RU194584U1

RU194584U1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU194584U1
Application number: RU2019128884U
Authority: RU
Inventors: Баир Сыдыпович Бальжинимаев; Евгений Викторович Ковалев; Станислав Юрьевич Иванов; Аркадий Евгеньевич Смирнов; Семен Исаакович Стомпель
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Безопасные технологии" (ЗАО "БТ")
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2019-12-17

Abstract

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в любых областях техники для подогрева или охлаждения жидких или газообразных сред, в том числе для каталитических установок с целью рекуперации тепла, выделяемого в ходе протекания экзотермических реакций, либо потребляемого в ходе проведения эндотермических реакций. Теплообменный аппарат состоит из набора тонких металлических пластин, собранных в единый пакет, образующих между собой каналы, по которым протекают теплоносители, обменивающиеся тепловой энергией, так, что каналы с охлаждаемым и нагреваемым теплоносителями чередуются между собой, на пластины нанесены в виде полос термоиндикаторные краски, предназначенные для цветовой индикации при нагреве теплообменной пластины выше определенной температуры. Технический результат - выявление и контроль температурного профиля в пластинчатом теплообменном аппарате, что позволяет косвенно выявлять степень однородности газовых потоков, проходящих через него и обменивающихся тепловой энергией. 2 з.п. ф-лы.The utility model relates to heat exchangers and can be used in any technical field for heating or cooling liquid or gaseous media, including catalytic plants in order to recover the heat generated during exothermic reactions or consumed during endothermic reactions. The heat exchanger consists of a set of thin metal plates assembled in a single package, forming channels between each other, through which heat carriers flow, exchanging thermal energy, so that channels with cooled and heated heat carriers alternate with each other, thermal indicator paints are applied to the plates in the form of strips, designed for color indication when the heat exchanger plate is heated above a certain temperature. The technical result is the identification and control of the temperature profile in the plate heat exchanger, which allows you to indirectly identify the degree of homogeneity of the gas flows passing through it and exchanging thermal energy. 2 s.p. f-ly.

Description

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в любых областях техники для подогрева или охлаждения жидких или газообразных сред, в том числе для каталитических установок с целью рекуперации тепла, выделяемого в ходе протекания экзотермических реакций, либо потребляемого в ходе проведения эндотермических реакций.The utility model relates to heat exchangers and can be used in any technical field for heating or cooling liquid or gaseous media, including catalytic plants, with the aim of recovering heat generated during exothermic reactions or consumed during endothermic reactions.

Известны устройства, относящиеся к теплообменным аппаратам, теплообменные поверхности которых образованы набором тонких металлических пластин, имеющих систематизированную трехмерную структуру, образованную ребрами, либо изготовленную методом штамповки или гофрирования, собранных в единый пакет и образующих каналы по которым протекают теплоносители, обменивающиеся тепловой энергией (полезная модель Ru №, 130378, F28D 9/00, 20.07.2013, US №4131159, F28D 9/00, 26.12.1978).Known devices related to heat exchangers, the heat exchange surfaces of which are formed by a set of thin metal plates having a systematic three-dimensional structure formed by ribs, or made by stamping or crimping, assembled in a single package and forming channels through which heat transfer fluids exchanging thermal energy flow (utility model Ru No. 130378, F28D 9/00, 07/20/2013, US No. 4131159, F28D 9/00, 12/26/1978).

Наиболее близким является теплообменник, содержащий множество теплообменных пластин, имеющих гофрированную форму, переднюю закрывающую пластину и заднюю закрывающую пластину, в котором теплообменные пластины прочно прикреплены друг к другу, а также и к передней закрывающей пластине, и к задней закрывающей пластине, и в котором передняя и/или задняя закрывающая пластина содержит множество соединительных каналов, которые содержат продолжающиеся наружу втулки, выполненные из того же материала, что и закрывающая пластина (Пат. Ru №2488060, F28D 9/00, 20.07.2013).The closest is a heat exchanger comprising a plurality of heat exchanger plates having a corrugated shape, a front cover plate and a rear cover plate, in which the heat exchange plates are firmly attached to each other, as well as to the front cover plate and the rear cover plate, and in which the front and / or the back cover plate comprises a plurality of connecting channels which comprise outwardly extending bushings made of the same material as the cover plate (Pat. Ru No. 2488060, F28D 9 / 00, 07.20.2013).

Основным недостатком вышеуказанных пластинчатых аппаратов является невозможность контроля за однородностью распределения газового или жидкого потоков внутри каналов, образованных гофрированными, либо штампованными, либо оребренными тонкими металлическими теплообменными пластинами, собранными в единый пакет. Неоднородное распределение потока, которое может возникать из-за присутствия теплообменных пластин, может вызвать существенные изменения структуры потока теплоносителя в транспортных каналах, образованных этими элементами, например, появление устойчивых областей с низкими линейными скоростями или даже застойных зон. Поэтому эффективность теплопередачи на определенных участках внутри аппарата может лимитироваться процессами массопереноса, т.е. значительная часть теплообменного канала может фактически не работать, что будет приводить к значительной неоднородности по температуре, в частности, к образованию горячих и холодных зон. В конечном счете, это приведет к значительному снижению эффективности всего теплообменного аппарата.The main disadvantage of the above plate apparatuses is the inability to control the homogeneity of the distribution of gas or liquid flows within the channels formed by corrugated, or stamped, or finned thin metal heat-exchange plates assembled in a single package. The inhomogeneous flow distribution that can occur due to the presence of heat transfer plates can cause significant changes in the structure of the heat carrier flow in the transport channels formed by these elements, for example, the appearance of stable regions with low linear velocities or even stagnant zones. Therefore, the heat transfer efficiency in certain areas within the apparatus can be limited by mass transfer processes, i.e. a significant part of the heat exchange channel may actually not work, which will lead to significant temperature heterogeneity, in particular, the formation of hot and cold zones. Ultimately, this will lead to a significant decrease in the efficiency of the entire heat exchanger.

Для выявления температурного профиля можно использовать устройства, состоящие из множества термопар, расположенных в разных точках теплообменного устройства. Однако даже в случае выявления двухмерного температурного профиля по сечению требуется специальная конструкция теплообменного аппарата и сложная система коммутации термопар. Применение тепловизионной техники для изучения температурного профиля в теплообменном аппарате затруднено и требует специальной дорогостоящей аппаратуры. Наиболее простым и удобным способом для контроля за температурным профилем является применение термоиндикаторных красок (Абрамович Б.Г. Термоиндикаторы и их применение. - М.: Энергия, 1972. - 224 с.), который не требует специальной конструкции аппарата и использования дополнительного оборудования.To identify the temperature profile, you can use devices consisting of many thermocouples located at different points of the heat exchange device. However, even if a two-dimensional temperature profile is detected over the cross section, a special design of the heat exchanger and a complex switching system of thermocouples are required. The use of thermal imaging equipment to study the temperature profile in a heat exchanger is difficult and requires special expensive equipment. The simplest and most convenient way to control the temperature profile is the use of thermo-indicator paints (Abramovich B.G. Thermo-indicators and their application. - M .: Energia, 1972. - 224 p.), Which does not require a special design of the device and the use of additional equipment.

Полезная модель решает задачу повышения эффективности работы пластинчатого теплообменного аппарата.The utility model solves the problem of increasing the efficiency of the plate heat exchanger.

Технический результат - выявление и контроль температурного профиля в пластинчатом теплообменном аппарате, что позволяет косвенно выявлять степень однородности газовых потоков, проходящих через него и обменивающихся тепловой энергией.The technical result is the identification and control of the temperature profile in the plate heat exchanger, which allows you to indirectly identify the degree of homogeneity of the gas flows passing through it and exchanging thermal energy.

Задача решается конструкцией теплообменного аппарата, который состоит из набора тонких металлических пластин, собранных в единый пакет, образующих между собой каналы, по которым протекают теплоносители, обменивающиеся тепловой энергией, так, что каналы с охлаждаемым и нагреваемым теплоносителями чередуются между собой, на пластины нанесены в виде полос термоиндикаторные краски, предназначенные для цветовой индикации при нагреве теплообменной пластины выше определенной температуры.The problem is solved by the design of a heat exchanger, which consists of a set of thin metal plates assembled in a single package, forming channels between them, through which heat carriers flow, exchanging thermal energy, so that the channels with the cooled and heated heat carriers alternate with each other, and the plates are coated with in the form of strips are thermo-indicator paints intended for color indication when a heat-exchange plate is heated above a certain temperature.

Тонкие металлические пластины изготавливаются методом штамповки или методом гофрирования.Thin metal plates are made by stamping or corrugation.

Потоки теплоносителей, обменивающиеся тепловой энергией, текут в параллельном направлении или во встречном направлении, или в перпендикулярном направлении.Heat transfer fluxes exchanging thermal energy flow in a parallel direction or in the opposite direction, or in the perpendicular direction.

Для обмена тепловой энергией между потоками теплоносителей как газовыми, так и жидкими, нагретыми в результате протекания экзотермической реакции, либо охлажденными в результате эндотермической реакции, наиболее эффективными и компактными являются пластинчатые теплообменные аппараты, которые представляют собой устройства, теплообменная поверхность которых образована набором тонких штампованных, либо гофрированных металлических пластин, на которые нанесены термоиндикаторные краски, предназначенные для цветовой индикации при нагреве теплообменных пластин выше определенной температуры. Термоиндикаторную краску наносят в виде тонких полос на поверхность металлических пластин. Пластины теплообменника, собранные в единый пакет и заключенные в единый корпус с входными и выходными патрубками образуют между собой каналы, которые образуют два раздельных контура, где циркулируют теплоносители - нагревающий (охлаждающий) и нагреваемый (охлаждаемый).For the exchange of heat energy between heat carrier fluids, both gas and liquid, heated as a result of an exothermic reaction, or cooled as a result of an endothermic reaction, plate heat exchangers are the most efficient and compact, which are devices whose heat exchange surface is formed by a set of thin stamped, or corrugated metal plates, on which thermal indicator paints are applied, intended for color indication during heating Eve of heat transfer plates above a certain temperature. Thermo-indicator paint is applied in the form of thin strips on the surface of metal plates. The heat exchanger plates assembled in a single package and enclosed in a single housing with inlet and outlet nozzles form channels between themselves that form two separate circuits where coolants circulate - heating (cooling) and heated (cooled).

Можно использовать многопереходные термоиндикаторные краски, которые могут показать несколько цветовых переходов для различных температур, либо несколько термоиндикаторных красок, имеющих различные температуры, при которых происходит изменение их окраски. Термоиндикаторные краски выбирают таким образом, чтобы температуры, при которых происходят изменения цветовой индикации, находились в исследуемой области температур и отличались между собой на 10-100°С. При повышении температуры в какой-либо зоне теплообменного аппарата выше определенного значения происходит изменение цвета краски в этой зоне. После проведения испытаний, пластинчатый теплообменный аппарат разбирается и качественно (визуально) воссоздается профиль распределения температуры. Наблюдаемая 3-х мерная карта неоднородности температур указывает, на каких участках теплообмен протекает более интенсивно, а на каких менее интенсивно, т.е. можно косвенно оценить неоднородности распределения потока теплоносителя в пластинчатом теплообменном аппарате.You can use multi-junction thermo-indicator paints, which can show several color transitions for different temperatures, or several thermo-indicator paints having different temperatures, at which their color changes. Thermo-indicator paints are chosen in such a way that the temperatures at which changes in the color indication occur are in the studied temperature range and differ from each other by 10-100 ° С. With increasing temperature in any zone of the heat exchanger above a certain value, the color of the paint changes in this zone. After testing, the plate heat exchanger is disassembled and the temperature distribution profile is qualitatively (visually) recreated. The observed 3-dimensional map of temperature inhomogeneity indicates in which areas the heat exchange proceeds more intensively and in which less intensively, i.e. it is possible to indirectly evaluate the heterogeneity of the distribution of the coolant flow in the plate heat exchanger.

Для цветовой индикации температур используются термоиндикаторные краски (например, производства ЗАО «НПФ «Люминофор», либо ООО «ЭЛ-СКАДА») наносимые на теплообменные пластины, которые при нагреве выше определенной температуры изменяют цвет. Термоиндикаторную краску наносят методом пневматического распыления в один слой толщиной от 20 до 30 мкм. Для достижения эффективной визуализации профиля температуры термоиндикаторные краски подбираются индивидуально и наносятся в виде полос по длине структурообразующих элементов. При этом используют термоиндикаторные краски с различной температурой изменения цвета T₁, Т₂, Т₃, Т₄ и т.д., так, чтобы разница каждой последующей температуры с предыдущей составляла от 10°С до 100°С, либо используют многопереходную термоиндикаторную краску, обладающую несколькими цветовыми переходами в исследуемой области температур. Ширина полос термоиндикаторных красок подбирается экспериментально и составляет не менее 5 мм.Thermal indicator paints (for example, manufactured by ZAO Luminofor NPF, or EL-SKADA LLC) are applied to color displays of temperatures. They are applied to heat transfer plates that change color when heated above a certain temperature. Thermo-indicator paint is applied by pneumatic spraying in a single layer with a thickness of 20 to 30 microns. To achieve effective visualization of the temperature profile, thermal indicator paints are selected individually and applied in the form of strips along the length of the structural elements. In this case, thermo-indicator paints with different color temperature T ₁ , T ₂ , T ₃ , T ₄ , etc. are used, so that the difference of each subsequent temperature from the previous one is from 10 ° C to 100 ° C, or a multi-transition thermal indicator is used paint with several color transitions in the studied temperature range. The width of the strips of thermal indicator paints is selected experimentally and is at least 5 mm.

Claims

1. A heat exchanger, consisting of a set of thin metal plates assembled in a single package, forming channels between them through which heat carriers exchanging thermal energy flow, so that the channels with the cooled and heated heat carriers alternate with each other, characterized in that the plates thermal indicator paints are applied in the form of strips, designed for color indication when the heat exchange plate is heated above a certain temperature.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the thin metal plates are made by stamping.

3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the thin metal plates are made by corrugation.