Пластинчатый теплообменник

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и холодильной техники, в частности к теплообменникам двухконтурного типа. Полезная модель может быть использована для теплообмена между любыми теплоагентами: как между жидкими средами, так и между жидкими и газообразными средами, причем независимо какая среда является теплоносителем, а какая теплопотребителем.
Уже известна конструкция пластинчатого теплообменика включающего необходимое количество смежных плоских камер, сформированных эластичными рамами, герметично закрытыми с обоих сторон двумя теплопроводными пластинами, каждая из которых является общей для двух смежных камер, и содержащих плоские теплообменные элементы, плотно контактирующие с плоскостями обоих теплопроводных пластин, описанная, например, в патенте СССР № 467527 (МПК F28f 3/08). Теплообменный элемент этого теплообменника выполнен в виде гофрированных пластин с чередующимися выступами и впадинами, контактирующими при сборке в пакеты с гофрами смежных пластин, имеющими другое направление выступов и впадин.
Недостатками данной конструкции является сложность изготовления с применением дорогостоящей оснастки, сложность сборки с применением фиксированных моментов прилагаемых на стяжные элементы, так как при стягивании происходит деформация гофр и,
как следствие, смещение уплотняющих элементов и их ослабление по отдельным зонам уплотняемого периметра.
Известна также конструкция теплообменного элемента в виде пластины со сферообразными выступами и впадинами, причем выступы имеют одинаковую высоту над плоскостью пластины (Патент России № 2188375, МПК F28f 3/02) .
Недостатком данной конструкции является также необходимость изготовления сложной дорогостоящей технологической оснастки (штампов), невозможность изменения параметров потока теплоагентов без изменения конструктивных размеров теплообменных пластин и соответственно оснастки (штампов).
В приведенных выше решениях гидравлическое сопротивление протоку как теплоносителя, так и теплопотребителя может быть решено только изменением конструктивных элементов, что связано со значительными затратами и не позволяет готовить эффективные теплообменники с заданными параметрами.
Заявляемая полезная модель позволяет в самых широких пределах изменять гидравлическое сопротивление протоку теплоносителя и независимо теплопотребителя и наоборот без значительных затрат и изготовления специальной оснастки, и таким образом изготавливать эффективные пластинчатые теплообменники с необходимыми параметрами в соответствии со стоящими перед ними задачами.
сторон двумя теплопроводными пластинами, каждая из которых является общей для двух смежных камер, и содержащих плоские теплообменные элементы, плотно контактирующие с плоскостями обоих теплопроводных пластин, теплообменные элементы выполнены в виде проволочных прямоугольных сеток, контур которых идентичен контуру просвета эластичной рамы, а сумма диаметров проволок, образующих основу и уток сетки, равна расстоянию между теплопроводными пластинами, формирующими одну камеру.
Теплообменные элементы, выполненные в виде проволочных прямоугольных сеток обеспечивают высокую турбулентность потоков теплоагентов за счет непрерывного изменения направления движения, а также увеличивают эффективность теплопередачи за счёт большого количества точек контакта сетки с теплопопроводными пластинами.
Для уменьшения гидравлического сопротивления протоку теплоагентов диаметры проволоки основы и проволоки утка сетки различны, и их соотношение находится в интервале от 1 до 2.
Оптимальное гидравлическое сопротивление протоку жидкости или газа обеспечивается в том случае, когда диаметр проволоки основы вдвое толще проволоки утка. При этом сетка в теплообменнике располагается таким образом, что поток жидкости или газа течет вдоль проволок основы. Если необходимо увеличить гидравлическое сопротивление теплообменника, то сетку следует расположить в теплообменнике таким образом, чтобы основа располагалась перпендикулярно протоку, что увеличит гидравлическое сопротивление и соответственно уменьшит объёмную скорость
потока жидкости или газа. Это обеспечивает без особых затрат широкую манипуляцию параметрами теплообменника, в зависимости от его назначения и задач.
Пластинчатый теплообменник, включающий необходимое количество смежных плоских камер, иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 изображён вид со стороны входных и выходных патрубков, на фиг. 2 - сечение фиг. 1 по А-А, показывающее первый контур, на фиг. 3 - сечение фиг. 1 по Б-Б, показывающее второй контур, на фиг. 4 - аксонометрическое изображение деталей, формирующих две смежные камеры, на фиг. 5 - эластичная рама с вмонтированным в неё сетчатым теплообменным элементом, а на фиг. 6 - положение теплообменного элемента между теплопроводными пластинами до сборки.
Пластинчатый теплообменник имеет лицевую плиту 1 (фиг. 1) и тыльную плиту 11 (фиг. 2) , стянутые четырьмя винтовыми шпильками 12. В лицевую плиту 1 вмонтированы четыре патрубка: входной 2 и выходной 4 патрубки для теплоагента первого контура (теплоносителя) и входной 3 и выходной 5 патрубки для теплоагента второго контура (теплопотребителя). Как показано на фиг. 2 и 3, между плитами 1 и 11 установлен ряд эластичных (например, резиновых) рам б и теплопроводных металлических пластин 7, формирующих смежные плоские камеры так, что каждая из пластин 7 является общей для двух смежных камер. Для образования двух независимых контуров для теплоносителя и теплопотребителя эластичные рамы двух смежных камер, как показано на фиг. 4, повернуты относительно друг друга на 180°. При этом в противоположных углах каждой рамы б предусмотрены два отверстия 8, а в четырёх углах каждой теплопроводной пластины 7 - отверстия
9.При этом отверстия 8 и 9 соосны отверстиям патрубков 2, 3, 4 и 5. Отверстия для стяжных винтовых шпилек 12 в плитах (1 и 11), в эластичных рамах бив теплопроводных пластинах 7 ради упрощения на чертежах не показаны. В каждой из камер размещён плоский теплообменный элемент 10, плотно контактирующий с плоскостями обоих теплопроводных пластин 7, формирующих одну камеру. Теплообменные элементы 10 выполнены в виде проволочных прямоугольных сеток, контур которых идентичен контуру просвета эластичной рамы б, как это показано на фиг. 5, а сумма диаметров проволок 13 и 14, образующих основу и уток сетки теплообменного элемента 10, как это показано на фиг. 6, равна расстоянию между двумя теплопроводными пластинами 7, формирующими одну камеру.
Сборка пластинчатого теплообменника происходит в следующем порядке. В просвет эластичных рам б вставляют сетчатые теплообменные элементы 10. В нажимную плиту 1 со стороны, противоположной патрубкам 2, 3, 4 и 5, ввинчивают четыре стяжные шпильки 12. На них, как на направляющие колонки, надевают первую эластичную раму б с сетчатым теплообменным элементом
10,затем - теплопроводную пластину 7 и вторую (чётную) раму б, но повёрнутую относительно первой на 180°, и т. д. Последнюю чётную эластичную раму б накрывают тыльной нажимной плитой 11 и весь пакет стягивают резьбовыми шпильками 12. Эластичные рамы б для обеспечения герметичности камер имеют толщину,
составляющую 105 - 110% толщины сетки теплообменного элемента 10 (или, что тоже самое, суммы диаметров проволок 13 и 14, образующих основу и уток сетки. Пластины 7 достаточно тонки, что обеспечивает после сборки теплообменника их деформацию в местах контакта с выступами сетчатого теплообменного элемента
10и, соответственно, обеспечивает увеличение площади контакта пластины 7 с сетчатого теплообменного элемента 10.
Пластинчатый теплообменник работает следующим образом.Теплоноситель, например горячая вода, поступает через патрубок 2 лицевой плиты 1 в первую камеру, затем через отверстия 9 теплопроводных пластин 7 и отверстия 8 чётных эластичных рам б заполняет все нечётные камеры и выходит наружу через патрубок 4. Теплопотребитель, например холодная вода, поступает через патрубок 3 лицевой плиты 1, после чего через отверстия 8 нечётных эластичных рам б и отверстия 9 теплопроводных пластин 7 в чётные камеры, последней из которых является тыльная плита
11пластинчатого теплообменника, и выходит наружу через патрубок 5. Горячая вода, проходя по нечётным камерам, нагревает до собственной температуры сетчатые теплообменные элементы 10, которые в свою очередь нагревают теплопроводные плиты 7 . Учитывая то, что теплопроводность металла в 100...150 раз выше, чем теплопроводность воды, то в чётных камерах с холодной водой тепловой поток от теплопроводных пластин 7 к сетчатым теплообменным элементам 10 через места их контактов значительно выше, чем от пластин 7 к воде, и сетчатые теплообменные элементы 10 в чётных камерах нагреваются довольно быстро и
нагревают при этом проточную холодную воду. Особенно этому способствует то, что сетчатый теплообменный элемент 10 создает турбулентное движение в потоках теплоносителя и теплопотребителя.
Изготовленные с применением вышеуказанных решений образцы теплообменников показали высокие результаты работы. Изготовление их не потребовало дорогостоящей оснастки и оборудования. При этом масса теплообменника снизилась при аналогичных параметрах в 2 раза по сравнению с зарубежными аналогами.
Формула полезной модели
1.Пластинчатый теплообменник, включающий необходимое количество смежных плоских камер, сформированных эластичными рамами, герметично закрытыми с обоих сторон двумя теплопроводными пластинами, каждая из которых является общей для двух смежных камер, и содержащих плоские теплообменные элементы, плотно контактирующие с плоскостями обоих теплопроводных пластин, отличающийся тем, что теплообменные элементы выполнены в виде проволочных прямоугольных сеток, контур которых идентичен контуру просвета эластичной рамы, а сумма диаметров проволок, образующих основу и уток сетки, равна расстоянию между теплопроводными пластинами, формирующими одну камеру.
2.Пластинчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что диаметры проволоки основы и проволоки утка сетки различны, и их соотношение находится в интервале от 1 до 2.