КОЖУХОПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
SHELL-TUBE HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в любых отраслях промышленности, в том числе космической, авиационной, химической, для охлаждения или нагрева различных текучих сред.
Из уровня техники известны различные варианты исполнения кожухопластинчатых теплообменников, содержащих корпус с установленным в нем пакетом пластин, например: RU 2181186 С1, 10.04.2002; RU 2100733 С1, 27.12.1997.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является кожухопластинчатый теплообменник, содержащий корпус с двумя крышками, пакет пластин, установленный в корпусе, и патрубки подвода и отвода теплоносителей, раскрытый в патенте RU 2206851 С1, 20.06.2003.
Основными недостатками известных решений, в том числе наиболее близкого аналога, являются:
- невозможность работы при высоких давлениях и при высоких перепадах давлений теплоносителей, поскольку конструкция пакета пластин в известных решениях не способна выдерживать стягивающие усилия;
- недостаточно интенсивный теплообмен.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении интенсивности теплообмена, а также в обеспечении возможности работы при высоких давлениях и при высоких перепадах давлений теплоносителей.
Для решения поставленной задачи и обеспечения технического результата предлагается кожухопластинчатый теплообменник, содержащий корпус с двумя крышками, пакет пластин, установленный в корпусе, и патрубки подвода и отвода теплоносителей. Пакет пластин состоит из размещенных между двумя плоскими основаниями одинаковых n пластин сетчато-поточного типа с турбулизаторами в виде полых двусторонних выступов одинаковой высоты в форме усеченных конусов, по вершинам которых стянуты пластины, образующие между собой сетку взаимных опор с прямоугольной структурой и каналами теплоносителей между ними. Причем основания усеченных конусов выполнены в виде параллелограммов, стороны которых являются сторонами соседних оснований, соседние выступы соединены седловидными перемычками. При этом плоские основания пакета пластин соединены с крышками корпуса.
Корпус может быть выполнен цилиндрическим.
Каждая пластина пакета может быть выполнена в форме круга со срезанными сегментами.
Пластины могут быть выполнены из ленты толщиной 0,07÷0,30 мм. При этом лента изготовлена из материала, обладающего теплопроводностью не ниже 80,4 Вт/м·K и поддающегося физической обработке, в частности из металла.
В зазор между корпусом и пакетом пластин могут быть установлены гребенки, выполненные из сплющенных трубок. Гребенки могут быть выполнены из герметика.
Плоские основания выполнены из того же материала, что и пластины, например из металла.
Каждая пластина содержит плоскую периферийную кромку, при этом на пластине выполнены выштамовки с отверстиями, образующими при сборке пластин в пакет раздающий и сборный коллекторы теплоносителя.
Пластины соединены между собой по плоским периферийным кромкам или по выштамповкам с отверстиями, образующими раздающий и сборный коллекторы теплоносителя.
Крайние пластины пакета соединены с плоскими основаниями по плоским периферийным кромкам или по выштамповкам с отверстиями.
Изобретение поясняется чертежами.
Фиг. 1 и 2 - представлен общий вид кожухопластинчатого теплообменника (со стороны коллекторов первого и второго теплоносителей соответственно).
Фиг. 3 - представлен фрагмент пакета пластин кожухопластинчатого теплообменника.
Фиг. 4 - изображена проекция на диагональную плоскость пакета пластин кожухопластинчатого теплообменника.
Фиг. 5 - представлена пластина кожухопластинчатого теплообменника (вид сверху).
Предлагаемое устройство содержит корпус 1 с двумя крышками 2, 3, пакет 4 пластин 5, установленный в корпусе 1, и патрубки подвода 6 и 6′, патрубки отвода 7 и 7′ соответственно первого и второго теплоносителя. Пакет 4 пластин состоит из размещенных между двумя плоскими основаниями 8 одинаковых n пластин 5 сетчато-поточного типа с турбулизаторами в виде полых двусторонних выступов 9 одинаковой высоты в форме усеченных конусов, по вершинам которых стянуты пластины 5, образующие между собой сетку взаимных опор с прямоугольной структурой и каналами А теплоносителей между ними. Причем основания усеченных конусов выполнены в виде параллелограммов, стороны которых являются сторонами соседних оснований, соседние выступы 9 соединены седловидными перемычками 10. При этом плоские основания 8 пакета 4 пластин соединены с крышками 2, 3 корпуса 1. Число n пластин в пакете может варьироваться от 2 до 2000 штук.
В приведенном на Фиг. 1 и 2 варианте исполнения теплообменника: в каждой крышке 2 и 3 предусмотрены входное и выходное сквозные отверстия для подвода и отвода теплоносителей. С внешней стороны к крышкам подсоединены патрубки подвода и отвода теплоносителей, установленные соосно соответственно входному и выходному отверстиям крышки. Патрубки служат для соединения теплообменника с элементами обвязки при эксплуатации. Возможен также вариант исполнения, когда в крышке 2 выполнены только входные отверстия для подвода первого и второго теплоносителей, а в крышке 3 только выходные отверстия для отвода указанных теплоносителей.
Корпус 1 соединяют с крышками 2, 3 при помощи сварки.
Между корпусом 1 и пакетом 4 пластин 5 располагаются гребенки 11, задающие направление течения теплоносителя сквозь пакет 4 пластин. Гребенки 11 могут быть выполнены из сплющенных трубок. Гребенки 11 вставляют в зазоры между парами пластин в ряд с двух сторон пакета 4.
На каждой пластине выполнены коллекторные выштамовки 13 с центрально расположенными в них отверстиями 12 и технологической плоскостью, окаймляющей пластины (плоской периферийной кромкой 14). При этом часть выштамповки, в которой выполнено отверстие, является плоской и диаметр этой части больше диаметра отверстия. Плоскость части коллекторной выштамповки и плоскость периферийной кромки 14 расположены в разных плоскостях оснований выступов 9. При наборе пакета 4 пластин 5 плоская периферийная кромка 14 первой пластины приваривается к плоской периферийной кромке 14 второй пластины, следующая пластина приваривается к ним по коллекторным выштамповкам 13, и так далее до тех пор, пока не наберется необходимое число пластин в пакете.
Конструкция пакета пластин способна выдерживать стягивающие усилия, обеспечивающие необходимую плотность контакта пластин при высоких давлениях теплоносителей, а также при высоких перепадах давлений теплоносителей. Кроме того, она обеспечивает равномерное распределение потока, интенсивную турбулизацию теплоносителей, сокращение относительной глубины ламинарного слоя на поверхности пластин и, как следствие, интенсивный теплообмен.
Устройство работает следующим образом.
Теплообменник предназначен для переноса тепла между различными средами, причем парами рабочих сред могут служить как пар-жидкость, так и жидкость-жидкость.
Теплопередающей поверхностью служат тонкие пластины сетчато-поточного типа с турбулизаторами в виде полых двусторонних выступов одинаковой высоты в форме усеченных конусов. Основания выступов выполнены в виде параллелограммов, стороны которых являются сторонами соседних оснований, соседние выступы соединены седловидными перемычками, образующими ребра жесткости. Пластины стянуты по вершинам выступов в пакет и образуют между собой сетку взаимных опор с прямоугольной структурой и каналами теплоносителей между ними (щелевые каналы сложной формы). Наличие седловидных перемычек усложняет форму каналов теплоносителя (каналы имеют более сложное переменное поперечное сечение), заставляя теплоноситель равномерно перемещаться по пластине, турбулизируясь при огибании встречающихся на пути колонн взаимных опор.
Первый теплоноситель через патрубок 6 и входное отверстие в крышке поступает в раздающий коллектор, сформированный в пакете 4 пластин 5, из этого коллектора теплоноситель поступает в щелевые каналы сложной формы, образованные между соседними пластинами 5, и перемещается по этим каналам к сборному коллектору, далее к выходному отверстию в крышке и патрубку 7 отвода первого теплоносителя.
Второй теплоноситель через патрубок 6′ и входное отверстие в крышке поступает во входной коллектор, сформированный между внутренней стенкой корпуса 1 теплообменника, пакетом 4 пластин 5 и установленными по обеим сторонам пакета 4 пластин гребенками 11. Наличие гребенок 11 предотвращает перетекание теплоносителя между корпусом 1 и пакетом 4 пластин. Из входного коллектора второй теплоноситель поступает в щелевые каналы сложной формы, образованные между соседними пластинами 5, и перемещается по этим каналам к выходному коллектору, затем к выходному отверстию в крышке и патрубку 7′ отвода второго теплоносителя. Давление второго теплоносителя больше давления первого теплоносителя.
При этом первый теплоноситель перемещается перпендикулярно второму таким образом, что каждая пластина в пакете с одной стороны омывается горячим теплоносителем, а с другой - холодным теплоносителем.
Один теплоноситель за счет теплопередачи отдает тепло пластине, которая в свою очередь отдает тепло другому теплоносителю.
Тонкие пластины имеют небольшое термическое сопротивление, сложная форма каналов обеспечивает турбулентность потока теплоносителя, за счет чего теплообменник обладает высокой эффективностью теплопередачи.