Цилиндрический пластинчатый теплообменник с радиальным движением теплообменивающихся жидкостей

Полезная модель относится к области тепломассообменных аппаратов, в которых теплоносители не вступают в непосредственный контакт друг с другом, в частности к теплообменным аппаратам с плоскими или пластинчатыми каналами. Полезная модель может быть применена для осуществления теплообмена между потоками двух жидкостей различных температур в системах водяного отопления, и горячего водоснабжения домов, зданий и сооружений.
Известно устройство «Пластинчатый теплообменник» [полезная модель RU 141420 U1 МПК F28D 9/04, опубл. 10.06.2014 Бюл. №16], содержащее корпус, образованный соосными внутренней и наружной цилиндрическими стенками, коллекторами подвода и отвода теплообменных сред, и установленной внутри корпуса насадкой 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 торцевые вставки-вытеснители, частично перекрывающие смежные каналы с образованием входных и выходных участков, сообщающихся с соответствующими коллекторами подвода и отвода теплообменивающихся сред.
Недостатком данного устройства является то, что пластины-ленты, образующие чередующиеся продольные каналы для прохода теплообменивающихся сред, не позволяют изменять скорости движения теплообменивающихся жидкостей. В результате постоянные скорости движения жидкостей в каналах, в свою очередь, не позволяет изменять режимы течения и тем самым дополнительно перемешивать внутриканальные струи жидкостей, что отрицательно сказывается на процессе теплопередачи.
Задачей полезной модели является повышение эффективности теплообменного аппарата.
Технический результат, направленный на повышение эффективности теплообменника, достигается за счет того, что предлагается пластинчатый теплообменник, отличающийся тем, что жидкости двигаются радиально, изменяя свои скорости от максимальных (в центре теплообменника) до минимальных (на переферии) и в обратном направлении - от минимальных (на переферии теплообменника) до максимальных (в центре теплообменника). Такое движение жидкостей приводит к турбулизации потоков, что улучшает процесс теплопередачи между теплообменивающимися жидкостями.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве «Цилиндрический пластинчатый теплообменник с радиальным движением теплообменивающихся жидкостей», образованном внешним цилиндрическим кожухом, по торцам которого находятся две внешние пластины секции теплообменника с закрепленными в центральной части к внешним пластинам теплообменника патрубками подачи теплоносителя и отвода конденсата, согласно полезной модели внутри корпуса располагаются две разделительные пластины, по периметру герметично соединенные внутренним кожухом, образуя цилиндр, посередине высоты которого зафиксирована центральная пластина теплообменника на заглушенном, в месте фиксации центральной пластины, патрубке подвода-отвода холодной и нагретой жидкости.
Центральная пластина цилиндрического пластинчатого теплообменника с радиальным движением теплообменивающихся жидкостей располагается на равном расстоянии от внешних пластин и на равном расстоянии от разделительных пластин.
Внутренний цилиндрический кожух и внешний цилиндрический кожух цилиндрического пластинчатого теплообменника с радиальным движением теплообменивающихся жидкостей образуют канал для движения теплоотдающей жидкости.
На фиг. 1 представлено две секции устройства «Пластинчатый теплообменник с радиальным движением теплообменивающихся жидкостей», где:
1 - заглушка,
2 - гайка,
3 - патрубок подачи холодной жидкости,
4 - патрубок отвода нагретой жидкости,
5 - патрубок подачи теплоносителя,
6 - патрубок отвода конденсата,
7 - центральная пластина секции,
8 - разделительная пластина секции,
9 - внешняя пластина секции,
10 - внутренний цилиндрический кожух,
11 - внешний цилиндрический кожух,
12 - уплотнительное кольцо.
Следует отметить, что за счет симметричной конструкции теплообменника потоки теплоносителей (жидкостей) могут двигаться в одном направлении, однако более эффективной является работа в режиме противотока, описанная ниже.
Цилиндрический пластинчатый теплообменник (фиг. 1) в центральных областях двух торцевых частей имеет четыре патрубка (по два патрубка на каждой торцевой части): патрубок подачи холодной жидкости 3, патрубок отвода нагретой жидкости 4, патрубок подачи теплоносителя 5, патрубок отвода конденсата 6. Патрубки отвода нагретой жидкости 4 и подачи теплоносителя 5 располагаются с одной стороны теплообменника (с одной стороны торцевой части), а патрубки подачи холодной жидкости 3 и патрубок отвода конденсата 6 - с противоположной. Холодная вода, пройдя патрубок подачи холодной воды 3, на своем пути встречает заглушку 1, представляющую собой шпильку с резьбой и гайками, между которыми фиксируется центральная пластина секции 7. Через выходные отверстия патрубка 3 вода поступает в межпластинчатый канал, образованный центральной пластиной секции 7 и разделительной пластиной секции 8. Двигаясь по данному каналу, холодная вода уменьшает свою скорость, отдаляясь от центра, и нагревается от разделительной пластиной 8, с другой стороны которой движется теплоотдающая жидкость. Дойдя до края центральной пластины секции 7, нагреваемая вода меняет свое направление движения на 180 градусов. Вернувшись в центр теплообменника, нагретая вода отводится патрубком отвода нагретой воды 4 за пределы секции теплообменника. Для предотвращения смешения теплоотдающей и нагреваемой жидкостей между двумя разделительными пластинами 8 по их внешнему радиусу установлен внутренний цилиндрический кожух 10, высота которого составляет половину высоты канала нагреваемой жидкости.
Теплоноситель в теплообменник поступает по патрубку 5, который крепится к внешней пластине секции 9 с помощью резьбового соединения (гайки 2). Пройдя патрубок подачи теплоносителя 5, теплоноситель поступает в межпластинчатый канал, образованный внешней пластиной 9 и разделительной пластиной секции 8. Двигаясь вдоль разделительной пластины 8, теплоноситель остывает, передавая свою энергию нагреваемой жидкости, и тем самым превращаясь в конденсат. Дойдя до края разделительной пластины 8, теплоотдающая жидкость имеет минимальную скорость. В дальнейшем она поворачивает на 90 градусов и движется по цилиндрическому каналу, образованному внутренним 10 и внешним кожухами секции теплообменника 11. Герметизация внешнего кожуха обеспечивается уплотнительными кольцами 12. Покинув цилиндрический канал, теплоотдающая жидкость повторно изменяет свое направление движения на 90 градусов и движется в обратную сторону по плоскому межпластинчатому каналу, образованному другими разделительной и внешней пластинами секции, достигая патрубка отвода конденсата 6.
Конструкция обеспечивает непрерывное изменение скоростей движения всех жидкостей в теплообменном аппарате, что приводит к повышенной теплопередаче и позволяет сократить расход материалов на изготовление теплообменника, при одинаковых теплоотдающих параметрах.