RU2066431C1

RU2066431C1 - Plate heat exchanger

Info

Publication number: RU2066431C1
Application number: RU94004164A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иосифович Евенко
Original assignee: Владимир Иосифович Евенко
Priority date: 1994-02-08
Filing date: 1994-02-08
Publication date: 1996-09-10

Abstract

FIELD: thermal engineering. SUBSTANCE: heat exchanger is provided, in addition, with two more plates finned on both sides, placed on opposite ends of bank, and joined over perimeter with adjacent plates of heat-transfer element. Plate are joined together by means of annular spacers to form channels 8 between them for first working medium and channels 9 between outer finning of adjacent heat-transfer elements for second working medium flowing in opposite direction to that in channels 8. Channels 12 and header spaces are formed between additional plates and adjacent plates of heat-transfer elements for admitting and discharging second working medium; intermediate plates are installed between internal finning of plate of each heat-transfer element to reduce equivalent diameter of channels 8. EFFECT: improved thermal efficiency of plate heat exchanger and provision for its use as waste-heat steam generator and air-cooled condenser. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании парогенераторов для утилизации теплоты выхлопных газов газотурбинных установок (ГТУ) и двигателей внутреннего сгорания (ДВС), конденсаторов пара с отводом теплоты атмосферным воздухом, регенераторов ГТУ и других теплообменников в различных отраслях промышленности. The invention relates to a heat exchange technique and can be used to create steam generators for utilization of the heat of the exhaust gases of gas turbine units (GTU) and internal combustion engines (ICE), steam condensers with heat removal by atmospheric air, GTU regenerators and other heat exchangers in various industries.

Известен теплообменник, содержащий группу теплообменных пластин, которые при помощи нажимных плит и винтов сжаты в один пакет. Система уплотнительных прокладок теплообменника построена так, что после сборки и сжатия пластин в теплообменнике образуются две группы герметичных каналов: одна для горячего теплоносителя, другая для холодного /[1] с. 87, рис. 56/. A heat exchanger is known, comprising a group of heat exchanger plates, which are compressed into one bag by means of pressure plates and screws. The system of sealing gaskets of the heat exchanger is constructed so that after assembly and compression of the plates in the heat exchanger two groups of sealed channels are formed: one for the hot coolant, the other for the cold / [1] s. 87, fig. 56 /.

Недостатком этого теплообменника является невозможность его использования в качестве утилизационного парогенератора или конденсатора с отводом теплоты атмосферным воздухом из-за сложности системы подвода и отвода теплоносителей. The disadvantage of this heat exchanger is the inability to use it as a recovery steam generator or condenser with heat removal by atmospheric air due to the complexity of the system for supplying and removing heat carriers.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является пластинчатый теплообменник, содержащий пакет теплообменных элементов, каждый из которых выполнен из двух пластин, соединенных между собой с образованием между ними полости для первой рабочей среды. В полости размещено оребрение одной из пластин. Обе пластины снабжены наружным оребрением. Теплообменные элементы соединены друг с другом, образуя между наружным оребрением смежных элементов каналы для второй рабочей среды. Полости и каналы сообщены с вводом и выводом соответствующих рабочих сред /[2] c. 297, рис. 260 а/. The closest technical solution, selected as a prototype, is a plate heat exchanger containing a package of heat exchange elements, each of which is made of two plates interconnected to form a cavity between them for the first working medium. In the cavity there is a ribbing of one of the plates. Both plates are equipped with external fins. The heat exchange elements are connected to each other, forming channels between the outer finning of adjacent elements for the second working medium. Cavities and channels are communicated with the input and output of the corresponding working media / [2] c. 297, fig. 260 a /.

Недостатком этого теплообменника является низкая тепловая эффективность, связанная с перекрестным током теплоносителей, а также невозможность его использования в качестве утилизационного парогенератора для конденсатора с отводом теплоты атмосферным воздухом из-за сложности системы подвода и отвода теплоносителей в аппарате перекрестного тока. The disadvantage of this heat exchanger is the low thermal efficiency associated with the cross-flow of heat carriers, as well as the inability to use it as a recovery steam generator for a condenser with heat removal from atmospheric air due to the complexity of the system for supplying and removing heat carriers in the cross-current apparatus.

Задачей изобретения является повышение тепловой эффективности пластинчатого теплообменника и создание возможности использования его в качестве утилизационного парогенератора и конденсатора воздушного охлаждения. The objective of the invention is to increase the thermal efficiency of the plate heat exchanger and creating the possibility of using it as a recovery steam generator and air-cooled condenser.

Указанная задача решается в пластинчатом теплообменнике, содержащем пакет теплообменных элементов, выполненных каждый в виде двух пластин, соединенных между собой с образованием между ними полости для первой рабочей среды, в которой размещено внутреннее оребрение одной из пластин. Обе пластины снабжены наружным оребрением. Теплообменные элементы соединены друг с другом, образуя между наружным оребрением смежных элементов каналы для второй рабочей среды. Полости и каналы сообщены с вводом и выводом соответствующих рабочих сред. This problem is solved in a plate heat exchanger containing a package of heat exchange elements, each made in the form of two plates, interconnected with the formation of a cavity between them for the first working medium in which the internal fins of one of the plates are located. Both plates are equipped with external fins. The heat exchange elements are connected to each other, forming channels between the outer finning of adjacent elements for the second working medium. Cavities and channels are communicated with the input and output of the corresponding working environments.

Согласно изобретению теплообменник снабжен двумя дополнительными пластинами, оребренными с обеих сторон, расположенными на противоположных торцах пакета и соединенных по периметру со смежными пластинами теплообменных элементов, при этом каналы для второй рабочей среды сообщены между собой при помощи кольцевых проставок и заглушены по периметру пакета. According to the invention, the heat exchanger is equipped with two additional plates, ribbed on both sides, located on opposite ends of the package and connected along the perimeter with adjacent plates of the heat exchange elements, while the channels for the second working medium are communicated with each other by means of ring spacers and sealed around the perimeter of the package.

Другая пластина каждого теплообменного элемента также снабжена внутренним оребрением, размещенным в упомянутой полости с образованием в ней оребрением обеих пластин противоточных каналов для первой среды, противоположным каналам для второй. The other plate of each heat-exchange element is also equipped with an internal fins located in the said cavity with the formation of both plates of countercurrent channels for the first medium by the fins, opposite to the channels for the second.

Пакет теплообменных элементов заключен в корпус, ввод и вывод второй среды выполнен в виде патрубков, сообщенных с соответствующими каналами через отверстия в одной из дополнительных пластин. A package of heat exchange elements is enclosed in a housing, the input and output of the second medium is made in the form of nozzles communicated with the corresponding channels through openings in one of the additional plates.

Между внутренним оребрением пластин каждого теплообменного элемента установлены промежуточные пластины. При этом теплообменник может быть снабжен дополнительными патрубками ввода и вывода второй среды, проходящими через отверстия в другой дополнительной пластине. Кроме того, теплообменник может быть снабжен промежуточными пластинами, установленными между наружным оребрением смежных теплообменных элементов. Between the internal fins of the plates of each heat exchange element, intermediate plates are installed. In this case, the heat exchanger can be equipped with additional nozzles for input and output of the second medium passing through openings in another additional plate. In addition, the heat exchanger may be provided with intermediate plates mounted between the outer fins of adjacent heat exchange elements.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты:
1. Увеличение среднего температурного напора между первой и второй рабочими средами. Этот результат является следствием того, что каналы для прохода рабочих сред выполнены противоточными. При заданных начальных и конечных температурах рабочих сред средний температурный напор в противоточном теплообменнике выше, чем в теплообменнике с перекрестным током. Увеличение среднего температурного напора приводит к повышению тепловой эффективности теплообменника.When carrying out the invention, the following technical results can be obtained:
1. The increase in average temperature difference between the first and second working environments. This result is a consequence of the fact that the channels for the passage of the working medium are made countercurrent. At given initial and final temperatures of the working media, the average temperature head in the counterflow heat exchanger is higher than in a cross-flow heat exchanger. An increase in the average temperature head leads to an increase in the thermal efficiency of the heat exchanger.

2. Простота изготовления теплообменника. Этот результат является следствием того, что каждый из теплообменных элементов образован двумя оребренными теплопередающими пластинами, соединенными между собой кольцевыми проставками, а теплообменные элементы соединены между собой по контуру теплопередающих пластин. 2. Ease of manufacturing a heat exchanger. This result is a consequence of the fact that each of the heat exchange elements is formed by two finned heat transfer plates connected by annular spacers, and the heat exchange elements are connected by a circuit of the heat transfer plates.

3. Снижение гидравлических сопротивлений входа и выхода рабочих сред в теплообменнике. Этот результат является следствием того, что теплообменные элементы соединены между собой с образованием коллекторных полостей подвода и отвода рабочей среды. 3. Reducing the hydraulic resistance of the input and output of the working fluid in the heat exchanger. This result is a consequence of the fact that the heat exchange elements are interconnected with the formation of collector cavities for supplying and discharging the working medium.

Снижение гидравлических сопротивлений входа и выхода рабочих сред, а также то, что теплообменные элементы соединены между собой по контуру теплопередающих пластин с образованием противоточных каналов позволяет использовать пластинчатый теплообменник в качестве утилизационного парогенератора и конденсатора воздушного охлаждения, что снижает металлоемкость и повышает эксплуатационную надежность парогенератора и конденсатора. Reducing the hydraulic resistance of the input and output of the working media, as well as the fact that the heat exchange elements are interconnected along the contour of the heat transfer plates with the formation of countercurrent channels, allows the use of the plate heat exchanger as a recovery steam generator and air-cooled condenser, which reduces the metal consumption and increases the operational reliability of the steam generator and condenser .

На фиг. 1 изображен пластинчатый теплообменник, поперечный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 вариант пластинчатого теплообменника, поперечный разрез. In FIG. 1 shows a plate heat exchanger, cross section; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 section BB in FIG. 1; in FIG. 4 is a cross-section BB in FIG. 1; in FIG. 5 embodiment of a plate heat exchanger, cross section.

Пластинчатый теплообменник содержит пакет 1 теплообменных элементов 2, выполненных каждый в виде двух теплопередающих пластин 3, снабженных внутренним 4 и наружным 5 оребрением. Внутреннее 4 оребрение выполнено по всей высоте пластины (фиг. 4). The plate heat exchanger contains a package 1 of heat exchange elements 2, each made in the form of two heat transfer plates 3, equipped with an internal 4 and external 5 fins. The inner 4 fins are made over the entire height of the plate (Fig. 4).

Пластины 3 соединены между собой кольцевыми проставками 6 и 7 с образованием между ними каналов 8 для первой рабочей среды. В каналах 8 размещено внутреннее 4 оребрение пластин 3. The plates 3 are interconnected by annular spacers 6 and 7 with the formation of channels 8 between them for the first working medium. In the channels 8 there is an internal 4 ribbing of the plates 3.

Наружное 5 оребрение выполнено в средней части высоты пластин 3 на участке между кольцевыми проставками 6 и 7 (фиг. 3). The outer 5 fins are made in the middle part of the height of the plates 3 in the area between the annular spacers 6 and 7 (Fig. 3).

Между наружным 5 оребрением смежных элементов 2 образованы каналы 9 для второй рабочей среды, противоточные каналам 8 для первой. Каналы 9 для второй среды сообщены между собой при помощи кольцевых проставок 6 и 7 и заглушены по периметру пакета 1. Between the outer 5 fins of adjacent elements 2 channels 9 are formed for the second working medium, countercurrent channels 8 for the first. Channels 9 for the second medium are interconnected by means of ring spacers 6 and 7 and are muffled along the perimeter of packet 1.

Пакет 1 теплообменных элементов 2 теплообменника снабжен двумя дополнительными пластинами 10, оребренными с обеих сторон аналогично пластинам 3. Дополнительные пластины 10 расположены на противоположных торцах пакета 1 и соединены по периметру через проставки 11 со смежными пластинами 3 теплообменных элементов 2 с образованием противоточных каналов 12 и коллекторных полостей 13 и 14 подвода и отвода второй рабочей среды. The package 1 of the heat exchange elements 2 of the heat exchanger is equipped with two additional plates 10, finned on both sides similarly to the plates 3. The additional plates 10 are located on opposite ends of the package 1 and are connected along the perimeter through spacers 11 with adjacent plates 3 of the heat exchange elements 2 with the formation of countercurrent channels 12 and collector cavities 13 and 14 of the inlet and outlet of the second working medium.

Ввод и вывод второй среды выполнен в виде патрубков подвода 15 и отвода 16, сообщенных с соответствующими каналами через отверстия в одной из дополнительных пластин 10. Число патрубков 15 и 16 может быть больше одного. The input and output of the second medium is made in the form of nozzles for the inlet 15 and outlet 16, communicated with the corresponding channels through openings in one of the additional plates 10. The number of nozzles 15 and 16 may be more than one.

Между вершинами внутреннего оребрения пластин 3 каждого теплообменного элемента 2 установлены промежуточные пластины 17, уменьшающие эквивалентный диаметр каналов 8. Between the peaks of the internal fins of the plates 3 of each heat exchange element 2, intermediate plates 17 are installed that reduce the equivalent diameter of the channels 8.

Пакет 1 теплообменных элементов 2 с двумя дополнительными пластинами 10 заключен в корпус 18, образованный двумя параллельными пластинами 19 и 20, соединенными стенками 21. The package 1 of heat exchange elements 2 with two additional plates 10 is enclosed in a housing 18 formed by two parallel plates 19 and 20 connected by walls 21.

Патрубки подвода 15 и отвода 16 второй рабочей среды пропущены через соответствующие отверстия в пластине 19 корпуса 18 и уплотнены в них полукольцевыми заделками 22 и 23. The nozzles of the inlet 15 and outlet 16 of the second working medium are passed through the corresponding holes in the plate 19 of the housing 18 and sealed in them with semicircular terminations 22 and 23.

Теплообменник может быть снабжен дополнительными патрубками подвода 15 и отвода 16 второй среды, проходящими через отверстия в другой дополнительной пластине 10. The heat exchanger may be provided with additional nozzles for supply 15 and outlet 16 of the second medium passing through openings in another additional plate 10.

Кроме того, теплообменник может быть снабжен промежуточными пластинами 24 (фиг. 5), установленными между наружным 5 оребрением пластин 3 смежных теплообменных элементов 2. In addition, the heat exchanger may be provided with intermediate plates 24 (Fig. 5), installed between the outer 5 fins of the plates 3 of adjacent heat exchange elements 2.

При работе теплообменника в качестве утилизационного парогенератора выхлопные газы газотурбинной установки или двигателя внутреннего сгорания проходят по каналам 8 сверху вниз. Вода по патрубкам подвода 15 и кольцевым проставкам 6 поступает в коллекторные полости 13, заполняя каналы 9 и 12 до заданного уровня. When the heat exchanger operates as a recovery steam generator, the exhaust gases of a gas turbine installation or internal combustion engine pass through channels 8 from top to bottom. Water through the supply pipes 15 and the annular spacers 6 enters the manifold cavity 13, filling the channels 9 and 12 to a predetermined level.

Теплота от выхлопных газов через стенки теплопередающих пластин 3 и 10, снабженных оребрением 4 и 5, передается воде, которая нагревается и превращается в пар. Образовавшийся пар из коллекторных полостей 14 через кольцевые проставки 7 и патрубки отвода 16 выходит из теплообменника. The heat from the exhaust gases through the walls of the heat transfer plates 3 and 10, equipped with fins 4 and 5, is transferred to the water, which is heated and converted into steam. The generated steam from the collector cavities 14 through the annular spacers 7 and the branch pipes 16 leaves the heat exchanger.

Промежуточные пластины 17, установленные между вершинами оребрения 14 и уменьшающие эквивалентный диаметр каналов 8, интенсифицируют процесс теплоотдачи от газов, проходящих по каналам 8, к поверхности теплопередающих пластин 3 и 10. Кроме того, промежуточные пластины 17 воспринимают распирающие усилия от давления воды и пара в каналах 9 и 12. The intermediate plates 17, installed between the tops of the fins 14 and reducing the equivalent diameter of the channels 8, intensify the process of heat transfer from gases passing through the channels 8 to the surface of the heat transfer plates 3 and 10. In addition, the intermediate plates 17 receive tensile forces from the pressure of water and steam in channels 9 and 12.

При работе теплообменника в качестве конденсатора атмосферный воздух, подаваемый вентилятором, проходит по каналам 8 снизу вверх. Конденсируемый пар по патрубкам 16 и кольцевым проставкам 7 поступает в коллекторные полости 14, заполняя каналы 9 и 12. Теплота от пара через стенки теплопередающих пластин 3 и 10 передается атмосферному воздуху. When the heat exchanger operates as a condenser, the atmospheric air supplied by the fan passes through channels 8 from the bottom up. Condensed steam through the nozzles 16 and the annular spacers 7 enters the collector cavities 14, filling the channels 9 and 12. Heat from the steam through the walls of the heat transfer plates 3 and 10 is transferred to the atmospheric air.

Давление конденсирующегося пара в каналах 9 и 12 ниже давления атмосферного воздуха, проходящего по каналам 8. Сжимающие усилия от разности давлений воздуха и пара воспринимаются промежуточными пластинами 24. The pressure of the condensing vapor in the channels 9 and 12 is lower than the pressure of the atmospheric air passing through the channels 8. The compressive forces from the difference in pressure of air and steam are perceived by the intermediate plates 24.

Claims

1. A plate heat exchanger containing a package of heat exchange elements, each made in the form of two plates, interconnected to form a cavity between them for the first working medium, in which there is an internal finning of one of the plates, both plates provided with an external finning, the heat exchange elements are connected to each other with the other, forming between the outer ribbing of adjacent elements channels for the second working medium, and the cavities and channels are connected with the input and output of the corresponding working media, characterized in that it it is fitted with two additional plates, ribbed on both sides, located on opposite ends of the jacket and connected along the perimeter with adjacent plates of the heat exchange elements, while the channels for the second medium are interconnected by ring spacers and blanked along the perimeter of the package, the other plate of each heat exchange element is also equipped with internal fins located in the said cavity with the formation in it of the fins of both plates of the channels for the first medium, countercurrent channels for the second, etc. whereby the package of heat-exchange elements is enclosed in a housing, the input and output of the second medium are made in the form of pipes connected with corresponding channels through openings in one of the additional plates, and intermediate plates are installed between the internal fins of the plates of each heat-exchange element.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that it is equipped with additional nozzles for the input and output of the second medium passing through openings in another additional plate.

3. The heat exchanger according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that it is provided with additional intermediate plates mounted between the outer fins of adjacent heat exchange elements.