ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Техническое решение относится к теплообменному оборудованию и может найти применение в химической, нефтехимической, машиностроительной, металлургической, энергетической, фармакологической, пищевой, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах утилизации тепла дымовых газов и сточных вод.
Известна конструкция разборного пластинчатого теплообменника, включающая стойку, нажимные плиты, набор теплопередающих пластин, стягивающие шпильки. Между теплопередающими пластинами установлены резиновые уплотнительные прокладки. Для интенсификации теплопередачи используют пластины сетчато-поточного типа с волнистой поверхностью, обеспечивающие турбулизацию потоков обоих теплоносителей (Машины и аппараты химических производств / под общей ред. А.И. Тимонина. - Калуга: Издательство «Ноосфера», 2014, с. 461-465).
Недостатками данной конструкции являются сложность очистки теплопередающих боковых поверхностей пластин, особенно если это пластины с волнистой поверхностью, так как на них в процессе эксплуатации образуется ржавчина, солевой камень, продукты термической деструкции и другие отложения, что приводит к снижению интенсивности теплопереноса, трудность уплотнения между теплообменными пластинами и сложность их очистки.
Известны пластинчатые сварные теплообменники, собираемые из блоков, в каждом из которых пластины свариваются между собой без прокладок (Ю.Н. Шаповалов, B.C. Шеин Машины и аппараты общехимического назначения: учеб. пособие. - Воронеж: Издательство Воронежского университета, 1981, с. 113).
Недостатком данной конструкции является снижение интенсивности процесса теплопереноса из-за образования на теплопередающих поверхностях пластин ржавчины, солевого камня, продуктов термической деструкции и других отложений и, соответственно, необходимость их периодической очистки.
Известен теплообменник, содержащий корпус с первым и вторым каналами для теплоносителей, разделенные теплопередающей поверхностью, входными и выходными патрубками первого канала, входными и выходными патрубками второго канала, сферические теплопередающие элементы, размещенные в сферических лунках, при этом сферические теплопередающие элементы размещены в сферических лунках на теплопередающих поверхностях и на внутренней поверхности корпуса (патент РФ №2500965 РФ, МПК F28D 3/02, F28F 1/10, F28D 9/00, 10.12.2013).
Недостатками данного технического решения являются сложность конструкции и, соответственно, очистки сферических теплопередающих элементов и внутренних поверхностей корпуса, на которых образуются отложения из ржавчины, солевого камня, продуктов термической деструкции, приводящие к снижению интенсивности теплопередачи от одного теплоносителя к другому.
Известен пластинчатый теплообменник, содержащий ряд параллельных пластин, который включает в себя пластины теплообменника и упрочняющие пластины, располагающиеся снаружи пластин теплообменника. Пластины теплообменника формируют пакет пластин с первыми межпластинчатыми промежутками для первой среды и вторыми межпластинчатыми промежутками для второй среды, при этом каждая из пластин теплообменника имеет четыре сквозных отверстия, формирующих каналы, проходящие через пакет пластин, а сами пластины неразъемно соединены друг с другом (патент РФ №2419053, МПК F28F 9/00, F28F 9/02, 20.05.2011).
Недостатком данной конструкции является невысокая интенсивность теплопереноса через теплопередающие боковые поверхности пластин, которая постоянно уменьшается в процессе эксплуатации за счет образования на этих поверхностях ржавчины, накипи, солевого камня и других отложений.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков по заявляемому объекту и принятому за прототип является пластинчатый теплообменник, содержащий корпус с расположенными в нем неразъемно соединенными параллельными пластинами, сформированными в пакет с первыми межпластинчатыми промежутками для первой среды и вторыми межпластинчатыми промежутками для второй среды, при этом каждый межпластинчатый промежуток снабжен подводящим штуцером, расположенным в нижней части корпуса, верхняя часть каждого межпластинчатого промежутка выполнена с расширением, снабженным переливной перегородкой, и закрыта кожухами, образующими коллекторы слива со штуцерами отвода первой и второй среды соответственно, причем переливные перегородки расширений первых межпластинчатых промежутков для первой среды и вторых межпластинчатых промежутков для второй среды расположены на противоположных сторонах, а в каждом межпластинчатом промежутке размещен слой мелкозернистого материала (патент РФ №154573, МПК F28D 9/00, F28F 19/00, 27.08.2015).
Недостатком данного технического решения является то, что теплоносители подаются снизу соответственно в каждый межпластинчатый промежуток индивидуально и, проходя восходящим потоком, выводятся вверху в отводящий трубопровод, т.е. теплообменник является одноходовым по обоим рабочим пространствам. В связи с малым временем пребывания теплоносителей движущая сила процесса теплообмена относительно мала, что, даже при больших значениях коэффициента теплопередачи, снижает эффективность работы теплообменника.
Задача, на которую направлено данное техническое решение -увеличение времени пребывания теплоносителей в рабочих пространствах теплообменника и, соответственно, увеличение движущей силы процесса теплообмена.
Техническим результатом предлагаемой конструкции пластинчатого теплообменника является увеличение эффективности его работы.
Поставленный технический результат достигается тем, что в пластинчатом теплообменнике, содержащем корпус с расположенными в нем неразъемно соединенными параллельными пластинами, сформированными в пакет с первыми межпластинчатыми промежутками для первой среды и вторыми межпластинчатыми промежутками для второй среды, каждый межпластинчатый промежуток снабжен подводящим штуцером, расположенным в нижней части корпуса, а верхняя часть каждого межпластинчатого промежутка выполнена с расширением, снабженным переливной перегородкой, и закрыта кожухом, причем переливные перегородки расширений первых межпластинчатых промежутков для первой среды и вторых межпластинчатых промежутков для второй среды расположены на противоположных сторонах, а в каждом межпластинчатом промежутке размещен слой мелкозернистого материала, при этом кожух каждого расширения с переливной перегородкой снабжен отводящим штуцером, а все межпластинчатые промежутки для одноименных сред выполнены сообщающимися.
Снабжение отводящим штуцером кожуха каждого расширения с переливной перегородкой и соединение его трубой с подводящим штуцером следующего межпластинчатого промежутка соответствующего каждому теплоносителю сделало теплообменник многоходовым по обоим рабочим пространствам, что, соответственно, увеличило время пребывания теплоносителя в теплообменнике и увеличило движущую силу процесса теплообмена, что, в свою очередь, повысило общую эффективность работы теплообменника.
На фиг. 1 представлен поперечный разрез А-А пластинчатого теплообменника. На фиг. 2 представлен пластинчатый теплообменник, вид В.
На фиг. 3 представлен пластинчатый теплообменник, вид Г. На фиг. 4 показана схема расположения подводящих штуцеров для первой и второй сред (разрез Б-Б).
Пластинчатый теплообменник состоит из корпуса 1 с расположенными в нем неразъемно соединенными параллельными пластинами 2, сформированными в пакет с первыми межпластинчатыми промежутками I для первой среды и вторыми межпластинчатыми промежутками II для второй среды. В нижней части корпуса 1 каждого межпластинчатого промежутка I для первой среды расположены подводящие штуцеры 3, 4, 5, 6, а в нижней части корпуса 1 каждого межпластинчатого промежутка II для второй среды расположены подводящие штуцеры 7, 8, 9. Верхняя часть каждого межпластинчатого промежутка выполнена с расширением 10, снабженным переливной перегородкой 11 таким образом, что переливные перегородки расширений первых межпластинчатых промежутков I для первой среды и вторых межпластинчатых промежутков II для второй среды расположены на противоположных сторонах. Расширенная части каждого межпластинчатого промежутка I и II закрыта кожухами 12 для первой среды и 13 - для второй среды, которые снабжены отводящими штуцерами 14, 15, 16, 17 для первой среды и 18, 19, 20 для второй среды соответственно. Каждый межпластинчатый промежуток I и II для первой и второй сред закрыт крышкой 21. В каждый межпластинчатый промежуток засыпан слой, состоящий из частиц 22 мелкозернистого материала. Для первой среды отводящий штуцер 14 соединен трубой 23 с подводящим штуцером 4, штуцер 15 - со штуцером 5, штуцер 16 - со штуцером 6. Таким образом обеспечивается сообщение между всеми межпластинчатыми промежутками первой среды. Для второй среды отводящий штуцер 18 соединен трубой 24 с подводящим штуцером 8, штуцер 19 - со штуцером 9. Таким образом обеспечивается сообщение между всеми межпластинчатыми промежутками второй среды. Первая среда в теплообменник поступает по штуцеру 3, а выводится через штуцер 17, а вторая среда поступает по штуцеру 7, а выводится через штуцер 20.
Пластинчатый теплообменник работает следующим образом. В каждый межпластинчатый промежуток рабочего пространства загружается мелкозернистый материал. Через подводящие штуцеры 3 и 7 первую и вторую среды подают внутрь каждого межпластинчатого промежутка I и II со скоростями, значения которых лежат в диапазоне скоростей псевдоожижения частиц 22 мелкозернистого материала. При этом весь слой переходит в псевдоожиженное состояние по всей высоте и ширине параллельных пластин каждого межпластинчатого промежутка I и П. Так как верхняя часть каждого межпластинчатого промежутка I и II выполнена с расширением 10, закрытым крышкой 21, то скорости первой и второй сред в этих расширениях резко уменьшаются и становятся меньше скорости псевдоожижения, что предотвращает унос частиц 22 мелкозернистого материала из каждого межпластинчатого промежутка I и II. Далее первая среда уже без частиц 22 мелкозернистого материала из кожуха 12 межпластинчатого промежутка I через отводящий штуцер 14 и трубу 23 поступает в подводящий штуцер 4 следующего межпластинчатого промежутка I для первой среды, приводя в псевдоожиженное состояние зернистый материал, находящейся в этом межпластинчатом промежутке. Аналогично осуществляется прохождение первой среды через соответствующие последующие межпластинчатые промежутки I. Окончательно первая среда выводится из теплообменника через отводящий штуцер 17.
Аналогично вторая среда подается в подводящий штуцер 7, приводит в псевдоожиженное состояние частицы 22 мелкозернистого материала. Расширение 10 в верхней части межпластинчатого промежутка II предотвращает унос частиц 22 мелкозернистого материала из каждого межпластинчатого промежутка. Далее вторая среда уже без частиц 22 мелкозернистого материала из кожуха 13 межпластинчатого промежутка II через отводящий штуцер 18 и трубу 24 поступает в подводящий штуцер 8 следующего межпластинчатого промежутка II для второй среды, приводя в псевдоожиженное состояние зернистый материал, находящейся в этом межпластинчатом промежутке. Аналогично осуществляется прохождение второй среды через соответствующие последующие межпластинчатые промежутки II. Окончательно вторая среда выводится из теплообменника через отводящий штуцер 20.
Наличие псевдоожиженных слоев мелкозернистого материала в межпластинчатых промежутках I и II обеспечивает высокий коэффициент теплоотдачи за счет турбулизации потоков обеих сред, а трение частиц 22 мелкозернистого материала, образующих псевдоожиженный слой, о теплопередающие поверхности параллельных пластин 2 предотвращает в процессе эксплуатации теплообменника образование на них ржавчины, солевого камня, накипи, продуктов термической деструкции и других отложений, что обеспечивает постоянно высокий коэффициент теплопередачи между первой и второй средами в процессе эксплуатации аппарата.
Исполнение теплообменника многоходовым по обоим рабочим пространствам увеличивает время пребывания теплоносителей по ходу их движения и значительно повышает среднюю движущую силу процесса теплообмена. Так как общая интенсивность теплопереноса определяется совместным вкладом коэффициента теплопередачи и движущей силы, то увеличение движущей силы в предлагаемом техническом решении повышает общую эффективность работы теплообменника.
Таким образом, предлагаемая конструкция пластинчатого теплообменника с сообщающимися межпластинчатыми промежутками для одноименных сред обеспечивает увеличение эффективности его работы.