RU2039921C1 - Heat exchanger - Google Patents
Heat exchanger Download PDFInfo
- Publication number
- RU2039921C1 RU2039921C1 RU93040320A RU93040320A RU2039921C1 RU 2039921 C1 RU2039921 C1 RU 2039921C1 RU 93040320 A RU93040320 A RU 93040320A RU 93040320 A RU93040320 A RU 93040320A RU 2039921 C1 RU2039921 C1 RU 2039921C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plates
- channels
- heat
- spacers
- heat exchanger
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к рекуперативным теплообменным аппаратам холодильной, криогенной и другой теплообменной техники. Изобретение особенно целесообразно при использовании в качестве радиатора моторного транспортного средства для охлаждения наддувочного воздуха, масла и антифриза, а также в качестве конденсатора, испарителя и прочих рекуперативных теплообменников с противоточной и перекрестноточной схемой движения теплоносителей. The invention relates to recuperative heat exchangers of refrigeration, cryogenic and other heat transfer equipment. The invention is particularly suitable when used as a radiator for a motor vehicle for cooling charge air, oil and antifreeze, as well as a condenser, evaporator and other recuperative heat exchangers with a counter-current and cross-flow heat transfer scheme.
Известен теплообменник, содержащий коллекторы и канал для двух теплоносителей, организованные пакетом теплопроводных пластин, разделяющих теплоносители, и проставок-ребер, развивающих теплообменную поверхность и искусственно турбулизирующих потоки каждого теплоносителя [1]
Недостатками известного теплообменника являются трудность использования его при наличии существенной разницы в давлениях теплоносителей (например, более 1 МПа), низкая надежность и неудовлетворительная технологичность изготовления из-за относительно большого числа сборочных единиц деталей.Known heat exchanger containing collectors and a channel for two coolants, organized by a package of heat-conducting plates separating the coolant, and spacers ribs, developing a heat transfer surface and artificially turbulent flows of each coolant [1]
The disadvantages of the known heat exchanger are the difficulty of using it in the presence of a significant difference in the pressures of the coolants (for example, more than 1 MPa), low reliability and poor manufacturability due to the relatively large number of assembly units of parts.
Известен теплообменник, выбранный в качестве прототипа, содержащий коллекторы и каналы по крайней мере для двух теплоносителей, организованные пакетом теплопроводных пластин с рядами отверстий и проставок между рядами отверстий, разделяющих теплоносители [2]
Известная конструкция частично устраняет недостатки аналога, однако по сравнению с ним имеет повышенные потери давления (ΔР) в каналах при одинаковых условиях работы и габаритах (фронтального сечения) теплообменника, что сильно ограничивает область использования таких теплообменных аппаратов. Это обусловлено тем, что в данной конструкции целесообразно применять отверстия с эквивалентным диаметром dэ только меньше 2 мм. Если увеличивать диаметр отверстия dэ > 2 мм (например, с целью уменьшения ΔР/ΔL при прочих одинаковых условиях согласно известной зависимости
ΔP/ΔL=ζ·G2/(2·ρ·F
то ухудшается интенсивность теплоотдачи. Для поддержания ее надо увеличивать расстояние между пластинами (или толщину проставок), которое, как правило, больше dэ. Это приводит к существенному уменьшению компактности теплообменника S/V, м2/м3 (величины теплообменной поверхности на единицу объема).Known heat exchanger, selected as a prototype, containing collectors and channels for at least two coolants, organized by a package of heat-conducting plates with rows of holes and spacers between rows of holes that separate the coolant [2]
The known design partially eliminates the disadvantages of the analogue, however, compared with it it has increased pressure loss (ΔP) in the channels under the same operating conditions and dimensions (frontal section) of the heat exchanger, which greatly limits the scope of use of such heat exchangers. This is due to the fact that in this design it is advisable to use holes with an equivalent diameter d e of only less than 2 mm. If you increase the diameter of the hole d e > 2 mm (for example, in order to reduce ΔP / ΔL under other identical conditions according to the known dependence
ΔP / ΔL = ζ · G 2 / (2 · ρ · F
then the heat transfer rate deteriorates. To maintain it, it is necessary to increase the distance between the plates (or the thickness of the spacers), which, as a rule, is greater than d e . This leads to a significant decrease in the compactness of the heat exchanger S / V, m 2 / m 3 (the magnitude of the heat exchange surface per unit volume).
Решаемая задача интенсификация теплообмена, расширение функциональных возможностей, в частности расширение диапазона рабочего давления и области эффективного применения, а также повышение технологичности изготовления теплообменника за счет упрощения и снижения числа сборочных единиц деталей. The problem to be solved is the intensification of heat transfer, the expansion of functionality, in particular the expansion of the range of working pressure and the field of effective use, as well as increasing the manufacturability of manufacturing a heat exchanger by simplifying and reducing the number of assembly units of parts.
Был проведен поиск. Аналогов, порочащих отличительную часть формулы, обнаружено не было, на основании чего был сделан вывод, что данный теплообменник является новым и обладает существенными отличиями. A search has been conducted. No analogues defaming the distinctive part of the formula were found, on the basis of which it was concluded that this heat exchanger is new and has significant differences.
Для решения задачи в теплообменнике, содержащем коллекторы и каналы по крайней мере для двух теплоносителей, организованные пакетом теплопроводных пластин с рядами отверстий и проставок между рядами отверстий, разделяющих теплоносители, согласно изобретению проставки выполнены полыми с наклонными перемычками-турбулизаторами в зоне каждого отверстия пластин и наложены на отверстия пластин с переворотом на угол 180о через каждую пластину, причем поверхность пластин между проставками в каналах для перекрестного тока теплоносителя имеет турбулизирующие элементы в виде, например, выступов, расположенных под углом 45-90о к оси каналов.To solve the problem in a heat exchanger containing collectors and channels for at least two heat carriers, organized by a package of heat-conducting plates with rows of holes and spacers between rows of holes separating the heat carriers, according to the invention, the spacers are hollow with inclined jumpers-turbulators in the area of each hole of the plates and superimposed on the holes of the plates with an angle of 180 ° through each plate, and the surface of the plates between the spacers in the channels for the cross-flow of the coolant t turbulent elements in the form of, for example, protrusions located at an angle of 45-90 about to the axis of the channels.
На фиг. 1 изображен теплообменник в виде радиатора; нар фиг. 2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 теплообменник в виде конденсатора-испарителя; на фиг. 6 теплообменник с противоточно-перекрестным током; на фиг. 7 теплообменник с противотоком. In FIG. 1 shows a heat exchanger in the form of a radiator; bunks of fig. 2 node I in FIG. 1; in FIG. 3, section AA in FIG. 2; in FIG. 4 a section BB in FIG. 3; in FIG. 5 heat exchanger in the form of a condenser-evaporator; in FIG. 6 countercurrent cross-flow heat exchanger; in FIG. 7 counterflow heat exchanger.
Теплообменник содержит коллекторы (или коллекторные пластины) 1 и каналы 2 и 3 по крайней мере для двух теплоносителей. Эти каналы организованы пакетом 4 теплопроводных пластин 5 с рядами отверстий 6 и проставок 7, разделяющих теплоносители. Проставки 7 выполнены полыми с наклонными перемычками-турбулизаторами 8 в зоне каждого отверстия 6 пластин и наложены на отверстия пластин с переворотом на угол 180о через каждую пластину 5. В каналах 3 для перекрестного тока поверхность пластин 5 между проставками 7 имеет турбулизирующие элементы 9 в виде, например, выступов, расположенных под углом 45-90о к оси каналов 3.The heat exchanger contains collectors (or collector plates) 1 and
Пластины 5 и проставки 7 изготовлены из теплопроводного материала, например из алюминиевого сплава, меди, латуни или стали. Пластины 5 выполнены из металлической ленты толщиной δл= 0,1-0,4 мм путем пропускания между двумя специальными каликами, которые обеспечивают порядное прорезание отверстий 6 и формовку (или накатку) турбулизирующих элементов 9 на поверхности пластины нужной ширины. Пластины 5 могут иметь дополнительные локальные проколы 10 с односторонним отгибом буртика (высотой до толщины проставок 7) для фиксации проставок 7 по наружному торцу на листах при сборке, а также при необходимости на участках с турбулизирующими элементами 9 для поддержания формы листов в процессе пайки пакета 4. Проставки 7 с перемычками-турбулизаторами 8 выполнены из металлического листа толщиной δпр= 0,5-2 мм путем штамповки. Для обеспечения герметизации между теплоносителями пластины 5 и проставки 7, собранные в пакет 4, могут быть сжаты или склеены, или спаяны. Конструктивное исполнение каналов 2 и 3 и наличие в полых проставках 7 перемычек-турбулизаторов 8 позволяют расширить возможный диапазон рабочих давлений (или возможную разницу в давлениях между теплоносителями 2 и 3), например, до 20 МПа.The
Изобретение обеспечивает в каналах теплообменника при наличии только двух сборочных единиц деталей (пластина 5 и проставка 7) с относительно простой технологией изготовления, достижение эффективного сочетания геометрических параметров турбулизаторов для получения рациональной интенсификации теплообмена, а также развития и соотношения теплообменных поверхностей каналов 2 и 3 на различные условия работы теплообменника. Известно, что в негладких каналах увеличение средней интенсивности теплоотдачи за счет искусственной турбулизации потока (число Нуссельта Nu) по отношению к теплоотдаче в гладком канале (Nu2л), т.е. величина Nu/Nuгл А, а также повышение коэффициента гидравлического сопротивления (ζ) по сравнению со средним значением сопротивления гладкого канала (ζгл.ср= 0,02), т.е. значение ζ/ A2, зависят от сочетания геометрических параметров турбулизирующих элементов, главными из которых являются относительная высота элементов (выступов) h/R h/(h + 0,05 aуз) и расстояние между ними по оси потока t/h. Здесь ауз расстояние между противоположными турбулизаторами (стенками) в узком проходном сечении канала. В частности, для канала 2, образованного отверстиями 6 в пластинах совместно с перемычками-турбулизаторами 8 проставок, это эквивалентный диаметр в узком проходном сечении единичного канала (aуз) dэ2= 4Fi уз/пiуз, а для канала 3 с противоточным током теплоносителя (фиг. 2-4) (aуз)3= δпр-2h dэ3/2 (δпр- толщина проставки). Высота турбулизаторов h2 в канале 2 может быть различной по периметру единичного канала (пiуз)2) и равна или половине ширины перемычек 8 проставок, или половине ширины перемычки между отверстиями 6 в пластинах, или половине ширины перемычки между отверстием и внутренним торцом проставки на соответствующих частях периметра единичных каналов. При этом расстояние между турбулизаторами t2 изменяется от δпр до 2 (δпр+δл).The invention provides in the channels of the heat exchanger with only two assembly units of parts (
Для достижения рациональной интенсификации теплообмена в каналах, т.е. например, величин Nu/Nuгл 2-4,5 и ζ/ζгл.ср= 3-16, нужны определенные сочетания значений (t/h)рац (например, в диапазоне от 2 до 6) в зависимости от принимаемой величины h/R (в частности, от 0,7 до 0,1 соответственно).To achieve rational intensification of heat transfer in the channels, i.e. for example, the values Nu / Nu ch 2-4.5 and ζ / ζ ch . cp = 3-16, certain combinations of the values of (t / h) rac are needed (for example, in the range from 2 to 6) depending on the accepted value of h / R (in particular, from 0.7 to 0.1, respectively).
Конструкция теплообменника обеспечивает широкое варьирование геометрических параметров турбулизаторов и получение эффективного сочетания их во всех каналах для достижения рациональной интенсификации теплообмена, а также развития теплообменной поверхности S (например, для канала 2S*2 S2/S2гл. уз 5-6) и соотношения поверхностей между каналами (например, S*3,2 S3/S2 1-3). Это важно, в частности, для удовлетворения известного условия оптимальной теплопередачи между теплоносителями α3·S*3,2·ηр2 или (при газообразных теплоносителях)
S*3,2·ηр2 ≈
на заданные условия работы (массовые расходы G2 и G3, тепловая нагрузка Q, средний температурный напор ΔТср между теплоносителями, их теплофизические свойства и потери давления в каналах ΔР). Здесь ηp- эффективность оребрения, в частности, пластин между проставками.Heat exchanger construction provides a wide variation in geometric parameters turbulence and obtaining effective combination of all channels to achieve efficient heat transfer enhancement and the development of the heat exchange surface S (e.g., for channel 2S * 2 S 2 / S 2gl. 5-6 kt) and relations surfaces between channels (e.g. S * 3.2 S 3 / S 2 1-3). This is important, in particular, in order to satisfy the well-known conditions for optimal heat transfer between heat carriers. α 3 · S * 3,2 · η p2 or (with gaseous coolants)
S * 3,2 · η p2 ≈
for specified operating conditions (mass flow rates G 2 and G 3 , heat load Q, average temperature head ΔТ cf between heat carriers, their thermophysical properties and pressure losses in channels ΔР). Here η p is the efficiency of the fins, in particular, of the plates between the spacers.
В предлагаемом теплообменнике можно реализовывать движение теплоносителей с перекрестным током (фиг. 1), с противоточно-перекрестным током (фиг. 6) и с чистым противотоком (фиг. 7). In the proposed heat exchanger, it is possible to realize the movement of heat carriers with cross current (Fig. 1), with countercurrent-cross current (Fig. 6) and with a clean countercurrent (Fig. 7).
Теплообменник работает следующим образом. The heat exchanger operates as follows.
При перекрестном токе (фиг. 1) в качестве одного из теплоносителей (за N2) может быть жидкость или газ с повышенным давлением, конденсирующийся или кипящий хладагент, а в качестве другого теплоносителя (за N3) например, атмосферный воздух с вынужденным движением от вентилятора. Теплоноситель N2 подается через входной коллектор 1 в каналы 2, образованные рядами отверстий 6 в пластинах 5 и внутренней полостью проставок 7 с перемычками-турбулизаторами 8, и выходит из этих каналов 2 через выходной коллектор. Теплоноситель N3(атмосферный воздух) поступает и проходит в каналах 3 между проставками 7 и пластинами с турбулизирующими элементами 9. По мере течения теплоносителей в каналах происходит передача тепла (Q) от более теплого теплоносителя, например, в канале 2 к более холодному в канале 3 по перемычкам-турбулизаторам 8 и стенкам проставок 7 и по перемычкам пластин, расположенных в канале 2, и далее по пластинам-ребрам с турбулизирующими элементами 9 канала 3. При этом пластины и проставки должны быть достаточно теплопроводными, чтобы в рабочих условиях эффективность оребрения их ηp была близка к единице.In cross-flow (Fig. 1), one of the coolants (for N 2 ) can be a liquid or gas with increased pressure, condensing or boiling refrigerant, and as another coolant (for N 3 ), for example, atmospheric air with forced movement from a fan. The coolant N 2 is supplied through the
Теплообменник с перекрестным током теплоносителей можно также эффективно использовать как конденсатор-испаритель (фиг. 5). В этом случае ось потока в каналах 3 (между проставками 7 и пластинами с турбулизирующими элементами 9) желательно ориентировать под углом 10-20ок вертикали. Тогда в эти каналы 3 подводят снизу кипящую жидкость, которая в каналах 3 образует подъемное двухфазное течение с верхним отводом пара после выхода из каналов. При этом каналы 2 ориентированы под углом 10-20о к горизонту, и в них сверху подводят пар, который эффективно конденсируется в каналах 2 и в виде конденсата стекает из каналов и отводится.A cross-flow heat exchanger can also be effectively used as a condenser-evaporator (Fig. 5). In this case, the axis of the flow in the channels 3 (between the
Теплообменник можно выполнять с чистым противотоком (фиг. 7). При этом каналы 2 и 3 для теплоносителей имеют аналогичную конструкцию (т.е. они образованы рядами отверстий 6 в пластинах 5 и внутренней полостью проставок с перемычками-турбулизаторами 8) с возможной разницей по величине развития поверхности S3/S2 и интенсификации теплообмена в зависимости от заданных условий работы.The heat exchanger can be performed with a clean counterflow (Fig. 7). Moreover, the
Организация противоточно-перекрестного тока (фиг. 6) особенно целесообразна при создании крупных теплообменников (с объемом до 10 м3) из отдельных теплообменных блоков с перекрестным током, как на фиг. 1. Эти блоки 4 могут изготавливаться серийно и иметь определенные размеры (например, li x Bi x H 150 x 650 x H мм) с установленными теплогидравлическими характеристиками. При расчете крупного теплообменного аппарата оптимизируются высота (Н) и количество блоков для организации не менее пяти перекрестных ходов, что равносильно чистому противотоку с прямым и обратным потоками. Прямой поток с повышенным давлением удобно пропускать через каналы 2, а обратный поток через каналы 3 (между проставками 7 и пластинами с турбулизирующими элементами 9). Блоки 4 стыкуются последовательно в направлении оси каналов 3 путем сварки наружной кромки коллекторных пластин 1, а затем после сборки всего аппарата приваривают коллекторы для прямого потока. Такая сборка позволяет по сравнению с существующей технологией с пайкой (или склеиванием) крупных противоточных пластинчатых теплообменников свести к минимуму материальные и денежные потери от возможного брака при пайке (или склеивании), а также устранить аксиальную теплопроводность и возможную неравномерность перераспределения расхода в каналах.The organization of countercurrent-cross current (Fig. 6) is especially advisable when creating large heat exchangers (with a volume of up to 10 m 3 ) from individual heat exchanging units with a cross current, as in FIG. 1. These
Предлагаемый теплообменник является конкурентноспособным существующим лучшим теплообменникам по теплогидравлическим характеристикам и компактности на заданные условия работы. The proposed heat exchanger is competitive with the existing best heat exchangers in terms of thermo-hydraulic characteristics and compactness for specified operating conditions.
Изобретение обеспечивает рациональную интенсификацию теплообмена, расширение функциональных возможностей (в частности, расширение диапазона рабочего давления и области эффективного применения), а также повышение технологичности изготовления теплообменника за счет упрощения и снижения числа сборочных единиц деталей. The invention provides a rational intensification of heat transfer, expansion of functionality (in particular, expanding the range of working pressure and the field of effective use), as well as increasing the manufacturability of manufacturing a heat exchanger by simplifying and reducing the number of assembly units of parts.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93040320A RU2039921C1 (en) | 1993-08-09 | 1993-08-09 | Heat exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93040320A RU2039921C1 (en) | 1993-08-09 | 1993-08-09 | Heat exchanger |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2039921C1 true RU2039921C1 (en) | 1995-07-20 |
RU93040320A RU93040320A (en) | 1996-03-10 |
Family
ID=20146319
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93040320A RU2039921C1 (en) | 1993-08-09 | 1993-08-09 | Heat exchanger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2039921C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464516C2 (en) * | 2008-08-22 | 2012-10-20 | Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. | Heat exchange partition |
-
1993
- 1993-08-09 RU RU93040320A patent/RU2039921C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Заявка Франции N 2657422, кл. F 28D 1/03, F 28F 3/14, опублик. 1991. * |
2. Патент США N 3228460, кл. F 28D 1/00, опублик. 1968. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464516C2 (en) * | 2008-08-22 | 2012-10-20 | Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. | Heat exchange partition |
US8955333B2 (en) | 2008-08-22 | 2015-02-17 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Heat exchange bulkhead |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6732789B2 (en) | Heat exchanger for CO2 refrigerant | |
CN102494547B (en) | Miniature micro-channel plate-fin heat exchanger | |
US4966230A (en) | Serpentine fin, round tube heat exchanger | |
US20100218930A1 (en) | System and method for constructing heat exchanger | |
RU2227883C2 (en) | Two-phase heat-exchanger with liquid cooling (variants) | |
EP0219974A2 (en) | Condenser with small hydraulic diameter flow path | |
JPH04227479A (en) | Improved type corrugated heat-transfer surface | |
JP2004144460A (en) | Heat exchanger | |
JP3855346B2 (en) | Heat exchanger | |
US20080184734A1 (en) | Flat Tube Single Serpentine Co2 Heat Exchanger | |
JP2000249479A (en) | Heat exchanger | |
CN101900459A (en) | Micro-channel parallel flow heat exchanger | |
US5632161A (en) | Laminated-type evaporator | |
JP4068312B2 (en) | Carbon dioxide radiator | |
JPS60216190A (en) | Heat transfer pipe and manufacture thereof | |
RU2039921C1 (en) | Heat exchanger | |
JPH03148564A (en) | Operation of heat pump | |
JP3747780B2 (en) | Heat exchanger | |
JP3731066B2 (en) | Heat exchanger | |
CN209802161U (en) | loop heat pipe assembly and heat pipe exchanger thereof | |
JP2990947B2 (en) | Refrigerant condenser | |
JP3658677B2 (en) | Plate heat exchanger and refrigeration system | |
JP2002107073A (en) | Laminated heat exchanger | |
Panchal et al. | Thermal performance of advanced heat exchangers for ammonia refrigeration systems | |
JPH03117860A (en) | Condenser |