RU1816951C - Теплообменник - Google Patents

Abstract

Использование: дл  повышени  теплообменников , примен емых в холодильной, криогенной и других отрасл х техники. Сущность изобретени : теплообменник содержит р д секций 1 из перфорированных пластин 4, 5. Секции установлены с образованием промежуточных зазоров 2. Пластины 4 и 5 в наборе образуют змеевиковые каналы пр мого 6 и обратного 7 потоков теплообменивающихс  сред. Пластины заключены между верхними и нижними граничными плитами. Последние выполнены с полост ми в виде крышек с отверсти ми во внутренних стенках. Эти отверсти  совпадают с перфораци ми примыкающих к ним пластин. Все крышки, кроме двух в крайних секци х, выполнены общими дл  пар соседних секций с образованием поворотных коллекторных камер. Крышки крайних секций образуют подвод щий и отвод щий коллекторы. 3 ил. f J гv со с

Description

г гсо

Ок Ю СЛ

11 15

16

Фиг.1

Предполагаемое изобретение относитс  к компактным теплообменным аппаратам матричного типа и может быть использовано в холодильной, криогенной, микрокриогенной и других отрасл х техники .

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности пакета теплообменника путем снижени  теплопотерь, вызванных разностью температур на концах теплообменника .

На фиг. 1 изображен вид пакета теплообменника спереди; на фиг.2 -- вид пакета в плане; на фиг.З - развертка его продольного сечени .

Пакет теплообменника (фиг.1-3) содержит последовательно размещенные секции

I, разделенные зазорами 2. Секции 1 выполнены из граничных 3, перфорированных теплопроводных 4 и малотеплопроводных 5 пластин, попеременно собранных в пакете. Пластины 4 и 5 в наборе образуют змееви- ковые каналы пр мого 6 и обратного 7 потоков теплообменивающихс  сред, В теплопроводных пластинах 4 выполнена мелка  перфораци  2, а в малотеплопроводных 5 - круглые отверсти  перфорации 9. Смежные секции 1 объединены попарно граничными пластинами 3 так, что верхние граничные пластины относительно нижних смещены на величину более половины длины гра- ничной пластины 3. В пластинах 3 выполнены отверсти  10, совпадающие с отверсти ми 9 пластин 5. С наружной стороны граничных пластин 3 установлены коллекторные пластины 11, разные по длине гоаничным пластинам. А в пластинах 11 выполнены пазы 12, объедин ющие отверсти  перфорации 10 пластин 3 одних и тех же каналов б или 7 Таким образом, каналы 6 и 7 имеют большую длину, при этом они проход т последовательно через все секции 1 пакета и пазы 12 коллекторных пластин 11. Входы и выходы 13, 14 каналов б, 7 соответственно расположены на концевых секци х 15 и 16. Коллекторные пластины 11 с отверсти ми 13, 14 примыкают лишь к одной концевой секции 15 или 16. Зазоры 2 между смежными секци ми 1 выполнены на глубину до противоположной граничной пластины 3, объедин ющей две смежные секции 1.

Движение сред и теплообмен в пакете осуществл ютс  следующим образом. Через отверсти  13, 14, например, противотоком , теплообменивающиес  среды поступают в пазы 12 коллекторных пластин

II, примыкающих к концевым секци м 15, 16, и по ним распредел ютс  по отверсти м перфорации 10 граничных пластин 3 в полости каналов 6, 7 концевых секций, Пройд 

каналы 6, 7 концевых секций среда через отверсти  10 противоположной граничной пластины 3, поступает в пазы 12 коллекторной пластины 11, объедин ющей концевую

секцию 16 или 15 со смежной секций 1. Далее среды последовательно проход т участки каналов 6, 7 в секци х 1 и пазах 12 пластин 11 всего пакета теплообменника и выход т из концевой секции 15, 16 через

соответствующие выходные отверсти  13, 14. В процессе движени  сред происходит теплообмен между ними.

Поскольку канал пр мого потока расположен между каналами обратного потока

процесс теплообмена между средами происходит интенсивно. Низкие теплопотери предложенного пакета теплообменника обеспечивают его высокую эффективность. Показать это можно расчетом эффективной

теплопроводности.

Коэффициент эффективной теплопроводности в пакете, выполненном из набора попеременно собранных теплопроводных и малотеплопроводных пластин, может быть

определен следующим образом. Если поток теплопотерь идет продольно по пластинам, что имеет место в конструкции прототипа, то эффективный коэффициент продольной теплопроводности определ етс  по известной формуле дл  многослойной стенки:

Дэ1

Ј

п

Ј

(1)

где i - номер сло  (в данном случае пластины;

А( - теплопроводность материала 1-го сло ;

д - толщина 1-го сло . Дл  примера рассчитаем конструкцию прототипа из перфорированных теплопроводных медных (МЗр) пластин, малотеплопроводных пластин из нержавеющей стали (12Х18Н10Т), и граничных пластин из нержавеющей стали (12Х18Н10Т). Тогда формулу (1) можно переписать в виде:

3 Ам(1 П1 + Ан.с. 62П2 +Ян.с. Ь

----- . A. j А--i . А.---

ПЗ

+П2Ф2 +П3 5з

где Л« , /U.c. - коэффициенты теплопровод- 5 ности меди ( Дм 380 Вт/(м-К)) и нержавеющей стали (Дн.с 18 Вт/(м-К));

5i, 5г , 5з - толщины соответственно перфорированных медной пластины (3i 0,5 мм), пластины из нержавеющей

стали (да 0,5 мм), граничной пластины (5з 3 мм);

ш, П2, пз - количества соответствующих пластин в пакете (ni па 30 шт.. па 2 шт.У

Подставив значени  параметров в формулу (2) получим значение Аэ1 170 Вт/(м.К).

Если поток теплопотерь проходит в осевом направлении по многослойным стенкам каналов перпендикул рно поверхности пластин, как это происходит в предложенном пакете теплообменника, эффективный коэффициент осевой теплопроводности определ етс  по формуле

2

Аэ2

1 1

(3)

vn 5i

И

Дл  примера возьмем конструкцию пакета теплообменника из медных (МЗр) и стальных (12Х18Н10Т), перфорированных. пластин, граничных медных и коллекторных стальных пластин. Тогда формула (3) может быть записана в виде: , 5i m + & П2 + дз пз + &t П4 32 5ГТ $27ЗГТ34

. Щ т- + П2 т-- + ПЗ -г- + П4 т-- AMЛн.с. Лм АН.С.

(4)

где щ - толщина коллекторной пластины, ( дз 3 мм);

П4 - количество коллекторных пластин (ПА 2 шт.).

Принима  значени  параметров, вход щих в формулу (4), такими же, как и в предыдущем примере, за исключением 5з 0,5 мм, получаем в результате Яэ2 31 Вт/(м.-К).

Из расчета следует, что при движении потока теплопотерь в осевом направлении по многослойным стенкам каналов, содержащим медные и нержавеющей стали пластины , перпендикул рно их поверхности, эффективный коэффициент теплопроводни- ки уменьшаетс  более чем в 5,5 раз по сравнению с эффективным коэффициентом пропорциональной теплопроводности вдоль пластин. А передача тепла вдоль граничных и коллекторных пластин в предложенном пакете незначительна ввиду выполнени  коллекторных пластин из малотеплопроводного материала и малого поперечного сечени  граничных пластин.

Применение теплообменных пакетов по данной за вке представл ет возможность создавать эффективные компактные тепло- обменные аппараты в микрокриогенной

5 технике, поскольку в этой области большое значение имеет снижение всех видов потерь тепла, в частности, потерь от разности температур между концами пакета теплообменника . Предложенные пакеты предназ10 начены дл  компрессионных систем охлаждени  различного назначени  прежде всего. Они удобны в компоновке узлов охлаждени  ввиду возможности выполн ть их различной конфигурации, с разным числом

15 зигов с входными и выходными отверсти ми на удобную поверхность пакета, а также ввиду возможности размещени  других элементов узла охлаждени  в центральной части пакета либо в вырезанном его секторе

20 (см.фиг.2). Такой пакет  вл етс  технологич ным, так как он может быть изготовлен с применением диффузионной сварки или пайки с последующей механической обработкой . Последнее позвол ет изготовить

25 его с высокой точностью по габаритным размерам , придает ему хорошим внешний вид и высокие потребительские качества. По данной за вке спроектированы рабочие чертежи и технологи  изготовлени , и под30 готовлены детали пакета к диффузионной сварке его.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Теплообменник, содержащий р д секций , установленных с образованием проме35 жуточных зазоров, последовательно соединенных между собой, выполненных в виде набора заключенных между верхними и нижними граничными плитами перфорированных пластин, образующих змеевико40 вые каналы дл  теплообменивающихс  сред, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности путем снижени  теплопотерь, граничные плиты выполнены с полост ми в виде крышек с отверсти ми во

   45 внутренних стенках, совпадающими с перфораци ми примыкающих с ним пластин, причем все крышки, кроме двух в крайних секци х, выполнены общими дл  пар соседних секций с образованием поворотных кол50 лекторных камер, а крышки крайних секций образуют подвод щий и отвод щий коллекторы .