RU2000534C1 - Пакет пластинчатого теплообменника - Google Patents

Abstract

Использование: дл  отбора и утилизации тепла в различных отрасл х народного хоз йства, Сущность изобретени : пакет теплообменника содержит размещенные между плоскими листами турбулизирующие вставки. Вставки установлены в шахматном пор дке в соответствии с соотношени ми St:So-1,5...2.5, S2iSo-8...10. где So- поперечный разрез вставок в миделевом сечении. Si, 82 - шаг установки вставок в поперечном и продольном к потоку направлени х. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к пластинчатым теплообменникам, работающим в широком диапазоне температур и режимов течени  теплоносителей, и может быть использовано в любых отрасл х народного хоз йства дл  отбора и утилизации тепла.

Известно изобретение Пластинчатый теплообменник (патент СССР №210775, кл. F 28 D 9/00, 1969 г.), в котором пластины теплообменника имеют дистанирующие выступы , расположенные в углах квадрата и предназначенные дл  изменени  величины проходных каналов, образуемых смежными пластинами. Также известно изобретение Пластинчатый пластмассовый теплообменник (авт. свид. НРБ № 37343. кл. F 28 D 9/00, 1964 г.), пластины которого имеют выступы , расположенные в шахматном пор дке по высоте зазора. Эти выступы предназначены дл  повышени  жесткости пластин при их упаковке в пакет. Известные пластинчатые теплообменники, содержащие плоские теплообменные пластины с расположенными между ними турбулизаторами . Так в изобретении Пакет пластинчатого теплообменника (авт. свид. СССР № 661229, кл. F 28 F 3/02, 1979 г.), гофрированные вставки между теплообменными пластинами имеют перегородки с турбупизаторами. Недостатками таких теплообменников  вл ютс  сложность изготовлени , большое сопротивление движению теплообменным средам за счет конструкции турбулизаторов. Конструкци  теплообменника (авт. свид. СССР № 378700, кл. F 28 F 3/02, 1973 г.), требует большую высоту канала дл  размещени  ребер на пластинах и оребрении, что ведет к большим габаритам, кроме того, наличие сплошных ребер на поверхности пластин и оребрении приводит к образованию застойных зон.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности  вл етс  теплообменник с теплообменными плоскост ми, сконструированными из жест ных элементов (ГДР, АР 204310 F 28 D 9/02, 1982 г. - прототип). Согласно изобретению теплообменные пластины снабжены

73

С

ю о о

Ј

GJ ,4

О

точечными утолщени ми, расположенными по всей поверхности пластин в стохастическом пор дке, высота турбулиэирующих утолщений равна зазору между пластинами.

Недостатками устройства по прототипу  вл етс  расположение турбулизирующих выступов стохастически, отсутствие сведений по их расположению с целью оптимизации теплообмена за счет турбулизации, кроме того, малые размеры (точечные) тур- булизаторов не способствуют турбулизации потока при обтекании этих элементов.

Цель изобретени  - повышение теплоэнергетической эффективности пластинчатых теплообменников с турбулизаторами.

Цель достигаетс  тем, что между пластинами теплообменника устанавливаютс  в шахматном пор дке по всей высоте зазора турбулизаторы в виде тел плохообтекаемой формы так, что поперечный размер турбули- заторов и шаг их размещени  св заны соотношени ми:

Si/So- 1,5-2,5 S2/So 8-10

П) (2)

где So - поперечный размер турбулизатора в миделевом сечении;

6i - шаг установки турбулизаторов в поперечном к потоку направлении;

$2 - шаг установки турбулизаторов в продольном к потоку направлении.

При движении потока жидкости или газа по каналам пластинчатых теплообменни- ков интенсивность теплообменника за турбулизаторами возрастает как при ламинарном , так и при турбулитном течении (за исключением области при малых значени х числа Рейнольдса и малых высот каналов, при которых за преп тстви ми образуютс  застойные зоны).

Однако вс кий рост интенсивности теплоотдачи сопровождаетс  ростом энергетических затрат на перемещение теплоносител  по каналам с турбулизаторами .

Поэтому не вс кое увеличение интенсивности теплообмена экономически оправдано . Если рост энергетических затрат происходит интенсивнее, чем рост теплообмена , то така  интенсификаци  становитс  нецелесообразной.

Эффективность теплообменной поверх- ности оцениваетс  энергетическим коэффициентом Е, который представл ет собой отношение количества преданной теплоты О к работе А, затраченной на перемещение теплоносител :

5

5

0

5

0

5 0

5

0

55

Е -О/А.

При соотношении Si/So 1.5 за преп тствием (турбулизатором) образуетс  устойчива  застойна  область и интенсивность теплообмена падает при одновременном росте сопротивлени  в канале. При превышении верхнего предела (Si/So 2,5) интенсивность теплообмена наблюдаетс  в относительно малой зоне непосредственно за преп тствием, а остальна  теплообмен- на  поверхность не интенсифицируетс , В пределах границ, установленных соотношением (1) застойные зоны уже не образуютс , и вихревые процессы охватывают всю область движени  потока.

При соотношении Si/So 0 образующиес  за турбулизатором вихри затормаживаютс последующим (близком расположенным) преп тствием, и интенсивность теплообмена уменьшаетс  вплоть до образовани  застойных зон. Гидравлические потери, наоборот, увеличиваютс  за счет частого расположени  преп тствий по ходу движени  теплоносител .

При превышении верхней границы (S2/So 10) образующа с  вихрева  зона схватывает только часть длины канала между последовательно расположенными преп тстви ми , а остальна  часть работает без интенсификации теплообмена.

В пределах границ, установленных уравнением (2), зона занимает весь участок канала двум  последовательно расположенными преп тстви ми, не затормаживаетс  процесс выхреобразовани  и создаютс  оптимальные услови  дл  интенсификации теплообмена при минимальных энергетических затратах на перемещение теплоносител .

При проведении патентно-информационного поиска не были обнаружены технические решени , содержащие признаки,  вл ющиес  отличительными в за вл емом техническом решении, поэтому можно сделать вывод о соответствии за вл емого технического решени критерию существенные отличи .

На фиг. 1 изображен общий вид теплообменника; на фиг. 2 - расположение турбулизаторов .

Пакет теплообменника содержит входные 1 коллекторы дл  первичного и вторичного теплоносител  и выходные 2, плоские пластины 3 и 4, образующие попарно чередующиес  между собой каналы дл  движени  первичного и вторичного теплоносителей, размещенные между пластинами турбулизаторы 5 в виде плохообте- каемых тел В качестве турбулизатороо

могут быть установлены цилиндрические шайбы, полуцилиндры, кп дратные и пр моугольные пластины и т д Высота турбули- затора равна рассто нию между пластинами. Шаг установки турбулизаторов определен соотношени ми (1) и (2). Боковые стенки каналов образованы брусками 6, расположенными по кра м пластин. Пакет ст нут при помощи шпилек 7, проход щих через тело бруска 6, а также через опредс- ленное количество турбулизаторов, расположенных строго друг под другом.

Устройство работает следующим образом . Первичный и вторичный теплоносители подаютс  во входные коллекторы 1 и 2 и движутс  по противоположной или перекрестной схеме по сменным каналам. Перед каждым р дом турбулизаторов потоки ускор ютс , а за преп тствием происходит отрыв потока с образованием вихревой дорожки, т.е. последовательно расположенных со смещением относительно друг друга вихрей. Вихри перемещаютс  по потоку , удал  сь от преп тстви , а на их месте возникают новые вихреобраэооани .

Э гот процесс сопровождаетс  разрушением гидродинамического и теплового пограничных слоев на пластинах 4 и 3 и, как следствие, интенсификацией теплообмена.

При выполнении ограничений (1) и (2) область вихреобразовани  занимает все пространство между двум  последовательно расположенными турбулизаторзми. При подходе потока к следующему р ду турбули- эаторов весь процесс повтор етс .

За вл емое техническое решение1 имеет следующие технико-лкомомичгские преимущества: повышение теплоэнергетической эффективности теплообменника за счет увеличени  сьема теплоты при оптимальной скорости движени  теплоносителей , и. как следствие уменьшени  размеров, массы и стоимости теплообменника , кроме того, разьемна  конструкци  пакета теплообменника улучшает его эксплуатационные характеристики.

Формула Изобретени  Пакет пластинчатого теплообменника, содержащий установленные с зазором между собой плоские листы и размещенные между ними турбулизирующие вставки, о т- л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  теплоэнергетической эффективности, вставки выполнены в виде плохообтекае- мых тел и установлены в шахматном пор дке в соответствии со следующими соотношени ми:

Sn

1 5 .2.5.

.10,

Ьп

где So поперечный размер вставок в миде- левом сечении;

Si - шаг установки вставок в поперечном к потоку направлении;

$2 - шаг установки вставок в продольном к потоку направлении.

VL

У ч

МЫ

Фиг. 2.