Пластинчатый теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D9/00 F28F3/00 

Г

Использование: для теплообмена потоков в различной теплообменной аппаратуре и, в частности, в рекуперативных теплообменниках матричного типа. Сущность изобретения: пластинчатый теплообменник имеет расположенные между перфорированными пластинами 1 проставки 3. Отверстия 2 перфорации, расположенные в зоне проставок выполнены с поочередно отогнутыми в разные стороны от пластины кромками 4, 5. Эти кромки могут быть расположены по внешнему и/или внутреннему контуру проставок. Последние установлены между кромками отверстий смежных пластин. Длина кромки отверстий перфорации лежит в интервале от половины толщины проставки до суммы последней и толщины пластины. Кромки могут быть выполнены треугольными. Кромки могут быть выполнены у основания прямоугольными и треугольными на периферии. 4 з.п. ф-лы, 5 ил. сл

V4 О 00 Ю

СО

Изобретение относится к теплообмен- ной аппаратуре для жидкостей и газов, в частности, к рекуперативным теплообменникам матричного типа, и может быть применено в холодильной технике и других областях для теплообмена потоков.

Известны теплообменники, содержащие пакет пластин с перфорацией, разделенных проставками. Проставки входят в состав стенок между каналами для прохода рабочих сред теплоносителей. При сборке пакета для его изготовления любым способом - сдавливанием, склеиванием,сваркой, пайкой - необходима фиксация как пластин, так и проставок друг относительно друга. Обычно для фиксации используют либо внутронн ;е направляющие стер :и, под которые в пластинах выполняются отверстия, /it,6o наружные направляющие . ;тэрж- ни или полосы. Как правило, приходится использовать и то, и другое для конструкций, содержащие несколько простззо. или группу пластин для множества каналов (в указанных а.с., ка.- и в других аналоп/ -шых, устройства для фиксации деталей не описа- ны). Недостатком при этом является необходимость введения в конструкцию нефункциональных сточки зрения теплообмена деталей, уменьшение полезней площади пластин, усложнение сборки пакета. Увеличивается продольный поток тепла по стержням, что снижает эффективность теплообмена.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой конструкции является теплообменник. Аппарат содержит перфорированные пластины со сквозными пазами в области стенки между каналами и уплот- нительные прокладки с выступами, входящими при сборке в указанные пазы, Теплообменник собирают из пар пластина- прокладка, предварительно скрепленных, .например, сваркой, а затем повторной сваркой скрепля. зт Поры Е единый пакэт. Сопряжение ьг;тупсБ прокладок со сквозными пазами пластин обеспечивает мх взаимное центрирование и надежность теплообменника.

Недостатки конструкции следующие. Сочетание выступ-паз увеличивает поверх- ность контакта пластины с простгвкой, причем новая поверхность не находится в одной плоскости. Это в значительной мере увеличивает вероятность неплотного прилегания деталей и, следовательно, может при- вести к потере герметичности стенки между каналами. Для обеспечения плотности соединения деталей в этих условиях необходима высокая точность изготовления выступов и пазов и герметизации щелей между ними

в различных плоскостях, что повышает стоимость изготовления. Удорожает производство и необходимость предварительного скрепления каждой пары пластина-про- ставка. В связи с наличием сквозных пазов в пластине в области стенки между каналами уменьшается площадь указанной стенки и ее сечение, что, как известно, снижает теплопередачу от одного потока другому через указанную стенку.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и удешевление производства.

Цель достигается тем, что в каждой пластине по внешнему или внутреннему контуру, или по обоим контурам прилегающих к пластине проставок выполнены лепестки. Лепестки вырублены из пластин и отогнуты по обе ее стороны в пространство каналов с чередованием направления отгиба. Проставки, расположенные между соседними пластинами з соответствии с указанными контурами, фиксируются лепестками. Лепестки на пластине могут иметь треугольную, прямоугольную или комбинированную форму, т.е. прямоугольную вблизи линии отгиба и треугольную в конечном участке. Пределы оптимальной длины лепестка составляют от 0,5 толщины проставки до суммы толщины проставки и пластины.

При длине лепестка за пределами минимальной фиксация может оказаться недостаточной; кроме того, слишком малый лепесток практически трудно отогнуть. Максимальный предлагаемый предел длины лепестка позволяет ему фиксировать не только проставку, но и дополнительно следующую за ней пластину, в отверстие которой от отогнутого в аналогичном направлении лепестка он входит. Дальнейшее увеличение длины лепестка не дает улучшения качества, а, напротив, приводит к слишком большому отверстию на пластине и загромождению канала.

Выбор формы лепестка зависит от конкретных условий - толщины деталей, их пластичности и возможностей штамповки. Например, при малой толщине пластин (менее 0,5 мм) треугольный лепесток с его малой площадью не обеспечит нужную жесткость фиксации; в этом случае лучше больший по площади при той же длине прямоугольный лепесток. При большей толщине пластины и, следовательно, большей ее жесткости, достаточно треугольного лепестка. В случае необходимости максимального упрочнения пакета за счет длинных лепестков, фиксирующих и проставку, и ближайшую к ней пластину, наилучшей будет комбинированная форма лепестка, которая

обеспечит и необходимую жесткость за счет прямоугольной своей части, и возможность легкого попадания треугольного конца лепестка в отверстие последующей пластины.

Указанные формы лепестков и пределы их длин позволяют выбрать наилучшую технологию изготовления для конкретных материалов и оборудования.

Изготовление отогнутых лепестков на пластинах может производиться на штампе и не вызывает затруднений. Проставки не нуждаются в дополнительной обработке, поверхность их контакта с пластиной лежит в одной плоскости и легко герметизируется. Сборка пакета может быть осуществлена однократно постепенным наращиванием количества чередующихся элементов до заданного размера пакета. Сечение стенки между каналами непрерывно и разно номинальному. Отверстия в пластинах, образо- ванные при отгибе лепестков, являются дополнительно перфорацией, причем лепестки в пространстве канала способствуют турбулизации проходящего потока. Таким образом достигается дополнительный эф- фект - интенсификация теплообмена.

На фиг. 1 показана пластина теплообменника 1 с отверстиями 2. Пунктирными линиями обозначены контуры проставок 3, прилегающих / пластине с двух сторон в пакете матричного теплообменника.

По внешнему контуру проставки на пластине выполнены вырубленные кромки, причем кромки 4 отогнуты вверх и фиксируют снизу проставку, находящуюся на пла- стине 1, а кромки 5 отогнуты вниз и фиксируют проставку, находящуюся по другую сторону пластины.

На фиг. 2 показана пластина 1 с кромками, вырубленными по внутреннему контуру проставок, также с чередованием направления отгиба в обе стороны,

На фиг, 3 показана пластина 1 с кромками, часть которых вырублена по внутреннему контуру проставок, а часть - по внешнему.

Приведенные три варианта расположения кромок равнозначны по своим основным функциям - фиксации проставок и пластин. Конкретный выбор варианта зависит ог удобства расположения деталей кон- кретной формы и размеров. Кромки могут быть прямоугольными или любой другой формы. При наличии в теплообменнике нескольких параллельных каналов, ограниченных проставками, все они фиксируются аналогичным образом. В варианте фиг. 2 перфорация от отогнутых лепестков может полностью исключить необходимость какой-либо иной перфорации во внутреннем канале.

На фиг. 4 показаны возможные формы отогнутых кромок: треугольная, прямоугольная и комбинированная,

На фиг, 5 показан разрез собранного пакета теплообменника с пластинами 1, имеющими отверстия 2 (такая же перфорация к на внешней от проставки поверхности пластины, на фиг, не показана). Проставки 3 фиксируются сверху кромками 5, а снизу - кромками 4. Кромки имеют длину, большую, чем толщина проставок 3, поэтому концы кромок как 4, так и 5 входят в отверстия от кромок соседних пластин. Этим достигается полная одновременная фиксация пакета пр -з его сборка.

Сопоставление предлагаемой конструкции с прототипом показывает, что она имеет следующие отличительные признаки:

-нз пластине выполнены кромки по контуру простаеок,

-кромки отогнуты с чередованием по разные стороны пластины,

-проставки фиксируются относительно обеих прилегающих пластин между их встречно-направленными кромками.

-кромки имеют оптимальную длину в пределах от 0,5 толщины проставок до суммы толщин одной пары пластина-простав- ка,

-кромки имеют треугольную, прямоугольную или комбинированную форму.

Ачзлиз конструкций известных теплообменников показывает что ни один из указанных признаков в них не содержится. Известно лишь выполнение вырубленных элементов на пластине для интенсификации теплообмена, однгко расположение этих элементов, их размер и форма не связаны функционально с проставками; указанные элементы не могут служить средством для взаимной фиксации пластин и простэвок, что является основной задачей предлагаемой конструкции.

Предлагаемая конструкция позволяет упростить изготовление матричного теплообменника, делает ненужным введение в пакет каких-либо стержней или направляющих для его сборки, что может снизить стоимость изготовления на 10-15%. Появляется возможность введения блочной сборки пакета, т.е. сборки в отдельности двух-трех-четырех блоков с последующим соединением их в одно целое простым наложением. При необходимости контроля сборки пакет можно разнять и снова сложить в любом его месте, не разбирая всех элементов последовательно от конца сборки до нужного места. Все это сказывается на качестве сборки, а, значит, на герметичности и надежности теплообменника.

Предлагаемая конструкция пластинчатого теплообменника собирается из отдельных своих элементов следующим образом, На пластину 1 накладывается проставка (или ряд проставок в соответствии с количеством каналов), затем накладывается следующая пластина и т.д. На пластинах предварительно выполнены выступы в виде кромок, отогнутых в разные стороны. Таким образом, каждая проставка фиксируется встречно-направленными кромками двух сосед них пластин. Одно- временно этим самым фиксируются и пластины. В результате образуются каналы 1 и 11 для прохода теплообменивающихся потоков. Герметизация производится любым из известных способов: сдавливанием, склеиванием, пайкой,сваркой.

Формула изобретения 1. Пластинчатый теплообмен ник, содержащий установленные с образованием каналов для прохода сред перфорированные пластины и расположенные между ними проставки, отличающийся тем, что, с

4

фиг.1

0

5

0

целью упрощения конструкции, отверстия перфорации, расположенные в зоне проставок, выполнены с поочередно отогнутыми в разные стороны от пластины кромками, расположенными по внешнему и/или внутреннему контуру проставок, которые установлены между кромками отверстий смежных пластин.

фаг. 2

а

фа г. 4

фиг. 5

X