Теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D9/00 

Изобретение относится к пластинчатым теплообменным аппаратам и может быть использовано в технике низких температур, например, в воздухоразделительных установках, гелиевых рефрижераторах и т.п., а также в энергетике.

Известен теплообменник, содержащий кожух и расположенный в нем пакет, набранный из теплопроводных перфориро4- ванных пластин попеременно с проставками, образующими в сборе каналы для движения потока низкого давления вдоль пластин, а потока высокого давления, - в поперечном пластинам направлении, и коллекторы высокого и низкого давления с каналами и патрубками. Однако эффективность такого теплообменника недостаточно высока, значительно и его гидравлическое сопротивление.

Известен теплообменник, содержащий расположенный в кожухе пакет, набранный из теплопроводных перфорированных пластин попеременно с проставками, образующими в сборе каналы для движения потоков высокого и низкого давления вдоль пластин, и коллекторные каналы на крайних участках пакета, а также коллекторы высокого и низкого давления с коллекторными каналами и патрубками, в котором коллекторы высокого давления выполнены в виде установленных

по бокам пакета, соответственно, в его верхней и нижней частях, прямоугольных брусков, при этом коллекторные каналы на крайних участках пакета образованы совмещением крайних окон с крайними отверстиями и перфорированных пластин. Недостатками такого теплообменника являются значительные гидравлические сопротивления в каналах высокого давления из-за их большой длины и малого диаметра, и нетехнологичность устройства, связанная со сложностью прочно-плотного присоединения к пакету коллекторов высокого давления с внешней стороны кожуха.

Цель изобретения - уменьшение гидравлических сопротивлений, упрощение конструкции и повышение технологичности теплообменника.

Поставленная цель достигается тем, что в,известном теплообменнике, содержащем расположенный в кожухе пакет, набранный из теплопроводных перфорированных пластин попеременно с проставками, образующими в сборе каналы для движения потоков высокого и низкого давления вдоль пластин и коллекторные каналы на крайних участках пакета, и коллекторы высокого и низкого давления с каналами и патрубками, коллекторы высокого давления выполнены в виде, по крайней мере, одной коллекторной пластины, расположенной параллельно пластинам и проставкам внутри пакета, а каналы коллектора расположены на противоположных концах указанной пластины. По одному из вариантов коллекторная пластина расположена в центральной части пакета так, что по обе стороны от нее размещено одинаковое количество пластин и проставок. По другому варианту теплообменник снабжен, по крайней мере, двумя коллекторными пластинами, при этом количество пластин и проставок между крайними коллекторными пластинами и кожухом вдвое меньше количества пластин и проставок, расположенных между соседними коллекторными пластинами; Патрубки коллекторов высокого давления расположены в полостях коллекторов низкого давления. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный теплообменник отличается выполнением коллекторов высокого давления, по крайней мере, в виде одной коллекторной пластины с коллекторной пластины с коллекторными каналами на ее противоположных концах, расположенной а средней части пакета параллельно пластинам и проставкам. В предлагаемом теплообменнике благодаря расположению коллекторных пластин параллельно пластинам и проставкам в средней части пакета

более чем вдвое уменьшается длина коллекторных каналов пака, что приводит к значительному уменьшению гидравлического сопротивлений, повышению равномерности распределения потоков и, как следствие, к повышению эффективности теплообмена. Применение плоских коллекторных пластин с каналами на крайних участках вместо двух коллекторов, расположенных вне кожуха,

0 упростит конструкцию теплообменника и значительно повысит его технологичность, так как отпадает необходимость в специальной оснастке, требуемой для прочно-плотного соединения коллекторов с пакетом

5 теплообменника. Благодаря указанным отличительным признакам появляется возможность изготавливать пластичные матричные теплообменники с малыми гидравлическими сопротивлениями, простые

0 по конструкции и технологии изготовления и хорошим дизайном, так как уменьшится количество дополнительных элементов вне кожуха.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображены соответ5 ственно продольное и поперечное осевые сечения теплообменника с коллекторными пластинами, расположенными внутри пакета; на фиг. 3 - продольное сечение теплообменника с патрубками, расположенными в

0 полости коллектора низкого давления.

Теплообменник (фиг. 1 и фиг. 2) содержит кожух 1 и расположенный в нем пакет 2, набранный из теплопроводных перфорированных пластин 3 попеременно с про5 ставками 4, образующими в сборе каналы высокого 5 и низкого б давлений для движения потоков вдоль пластин 3 и проставок 4, и коллекторные каналы 7 на крайних участках пакета 1. Внутри пакета 2 параллельно

0 пластинам 3 и проставкам 4 расположены коллекторы высокого давления, выполненные в виде двух коллекторных пластин 8 с коллекторными каналами 9 на крайних участках 10 пластин 8. Каналы 9 коллекторов

5 высокого давления соединены с коллекторными каналами 7 пакета 2 с помощью отверстий 11, выполненных в коллекторных пластинах 8, а также с патрубками 12, установленными с внешней стороны пластин 8,

0 а, следовательно, и кожуха 1. К стенкам кожуха 1 присоединены коллекторы 13 низкого давления. По варианту, представленному на фиг. 3, каналы 9 коллекторов высокого давления соединены, помимо коллекторных

5 каналов 7 пакета, также с патрубками 14 коллекторов высокого давления, большая часть каждого из которых расположена в полости 15 коллекторов 13 низкого давления, а меньшая часть - вне коллектора 13. При этом каналы 9 соединены с патрубками

14 с помощью трубок 16. В обоих вариантах количество пластин 3 и проставок 4 между каждой коллекторной пластиной 8 и кожухом 1 вдвое меньше количества пластин и проставок, расположенных между соседними коллекторными пластинами 8. Возможен также вариант (на рис. не показан), когда коллекторы высокого давления выполнены 8 виде одной коллекторной пластины 8 с каналами 9 на ее противоположных концах, при этом указанная пластина 8 расположена в центральной части пакета 2, так. что по обе стороны от нее расположено одинаковое количество пластин 3 и проставок 4.

Теплообменник работает следующим образом.

Рабочая среда высокого давления через верхние патрубки 12 (фиг. 1, 2) или 14 (фиг. 3) поступает в каналы 9 коллекторных пластин 8, затем распределяется по расположенным по обе стороны от них коллекторным каналам 7 пакета 17и направляется в каналы 5 высокого давления пакета 1, отдавая теплопроводным перфорированным пластинам 3 свое тепло. Пройдя каналы 5, среда собирается в нижних коллекторных каналах 7 пакета 1, и по ним движется к нижнему каналу 9 коллекторной пластины 8, откуда направляется к нижним выходным патрубкам 12 (14). Холодная среда низкого давления от нижнего коллектора 13 распределяется по каналам 6 низкого давления и отбирает от них полученное от смежных каналов 5 тепло, далее направляется к верхнему выходному коллектору 13. В предложенном теплообменнике каналы высокого давления имеют минимальные гидравлические сопротивления, так как благодаря расположению коллекторных пластин 8 внутри пакета при одном и том же диаметре канала 9 в коллекторной пластине 8 выполнено вдвое больше выходных отверстий 11 для перехода сред в коллекторные каналы 7 пакета, при этом при одной и той же высоте пакета длина коллекторных каналов 7 для каждого потока значительно уменьшается, По этой же причине в таком пакете возрастает также расходная равномерность движения потоков в каналах высокого давления, что наряду с увеличением расхода теплопотоков (из-за уменьшения гидравлического сопротивления) значительно повысит эффективность теплообмена. При этом достигается наибольшая равномерность распределения потоков по пакету, и, соответственно, наименьшая величина гидравлического сопротивления благодаря такому расположению коллекторных пластин 8, при котором величина

участков пакета между пластинами 8 либо между пластинами 8 и кожухом 1 соответствует величине направляемых в них потоков. При одной коллекторной пластине 8 это обеспечивается тем, что по обе стороны ее расположено одинаковое количество пластин 3 и проставок 4, а при нескольких пластинах 8, - тем, что количество пластин и проставок между соседними пластинами 8

вдвое больше (т.к. они принимают вдвое больший поток), чем между каждой из крайних пластин 8 и кожухом 1. В результате гидравлическое сопротивление на всех участках пакета одинаково. Расположение

патрубков 14 высокого давления в полости коллектора 13 низкого давления обеспечивает дополнительное повышение эффективности теплообмена. Дело в том, что подвод ряда трубок 16 к каналу 9 коллекторной

пластины 8 позволит уменьшить толщину коллекторных пластин 8, так как этот канал 9 теряет функцию распределительного канала. Эту функцию выполняет.общий патрубок 14 высокого давления. Конструкция

теплообменника максимально упрощена, поскольку он выполнен из ряда плоских пластин 3, проставок 4 и коллекторных пластин 8, располагаемых вместе с пластинами кожуха в общем наборе. Последнее же обеспечивает высокую технологичность теплообменника, так как его пакет вместе с коллекторами может быть прочно-плотно соединен диффузионной сваркой, вакуумной пайкой и т.п. по простой технологии.

Теплообменник имеет хороший дизайн, так как с внешней стороны кожуха кроме присоединительных патрубков нет никаких его деталей или элементов (коллекторы находятся в общем пакете с пластинами 3 и проставками 4). По сравнению с прототипом при использовании предлагаемого изобретения масса теплообменника в результате повышения интенсивности теплообмена уменьшается приблизительно на 20%, трудоемкость его изготовления - на 8...10%.

Формула изобретения 1. Теплообменник, содержащий кожух и расположенный в нем пакет из перфорированных пластин, сопряженных с разделительными проставками с образованием каналов для теплоносителей высокого и низкого давлений с соответствующими коллекторами подвода и отвода рабочих сред с

патрубками, отличающийся тем, что, с целью уменьшения гидравлического сопротивления и повышения технологичности, теплообменник снабжен по крайней мере одной коллекторной пластиной, установленной параллельно перфорированным

пластинам пакета, и коллекторы подвода рабочей среды высокого давления расположены у ее торцов.

2.Теплообменник поп, 1,отличаю- щ с я тем, что коллекторная пластина расположена в центральной части пакета, причем количество пластин и проставок по обе стороны от нее до стенок кожуха одинаково.

3.Теплообменник по п. 1,отличаю- щ и и с я тем, что он снабжен по крайней

мере двумя коллекторными пластинами, причем количество пластин и проставок между кожухом и ближайшими к нему крайними коллекторными пластинами вдвое меньше их количества между соседними коллекторными пластинами.

4. Теплообменник по п. 1,отличающий с я тем, что патрубки коллекторов высокого давления размещены в полостях коллекторов низкого давления.

Использование: для уменьшения гидравлического сопротивления и повышения технологичности изготовления теплообменников в различных отраслях техники. Сущность изобретения: в кожухе теплообменника расположен пакет перфорированных пластин. Они сопряжены с разделительными проставками и образуют каналы для теплоносителей высокого и низкого давления. Последние связаны с соответствующими коллекторами подвода и отвода сред. Параллельно перфорированным пластинам установлена по крайней мере одна коллекторная пластина. У ее торцов расположены коллекторы подвода рабочей среды высокого давления. Коллекторная пластина может быть размещена в центральной части пакета. В этом случае количество пластин и про- стаеок по обе стороны от нее до стенок кожуха одинаково . Теплообменник может быть снабжен по крайней мере двумя коллекторными пластинами. В этом случае количество пластин и проставок между кожухом и ближайшими к нему крайними пластинами вдвое меньше их количества между оседними коллекторными пластинами. Патрубки коллекторов высокого давления размещены в полостях коллекторов низкого давления. 3 з.п. ф-лы. 3 ил.

7V/

It

.

,-

Pve.2

tf ts

Фц. 3

ri

в