Пакет матричного теплообменника и способ его изготовления Советский патент 1992 года по МПК F28F3/14 

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности, к устройствам теплообмена между жидкими или газообразными теплоносителями.

Известны конструкции матричных теплообменников, изготовленные из металлических высокотеплопроводных перфорированных пластин и расположенных между ними металлических прокладок. Герметичное соединение пластин и прокладок в единую матрицу осуществляется либо с помощью склеивания либо диффузионной сваркой.

Высокая эффективность теплообмена (КПД 0,95) достигается в том случае, когда продольный (вдоль оси Y)тепловой поток по стенкам матрицы от теплого конца к холодному незначителен.

Недостатком клееных конструкций матриц являются ограниченные прочность и надежность.

При соединении элементов матрицы диффузионной сваркой перфорированные пластины изготавливают из высокотеплопроводной меди,а прокладки-из низкотеплопроводной стали, например, антикоррозионной, которая в этой конструкции выполняет роль термосопротивления.

Продольная теплопроводность стенок матрицы снижает эффективность теплообменника, а повышение теплопроводности вдоль оси X повышает его эффективность.

Известен матричный теплообменник, который содержит прокладку, состоящую из разнородных двух металлов с высокой и низкой теплопроводностью (а. с. СССР №

VI

S

со

о

916958, кл. F 28 F 3/08, 1982 г). При этом часть прокладки, состоящая из материала с высокой теплопроводностью, снижает термическое сопротивление перфорированной пласгм.нL.I (вдоль оси X), расположенной в зоне стен и.

Недостатком такой конструкции теплообменника язс:яется то, что применяемые в нем металлы (медь и сталь) имеют большую плотность, ьс.пгдствие чего теплообменник приобретает большую массу. Кроме того, перфорация, имеющаяся в пластине, увеличивает термическое сопротивление стенки в направлении X, что отрицательно сказывается на КПД теплообменного аппарата,

Аналогичный заявленному является способ изготовления матричного теплообменника путем сварки последовательно чередующихся перфорированных металлических пластин и прокладок.

Однако этот способ имеет ограниченное применение, поскольку соединение реализуют путем диффузионной сварки элементов из металлов большой плотности, что ведет к чрезмерному увеличению массы теплообменника.

Известен способ механического соединения разнородных пластин в пакете плоского теплообменника, изготовленного из легких металлов, описанный в заявке ЕПВ №0110311. В этой заявке описана конструкция теплообменника, состоящего из нескольких слоев 1 и 2 (см. фиг. 3) разного металла, причем из заявки следует, что зтм слои сваривают и прокатывают при изготовлении всего пакета теплообменника, Недостатком этой, конструкции и способа ее изготовления является то, что предложенный с заявке ЕПВ Ms 0110311, пакет теплообменника состоит всего из трех или пяти тонких слоев разнородного металла и в случае большого количества слоев (несколько десятков или сотен)его прокатка становится невозможном. Кроме того, в рассматриваемой заявке ЕВП №0110311 свариваемые пластины и прокладки не имеют перфорации и окон. Наличие перфорации в пластинах и окон в прокладках матричного теплообменника требует при сварке пакета (матрицы) их строгого совпадения, что невозможно обеспечить при изготовлении матрицы теплообменника способом, описанным в заявке ЕПВ.

Целью изобретения является снижение массы, удешевление конструкции и повышение эффективности теплообмена за счет уменьшения продольного теплового потока.

Поставленная цель достигается за счет того, что в матричном теплообменнике, содержащем подключенный к коллектору па-

кет перфорированных пластин из высокотеплопроводного металла, чередующихсяс прокладками из низкотеплопроводного металла перфорированные пластины выполнены из

легкого листового металла, например, алюминия, а прокладки - из листового трехслойного легкого полиметалла, например, титана, плакированного с обеих сторон высокотеплопроводным алюминием, близким по составу к

0 материалу перфорированных пластин.

Поставленная цель также достигается тем, что в способе изготовления матричного теплообменника путем механического соединения последовательно чередующихся

5 перфорированных пластин и прокладок, трехслойные полиметаллические прокладки получают путем сварки взрывом с последующей прокаткой до толщины требуемого размера, а соединение перфорированных

0 пластин с прокладками осуществляют методом диффузионной сварки.

Заявленная совокупность операций способа в указанной последовательности обеспечивает получение конструкции мат5 ричного теплообменника с достижением по- ложительного эффекта, заключенного в цели изобретения - снижение массы, удешевление конструкции и повышение эффективности теплообмена за счет уменьшения

0 продольного теплового потока.

На фиг. 1 представлен матричный теп- лообменик, общий вид; на фиг. 2 - фрагмент матрицы по фиг. 1; на фиг, 3 - фрагмент теплообменника-прототипа по заявке ЕПВ

5 №0110311.

Матричный теплообменник содержит подключенный к коллектору 1 пакет, набранный из пластин 2 с отверстиями 3. Пластины 2 выполнены из легкого металла,

0 например алюминия, Между пластинами 2 размещены прокладки из листов трехслойного легкого полиметалла. Средний слой А прокладок изготовлен из титана, плакированного с обеих сторон высокотеплопро5 водным алюминием 5. Состав этого алюминия близок по составу к алюминиевому материалу пластин 2.

Матричный теплообменник изготавливают следующим способом.

0 Пакет образуют набором алюминиевых пластин 2 с отверстиями 3, последовательно чередующихся с прокладками, изготовленными из титана 4, плакированного с обеих сторон высокотеплопроводным алюминием

5 5, Соединение титанового листа с алюминиевыми с получением трехслойных полиметаллических прокладок осуществляют сваркой взрывом, с помощью которой удается прочно соединить между собой практически любые металлы. После сварки

взрывом листовой трехслойный металл прокатывают до нужной толщины. Соединение перфорированных пластин 2 с прокладками осуществляют путем диффузионной сварки.

В этом случае методом диффузионной сварки свариваются практически однородные металлы: алюминиевые пластины 2 и внешние алюминиевые слои 5 трехслойных прокладок. Это обеспечивает прочность и герметичность соединения указанных эле- ментов всей матрицы.

Теплообменник работает следующим образом.

Теплый теплоноситель GL через коллектор 1 подводится к матрице и омывает по- верхность перфорированных пластин 2 с отверстиями 3, отдавая им свое тепло. Далее этот поток тепло передается за счет теплопроводности пластин 2 (вдоль оси X) той их части, которая омывается холодным теп- лоносителем GX. В результате температура холодного теплоносителя повышается, а теплого - понижается. Наличие трехслой- ных прокладок, содержащих средний титановый слой 4, плакированный с обеих сторон алюминием 5, обеспечивает требуемый зазор между перфорированными пластинами 2. При этом титановый слой прокладок резко снижает продольный поток тепла по стенкам, который отрица- тельно влияет на эффективность теплообменника.

Пример реализации способа. По предлагаемому способу изготовлен теплообменник размером 120x45x105 мм из алю-

миниевых пластин и прокладок из титана плакированного с обеих сторон алюминием Толщина алюминиевых пластин 0,5 мм, толщина прокладок 0,9 мм, где толщина среднего титанового слоя 0,3 мм, а наружных слоев из алюминия 0,3 мм. Количество слоев пластин и прокладок 100,

Предварительные испытания показали, что образцы, собранные при помощи сварки взрывом и диффузионной сваркой имеют требуемую прочность и герметичность и обладают низкой продольной теплопроводностью матрицы.

Формула изобре , s

1.Пакет матричного теплообменника содержащий перфорированные пластины из высокотеплопроводного металла и РС.З мещенные между ними прокладки из HI - котеплопроводного метал па, отличаю щ и и с я тем, что, с целью я массы и повышения эффек чв сг/ зь счет снижения продольного теп,к:ього потока, прокладки выполнены из титана, плакированного алюминием, из которого выполнены и перфорированные ггчьпчны

2.Способ изготовления пакета матричного теплообменника путем сварки перфорированных пластин и прокладо.х выполненных из прокатанных листов полиметалла, отличающийся тем листы полиметалла для прокладок образуют сваркой взрывом, а после их прокатки до требуемой толщины соединяют с перфорированными пластинами диффузионной сваркой.

i

Gx

Использование: для обеспечения теплообмена между жидкими или газообразными теплоносителями в матричных теплообменниках, применяемых в различных областях теплоэнергетики. Сущность изобретения: пакет матричного теплообменника содержит перфорированные пластины из высокотеплопроводного алюминия. Между ними размещены прокладки из трехслойного полиметалла. Последний состоит из центрального слоя титана, плакированного с двух сторон алюминием. Состав этого алюминия близок к составу материала пластины. Трехслойный полиметалл прокладок получают сваркой взрывом. Затем его прокатывают до требуемой толщины. Соединяют перфорированные пластины с прокладками диффузионной сваркой. 2. с. п. ф-лы, 3 ил. со

Фиг. I

GT i

I 2:{

Фиг. Z