ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к области кондиционирования и вентиляции воздуха, в частности к пластинчатым теплообменникам, предназначенным для обеспечения теплообмена между приточным и вытяжным воздухом.
Известный пластинчатый теплообменник [Патент RU №10861 U1 F28D 1/02 от 02.03.1999], который содержит плоские пластины, и гофрированные пластины-вставки, расположенные поочередно и которые примыкают друг к другу. Гофры выполнены в виде выступов и впадин чередующихся между собой. За счет чередования выступов и впадин, выполненных на гофрированных пластинах-вставках, между плоскими и гофрированными пластинами-вставками образуются попеременно противоточные каналы для рабочих сред.
Известный пластинчатый теплообменник [Патент RU №119085 F28D 9/00 от 17.04.2012], который содержит параллельные пластины с выштамповками гофр. Смежные пластины контактируют друг с другом вершинами гофр и формируют попеременно противоточные каналы для рабочих сред. Каналы для рабочих сред расположены под углом друг к другу.
Известный пластинчатый теплообменник [Патент US №2007107221 F24F 12/00 от 20.10.2006], принятый за ближайший аналог, который содержит два типа разно профильных пластин, чередующихся между собой. Пластины выполнены в форме шестиугольника с рамой и элементами внутри рамы. Одна из сторон каждой пластины выполнена гладкой, на другой стороне каждой пластины выполнены направляющие, в виде выпуклых элементов, идущих от одной боковой стороны рамы, через центральный участок, к параллельной другой боковой стороне рамы. При укладке пластин друг на друга, выпуклые элементы формируют зазор между пластинами, образуя каналы для потоков воздуха. На других параллельных боковых сторонах каждой из пластин выполнен ровный участок. Ширина торцевых сторон одинакова. Пластины герметично соединены между собой по очереди, например, параллельные торцевые стороны с ровным участком одной из пластин, соединены с параллельными торцевыми сторонами с выпуклыми элементами другой из пластин.
Недостатком аналогов является высокое аэродинамическое сопротивление потоку воздуха между разно профильными пластинами, которое возникает из-за турбулентности и завихрения потока воздуха и приводит к значительным энергозатратам в системе, где устройство применяется. Кроме того, в результате движения воздуха через каналы, при применении таких пластинчатых теплообменников в системах (устройствах) очистки воздуха увеличивается сопротивление потоку воздуха и возникает шум.
Задачей полезной модели является уменьшение энергозатрат пластинчатого теплообменника, а именно снижение аэродинамического сопротивления потоков воздуха между пластинами, путем изменения конструктивных элементов.
Поставленная задача решается конструкцией пластинчатого теплообменника с пластинами в форме шестиугольника. Каждая пластина имеет раму в форме шестиугольника и элементы внутри рамы. Внутри рамы каждая пластина содержит направляющие, где с одной стороны пластины они выполнены плоскими, а с другой - выпуклыми. Пластины со стороны, где направляющие выполнены плоскими, содержат дополнительное сплошное покрытие по всей площади. Две параллельные стороны рамы пластины выполнены с фасками, две другие параллельные стороны рамы пластины выполнены с углублениями. Стороны с углублениями выполнены с отверстиями, через которые поступает и (или) выходит воздух, протекающий по каналам. Ширина боковой стороны рамы с фаской каждой пластины больше ширины каждой стороны рамы с углублением.
Пластины соединены в теплообменнике таким образом, что направляющие элементы образуют каналы для потоков воздуха, причем сторона рамы с фаской одной пластины прилегает к стороне рамы с углублением другой пластины.
Так как ширина боковой стороны рамы с фаской больше ширины боковой стороны рамы с углублением, создается плавный переход для потока воздуха. Получаем возможность плавного потока воздуха на входе (выходе) теплообменника, уменьшение шума при этом.
Суть полезной модели объясняется следующими чертежами, где:
Фиг. 1. (а, б) - Общий вид пакета пластинчатого теплообменника в корпусе (варианты)
Фиг. 2. - Профиль пластины теплообменника (а) и прилегающей к ней следующей пластины теплообменника (б) с изображением направления движения потока воздуха;
Фиг. 3. - Вариант формы пластины теплообменника;
Фиг. 4. (а, б) - Схематическое изображение движения потоков воздуха на входе теплообменника при пластинах с фасками (а) и при пластинах без фасок (б) (сравнение)
Фиг. 5. (а, б) - Общий вид пластины теплообменника (варианты).
Теплообменник (1) состоит из пластин (2, 3), примыкающих друг к другу. Пластины (2, 3) выполнены в форме шестиугольника с рамой. С одной стороны поверхность каждой пластины (2, 3) выполнена плоской, а с другой стороны на пластинах (2, 3) выполнены волнообразные (или другой формы), выпуклые с одной стороны пластин, направляющие (4). Направляющие направлены от одной стороны рамы пластины (2, 3), через центральный участок, к параллельной ей другой стороне рамы. По всей длине боковой стороны рамы с направляющими (4) выполнено углубление (6). На центральном участке пластин (2, 3) могут быть выполнены дополнительные горизонтально ориентированные направляющие (4). По всей длине двух других параллельных сторон рам каждой из пластин (2, 3), выполнена плавная фаска (5). При укладки пластин (2, 3) друг на друга, направляющие (4) формируют зазор между пластинами (2, 3), тем самым образуют каналы для потоков воздуха и обеспечивают направление потока воздуха. Пластины (2, 3) герметично соединены между собой по очереди, например, параллельные стороны рамы пластины, содержащие фаски (2), соединены с параллельными сторонами рамы пластины, содержащие углубление (3), и наоборот. За счет того, что ширина боковой стороны рамы с фаской (5), больше ширины боковой стороны рамы с углублением (6), при соединении пластин (2, 3), перед каналами для потоков воздуха, которые образуются между пластинами, выполнен плавный переход с минимально возможным сопротивлением для потоков воздуха. Плавный переход устраняет необходимость резкого изменения направления движения воздуха. Пластины (2, 3) могут быть выполнены из пластика (например, полиэтилена, поликарбоната и др.), или из металла. Пакет теплообменника (1) размещен в корпусе (7).
Теплообменник работает следующим образом.
Рабочая среда, например свежий воздух, поступает в каналы (8), образованные между пластинами (2, 3) с одной стороны теплообменника (1), и направляется по направляющим (4), и выходит с противоположной параллельной стороны теплообменника (1). Поток воздуха на входе и выходе происходит с минимальным аэродинамическим сопротивлением благодаря плавному переходу в виде фасок. Аналогично, вторая рабочая среда, например, воздух, удаляемый из помещения поступает с противоположной стороны теплообменника (1) в каналы (9), образованные между пластинами (2, 3), и направляется вдоль направляющих (4) в другую сторону. Рабочие среды между собой не перемешиваются. Теплообмен происходит по всей площади пластин (2, 3).
Таким образом, за счет изменения конструкции устройства получили возможность достичь эффективного теплообмена с одновременным снижением аэродинамического сопротивления. Наличие фаски обеспечивает пологий и ламинарный поток воздуха на входе (выходе) и уменьшает шум и сопротивление при протекании воздуха через теплообменник.