Пакет противоточного пластинчатого теплообменника Советский патент 1992 года по МПК F28D9/00 

Изобретение относится к теплообмен- ному оборудованию для нагрева или охлаждения вязких жидкостей, например воды, молока, масел, водных растворов солей, полимерных растворов, питательных смесей, кислот, щелочей и может быть использовано в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности.

Известен пакет пластинчатого теплообменника, содержащий теплопередающие пластины с гофрированной поверхностью, с дугообразной формой гофр одинакового радиуса. В указанном пакете в плане углы наклона гофр к любому продольному сечению пластины, вдоль потока остаются одинаковыми, а число точек опор на единицу площади поверхности пластины увеличивается по мере удаления от продольной оси симметрии пластины к боковым кромкам.

Такое устройство гофрированной поверхности сетчато-поточного типа создает неравномерность поля скоростей вязкой жидкости вдоль и поперек потока в межпластинном канале, что отрицательно оказывается на качестве тепловой обработки

х|

4 СО

4

§

жидкости, например, при ее стерилизации, снижает теплоэнергетическую эффективность пакета пластинчатого теплообменника, связано с дополнительными энергозатратами на преодоление гидравлических сопротивлений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является пакет пластинчатого теплообменника в аппарате для тепловой обработки жидкости, принятый за прототип, состоящий из гофрированных пластин, гофры которых выполнены на половине поля пластины криволинейными, в виде дуг концентрических окружностей, а на другой половине выполнены прямолинейными.

Недостатком этой конструкции является то. что не создается переменный угол наклона гофр к продольной оси симметрии пластины на всей площади пластины.

Изменения этого угла наблюдаются здесь только на одной половине пластины, а на второй половине достигаемый эффект выравнивания поля скоростей потока жидкости гасится. И в этой конструкции пакета пластинчатого теплообменника недостаточна теплоэнергетическая эффективность теплового процесса.

Изобретение направлено на устранение отмеченных недостатков известных конструкций пакетов пластинчатых теплообменников, в которых форма гофр и определяющие размеры их расположения вдоль пластин не соответствуют изменению вязкости жидкости при ее тепловой обработке вдоль потока, при противоточном движении рабочих сред и не учитывается влияние боковых стенок межпластинного канала на деформацию поля скоростей, что влечет за собой снижение теплоэнергетической эффективности теплообменника.

Цель изобретения - улучшение тепло- передающей способности за счет выравнивания поля скоростей жидкости по ширине и длине канала.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом пакете противоточного пластинчатого теплообменника, содержащем соединенные попарно пластины с выполненными на них криволинейными гофрами, образующими сетчатые каналы с опорами пластин друг на друга в местах взаимного пересечения вершин гофр-, согласно изобретению, гофры на поле каждой пластины выполнены волнообразными с равномерно изменяющимся по ходу рабочих сред углом наклона к продольной оси симметрии пластин, при этом гофры пластины в зоне .продольных кромок через одну симметрично укорочены; отношение углов

наклона гофров максимального к минимальному равно 2-3. Волнообразная форма гофров образована двумя сопряженными дугами, одна из которых является повернутым на 180° зеркальным отображением относительно оси пластины первой дуги, образованной окружностью, центр которой лежит на прямой, расположенной под углом к продольной оси пластины и находящийся

0 по другую сторону оси симметрии и пластины относительно образованной этой окружностью дуги; гофры в поперечном сечении имеют треугольный профиль с плоскими площадками, длина которых между основа5 ниями смежных гофров составляет 2-3 высоты гофра.

Устройство пакета противоточного пластинчатого теплообменника с волнообразной формой гофров на пластинах.

0 располагаемых на поверхности под изменяющимся в широких пределах углом наклона к продольной оси симметрии, позволяет улучить теплопередачу в теплообменнике как путем искусственной турбулизации по5 тока жидкости, так и путем изменения гидравлического сопротивления канала по ходу потока, соответствующего изменению вязкости жидкости при охлаждении и нагревании,

0 Симметрично, через одну, укороченные гофры волнообразной формы в зоне продольных кромок пластин (канала) позволяют снизить гидравлическое сопротивление канала в этой зоне, что способствует выравнива5 нию поля скоростей жидкости в канале и снижает энергозатраты на преодоление гидравлических сопротивлений, повышает равномерность тепловой обработки каждой частицы жидкости.

0 Изготовление пластин с волнообразными гофрами достаточно технологично. Волнообразные гофры образованы двумя сопряженными дугами одинакового радиуса, одна из которых повернута на 180°. Вы5 полнение таких волнообразных гофр в штампе для изготовления пластин доступно в обычном инструментальном производстве. Треугольная форма гофр в поперечном сечении и устройство между их основания0 ми плоских площадок требует меньшей пла- стической деформации металла при штамповке пластин, что расширяет гамму используемых материалов.

Волнообразная форма гофр, их распо5 ложение на поверхности пластин под переменным углом наклона и предлагаемое соотношение размеров в пакете теплообменника образуют межпластинные каналы сложной формы с ячейками, создающими отрывные участки движения жидкости и турбулизацию пограничного слоя, что повышает теплоэнергетическую эффективность пакета теплообменника.

На фиг.1 изображен общий вид проти- воточного пластинчатого теплообменника; на фиг.2 - правая пластина теплообменника: на фиг.З - левая пластина теплообменника; на фиг.4 - схема межпластинного канала с расположением гофр и точек контакта вершин гофр в местах их пересечения; на фиг.5 - схема расположения центров радиусов дуг окружности при построении волнообразных гофр; на фиг.6 - профиль гофры в поперечном сечении; на фиг.7 - часть поверхности теплообмена в канале, образуемом при наложении пластин; на фиг.8 - поперечное сечение канала, образуемого при наложении двух пластин; на фиг.9 - продольное сечение канала, образуемого при наложении двух пластин; на фиг.10 - в аксонометрии изображена гофра гофрированной поверхности пластин.

Пакет противоточного пластинчатого теплообменника 1 содержит гофрированные пластины двух типов: правые 2 и левые 3, которые друг за другом устанавливаются в пакет так, чтобы направление гофров вверх 4 и вниз 5 чередовалось в каналах между пластинами и достигалось пересечением вершин б волнообразных гофр.

По углам пластины имеют коллекторные отверстия 7 для входа и выхода рабочих сред в межпластинный канал.

Контур пластины и непроходные коллекторные отверстия окружены уплотняющей канал эластичной прокладкой 8. Пакет пластин сжат между концевыми плитами 9 стяжными винтами 10. На плитах расположены штуцеры 11 для подвода в аппарат и отвода из него рабочих сред. Направление движения нагреваемой и охлаждаемой рабочих сред показаны условно стрелками на фиг.2 и 3. Угол наклона волнообразных гофр, относительно продольной оси симметрии пластины, равномерно увеличивается по ходу движения нагреваемой рабочей среды и уменьшается по ходу движения охлаждаемой среды в соответствии с изменением вязкости сред в каналах теплообменника.

Размещение плоских площадок 12 между основаниями гофр треугольной формы в селении 13 улучшает использование турбу- лекгнь Х вихрей для воздействия на пограничный слой у стенок, при снижении гидравлического сопротивления канала, по сравнению с непрерывным размещением таких же гофр.

Пакет пластин теплообменника работает следующим образом.

Через штуцеры 11 в каналы теплообменника, образуемые из пластин типа 2 и 3. установленных последовательно на раме аппарата, под давлением поступают охлаж- 5 даемая и нагреваемая рабочие среды. Среды движутся противотоком по смежным каналам и обмениваются теплотой через стенки пластин. При этом вязкость охлаждаемой среды увеличивается, а нагреваемой - 0 уменьшается.

Жидкая среда, поступая в межпластинный канал, распределяется по поверхности пластин и движется в канале по пути наименьшего гидравлического сопротивления.

5 В каналах на периферийном участке поверхности, у боковых стенок, угол наклона гофр к набегающему потоку более острый, чем в середине ширины канала, что выравнивает гидравлическое сопротивление потоку жид0 кости и сглаживает сопротивление боковых стенок, при этом жидкость равномерно распределяется по всей ширине канала. Этому же способствует уменьшение числа точек контакта вершин гофр при их пересечении

5 на единице площади на периферийных участках.

При сборке пластин в пакет и подаче жидкости в каналы учитывается соответствующее изменение вязкости ее при движе0 нии вдоль канала при нагревании и при охлаждении. Там, где вязкость жидкости уменьшается вдоль канала пропорционально, путем изменения угла наклона волнообразных гофр л количества точек контакта

5 вершин гофр на единице поверхности, увеличивается гидравлическое сопротивление канала и возрастает теплоотдача.

Аналогично в каналах, в которых жидкость охлаждается, путем изменения формы

0 поверхности теплообмена, гидравлическое сопротивление уменьшается по мере роста вязкости, и скорость потока не уменьшается.

В таких каналах поле скоростей потока

5 жидкости более равномерно, а время пребывания каждой частицы жидкости в зоне нагревания и охлаждения будет одинаковым, что важно в процессах стерилизации. Отношение углов наклона волнообраз0 ных гофров максимального (порядка 75°) к минимальному (порядка 25-30°) равно 2-3. Размеры плоских площадок у основания гофров треугольного профиля по длине равны 2-3 высоты гофра.

5 Преимуществом предлагаемого устройства является то, что, благодаря наличию волнообразных гофров переменному углу наклона их на поверхности пластин и совокупности указанных выше отличительных признаков, повышается качество тепловой

обработки жидкости и улучшаются потребительские свойства теплообменника, интенсифицируется процесс теплообмена, снижаются энергозатраты на преодоление гидравлических сопротивлений, уменьшаются размеры и масса теплообменника для заданного теплового потока.

Формула изобретения

1. Пакет противоточного пластинчатого теплообменника, содержащий соединенные попарно пластины с плоскими участками, чередующимися с гофрами, линии которых в каждой пластине расположены под заданным углом наклона относительно оси симметрии пластин, противоположным углу наклона линиям гофров в пластине своей пары для образования при их примыкании сетчатых каналов прохода теплоносителя, отличающийся тем, что, с целью улучшения теплопередающей способности путем выравнивания поля скоростей по длине и ширине каналов, линии

0

5

0

гофров выполнены через одну равномерно относительно кромок пластин укороченными и имеют форму сопряженных между собой дуг, расположенных симметрично относительно упомянутой оси и загнутых в противоположные стороны, а угол их наклона выполнен переменным, равномерно изменяющимся от минимального угла к максимальному вдоль упомянутой оси.

2.Пакет по п.1,отличающийся тем, что отношение максимального угла наклона линий гофров к минимальному составляет 2...3.

3.Пакет по п.1, отличающийся тем, что дуги линий гофров выполнены в виде идентичных частей окружностей, сопряженных между собой наклонной прямой,

4.Пакет по п.1, отличающийся тем, что гофры в поперечном сечении имеют треугольный профиль и расположены друг от друга на расстоянии, составляющем 2...3 их высоты.

Использование: в геплообменном оборудовании для нагрева или охлаждения вязких жидкостей. Сущность изобретения: пакет имеет соединенные попарно пластины На них выполнены криволинейные волнообразные гофры. Последние образуют сетчатые каналы. Угол наклона гофров к продольной оси симметрии пластины равномерно изменяется по ходу теплообмени- вающихся сред. В зоне продольных кромок гофры через одну симметрично укорочены Отношение углов наклона гофров максимального к минимальному может быть равно 2-3. Форма гофров может быть образована двумя сопряженными дугами. Одна из них является зеркальным отображением относительно оси пластины первой дуги. Эта дуга образована окружностью. Ее центр лежит на прямой, расположенной под углом к продольной оси пластины и находящейся по другую сторону оси симметрии пластины относительно образованной этой окружностью дуги. Гофры в поперечном сечении могут иметь треугольный профиль с плоскими площадками. Длина площадок между основаниями смежных гофров составляет 2-3 высоты гофра. 3 з п. ф-лы, 10 ил. сл С

//

/

/

//

/

Фиг. 2

Фиг.З

Фиг.Ь

Фиг.6

Фиг. Ю