ПЛАСТИНА ТЕПЛООБМЕННИКА

Полезная модель относится к области теплотехники, а именно к теплообменному оборудованию, и может использоваться для теплообмена между различными жидкостями не только в системах теплоснабжения, но и в других отраслях производства.
Известен кожухотрубный теплообменник [Саввин, Н.Ю. Высокоэффективный теплообменный аппарат для системы жилищно-коммунального хозяйства / Н.Ю. Саввин, Н.Ю. Никулин; Гадюкина А.В. - Сборник научных трудов в 9 ч. - Новосибирск: НГТУ, 2019. - С. 256-262], имеющий цилиндрическую форму и состоящий из кожуха и трубного пучка. Однако, кожухотрубные теплообменники имеют низкий коэффициент теплопередачи, в сравнении с пластинчатыми теплообменниками.
Известна пластина пластинчатого теплообменника [патент РФ на изобретение №2351863, опубликован 10.04.2009 г, бюл. №10, МПК F28D 9/00 (2006.01)]. Пластина включает основную теплообменную часть, расположенную между двумя распределительно-коллекторными частями, отверстия, расположенные в угловых частях распределительно-коллекторных частей, рифления для расположения герметизирующих прокладок, рифления теплообменной части, рифления распределительно-коллекторных частей, рифления вблизи отверстий.
Недостатками пластины являются: высокие гидродинамические параметры элементарных объемов охлаждаемой или нагреваемой жидкости по ширине пластины при их подходе от входного отверстия через распределительно-коллекторную часть к основной теплообменной части, как следствие - низкая эффективность теплообмена между теплоносителями.
Известна пластина пластинчатого теплообменника, принятая за прототип [патент РФ на изобретение №2351866, опубликован 10.04.2009 г, бюл. №10, МПК F28F 3/00 (2006.01)]. Пластина теплообменника выполнена в виде прямоугольного листа с двумя сквозными отверстиями, расположенными по углам в верхней части листа, и двумя симметричными им в нижней части. Между отверстиями, расположенными в верхней и нижней частях, с двух сторон пластины, находится основная теплообменная часть с рифлениями. Площадки между рифлениями образуют каналы.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: выполнена в виде прямоугольного листа, по углам которого расположены сквозные отверстия, включающая с двух сторон листа основную теплообменную часть с рифлениями, площадки между которыми образуют каналы.
Недостатком прототипа является низкая турбулентность потока в межпластинном канале, что уменьшает коэффициент теплообмена, тем самым уменьшается эффективность теплообмена.
Полезная модель направлена на повышение эффективности теплообмена за счет увеличения коэффициента теплопередачи.
2
2
1
1
Это достигается тем, что пластина теплообменника выполнена в виде прямоугольного листа, по углам которого расположены сквозные отверстия, включающая с двух сторон листа основную теплообменную часть с рифлениями, площадки между которыми образуют каналы. В предложенном решении каналы имеют технологические углубления сферической формы, располагающиеся на площадках между рифлений в шахматном порядке и имеющие различный диаметр, который составляет (0,1÷0,9)p, где р - шаг рифлений первого технологического углубления от края листа, диаметр второго технологического углубления от края листа составляет (0,1÷0,9)d, где d - диаметр первого от края листа технологического углубления, диаметры следующих технологических углублений, третьего, четвертого и т.д., совпадают с диаметрами первого и второго технологических углублений сферической формы соответственно.
Для сохранения жесткости пластины высота h технологических углублений может составлять (0,1÷-0,8)s, где s - толщина пластины.
Для формирования непрерывного турбулентного следа, шаг углублений может составлять (5÷15)h, где h - высота технологического углубления.
Сопоставление предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что заявленное решение отличается тем, что каналы имеют технологические углубления сферической формы различного диаметра, располагающиеся в шахматном порядке, и позволяет установить наличие отличительных от прототипа признаков.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию полезной модели «новизна».
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена пластина теплообменника, фиг. 2 - вид А на фиг. 1 (канал с технологическими углублениями сферической формы различного диаметра).
2
2
1
1
Пластина теплообменника выполнена в виде прямоугольного листа 1, например, со скругленными углами. По контуру листа 1 с одной его стороны устанавливается герметизирующая прокладка 2. Лист 1 имеет четыре сквозных отверстия 3, 4, 5, 6. Отверстия 3, 5 расположены по углам в верхней части листа 1, а отверстия 4, 6 - симметрично им в нижней части листа 1. Прямоугольный лист 1 включает основную теплообменную часть 7, расположенную с двух сторон пластины между отверстиями 3, 5 и отверстиями 4, 6. Основная теплообменная часть 7 содержит выполненные, например V-образными, рифления 8 с обеих сторон пластины. Промежуток между соседними рифлениями образует канал 9. При этом каналы имеют технологические углубления 10 сферической формы, располагающиеся на площадках между рифлений в шахматном порядке и имеющие различный диаметр, который составляет (0,1÷0,9)p, где р - шаг рифлений, первого технологического углубления от края листа, диаметр второго технологического углубления от края листа составляет (0,1÷0,9)d, где d - диаметр первого от края листа технологического углубления, диаметры следующих технологических углублений, третьего, четвертого и т.д., совпадают с диаметрами первого и второго технологических углублений сферической формы соответственно.
Создание технологических углублений 10 различного диаметра сферической формы в каналах 9 является финальным этапом изготовления пластин. Осуществляется на готовых пластинах, имеющих рифления на основной теплообменной части. Технология создания углублений 10 сферической формы различного диаметра может быть осуществлена известными методами: штамповкой, прокаткой, сверлением и т.д. Шаг углублений 10 сферической формы и их геометрические размеры могут определяться расчетным путем. Оптимальные значения могут составлять:
высота h технологических углублений - (0,1÷0,8)5s, где s - толщина пластины;
шаг р углублений - (5÷15)h, где h - высота технологического углубления;
1
2
2
диаметр d первого от края листа технологического углубления -(0,1÷0,9)p, где р - шаг рифлений;
2
1
диаметр d второго технологического углубления - (0,1÷0,9)d.
Изготовление пластины для теплообменников может быть осуществлено из известных материалов, например, из стали, меди и др.
При эксплуатации пластины первый теплоноситель, например, жидкость, участвующий в теплообмене, течет через отверстие 3, расположенное в верхней правой части листа 1 по передней основной теплообменной части 7, имеющей рифления 8, необходимые для создания турбулизации теплоносителя, в отверстие 6. Такой путь протекания теплоносителя обусловлен наличием герметизирующей прокладки 2. Второй теплоноситель, например, жидкость, участвующий в теплообмене, течет по обратной стороне листа 1, противоположно первому теплоносителю, от отверстия 4, расположенного в нижней правой части листа 1, по основной теплообменной части 7, имеющей рифления 8, необходимые для создания турбулизации теплоносителя, в отверстие 5. Таким образом, теплота от одного теплоносителя, участвующего в теплообмене, переносится через лист 1 к другому теплоносителю, участвующему в теплообмене. Благодаря технологическим углублениям 10 различного диаметра сферической формы, расположенных в каналах 9 в шахматном порядке, создается дополнительная турбулизация теплоносителя, тем самым увеличивая коэффициент теплопередачи.
Применение пластин с вышеуказанными технологическими углублениями различного диаметра сферической формы, располагающихся в шахматном порядке, позволяет повысить эффективность теплообмена между двумя теплоносителями, например, жидкостями, между соседними теплообменными пластинами за счет повышения коэффициента теплопередачи путем турбулизации потока теплоносителя в теплообменнике.
Таким образом, заявленная полезная модель увеличивает коэффициент теплопередачи и обеспечивает более высокую производительность по целевому продукту (нагревание жидкости, например, воды).