RU2031346C1

RU2031346C1 - Stack of plate heat exchanger

Info

Publication number: RU2031346C1
Authority: RU
Inventors: В.П. Парфенов; И.В. Белокрылов; И.А. Январев; П.А. Мильштейн; В.А. Мышенко
Original assignee: Омский государственный технический университет
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: oil industry. SUBSTANCE: stack of plate heat exchanger has sheets 1 between which sealing bars 3 are disposed. Washers 2 made in form of wire spirals are located in channels. Spirals are formed by turns with different diameters. Maximal diameter relates to minimal one as 2,5...25. Spirals may be connected with sheets by edges and mounted in the channels in vertical. Number of spirals in the channel may be equal to one; the spiral may be mounted inside the channel in form of zigzag. Turns of spiral with maximal diameter have shape of an ellipse; small axis of ellipse is perpendicular to the sheets. Centers of turns of each spiral may be shifted one relatively another. Turns of spirals with maximal diameter may be disposed at entrance and exit parts of the channel. Spirals may be made with monotonous reduction of diameters of turns to form identical cones which are inserted one into the other partially. Turns of spirals with different-sized diameter may be disposed to form alternating parts. EFFECT: improved efficiency. 8 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано для охлаждения различных сред в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности. The invention relates to heat exchangers and can be used to cool various environments in the oil, gas, chemical and other industries.

Известен пакет пластинчатого теплообменника, содержащий проставочные листы, между которыми установлена насадка в виде тонких отдельных металлических стержней. Known package plate heat exchanger containing spacer sheets, between which a nozzle is installed in the form of thin individual metal rods.

Недостатками такого пакета являются недостаточная интенсивность теплообмена вследствие малой площади контакта между стержнями и проставочными листами и сложность технологии изготовления. The disadvantages of this package are the lack of heat transfer due to the small contact area between the rods and the spacer sheets and the complexity of the manufacturing technology.

Известен пакет теплообменника, содержащий проставочные листы, между которыми установлена проволочная насадка. A known heat exchanger package containing spacer sheets, between which a wire nozzle is installed.

По сравнению с предыдущим решением в данном несколько повышается технологичность и выравнивается теплонапряженность пакета по сечению. Однако в нем также не обеспечивается высокая интенсивность теплообмена. Compared with the previous solution, this processability is slightly increased and the heat stress of the package is evened out over the cross section. However, it also does not provide a high heat transfer rate.

Известен пластинчатый теплообменник, содержащий между плоскими листами турбулизирующие вставки в виде проволочных спиралей, у которых отношение их диаметра к диаметру проволоки составляет 10-100. В отличие от предыдущего решения данное имеет более простую технологию изготовления. A plate heat exchanger is known comprising turbulizing inserts in the form of wire spirals between flat sheets in which the ratio of their diameter to the diameter of the wire is 10-100. Unlike the previous solution, this one has a simpler manufacturing technology.

Недостатком данного пластинчатого теплообменника является невысокая интенсивность теплообмена вследствие недостаточной турбулизации потока в центре спиралей. The disadvantage of this plate heat exchanger is the low intensity of heat transfer due to insufficient turbulization of the flow in the center of the spirals.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена. The aim of the invention is the intensification of heat transfer.

Поставленная цель достигается тем, что в пакете пластинчатого теплообменника, содержащем листы и расположенные между ними уплотняющие бруски с образованием каналов для теплоносителя, при этом в каналах установлены насадки в виде проволочных спиралей, согласно изобретению спирали образованы витками разновеликого диаметра и отношение максимального к минимальному диаметру равной 2,5-25. Спирали могут быть установлены в каналах вертикально и соединены с листами своими торцами. В каждом канале может быть установлена только одна спираль, уложенная зигзагообразно. Витки с максимальным диаметром могут иметь форму эллипса, малая ось которого перпендикулярна листам. Центры витков каждой спирали могут быть смещены относительно друг друга либо спирали могут быть выполнены с монотонным убыванием диаметров витков с образованием идентичных усеченных конусов, частично вложенных друг в друга. Кроме того, витки спиралей максимального диаметра могут быть расположены на входном и выходном участках канала. Витки с разновеликим диаметром могут быть расположены с образованием чередующихся участков. This goal is achieved by the fact that in the package of the plate heat exchanger containing sheets and sealing bars located between them to form channels for the coolant, nozzles in the form of wire spirals are installed in the channels, according to the invention, the spirals are formed by turns of different diameter and the ratio of maximum to minimum diameter is equal to 2.5-25. Spirals can be installed vertically in the channels and connected to the sheets with their ends. In each channel, only one spiral can be installed, laid in a zigzag pattern. The turns with a maximum diameter can be in the form of an ellipse, the small axis of which is perpendicular to the sheets. The centers of the turns of each spiral can be displaced relative to each other or the spirals can be made with a monotonous decrease in the diameter of the turns with the formation of identical truncated cones, partially nested in each other. In addition, the turns of spirals of maximum diameter can be located on the inlet and outlet sections of the channel. Coils with different diameters can be located with the formation of alternating sections.

Из анализа существующей патентной и научно-технической литературы известно применение спиралей для очистки и турбулизации потока в трубном пространстве теплообменника. Однако в данном случае спиральные турбулизаторы практически не участвуют в процессе передачи тепла от одной рабочей среды к другой и не увеличивают, таким образом, поверхности теплообмена. В заявляемом пакете теплообменника спирали жестко соединены своими витками, имеющими максимальный диаметр, с проставочными листами и непосредственно участвуют в процессе передачи теплоты от горячей рабочей среды к холодильной, увеличивая тем самым площадь поверхности теплообмена и компактность пакета. From the analysis of the existing patent and scientific and technical literature, it is known to use spirals for cleaning and turbulizing the flow in the tube space of the heat exchanger. However, in this case, spiral turbulators practically do not participate in the process of heat transfer from one working medium to another and thus do not increase the heat transfer surface. In the inventive heat exchanger package, the spirals are rigidly connected by their coils having a maximum diameter to the spacer sheets and are directly involved in the process of transferring heat from the hot working medium to the refrigerating one, thereby increasing the heat exchange surface area and the compactness of the package.

На фиг.1 показан поперечный разрез заявляемого пакета пластинчатого теплообменника; на фиг.2 - пакет со спиралями, установленными вертикально; на фиг. 3 - один из каналов пакета, в котором спираль уложена зигзагообразно; на фиг.4 - пакет, у которого витки максимального диаметра имеют форму эллипса; на фиг. 5 - один из каналов пакета, в котором центры витков каждой спирали смещены относительно друг друга; на фиг.6 - поперечный разрез пакета, у которого спирали выполнены с монотонным убыванием диаметров витков с образованием идентичных усеченных конусов, частично вложенных друг в друга; на фиг.7 - пакет, у которого витки спиралей максимального диаметра расположены на входном и выходном участках канала; на фиг.8 - поперечный разрез пакета, у которого витки с разновеликим диаметром расположены в спирали с образованием чередующихся участков. Figure 1 shows a cross section of the inventive package plate heat exchanger; figure 2 - package with spirals installed vertically; in FIG. 3 - one of the channels of the package, in which the spiral is laid in a zigzag fashion; figure 4 is a package in which the turns of the maximum diameter are elliptical; in FIG. 5 - one of the channels of the package, in which the centers of the turns of each spiral are offset relative to each other; Fig.6 is a cross-sectional view of a package in which the spirals are made with a monotonous decrease in the diameter of the turns with the formation of identical truncated cones, partially nested in each other; Fig.7 is a package in which the turns of spirals of maximum diameter are located on the input and output sections of the channel; on Fig - cross section of the package, in which the coils with different diameters are located in a spiral with the formation of alternating sections.

Пакет содержит проставочные листы 1, между которыми установлены спирали 2 с витками, имеющими разный диаметр, и уплотняющие бруски 3, образующие каналы для рабочих сред. The package contains spacer sheets 1, between which are mounted spirals 2 with turns having different diameters, and sealing bars 3, which form channels for working media.

Пакет пластинчатого теплообменника работает следующим образом. При движении теплообменивающихся сред по каналам, образованным проставочными листами 1, уплотнительными брусками 3 и насадками в виде спиралей 2 из тонких цилиндрических тел, происходит разрушение на витках спиралей, имеющих максимальный диаметр, образующегося на гладких проставочных листах пограничного слоя, а витки меньшего диаметра турбулизируют остальные части потока. Кроме того, происходит закрутка потока в спиральных насадках. При установке спиралей перпендикулярно проставочным листам (фиг.2), т.е. когда спирали соединены с листами своими торцовыми витками, также происходит разрушение пограничного слоя, существующего на гладких поверхностях проставочных листов, и турбулизация потока по всему сечению. При этом возможно образование устойчивых вихревых структур в спиралях, что также способствует интенсификации теплопередачи. В случае, когда насадка выполнена из цельной спирали, уложенной зигзагообразно (фиг.3), упрощается технология сборки пакета и частично выравнивается теплонапряженность пакета. В случае выполнения витков с максимальным диаметром в виде эллипса, малая ось которого перпендикулярна проставочным листам (фиг.4), происходит увеличение площади поверхности контакта между спиральными насадками и проставочными листами, через которые происходит процесс передачи теплоты от горячей среды к холодной, в результате чего также увеличивается интенсивность теплообмена. В случае, когда спираль выполнена с витками, центры которых смещены относительно друг друга (фиг. 5), происходит более равномерное заполнение пространства между проставочными листами и элементами насадки, в результате этого происходит более равномерная турбулизация потока и более равномерное распределение его по сечению канала, что также способствует повышению интенсивности теплообмена. В случае, когда спирали выполнены с монотонным убыванием диаметров витков с образованием идентичных усеченных конусов, частично вложенных друг в друга (фиг.6), дополнительная интенсификация теплообмена достигается за счет турбулизации потока внутри витков большего диаметра одной спирали свободно перемещающимися в ней витками меньшего диаметра соседней спирали. В случае, когда витки спиралей максимального диаметра расположены на входном и выходном участках канала (фиг.7), происходит более плотное заполнение витками спиралей центра пакета, а к краям пакета проходное сечение увеличивается, в результате этого при входе потока рабочей среды в пакет происходит перераспределение и выравнивание его неравномерности за счет того, что центральная часть пакета имеет большее, по сравнению с крайними, гидравлическое сопротивление. В результате этого происходит более равномерное распределение потока по сечению пакета теплообменника, что также приводит к увеличению общей интенсивности передачи тепла. В случае, когда витки с разновеликим диметром расположены в спирали с образованием чередующихся участков (фиг. 8), происходит увеличение площади контакта насадки с проставочными листами, через которые осуществляется процесс передачи тепла между рабочими средами, а чередование их с витками меньшего диаметра позволяет поочередно турбулизировать пограничный слой на проставочных листах, не давая достигнуть ему значительной величины, и сам поток теплоносителя. Все это также приводит к увеличению интенсивности теплообмена. Package plate heat exchanger operates as follows. When heat-exchanging media moves along the channels formed by spacer sheets 1, sealing bars 3 and nozzles in the form of spirals 2 made of thin cylindrical bodies, destruction occurs on the coils of spirals having a maximum diameter formed on smooth spacer sheets of the boundary layer, and the coils of smaller diameter turbulent the rest parts of the stream. In addition, there is a swirling flow in spiral nozzles. When installing the spirals perpendicular to the spacer sheets (figure 2), i.e. when the spirals are connected to the sheets by their end turns, the boundary layer existing on the smooth surfaces of the spacer sheets also breaks down and the flow is turbulized over the entire section. In this case, the formation of stable vortex structures in spirals is possible, which also contributes to the intensification of heat transfer. In the case when the nozzle is made of a solid spiral laid in a zigzag pattern (Fig. 3), the assembly technology of the bag is simplified and the heat stress of the bag is partially aligned. In the case of turns with a maximum diameter in the form of an ellipse, the small axis of which is perpendicular to the spacer sheets (Fig. 4), there is an increase in the contact surface area between the spiral nozzles and the spacer sheets, through which heat transfer from the hot medium to the cold occurs, resulting in also increases the intensity of heat transfer. In the case when the spiral is made with coils whose centers are offset relative to each other (Fig. 5), a more uniform filling of the space between the spacer sheets and nozzle elements occurs, as a result of which there is a more uniform flow turbulization and a more uniform distribution over the channel section, which also contributes to an increase in heat transfer intensity. In the case when the spirals are made with a monotonous decrease in the diameter of the turns with the formation of identical truncated cones, partially nested in each other (Fig.6), additional intensification of heat transfer is achieved due to the turbulence of the flow inside the turns of a larger diameter of one spiral with freely moving coils of smaller diameter adjacent to it spirals. In the case when the coils of the maximum diameter spirals are located at the inlet and outlet portions of the channel (Fig. 7), the coils of the package center are denser filled with coils of coils, and the passage section to the edges of the package increases, as a result of which redistribution occurs when the working fluid enters the package and equalization of its unevenness due to the fact that the central part of the package has a greater hydraulic resistance compared to the extreme ones. As a result of this, a more uniform flow distribution occurs over the cross section of the heat exchanger package, which also leads to an increase in the overall intensity of heat transfer. In the case when the coils with a different diameter are located in a spiral with the formation of alternating sections (Fig. 8), the contact area of the nozzle with the spacer sheets increases, through which the heat transfer process between the working media is carried out, and their alternation with coils of a smaller diameter allows alternating turbulence the boundary layer on the spacer sheets, preventing it from reaching a significant size, and the flow of the coolant itself. All this also leads to an increase in the intensity of heat transfer.

Использование заявляемого пакета пластинчатого теплообменника позволяет значительно увеличить интенсивность теплообмена. The use of the inventive package plate heat exchanger can significantly increase the intensity of heat transfer.

Claims

1. PACKAGE OF LAMINATED HEAT EXCHANGER, containing sheets and sealing bars located between them to form channels for the coolant, while nozzles in the form of wire spirals are installed in the channels, characterized in that, in order to intensify heat transfer, the spirals are formed by turns of different diameter and maximum to the minimum diameter is 2.5 ... 25.

2. The package according to claim 1, characterized in that the spirals in the channels are installed vertically and connected to the sheets with their ends.

3. The package according to claim 1, characterized in that each channel has one spiral and is located in it in a zigzag fashion.

4. The package according to claim 1, characterized in that the turns of maximum diameter have the shape of an ellipse, the small axis of which is perpendicular to the sheets.

5. The package according to claim 1, characterized in that the centers of the turns of each spiral are offset from each other.

6. Package according to claims. 1 and 4, characterized in that the turns of spirals of maximum diameter are located on the input and output sections of the channel.

7. The package according to claim 1, characterized in that the spirals are made with a monotonous decrease in the diameters of the turns with the formation of identical truncated cones, partially embedded in one another.

8. The package according to claim 1, characterized in that the turns with different diameters are located in a spiral with alternation.