ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
PLATE-TYPE HEAT EXCHANGER

Предлагаемое техническое решение относится к теплообменным аппаратам систем теплоснабжения предприятий и объектов ЖКХ, технологических систем и установок, транспортных систем и установок.
Известно устройство (патент РФ №2110030, опубл. 27.04.1998 г.), содержащее собираемые в блок совместно с герметизирующими прокладками посредством стягивающих элементов через прижимные пластины с фитингами теплообменные пластины, включающие основную теплообменную часть, расположенную между двумя распределительно-коллекторными частями, и отверстия, расположенные в угловых частях распределительно-коллекторных частей, для обеспечения притока и оттока охлаждаемой или нагреваемой жидкости или пара, рифления для расположения герметизирующих прокладок, рифления теплообменной части, рифления распределительно-коллекторных частей, рифления вблизи отверстий.
Недостатками аналога являются: сложность конструкции, увеличенные гидравлические потери, ограниченные возможности интенсификации теплообмена.
Известно устройство, выбранное за прототип (патент РФ №2351863, опубл. 10.04.2009 г.), содержащее собираемое в блок совместно с герметизирующими прокладками посредством стягивающих элементов через прижимные пластины с фитингами теплообменные пластины, включающие основную теплообменную часть, расположенную между двумя распределительно-коллекторными частями, и отверстия, расположенные в угловых частях распределительно-коллекторных частей, для обеспечения притока и оттока охлаждаемой или нагреваемой жидкости или пара, рифления для расположения герметизирующих прокладок, рифления вблизи отверстий, выполненные с переменным шагом и с переменной пологостью, причем рифления распределительно-коллекторных частей соседних теплообменных пластин эквидистантны, рифления для расположения герметизирующих прокладок.
Недостатками прототипа также являются сложность конструкции, увеличенные гидравлические потери, ограниченные возможности интенсификации теплообмена.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в упрощении конструкции, снижении гидравлических потерь, повышении интенсивности теплообмена.
Сущность изобретения заключается в том, что известный пластинчатый теплообменник, включающий в себя собираемые в пакет совместно с герметизирующими прокладками посредством стягивающих элементов и обжимных плит теплообменные пластины, имеющие основную теплообменную часть и отверстия, расположенные в угловых частях теплообменных пластин, снабжен вставками, расположенными между теплообменными пластинами, при этом теплообменные пластины являются плоскими, а вставки выполнены в виде спиралевидных пружин, ориентированных параллельно короткой стороне пластины.
На фиг.1 представлен общий вид пластинчатого теплообменника.
На фиг.2 показано расположение вставок в виде спиралевидных пружин между теплообменными пластинами в теплообменнике.
Предлагаемое устройство содержит пакет 1 (фиг.1) плоских теплообменных пластин 2 (фиг.1, 2), имеющих основную теплообменную часть 3, вместе с герметизирующими прокладками 4 (фиг.2), соединенных друг с другом посредством стягивающих элементов 5 (фиг.1) через обжимные плиты 6 (фиг.1).
На плоских теплообменных пластинах 2 (фиг.2) в угловых частях расположены отверстия 7 (фиг.2) для прохождения греющего и нагреваемого теплоносителей.
Между плоскими теплообменными пластинами 2 (фиг.2) размещены вставки 8 (фиг.2) в виде спиралевидных пружин, которые ориентированы параллельно коротким сторонам теплообменных пластин 2.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В пластинчатом теплообменнике передача тепла от одной среды (греющего теплоносителя) к другой среде (нагреваемому теплоносителю) происходит через плоские теплообменные пластины 2 (фиг.2), которые в совокупности со вставками 8 (фиг.2) в виде спиралевидных пружин образуют поверхность теплообмена.
Рабочие среды в теплообменнике движутся в щелевых пространствах 9 (фиг.2) между соседними теплообменными пластинами. Щелевые пространства 9 для греющего и нагреваемого теплоносителя чередуются между собой.
Результаты испытаний предлагаемого устройства подтвердили достижение заявленного технического эффекта: снижение гидравлических потерь, повышение интенсивности теплообмена.
2
Было проведено сравнение поверхностей теплообмена по теплогидравлическим характеристикам предлагаемого устройства с выпускающимся в настоящее время промышленным теплообменником типа ТПлР-S4A IS-8TL-16, содержащим 8 гофрированных пластин толщиной 0,5 мм каждая с площадью поверхности теплообмена 0,25 м. Ниже приведена таблица, представляющая результаты сравнения поверхностей теплообмена по теплогидравлическим характеристикам предлагаемого устройства и упомянутого выше промышленного образца упомянутого теплообменника.
Таблица
ρw, кг/(м<sup>2</sup>с)
ΔР<sub>сп</sub>, Па
ΔР<sub>ТПлР</sub>, Па
α<sub>сп</sub>, Вт/(м<sup>2</sup>К)
α<sub>ТПлР</sub>, Вт/(м<sup>2</sup>К)
(ΔР/α)<sub>сп</sub>, Па/(Вт/м<sup>2</sup>К)
(ΔР/α)<sub>ТПлР</sub>, Па/(Вт/м<sup>2</sup>К)
40
21,0
463,7
2578,9
3535,5
0,008
0,131
50
33,1
664,3
2974,8
4042,0
0,011
0,164
80
86,4
1416,5
4018,9
5358,8
0,022
0,264
100
136,3
2029,3
4635,8
6126,6
0,029
0,331
150
312,0
3899,9
6009,3
7814,0
0,052
0,499
200
561,4
6199,2
7224,1
9286,1
0,078
0,668
250
885,4
8881,1
8333,1
10616,5
0,106
0,837
300
1284,7
11913,5
9364,4
11843,8
0,137
1,006
400
2311,6
18937,7
11257,5
14075,1
0,205
1,345
500
3645,8
27130,5
12985,7
16091,6
0,281
1,686
Сравнение выполнено при следующих условиях:
температура теплоносителя t=68°С;
3
плотность ρ=980 кг/м;
теплопроводность λ=0,67 Вт/(м·К);
-7
2
кинематическая вязкость v=4,3·10 м/с;
Pr=2,62.
Примечания:
- w - скорость течения теплоносителя в щелевых пространствах между плоскими теплообменными пластинами, м/с;
- индекс «сп» означает, что теплогидравлические характеристики относятся к предлагаемому устройству со вставками в виде спиралевидных пружин;
- индекс «ТПлР» означает, что теплогидравлические характеристики относятся к промышленному теплообменнику типа ТплР-S4A IS-8TL-16.
Пример сравнения поверхностей теплообмена по теплогидравлическим характеристикам.
сп
сп
сп
2
2
Рассмотрим коэффициент теплоотдачи α=12985,7 Вт/(мК). Этому значению соответствуют ΔР=3645,8 Па и (ΔР/α)=0,281 Па/(Вт/мК).
ТПлР
сп
ТПлР
ТПлР
2
2
2
Рассмотрим α=11843,8 Вт/(мК), который является ближайшим по величине к выбранному α=12985,7 Вт/(мК). Этому значению соответствуют ΔР=11913,5 Па и (ΔР/α)=1,006 Па/(Вт/мК).
Вывод: гидравлические потери предлагаемого устройства со вставками в виде спиралевидных пружин, как и отношение ΔР/α оказались существенно ниже, чем у рассматриваемого промышленного теплообменника, что доказывает его преимущество перед рассматриваемым промышленным образцом.
сп
ТПлР
ТПлР
сп
2
2
2
2
Сравнение (ΔР/α)=0,281 Па/(Вт/мК) с ближайшим по значению (ΔР/α)=0,264 Па/(Вт/мК), которому соответствует α=5358,8 Вт/(мК) меньше α=12985,7 Вт/(мК), дополнительно доказывает преимущества предлагаемого устройства со спиральными вставками перед рассматриваемым промышленным образцом.
Реализация изобретения позволит превысить существующий технический уровень данного вида техники в стране и за рубежом по следующим показателям:
1) повысить тепловую мощность, передаваемую в теплообменнике (поверхностью теплообмена) при равных гидравлических потерях или снизить гидравлические потери при равной тепловой мощности;
2) упростить технологию изготовления теплообменника, что позволит использовать отечественные материалы и оборудование при снижении затрат на их изготовление.