пластинчатый теплообменник

Формула изобретения

Пластинчатый теплообменник, содержащий теплообменную поверхность, выполненную из плоских параллельных пластин, образующих проходы для циркуляции теплоносителей, и гофрированных элементов, установленных в проходах и состоящих из нескольких примыкающих рядов гофров, смещенных относительно друг друга на 1/2 шага в направлении, перпендикулярном движению теплоносителя, отличающийся тем, что часть рядов гофров выполнена базовыми, а ряды гофров, примыкающие с обеих сторон к базовому ряду, смещены относительно него и друг друга в одном направлении, при этом количество рядов, примыкающих с одной стороны, должно быть не менее двух.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетического и химического машиностроения и может быть использовано в различных типах теплообменного оборудования, например рекуператорах, подогревателях, холодильниках, пластинчатых теплообменниках с паяными и не паяными пластинами, охладителях и др.

Значительная часть пластинчатых теплообменников представляет собой набор плоских параллельных пластин, определяющих количество проходов для теплоносителей, проходы загерметизированы (ограничены) относительно друг друга таким образом, что происходит чередование циркулирующего в смежных проходах теплоносителя.

Такие теплообменники отличаются от других видов теплообменников большей компактностью поверхности теплообмена в единице объема, меньшими массогабаритными размерами и стоимостью (см., например, Н.В.Барановски, Л.М.Коваленко, А.Р.Ястребенецкий. Пластинчатые и спиральные теплообменники. М.: Машиностроение, 1973, с.45-46).

К недостаткам указанных теплообменников относится низкая прочность при значительных перепадах давления.

Известны пластинчатые теплообменники, у которых в проходах расположены гофрированные дистанционирующие элементы, состоящие из большого количества рядов примыкающих гофров (см. патент США № 5816320 от 6 октября 1998, F28D 1/02), при этом ряды гофров смещены на 1/2 шага гофрирования относительно друг друга в одну сторону в направлении, перпендикулярном направлению движения теплоносителя. Гофрированные элементы увеличивают теплообменную поверхность теплообменника и действуют как дистанционирующие элементы между плоскими параллельными пластинами, исключающие деформацию пластин при использовании теплоносителей с различным давлением.

Недостатком указанных теплообменников является неравномерность распределения потока теплоносителя в сечении, перпендикулярном движению среды, из-за смещения гофрированных рядов в одну сторону, приводящего к увеличению потока в той части поверхности, куда направлено смещение гофрированных рядов. Неравномерность распределения потока снижает теплопередачу в теплообменнике.

Известны пластинчатые теплообменники, у которых (см., например, патент США № 6415855 от 9 июля 2002, F28F 3/00) в проходах расположены арочные гофрированные дистанционирующие элементы, состоящие из большого количества рядов примыкающих гофров. Ряды гофров смещены на шага гофрирования поочередно в противоположные стороны относительно друг друга в направлении, перпендикулярном направлению движения теплоносителя. Каждый ряд гофров состоит из некоторого количества прямоугольных стоек-ребер, отстоящих друг от друга на одинаковом расстоянии - шаг гофрирования - и находящихся под прямым углом к плоским параллельным пластинам. Торцы смежных стоек в одном ряду, обращенные к плоским параллельным пластинам, соединены плоскими перемычками, поочередно примыкающими то к одной, то к другой параллельной пластине. Две смежные стойки, перемычка и одна из плоских параллельных пластин образуют канал гофра. Гофрированные дистанционирующие элементы одновременно действуют: как теплообменные ребра, увеличивающие теплообменную поверхность теплообменника; как дистанционирующие элементы между плоскими параллельными пластинами, исключающие деформацию пластин при использовании теплоносителей с различным давлением; как направляющие потока теплоносителя; как турбулизаторы теплоносителя, увеличивающие теплоотдачу.

Однако указанные теплообменники с арочными дистанционирующими гофрированными элементами со смещением рядов гофров на шага гофрирования поочередно в противоположных направлениях имеют следующие недостатки:

Примыкающие ряды гофров формируют вдоль всего прохода каналы двух типов, отличающиеся гидравлическими характеристиками. Конструктивное отличие каналов заключается в том, что при одинаковой ширине каналов, равной ~1/2 шага гофрирования, в канале первого типа между стойками гофров плоские перемычки примыкают то к одной, то к другой параллельной пластине, а в каналах второго типа плоские перемычки примыкают только к одной из параллельных пластин, образуя сквозной канал. При этом в каналах первого типа происходит турбулизация всего потока теплоносителя, текущего по каналу, а в каналах второго типа происходит турбулизации только части потока теплоносителя, текущего по каналу, в результате уменьшается турбулизация всего потока теплоносителя, текущего по проходу, что проводит к снижению интенсификации теплообмена.

Кроме того, из-за наличия сквозных каналов (каналов второго типа) возникает неравномерность теплогидравлических характеристик каналов. Дополнительно наличие сквозных каналов снижает механическую прочность гофрированного дистанционирующего элемента при его изгибе в направлении, перпендикулярном рядам гофров.

Решаемая задача - повышение интенсификации теплообмена за счет улучшения турбулизации потока теплоносителей и выравнивания их теплогидравлических характеристик, а также повышение механической прочности гофрированных дистанционирующих элементов.

Поставленная задача решается за счет того, что в пластинчатом теплообменнике, содержащем теплообменную поверхность, выполненную из плоских параллельных пластин, образующих проходы для циркуляции теплоносителей, и гофрированных элементов, установленных в проходах и состоящих из нескольких примыкающих рядов гофров, смещенных относительно друг друга на шага в направлении, перпендикулярном движению теплоносителя, часть рядов гофров выполнена базовыми, а ряды гофров, примыкающие с обеих сторон к базовому ряду, смещены относительно него и друг друга в одном направлении, при этом количество примыкающих с одной стороны рядов гофров должно быть не менее двух.

Предлагаемое техническое решение позволяет за счет смещения двух примыкающих к базовому ряду с одной стороны рядов гофров в одном направлении относительно него и друг друга создать в проходах каналы только первого типа, обеспечив их идентичность, что повышает турбулизацию всего потока теплоносителя, выравнивает теплогидравлические характеристики каналов, следовательно, улучшается теплообмен.

Кроме того, относительно главного направления движения потока теплоносителя возникает дополнительная поперечная составляющая скорости, направленная в сторону смещения примыкающего ряда, способствующая перемешиванию в поперечном сечении и турбулизации потока теплоносителя.

Изменение количества примыкающих рядов, смещенных в одном направлении относительно базового, позволяет регулировать отклонение потока в нужном направлении.

Наличие между базовыми рядами гофров примыкающих рядов гофров, смещенных в одном направлении в количестве более двух, увеличивает жесткость конструкции арочного гофрированного дистанционирующего элемента в направлении вдоль гофров за счет участия в изгибе плоских перемычек, примыкающих то к одной, то к другой параллельной пластине.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где показан общий вид гофрированного дистанционирующего элемента.

В проходах между пластинами расположены арочные гофрированные дистанционирующие элементы, состоящие из большого количества примыкающих рядов (на чертеже не показано).

Направление движения потока теплоносителя А перпендикулярно рядам гофров. Ряды гофров 1, 2 выполнены базовыми. Ряды гофров 3, 4, 5, 6, 7 примыкают с обеих сторон к базовому ряду 1 и смещены относительно него и друг друга в одном направлении на размер 1/2 р (где р - шаг гофрирования), а ряды гофров 6, 7 и 8, 9 примыкают с обеих сторон к базовому ряду 2 и смещены относительно него и друг друга в противоположном направлении на размер 1/2 шага гофрирования. Стойки 10, 11 и плоская перемычка 12 образуют канал гофра ряда 3, стойки 13, 14 и плоская перемычка 15 образуют канал гофра ряда 4, для следующих рядов образование каналов аналогично.

Работает пластинчатый теплообменник следующим образом. Теплоноситель циркулирует в проходах между пластинами и проходит по каналам, образованным в каждом ряду. Попадая на кромки стоек 10, 11, 13, 14 каналов примыкающих рядов, поток разделяется на два, которые обтекают стойки с разных сторон и изменяют направление движения в соответствии с расположением каналов. При этом центральная часть потока, имеющая максимальную температуру, попадает на кромку стойки следующего ряда, что способствует повышению разности температур между стойкой и теплоносителем и турбулизации потока.

Предлагаемая конструкция пластинчатого теплообменника позволяет улучшить турбулизацию всего потока теплоносителя, повысить интенсификацию теплообмена и механическую прочность гофрированных элементов.