ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к области теплотехника, а именно к пластинчатым теплообменным аппаратам.
Известен пластинчатый теплообменник, содержащий пакет пластин, в каждой из которых выполнен по меньшей мере один ряд плоскоовальных отверстий с отбортовками, входящими в соответствующие отверстия смежных пластин с формированием таким образом канала для пропуска через теплообменник одной из сред (смотри авторское свидетельство №1372178, МПК F28F 1/32, 1988).
2
Хотя известный теплообменник обеспечивает высокий КПД теплообмена, однако его конструкция не рассчитана на высокие давления (до 150 кГ/см и более) в трубных каналах. Это ограничивает область применения теплообменника.
Наиболее близким к предлагаемому теплообменнику по совокупности существенных признаков является пластинчатый теплообменник, содержащий пакет пластин, на каждой из которых выполнен по меньшей мере один ряд конусоподобных полых выступов, имеющих в сечении форму овала, причем на вершине каждого выступа по краю его овального отверстия выполнен поясок, стенки которого расположены параллельно оси выступа, а выступы одной пластины входят в отверстия у основания выступов смежной пластины, образуя трубный канал для пропуска через теплообменник одной из сред (смотри патент RU №2287754, МПК F28F 3/08, 2006).
Этот теплообменник, принятый за прототип, обеспечивает высокую эффективность теплообмена. Однако, он также не рассчитан на высокие давления в трубной полости, что ограничивает область его применения.
2
Задача полезной модели состояла в обеспечении возможности работы теплообменника при давлениях 200 кГ/см в трубной полости теплообменника при толщине пластины 0,5 мм с обеспечением его эксплуатационной герметичности.
Указанная задача решается тем, что предложен пластинчатый теплообменник, содержащий пакет пластин, в каждой из которых выполнен по меньшей мере один ряд полых конусоподобных выступов, имеющих в поперечном сечении форму овала, причем на вершине каждого из выступов по краю его отверстия выполнен поясок, стенки которого расположены параллельно оси выступа, а выступы одной пластины входят в отверстия у основания выступов смежной пластины, с образованием канала для пропуска через теплообменник одной из сред, в котором согласно полезной модели образующая боковой поверхности конусоподобного полого выступа, размещенной напротив большой оси его поперечного сечения, расположена под углом 2-6° к оси выступа, а образующая боковой поверхности полого выступа, размещенной напротив малой оси его поперечного сечения, расположен под углом 6-20° к оси выступа.
2
Благодаря выбору оптимального наклона боковых поверхностей полых конусоподобных выступов, входящих друг в друга при стыковке пластин в пакет и образующих трубных канал для прохода одной из сред (предположительно жидкости) через теплообменник, давление среды в трубной полости разлагается на две составляющие, одна из которых действует перпендикулярно поверхности трубы, а другая действует вдоль стенок трубы. При этом вторая составляющая существенно превышает по величине первую составляющую. Это обеспечивает возможность работы при давлениях в трубной полости, превышающих 200 кГ/см при толщине пластины не более 0,5 мм.
Другим отличием теплообменника является то, что соотношение длин большой и малой осей овального поперечного сечения конусоподобного полого выступа выбрана в пределах от 2 до 10.
Еще одним отличием теплообменника является то, что большие оси овальных поперечных сечений смежных конусоподобных полых выступов в каждом ряду их на пластине расположены под углом 10-60° друг к другу.
В числе отличий теплообменника следует отметить то, что высота конусоподобных полых выступов составляет от 16 до 25 величин толщины пластины.
Еще одним отличием теплообменника. является то, что толщина стенок конусоподобного полого выступа в любом его сечении одинакова и составляет 0,8-0,9 толщины пластины.
В числе отличий теплообменника следует отметить то, что толщина стенок пояска, расположенного на краю вершины конусоподобного полого выступа составляет 0,7-0,75 толщины пластины.
В предпочтительном варианте выполнения теплообменника расстояние между смежными пластинами в пакете составляет от 6 до 25 величин толщины пластины.
2
Благодаря отмеченным выше особенностям выполнения предлагаемого теплообменника обеспечивается технический результат, а именно возможность работы теплообменника при давлениях 200 кГ/см без нарушения его герметичности. Это существенно расширяет область применения предлагаемого теплообменника.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен вид пластины теплообменника в плане.
На фиг.2 изображен вид в разрезе по А-А фиг.1 полых конусообразных выступов пластин, входящих друг в друга с образованием трубного канала.
На фиг.3 изображен вид в разрезе Б-Б фиг.1 полого конусообразного выступа.
Теплообменник содержит пакет пластин 1 (фиг.1 и фиг.2), на каждой из которых выполнен по меньшей мере один ряд конусоподобных полых выступов 2, имеющих в поперечном сечении форму овала. На вершине каждого из выступов 2 по краю его отверстия выполнен поясок 3, стенки которого расположены параллельно оси выступа 2 (см. фиг.2). Выступы 2 одной пластины 1 входят в отверстия 4 у основания выступов 2 смежной пластины, образуя канал 5 для пропуска через теплообменник одной из сред, например горячей воды или пара. Другая среда, например воздух движется между пластинами 1, отбирая тепло у среды, движущейся в канале 5.
Образующая боковой поверхности 6 (фиг.1) конусоподобного полого выступа 2, размещенной напротив большой его оси Б-Б, расположена под углом 2-6° к оси выступа 2. Образующая боковой поверхности 7 конусоподобного полого выступа, размещенной напротив малой оси А-А его поперечного сечения, расположена под углом 6-20° к оси выступа 2 (см. фиг.3). При этом соотношения длин большой Б-Б и малой А-А осей овального поперечного сечения конусоподобного полого выступа 2 выбрана в пределах от 2 до 10.
0
1
0
0
0
Большая ось Б-Б овальных поперечных сечений смежных конусоподобных полых выступов 2 в каждом ряду их на пластине 1 расположены под углом α=10-60° друг к другу, с формированием выступами 2 сужающихся и расширяющихся каналов для прохода второй среды (воздуха 0 между пластинами 1 теплообменника. Высота (Н) конусоподобных полых выступов 2 составляет от 16 до 25 величин толщины (h) пластины 1 (см. фиг.2). Высота (h) пояска 3, расположенного на краю отверстия на вершине конусоподобного полого выступа 2 составляет 0,15-0,2 высоты (Н) выступа 2. Толщина стенок конусоподобного полого выступа 2 в любом его поперечном сечении одинакова и 0,8-0,9 толщины (h) пластины 1. Толщина стенок пояска 3, расположенного на краю отверстия вершин конусоподобного полого выступа 2, составляет 0,7-0,75 толщины (h) пластины 1. Расстояние (h) между смежными пластинами 1 в пакете составляет от 6 до 25 величин толщины (h) пластины 1.
Пластины 1 собираются в пакет, помещаются в ванну с флюсом, содержащим карбонат меди, вынимаются из нее и размещаются в печи с восстановительной средой при температуре 1100-1150°С. В этих условиях карбонат меди разлагается с выделением чистой меди, которая затекает во все мельчайшие зазоры в местах контакта конусоподобных полых выступов 2 друг с другом. При этом молекулы меди диффундируют в кристаллическую решетку стали, из которой выполнены пластины 1 и выступы 2 на них, образуя прочное соединение пластин между собой.
При сборке пластин 1 в пакет, когда конусоподобные полые выступы 2 одной пластины входят под давлением в отверстия у основания выступов смежной пластины при выбранных углах наклона образующих боковых поверхностей конусоподобных полых выступов и оптимизированных описанным выше способом соотношений размеров выступов 2, происходит пластическая деформация поясков 3, соприкасающихся с внутренней конусоподобной поверхностью выступов 2 смежной пластины 1 (см. фиг.2), с образованием минимальных зазоров, которые заполняются расплавом меди при высокотемпературной обработке пакета пластин в печи. Это обеспечивает надежную герметизацию канала 5 для пропуска одной из сред под высоким давлением.
2
Испытания опытного образца предлагаемого пластинчатого теплообменника показали, что он способен выдерживать давление в канале 5 до 200 кГ/см и выше без нарушения герметичности теплообменника.
Теплообменник работает следующим образом 6 жидкий теплоноситель (вод масло и т.п.) поступает в каналы 5, образованные полыми конусоподобными выступами 2. и обмениваются теплом с газообразной средой 9 воздухом), продуваемой между пластинами 1. при этом КПД теплообменника, выполненного в соответствии с полезной моделью составляет около 98%.