термическим и вибрационным напряжениям в зависимости от размеров, формы пакета и входных коллекторов, толщины плоских листов, геометрии каналов и скоростей сред. Ширина свободных участков плоских листов должна составлять а 1,5...2h, где h - расстояние между соседними листами и обуславливается особенностями движения в переточных камерах потоков среды, которые образуют вихри различных радиусов в зависимости от удаления камер от продольной оси пакета. Выполнение свободных участков плосих листов менее 1,5 приводит либо к уменьшению площадей проходных сечений до величины, практически препятствующей поступлению среды из переточных камер в каналы, либо к повышению возможности появления деформаций и трещин.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого теплообменника; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1; на фиг. 4 - узел II на фиг. 2; на фиг. 5-8 - схематичное изображение вариантов компановок пакета пластинчатого теплообменника; на фиг. 9 - варианты исполнения свободных участков плоских листов, выполнение и расположение уплотняющих брусков и дополнительных уплотняющих элементов.

Пластинчатый теплообменник содержит (фиг. 1) пакет 1 с входными 2 и 3 и выходными 4 и 5 коллекторами, выполненный из плоских листов 6, между которыми расположены гофрированные пластины 7 и 8, и уплотняющих брусков 9 и 10, при необходимости усиленных дополнительными уплотняющими элементами 11 и 12 с образованием каналов 13 и 14 для рабочих сред. Свободные участки 15 и 16 плоских листов 6 снабжены сквозными отверстиями 17 и 18 для прохода рабочей среды, которые соединяют переточные камеры 19 и 20, образованные этими участками 15 и 16 с каналами 13 и 14, сообщенными с входным- коллектором 2 и 3 этой же среды.

Теплообменник работает следующим образом.

Рабочая среда, например охлаждаемый сжатый газ, подается во входной коллектор 2, на входе которого в зависимости от его геометрических характеристик, параметров пакета 1 и теплофизически свойств рабочей среды формируется определенное поле скоростей среды. С учетом полученного распределения рабочая среда поступает в каналы

13 и частично в переточные камеры 19, образованные свободными участками 15 плоских листов 6. Затем рабочая среда, попадающая в переточные камеры 19 через соединительные сквозные отверстия 17, выполненные на свободных участках 15 плоских листов 6, также поступает в каналы 13. При этом уменьшается образование вихревых зон в переточных камерах 19 перед уплотняющими брусками 9 и турбулизируются потоки рабочей среды, поступающие в каналы 13, непосредственно из входного коллектора 2. Уменьшение площади проходного сечения сквозных отверстий 17, форма свободных участков 15 плоских листов 6, а также исполнение и расположение уплотняющих брусков 9 с уменьшением объема переточных камер 19 к центру фронтального сечения пакета 1 обеспечивают выравнивание распределения рабочей среды по каналам 13 этого сечения. Дополнительные уплотняющие элементы 11, установленные между свободными участками 15 соседних плоских листов 6 с двух противолежащих сторон придают конструкции дополнительную жесткость и герметичность.

Аналогично через входной коллектор 3, сквозные отверстия 18 из переточных камер 20 и непосредственно из входного коллектора 3 в каналы 14 поступает охлаждающая среда. Далее, проходя по смежным каналам 13 и 14 между плоскими листами 6, через которые осуществляется теплообмен, охлаждаемая и охлаждающая рабочие среды поступают в выходные коллекторы 4 и 5 соответственно.

Изобретение позволяет интенсифицировать теплообмен за счет увеличения коэффициентов теплоотдачи рабочих сред вследствие турбулизации их потоков, уменьшить местные гидравлические сопротивления при распределении рабочих сред по каналам пакета за счет уменьшения образования вихревых зон в дополнительных полостях перед уплотняющими брусками, а также повысить эффективность теплообмена и снизить возможность деформаций и трещин за счет выравнивания распределения рабочих сред по каналам фронтального

сечения пакета, что обеспечивает повышение ресурса работы теплообменника. Формула изобретения

1.Пластинчатый теплообменник, содер- жащий входные и выходные коллекторы и

пакет плоских листов с расположенными между ними гофоированными вставками, уплотняющими брускам, установленными параллельно гофрам вставок с образованием рабочих и переточных камер, ограниченных свободными участками плоских листов, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена при одновременном уменьшении гидравлического сопротивления, на свободных участках плоских листов выполнены отверстия, а ширина а этих участков со стороны входных коллекторов удовлетворяет соотношению ,5...2h, где h - расстояние между

соседними листами.

2.Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что отверстия выполнены с различной площадью сечения, меньшее из которых расположено у продольной оси пакета, а большие - у его краев.

3.Теплообменник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что свободные участки плоских листов выполнены трапециевидными.

4. Теплообменник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что свободные участки плоских листов выполнены с вогнутыми краями.

5.Теплообменник по п. 1, отличаю- щ и и с я тем, что переточные камеры выполнены переменного объема, уменьшающегося в направлении продольной оси пакета.

6.Теплообменник по пп. 1и5, о т л и - чающийся тем, что уплотняющие бруски

выполнены составными с образованием профиля в виде ломаной линии.

7.Теплообменник по пп. 1и5, о т л и - чающийся тем. что боковая поверхность

уплотняющих брусков со стороны свободных участков выполнена выпуклой.

8.Теплообменник по пп. 1-7, отличающийся тем, что дополнительно между

свободными участками плоских листов расположены уплотнительные элементы.

5

Использование: охлаждение различных теплоносителей в теплообменной технике. Сущность изобретения: теплообменник содержит входные и выходные коллекторы и пакет плоских листов с расположенными между ними гофрированными вставками, уплотняющими брусками, установленными параллельно гофрам вставок с образованием рабочих и переточных камер, ограниченных свободными участками плоских листов. На свободных участках листов выполнены отверстия. Ширина а этих участков со стороны входных коллекторов удовлетворяет соотношению a 1.5...2h, где h - расстояние между соседними листами. Площадь проходных сечений отверстий, объем переточных камер могут быть выполнены с уменьшением в направлении продольной оси пакета. 7 з.п. ф-лы, 9 ил. со

/J-У

,

JT

Г

7

фи$. 2

16

12

Х /tf 18

фиг. i

Фиг.З

фиг.45АААМО

- о о о о е о

X

/

Л7

Фиг. 5

Я

7 I I П / /4 /

Фиг. 7

/

а о оХ

12 //

Фиг. 6

r-1ff

Фиг. в

а

5

8

в /

о о о

// 3 X

3

(риз. 9