ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к энергетическому и химическому машиностроению и может быть использована для повышения эффективности теплопередачи в различных теплообменных аппаратах, например, рекуператорах, охладителях, подогревателях и т.п.
Из уровня техники известен пластинчатый теплообменник, содержащий корпус, образованный соосными цилиндрическими стенками, коллекторы подвода и отвода теплообменных сред, и установленную внутри корпуса насадку в виде пакета послойно расположенных изогнутых в радиальном направлении по спирали гладких или гофрированных пластин из ленты, образующих чередующиеся продольные каналы для прохода теплообменивающихся сред, на входных и выходных концах которых установлены торцевые закладные элементы (вставки), частично перекрывающие смежные каналы с образованием входных и выходных участков, сообщающихся с соответствующими коллекторами подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем входные участки каналов для противоточной схемы движения каждой из теплообменивающихся сред расположены с противоположных сторон корпуса (RU 2094726 C1, F28D 9/00, 1997). В данной конструкции реализуется противоточная схема движения теплообменивающихся сред, но при этом из-за одностороннего линейно-противоположного расположения входных и выходных участков продольных каналов для прохода каждой из теплообменивающихся сред (входные и выходные участки и соответствующие коллекторы подвода и отвода для одной теплообменивающейся среды расположены в центральной зон корпуса, а для другой среды - в периферийной зоне) имеет место неравномерность распределения теплообменивающихся потоков по сечению продольных каналов с образованием застойных зон на входе и выходе около закладных элементов (вставок), что снижает эффективность теплопередачи.
Технический результат, на получение которого направлена полезная модель, заключается в повышении эффективность теплопередачи за счет снижения неравномерности распределения потоков теплообменивающихся сред по сечению продольных каналов и уменьшения застойных зон.
Решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата обеспечивается тем, что в пластинчатом теплообменнике, содержащем корпус, образованный соосными внутренней и наружной цилиндрическими стенками, коллекторы подвода и отвода теплообменных сред, и установленную внутри корпуса насадку в виде пакета послойно расположенных изогнутых в радиальном направлении по спирали гладких или гофрированных пластин - лент, образующих чередующиеся продольные каналы для прохода теплообменивающихся сред, на входных и выходных концах которых установлены «в шахматном порядке» торцевые вставки-вытеснители, частично перекрывающие смежные каналы с образованием входных и выходных участков, сообщающихся с соответствующими коллекторами подвода и отвода теплообменивающихся сред, причем входные участки каналов и, соответственно, коллекторы подвода для противоточной схемы движения каждой из теплообменивающихся сред расположены с противоположных сторон корпуса, согласно полезной модели, входные концы каналов для прохода каждой теплообменивающейся среды снабжены торцевыми вставками-вытеснителями, частично перекрывающими каналы в центральной зоне, примыкающей к внутренней цилиндрической стенке корпуса, или в периферийной зоне, примыкающей к наружной цилиндрической стенке корпуса, а выходные концы, соответственно, снабжены торцевыми вставками-вытеснителями, частично перекрывающими каналы с противоположных сторон в периферийной зоне, примыкающей к наружной цилиндрической стенке корпуса, или в центральной зоне, примыкающей к внутренней цилиндрической стенке корпуса.
Кроме того, изогнутые по спирали пластины - ленты расположены эквидистантно по эвольвенте, при этом эволютой упомянутой эвольвенты является окружность - направляющая цилиндрической поверхности внутренней стенки корпуса.
При этом в каналах между изогнутых по спирали пластин - лент могут быть установлены дистанционирующие элементы, например, в виде изогнутых по спирали стержневых витых элементов, что повышает как прочность, так и интенсивность теплообмена в каналах.
Причем изогнутые гладкие или гофрированные пластины, предпочтительно, выполнены из металлической ленты.
Кроме того, изогнутые гладкие или гофрированные пластины могут быть выполнены в виде ленты из пластика.
Заявленное расположение торцевых вставок - вытеснителей в виде перемычек или заглушек, частично перекрывающих «в шахматном порядке» входные и выходные концы (торцы) смежных каналов для прохода каждой теплообменивающейся среды в противоположных центральной и периферийной зонах, обусловливает соответствующее противоположное образование входных и выходных участков и размещение коллекторов подвода и отвода в периферийной и центральной зонах, что за счет поперечного смещения - изменения направления движения по длине продольного канала от входа к выходу (со смещением по эвольвенте от периферийной зоны к центральной зоне) приводит к перемешиванию и существенному снижению неравномерности распределения потока по сечению продольных каналов и уменьшению торцевых застойных зон в районе торцевых вставок - вытеснителей и, таким образом, обеспечивает повышение эффективность теплопередачи и эффективности работы пластинчатого теплообменника в целом.
Заявленное расположение пластин - лент теплообменника по эвольвенте, эволютой которой является окружность - направляющая цилиндрической поверхности внутренней стенки корпуса, обеспечивает равномерное и максимальное заполнение поперечного сечение корпуса с эквидистантным расположением пластинчатых стенок - образующих продольных теплообменных каналов.
На Фиг. 1 изображен общий вид пластинчатого теплообменника; на Фиг. 2 сечение Α-A Фиг. 1.
Пластинчатый теплообменник содержит корпус, образованный соосными внутренней и наружной цилиндрическими стенками 1 и 2, торцевые коллекторы 3 и 4 подвода теплообменивающихся сред, которые для противоточной схемы движения каждой из теплообменивающихся сред расположены с противоположных концов корпуса, и, соответственно расположенные коллекторы 5 и 6 отвода теплообменивающихся сред, и установленную внутри корпуса насадку в виде пакета послойно расположенных изогнутых в радиальном направлении по спирали гладких (или гофрированных - на чертеже не показано) пластин - лент 7, образующих чередующиеся продольные смежные каналы 8 и 9 для прохода в противотоке каждой из теплообменивающихся сред. Входные концы каналов 8 и 9 снабжены торцевыми вставками - вытеснителями 10 и 11 в виде перемычек или заглушек, частично перекрывающими каждый из смежных каналов 8 и 9 каждой из теплообменивающейся среды в центральной зоне, примыкающей к внутренней цилиндрической стенке корпуса, (или в периферийной зоне, примыкающей к наружной цилиндрической стенке корпуса, на чертеже не показано), с образованием в периферийной зоне входных участков 12 и 13, сообщающихся с коллекторами 3 и 4 подвода теплообменивающихся сред, а соответствующие выходные концы каналов 8 и 9 снабжены торцевыми вставками - вытеснителями 14 и 15 в виде перемычек или заглушек, частично перекрывающими каждый из каналов 8 и 9 для прохода каждой из теплообменивающихся сред с противоположных сторон «в шахматном порядке» в периферийной зоне, примыкающей к наружной цилиндрической стенке 2 корпуса, (или в центральной зоне, примыкающей к внутренней цилиндрической стенке корпуса, на чертеже не показано), с образованием в центральной зоне выходных участков 16 и 17, сообщающихся с коллекторами 5 и 6 отвода теплообменивающихся сред. Кроме того, в каналах 8 и 9 между изогнутых по спирали пластин - лент 7 могут быть установлены дистанционирующие элементы 18, например, в виде изогнутых по спирали стержневых витых элементов, что повышает как прочность, так и интенсивность теплообмена в каналах.
При этом изогнутые по спирали пластины - ленты 7 насадки теплообменника, предпочтительно, выполнены из металлической ленты (полосы) или в виде ленты из пластика и расположены в корпусе эквидистантно по эвольвенте, а эволютой упомянутой эвольвенты является окружность - направляющая цилиндрической поверхности внутренней стенки 1 корпуса теплообменника.
Заявленный пластинчатый теплообменник работает следующим образом.
Одна из теплообменивающихся сред (например, греющая) поступает в коллектор 3 подвода и распределяется через входные участки 12 и по каналам 8, а другая теплообменивающаяся среда (например, нагреваемая) поступает в противоположный коллектор 4 подвода и распределяется через входные участки 13 и по каналам 9, при этом теплообменивающиеся среды движутся в каналах 8 и 9 в противоположный направлениях к выходным участкам 16 и 17, реализуя противоток, со смещением по эвольвенте от периферийной зоны к центральной зоне, что интенсифицирует процесса теплообмена в каналах и повышает коэффициент теплопередачи. Пройдя по каналам 8 и 9, теплообменивающиеся среды через выходные участки 16 и 17 поступают в коллекторы 5 и 6 отвода и выводятся из теплообменника.