CZ20024187A3

CZ20024187A3 - Heat exchanger

Info

Publication number: CZ20024187A3
Application number: CZ20024187A
Authority: CZ
Inventors: Dinulescuámircea
Original assignee: Moravia@Apexźás@Ár@Áo
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-08-18
Also published as: CZ298773B6

Abstract

In the present invention, there is disclosed a heat exchange apparatus having a core located in a frame and consisting of heat-exchange plates arranged plan-parallel and spaced apart from each other. Said heat-exchange plates define alternating passages for flow of hot medium and passages for flow of a cooling medium. At least one pair of the plates (1) defining each of passages (2) for the flow of a medium of lower temperature is provided with a screen (4) arranged plane-parallel and apart thereto and located on the side of the core adjacent to the inlet of a medium of lower temperature and on the side opposite to the outlet of a medium of higher temperature wherein the screen (4) surface is less than the surface of the plate (1).

Description

VÝMĚNÍK TEPLAHEAT EXCHANGER

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká výměníku tepla opatřeného jádrem uloženým v rámu a složeným z planparalelně a ve vzájemném odstupu uspořádaných teplosměnných desek, vymezujících mezi sebou vzájemně prostřídané a příčně vedené kanály pro průtok teplého media a kanály pro průtok chladného media.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a heat exchanger provided with a core embedded in a frame and composed of heat exchange plates arranged in parallel and spaced apart, defining mutually intersecting and cross-guided channels for the flow of hot medium and for the flow of cold medium.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Je známa celá řada výměníků tepla, jejichž jádro, tvořené soustavou kanálů pro průtok teplosměnných medií, je uloženo v tuhém rámu, který nese též všechny přívody a vývody. Nejznámějšim typem je deskový výměník, jehož jádro sestává ze soustavy v odstupu od sebe uspořádaných desek, které mezi sebou vymezují jednotlivé kanály. Jádra mohou být svařovaná nebo jsou desky volně poskládány a vzájemně staženy. Pro zamezení nadměrného namáhání vlivem rozdílného tepelného zatížení jednotlivých částí, které se projevuje u svařovaných konstrukcí, je ve druhém případě utěsnění spár přiléhajících desek zajištěno jen přítlačnými silami staženého jádra. U nesvarovaných jader, musí být přítlační síly dostatečně velké během všech provozních režimů, kdy jsou desky opakovaně zahřívány a ochlazovány a neustále se roztahují nebo smršťují. Teplem vyvolané expansní síly jsou obvykle mnohem větší než přítlačné síly vyvozené konstrukcí jádra, takže každá deska má určitou vůli pro pohyb vůči přilehlým deskám. Toto uspořádání se vůči pině svařované konstrukci vyznačuje lepší schopností vydržet těžké tepelné rázy během provozu. Ze spisu WO 83/03663 je známo řešení s příčným prouděním medií o různé teplotě, kde jádro je opatřeno v odstupu od sebe uspořádanými deskami vzájemně oddělenými pomocí tuhých rozpěrných trámců a stykových lišt tvořených ohnutými okraji sousedních desek. Mezi sousedními hranami desek jsou uspořádány pružné rozpěrné prvky, které mají zachytit uvedené tepelné cykly a omezit pronikání jedné teplosměnné látky do druhé. Rozpěrné prvky jsou s teplosměnnými medii v přímém kontaktu a jejich působením, spolu s vysokou teplotou, dochází ke korozi, narušení a únavě rozpěrek, což má za následek pokles přítlačné síly a následně zvýšenou míru ··* to prosakováni. Obdobné řešení jádra je pak známo z patentového spisu GB 217593.A number of heat exchangers are known, the core of which is formed by a set of channels for the flow of heat exchange media, which is housed in a rigid frame which also carries all inlets and outlets. The best known type is a plate heat exchanger, the core of which consists of a system of spaced plates which define individual channels between them. The cores may be welded or the plates may be loosely assembled and tightened together. In order to prevent excessive stresses due to the different thermal loads of the parts to be welded, in the latter case, the sealing of the joints of the adjacent plates is ensured only by the compressive forces of the cored core. For non-welded cores, the pressing forces must be sufficiently high during all operating modes when the plates are repeatedly heated and cooled and constantly expand or contract. The heat-induced expansion forces are usually much greater than the thrust forces exerted by the core structure, so that each plate has some clearance to move relative to adjacent plates. This arrangement has a better ability to withstand severe thermal shocks during operation relative to a pin welded structure. WO 83/03663 discloses a cross-flow solution of different temperature media, wherein the core is provided with spaced apart plates separated by rigid spacer beams and interface strips formed by the bent edges of adjacent plates. Arranged between adjacent edges of the plates are resilient spacer elements designed to accommodate said thermal cycles and limit the penetration of one heat exchanger into the other. The spacers are in direct contact with the heat transfer media and, together with the high temperature, corrosion, disruption and fatigue of the spacers result in a decrease in the contact force and consequently an increased leakage rate. A similar core solution is known from GB 217593.

Ze spisů GB-A-2147095 a EP 043113 je známo řešení, kde jádro je v kontaktu se stěnami rámu pomocí pružných členů, uspořádaných uvnitř, případně vně rámu. Výměník tepla s protisměrným prouděním médií je popsán ve spise EP 0 265 528. Kromě problematiky mechanického namáhání vlivem vysokých teplot, existuje další problém, který žádný z uvedených spisů neřeší. Na straně vstupu chladného media a výstupu teplého media je rozložení teplot velmi nerovnoměrné a vzniká zde tzv. studený kout, který se nachází v rohu, kde je ohřev vstupujícího vzduchu nejnižší, neboť v sousedních kanálech je odcházející medium nejchladnější. Je to roh společný straně vstupu chladného media a straně opačné výstupu teplého media. Medium předávající teplo, většinou vzduch, velmi často obsahuje vodní páry a další agresivní složky jako jsou oxid uhelnatý, oxid siřičitý nebo chlorovodík, resp. kyselinu solnou. Tyto složky v chladném místě kondensují, když se teplota poklesne na hodnotu blízkou jejich rosnému bodu. Kondensáty způsobují korosi a postupnou destrukci zařízení.GB-A-2147095 and EP 043113 disclose a solution wherein the core is in contact with the frame walls by means of resilient members arranged inside or outside the frame. A counter-flow heat exchanger is described in EP 0 265 528. In addition to the problem of mechanical stress due to high temperatures, there is another problem which none of these documents addresses. On the side of the cold medium inlet and hot medium outlet, the temperature distribution is very uneven and there is a so-called cold corner, located in the corner where the incoming air heating is lowest, because in the adjacent channels the outgoing medium is the coldest. It is the corner common to the side of the cold medium inlet and the opposite side of the warm medium outlet. The heat transfer medium, mostly air, very often contains water vapor and other aggressive components such as carbon monoxide, sulfur dioxide or hydrogen chloride, respectively. hydrochloric acid. These components condense in a cold place when the temperature drops to a value close to their dew point. Condensates cause corrosion and gradual destruction of the equipment.

Účelem tohoto vynálezu je zlepšit rozložení teplot na straně výstupu ochlazeného media, resp. na straně vstupu chladného media a zmenšit, případně vyloučit kondensaci par v této části zařízení.The purpose of the present invention is to improve the temperature distribution at the outlet side of the cooled medium, respectively. on the side of the cold medium inlet and reduce or eliminate condensation in this part of the device.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedeného účelu je dosaženo u výměníku tepia opatřeného jádrem složeným z planparalelně a ve vzájemném odstupu uspořádaných teplosměnných desek, vymezujících mezi sebou vzájemně prostřídané a kanály pro průtok media o vyšší teplotě a kanály pro průtok media o nižší teplotě, v provedení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že alespoň jedna z dvojice desek vymezujících každý z kanálů pro průtok media o nižší teplotě je opatřena planparalelně s ní a v odstupu od ní uspořádanou clonou, umístěnou při straně jádra přivrácené ke vstupu media o nižší teplotě a při straně opačné výstupu media o vyšší teplotě. Plocha clony je menší než je plocha desky, nejlépe menší než je poloviny plochy desky. Dále podle tohoto vynálezu je odstup clony od přilehlé desky nejlépe 0,5 až 3 mm.. Rovněž podle tohoto vynálezu má ciona tvar pravoúhlého trojúhelníka, jehož pravý úhel je v rohu jádra mezi jeho stranou • 4 « * » přivrácenou ke vstupu media o nižší teplotě a stranou opačnou vstupu media o vyšší teplotě. Ve výhodném provedení má clona tvar rovnoramenný trojúhelníka. Výhodou tohoto provedení je podstatně rovnoměrnější rozložení teplot napříč vstupem chladného media a napříč stranou opačnou výstupem teplého media a výrazné omezení kondensace par v těchto místech. Příznivý vliv nového řešení se projevuje rovněž v omezení nestejnoměrné tepelné roztažnosti krajních tabulí jádra vlivem jejich nerovnoměrného ohřevu.The aforementioned purpose is achieved in a heat exchanger having a core composed of planar parallel and spaced-apart heat exchanger plates defining interdigitated channels and channels for the flow of a higher temperature medium and channels for the flow of a lower temperature, according to the invention. characterized in that at least one of the pair of plates defining each of the channels for the flow of the lower temperature medium is provided with a planar parallel to and spaced from it at the side of the core facing the lower temperature inlet and the opposite side of the medium outlet higher temperature. The aperture area is smaller than the plate area, preferably less than half the plate area. Further according to the invention, the distance of the aperture from the adjacent plate is preferably 0.5 to 3 mm. Also according to the invention, the cion has the shape of a rectangular triangle whose right angle is at the corner of the core between temperature and the opposite side of the higher temperature medium inlet. In a preferred embodiment, the orifice has the shape of an isosceles triangle. The advantage of this embodiment is a substantially more uniform temperature distribution across the cold medium inlet and across the opposite side of the hot medium outlet, and a significant reduction in vapor condensation at these locations. The beneficial effect of the new solution is also reflected in the reduction of uneven thermal expansion of the outer core sheets due to their uneven heating.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález bude dále podrobněji objasněn na příkladech jeho praktického provedení, uvedených na přiloženém výkrese. Obr. 1 ukazuje principielní uspořádání desek v axonometrickém pohledu a na obr. 2 je znázorněno uspořádání desek v kanále proudění media o nižší teplotě, v příčním řezu při pohledu proti směru proudění media o vyšší teplotě. Na obr. 3a je znázorněno rozložení teplot ve studeném koutu výměníku tepla s protiběžným prouděním medií, bez užití clony podle vynálezu a na obr. 3b je rozložení teplot u výměníku tepla podle obr. 3a při využití clony. Obr. 4a představuje rozložení teplot ve studeném koutu výměníku tepla s příčným prouděním medií, bez užití clony a na obr. 4b je rozložení teplot u výměníku tepla podle obr. 4a při využití clonyThe invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. Giant. 1 shows the principal arrangement of the plates in an axonometric view, and FIG. 2 shows the arrangement of the plates in the lower temperature medium flow channel, in cross-section when viewed against the higher temperature medium flow direction. Fig. 3a shows the temperature distribution in the cold corner of the heat exchanger with counter-flowing medium flow, without the use of the orifice according to the invention; and Fig. 3b shows the temperature distribution of the heat exchanger according to Fig. Giant. Fig. 4a shows the temperature distribution in the cold corner of the cross-flow heat exchanger, without the use of the orifice; and Fig. 4b shows the temperature distribution of the heat exchanger according to Fig. 4a using the orifice.

Příklad provedeníExemplary embodiment

Na obr. 1, je znázorněno jádro výměníku tepla podle vynálezu tvořené soustavou planparalelně a ve vzájemném odstupu uspořádaných teplosměnných desek i, které mezi sebou vymezují střídavě a vzájemně příčně vedené první kanály 2 pro průtok teplého media a druhé kanály 2 pro průtok chladného media. Jak je patrné z detailu na obr. 2, každá dvojice desek 1 vymezujících každý z druhých kanálů 3 pro průtok chladného media je opatřena v odstupu od ní a planparalelně s ní uspořádanou clonou 4. Plocha clony 4 je menší než je polovina plochy desky 1. Každá clona 4 je vždy umístěna při straně jádra přivrácené ke vstupu chladného media a při straně opačné výstupu teplého media. Při směrech A,B proudění obou médií znázorněných na obr. 1, je tedy clona 4 v pravém předním rohu při pohledu směrem B proudění chladného media a v pravém zadním rohu při pohledu •9 9FIG. 1 shows a heat exchanger core according to the invention, consisting of a set of heat exchange plates 1 arranged in parallel and spaced apart, defining mutually and transversely directed first channels 2 for hot medium flow and second channels 2 for cold medium flow. As can be seen from the detail of FIG. 2, each pair of plates 1 defining each of the second channels 3 for the flow of cold medium is provided at a distance therefrom and planarly disposed therewith. The area of the orifice 4 is less than half the area of the plate. Each orifice 4 is always located at the side of the core facing the cold medium inlet and at the opposite side of the warm medium outlet. Thus, in the flow directions A, B of the two media shown in Fig. 1, the orifice 4 is in the right front corner when viewed in the direction B of the cold medium flow and in the right rear corner when viewed • 9 9

9 99 9

9»9 »

999«999 «

999999

999 směrem A proudění teplého media. Nejvyšší účinnosti navrhovaného řešení se dosahuje pří odstupu clony 4 od přilehlé desky 1 v rozmezí 0,5 až 3 mm.999 direction A flow of warm medium. The highest efficiency of the proposed solution is achieved at a distance of the orifice 4 from the adjacent plate 1 in the range of 0.5 to 3 mm.

Ve výhodném provedení má clona 4 tvar pravoúhlého trojúhelníka, nejlépe rovnoramenného trojúhelníka, jehož pravý úhel je v rohu jádra mezi jeho stranou přivrácenou ke vstupu chladného media a stranou opačnou vstupu teplého media. Clona 4 může mít i jiný tvar, její umístění je však vždy takové, jak popsáno výše. Účinky clony 4 dokládají obr. 3a, 3b a 4a, 4b. Na obr. 3a, 4a, jsou uvedena rozložení teplot ve studeném koutu výměníku tepla sprotiběžným prouděním medií a výměníku tepla s příčným prouděním medií bez užití clony podle vynálezu. Teploty ve studeném koutu jsou výrazně nižší oproti teplotám naměřeným v protilehlém koutu. Z hodnot naměřených při užití clony 4 podle vynálezu, jak jsou uvedeny na obr. 3b a 4b, je zcela zřejmý minimální rozdíl mezi teplotami ve studeném a protilehlém koutu. Tento rozdíl je u výměníku tepla s příčným prouděním medií dokonce opačného znaménka.In a preferred embodiment, the orifice 4 has the shape of a rectangular triangle, preferably an isosceles triangle, whose right angle is at the corner of the core between its side facing the cold medium inlet and the opposite side of the warm medium inlet. The aperture 4 may have a different shape, but its location is always as described above. The effects of the aperture 4 are illustrated in FIGS. 3a, 3b and 4a, 4b. Figures 3a, 4a show the temperature distributions in the cold corner of the heat exchanger by co-flowing media and the cross-flow heat exchanger without using the orifice according to the invention. The temperatures in the cold corner are significantly lower than those measured in the opposite corner. From the values measured using the orifice plate 4 according to the invention, as shown in FIGS. 3b and 4b, the minimum difference between the temperatures in the cold and opposite corners is evident. This difference is even the opposite sign in a cross-flow heat exchanger.

Horkým mediem ve smyslu tohoto vynálezu se rozumí medium o počáteční vyšší teplotě, tedy medium, které teplo předává a studeným mediem se rozumí látka o počáteční nižší teplotě, tj. medium teplo přijímající a to bez ohledu na konečný vzájemný poměr teplot obou medií.For the purposes of the present invention, a hot medium is an initial higher temperature medium, i.e. a heat transfer medium, and a cold medium is an initial lower temperature substance, i.e. a heat-receiving medium, regardless of the final temperature-to-temperature ratio of the two media.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Předmětný vynález je určen pro tepelné výměníky jak s protiběžným prouděním, tak s příčným prouděním teplosměnných medií.The present invention is directed to heat exchangers with both counter-flow and cross-flow heat exchange media.

·· *··· • ·*· · « · • · · * ·· ··· ··············································

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims

PATENT CLAIMS

A heat exchanger having a core embedded in a frame and composed of heat exchange plates arranged in parallel and spaced apart, defining interconnected channels for the flow of hot medium and channels for the flow of cold medium, characterized in that at least one of the pair of plates (1) ) defining each of the channels (2) for the flow of the lower temperature medium is provided at a distance therefrom and planarly arranged therewith (4) located at the side of the core facing the inlet of the lower temperature medium and the opposite outlet of the higher temperature medium wherein the area of the orifice (4) is smaller than that of the plate (1).

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the distance of the orifice plate (4) from the adjacent plate (1) is 0.5 to 3 mm.

Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the orifice (4) has an area less than half the surface of the plate (1).

Heat exchanger according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the orifice (4) has the shape of a rectangular triangle whose right angle is in the corner of the core between its side facing the lower temperature inlet and the opposite side of the lower inlet. temperature.

Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the orifice (4) has the shape of an isosceles triangle.