RU2118777C1

RU2118777C1 - Heat exchanger plate

Info

Publication number: RU2118777C1
Application number: RU96114325A
Authority: RU
Inventors: Л.А. Аверкиев; В.И. Беленко; Е.В. Васильев; А.А. Копылов; В.П. Нагорнов; Л.А. Фольц; В.М. Чернев
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Радиатор"
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 1998-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; structural members of heat exchanger and heat transfer devices; gas water heaters. SUBSTANCE: plate 1 of heat exchanger has smooth sections 2 with at least one row of holes 3 parallel to leading edge 4 of plate 1; passages 6 made in form of extrusions and located between holes 3 are used for guiding the flow of working medium. Passages 6 have their beginning from leading edge 4 of plate 1 and change into branches 10, 12 and 13 directed to rear zone 14 of adjacent holes 3. Such construction of plate 1 of heat exchanger provides for considerable increase of efficiency of heat exchange due to directing the flow of working medium between rows of tubes to rear zone 11 of adjacent holes 3, i.e. to zone of contact of tubes and plates of heat exchanger. Passages 6 of plate 1 are tapering or stepped which provides for making best use of flow of working medium at several rows of holes 3 in plate 1 which are parallel relative to its leading edge 4. Additional extrusions provided after each pair of holes 3 when passages 6 are located between pairs of holes 3 makes it possible to direct flow of working medium running between holes 3 of pair to rear zone 11 of these holes, thus enhancing efficiency of heat exchange. EFFECT: enhanced efficiency of heat exchange. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструктивным элементам теплообменных и теплопередающих устройств, преимущественно к теплообменникам газовых водонагревателей. The invention relates to the field of engineering, and in particular to structural elements of heat exchange and heat transfer devices, mainly to heat exchangers of gas water heaters.

Известна пластина теплообменника, содержащая плоскоовальные отверстия, выполненные под углом друг к другу, а по обе стороны плоскоовальных отверстий параллельно их осям выполнены турбулизирующие выступы (авт. св. СССР N 1128093, кл. F 18 F 1/26, F 28 F 3/08, F 28 D 9/00// F 25 B 39/04). Такая конструкция пластины не позволяет достичь необходимой интенсификации теплообмена. A known plate of a heat exchanger containing flat oval openings made at an angle to each other, and on both sides of the flat oval openings parallel to their axes are made turbulent protrusions (ed. St. USSR N 1128093, CL F 18 F 1/26, F 28 F 3 / 08, F 28 D 9/00 // F 25 B 39/04). This design of the plate does not allow to achieve the necessary intensification of heat transfer.

Наиболее близкой к изобретению по совокупности существенных признаков (прототип) является пластина, имеющая гофрированные и гладкие участки с отверстиями и расположенные между отверстиями вырезы с кромками, отогнутыми под углом к направлению потока рабочей среды на высоту гофр с образованием направляющих каналов, вершина угла между кромками каждого выреза совмещена с центром смежного с ним отверстия, а направляющие каналы имеют на входе ширину, превышающую диаметр отверстий (авт. св. СССР N 1245850, кл. F 28 F 1/32, 3/04). Closest to the invention in terms of essential features (prototype) is a plate having corrugated and smooth sections with holes and cutouts located between the holes with edges bent at an angle to the direction of flow of the working medium to the height of the corrugations with the formation of guide channels, the apex of the angle between the edges of each the cutout is aligned with the center of the hole adjacent to it, and the guide channels have an inlet width greater than the diameter of the holes (ed. St. USSR N 1245850, class F 28 F 1/32, 3/04).

Такая конструкция пластины также не позволяет достичь необходимой интенсификации теплообмена, особенно при использовании пластины в теплообменниках для газовых водонагревателей. Известно, что наиболее интенсивный теплообмен происходит в зоне контакта пластины с трубкой. Поэтому конструкция пластин теплообменников должна обеспечивать наиболее полное направление потока рабочей среды в зону контакта трубки с пластиной, т.е. в зону отверстий. В известной пластине значительная часть потока рабочей среды по каналам, образованным гофрами, уходит, не попадая в зону размещения отверстий. Вырезы, выполненные между отверстиями, своими кромками направляют поток на переднюю зону отверстий, а тыльная зона отверстий недостаточно охватывается потоком рабочей среды и там могут возникать "застойные зоны". К тому же такая конструкция пластины не позволяет увеличить теплообмен с обеих сторон пластины. This design of the plate also does not allow to achieve the necessary intensification of heat transfer, especially when using the plate in heat exchangers for gas water heaters. It is known that the most intense heat transfer occurs in the zone of contact of the plate with the tube. Therefore, the design of the heat exchanger plates should provide the most complete direction of the flow of the working medium into the zone of contact of the tube with the plate, i.e. into the hole zone. In the known plate, a significant part of the flow of the working medium through the channels formed by the corrugations leaves, without falling into the zone of placement of the holes. The cuts made between the holes direct the edges to the front zone of the holes with their edges, and the back zone of the holes is not sufficiently covered by the flow of the working medium and “stagnant zones” can arise there. Moreover, this design of the plate does not allow to increase heat transfer on both sides of the plate.

Изобретение направлено на повышение теплообмена. The invention is aimed at increasing heat transfer.

Это достигается тем, что в известной пластине теплообменника, содержащей гладкие участки с по меньшей мере одним рядом отверстий, параллельным передней кромке пластины, и расположенные между отверстиями направляющие поток рабочей среды каналы, новым является то, что каналы выполнены в виде выдавок, начинающихся от передней кромки пластины и переходящих в ответвления, направленные в тыльную зону смежных с каналом отверстий. This is achieved by the fact that in the known plate of the heat exchanger containing smooth sections with at least one row of holes parallel to the front edge of the plate, and channels guiding the working medium flow between the holes, it is new that the channels are made in the form of extrusions starting from the front the edges of the plate and passing into branches directed into the back zone of the openings adjacent to the channel.

Такая конструкция пластины теплообменника позволяет значительно повысить теплообмен за счет направления потока рабочей среды, протекающего между рядами отверстий по потоку, в тыльную зону смежных с каналом отверстий, т.е. в зону контакта трубок и пластин теплообменника. This design of the heat exchanger plate can significantly increase heat transfer due to the direction of the flow of the working medium flowing between the rows of holes in the stream to the back zone of the openings adjacent to the channel, i.e. into the contact zone of the tubes and plates of the heat exchanger.

Выполнение каналов пластины сужающимися или ступенчатыми позволяет эффективнее использовать поток рабочей среды при нескольких рядах отверстий в пластине, параллельных ее передней кромке. The implementation of the channel channels tapering or stepped allows you to more efficiently use the flow of the working medium with several rows of holes in the plate parallel to its front edge.

Выполнение за каждой парой отверстий дополнительных выдавок при конструкции пластины, когда каналы расположены между парами отверстий, позволяет также направить поток рабочей среды, протекающий между отверстиями пары, в тыльную зону этих отверстий и увеличить теплообмен. Performing additional extrusions behind each pair of holes during plate construction, when the channels are located between the pairs of holes, also makes it possible to direct the flow of the working medium flowing between the holes of the couple into the rear zone of these holes and increase heat transfer.

Кроме того, использование теплообменников с такими пластинами в газовых водонагревателях позволит снизить количество оксидов углерода в отходящих газах водонагревателей и снизить количество потребляемого газа на нагревание воды до нужной температуры за определенный промежуток времени (доказано испытаниями). In addition, the use of heat exchangers with such plates in gas water heaters will reduce the amount of carbon oxides in the exhaust gases of water heaters and reduce the amount of gas consumed to heat water to the desired temperature over a certain period of time (proved by tests).

На фиг. 1 изображен вид сверху на пластину теплообменника, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - вариант выполнения пластины с сужающимися каналами и выдавкой за парой отверстий. In FIG. 1 is a plan view of a heat exchanger plate; FIG. 2 is a section AA in FIG. 1, in FIG. 3 is an embodiment of a plate with tapering channels and an extrusion behind a pair of holes.

Пластина 1 теплообменника содержит гладкие участки 2, на которых выполнены отверстия 3. Отверстия 3 расположены параллельными рядами относительно передней кромки 4 пластины 1 (на фиг. 1 показано три ряда отверстий). Отверстия 3 имеют бортики 5 для создания хорошего контакта с трубками теплообменника (не показаны). На пластине 1 выполнены каналы 6 в виде выдавок, то есть дно 7 канала 6 смещено относительно плоскости гладких участков 2 пластины. The plate 1 of the heat exchanger contains smooth sections 2, on which holes 3 are made. The holes 3 are arranged in parallel rows relative to the leading edge 4 of the plate 1 (three rows of holes are shown in FIG. 1). The holes 3 have sides 5 to create good contact with the tubes of the heat exchanger (not shown). On the plate 1, channels 6 are made in the form of extrusions, that is, the bottom 7 of the channel 6 is offset relative to the plane of the smooth sections 2 of the plate.

Боковые стенки 8 и 9 канала 6 выполнены под углом ко дну 7 канала и величину угла и переход от стенок 8 и 9 ко дну 7 и к плоским участкам 2 пластины выбирают из требований технологичности изготовления, т.е. штамповки. Каналы 6 начинаются от передней кромки 4 пластины 1 и расположены по потоку рабочей среды между отверстиями теплообменника. Приблизительно от горизонтальной оси отверстий 3 первого ряда, параллельного передней кромке 4 пластины 1, у канала 6 начинаются ответвления 10, которые направлены в тыльную зону 11 смежных с каналом отверстий 3 первого ряда. Канал 6 выполнен ступенчатым, т.е. ширина b канала после ответвлений 10 меньше, чем ширина a канала перед ответвлениями 10. Далее по потоку рабочей среды в зоне второго ряда отверстий канал имеет ответвления 12, направленные в тыльную зону 11 смежных с каналом отверстий 3 второго ряда. В зоне второго ряда отверстий 3 канал 6 также имеет ступеньку, т.е. ширина d канала 6 после ответвлений 12 меньше ширины c канала 6 перед ответвлениями 12. The side walls 8 and 9 of the channel 6 are made at an angle to the bottom of the channel 7 and the angle and the transition from the walls 8 and 9 to the bottom 7 and to the flat sections 2 of the plate are selected from the requirements of manufacturability, i.e. stamping. The channels 6 start from the leading edge 4 of the plate 1 and are located along the flow of the working medium between the openings of the heat exchanger. Approximately from the horizontal axis of the holes 3 of the first row parallel to the leading edge 4 of the plate 1, branches 10 begin at channel 6, which are directed into the rear zone 11 of the holes 3 of the first row adjacent to the channel. Channel 6 is made stepwise, i.e. the width b of the channel after branches 10 is less than the width a of the channel before branches 10. Further along the flow of the working medium in the area of the second row of holes, the channel has branches 12 directed to the rear zone 11 of the holes 3 of the second row adjacent to the channel. In the area of the second row of holes 3, channel 6 also has a step, i.e. the width d of channel 6 after branches 12 is less than the width c of channel 6 before branches 12.

Число ступенек канала на единицу меньше числа рядов отверстий, параллельных передней кромке 4. Ступеньки канала увеличивают эффективность отвода рабочей среды в ответвления. В зоне третьего ряда отверстий 3 канал 6 переходит в ответвления 13, направленные в тыльную зону 11 отверстий 3 последнего ряда, смежных с каналом. Этими ответвлениями 13 канал 6 заканчивается. The number of channel steps is one less than the number of rows of holes parallel to the leading edge 4. The channel steps increase the efficiency of the outlet of the working medium to the branches. In the zone of the third row of holes 3, the channel 6 goes into branches 13 directed to the back zone 11 of the holes 3 of the last row adjacent to the channel. With these branches 13 channel 6 ends.

Таким образом выполнены все каналы пластины. В каждом ряду, параллельном передней кромке 4, к каждому отверстию 3 пластины, смежному с каналом 6, канал имеет ответвления 10, 12, 13, направленные в тыльные зоны 11 смежных с каналом 6 отверстий 3. Контур ответвлений выполняется плавными линиями, и каждое ответвление сужается от начала к периферии. Заканчиваются ответвления не доходя до вертикальной оси соответствующего отверстия. Каналы получают методом штамповки. На фиг. 1 показана пластина с "коридорным" расположением отверстий по потоку рабочей среды и расположением каналов между каждым рядом отверстий, перпендикулярным передней кромке пластины. Предлагаемая конструкция предполагает и попарное размещение отверстий в рядах, параллельных передней кромке пластины, а каналов - между парами таких отверстий, по меньшей мере в последнем ряду от передней кромки. На фиг. 3 показана пластина с попарным размещением отверстий в последнем ряду, параллельном передней кромке пластины, и одним отверстием в первом ряду, параллельном последнему. В пластине 1 на фиг. 3 отверстия 3 размещены на гладких участках 2 пучками из трех отверстий, между этими пучками выполнены каналы 6 с ответвлениями 10 и 13. Каналы 6 начинаются от передней кромки 4 пластины 1 и выполнены сужающимися по потоку рабочей среды. Ответвления 10 и 13 направлены в тыльную зону 11 смежных с каналом отверстий 3. За каждой парой отверстий последнего ряда выполнены дополнительные выдавки 14. Выдавки 14 выполнены в сторону выдавок (каналов) 6 и равной с ними глубины. Форма выдавок 14 может быть треугольной, в виде цилиндра и т.д. Thus, all channels of the plate are made. In each row parallel to the leading edge 4, to each hole 3 of the plate adjacent to channel 6, the channel has branches 10, 12, 13 directed to the rear zones 11 of holes 3 adjacent to channel 6. The contour of the branches is made in smooth lines, and each branch tapers from the beginning to the periphery. Branches end before reaching the vertical axis of the corresponding hole. The channels are obtained by stamping. In FIG. 1 shows a plate with a “corridor” arrangement of holes along the flow of the working medium and the arrangement of channels between each row of holes perpendicular to the leading edge of the plate. The proposed design also implies pairwise placement of holes in rows parallel to the front edge of the plate, and channels between pairs of such holes, at least in the last row from the front edge. In FIG. Figure 3 shows a plate with a pair of holes in the last row parallel to the front edge of the plate and one hole in the first row parallel to the last. In the plate 1 in FIG. 3 holes 3 are placed on smooth sections 2 by bundles of three holes, between these bundles channels 6 are made with branches 10 and 13. Channels 6 start from the leading edge 4 of the plate 1 and are made tapering by the flow of the working medium. Branches 10 and 13 are directed to the back zone 11 of holes 3 adjacent to the channel. Additional extrusions 14 are made behind each pair of holes of the last row. Extrusions 14 are made in the direction of the extrusions (channels) 6 and the depth equal to them. The shape of the extrusions 14 may be triangular, in the form of a cylinder, etc.

Благодаря выполнению каналов 6 сужающимися обеспечивается разница между шириной a канала перед ответвлениями 10 и шириной b канала после ответвления 10, что также повышает эффективность отвода потока рабочей среды из канала 6 в ответвления 10. Due to the implementation of the tapering channels 6, a difference is ensured between the channel width a before the branches 10 and the channel width b after the branch 10, which also increases the efficiency of the discharge of the working medium flow from the channel 6 to the branches 10.

Каналы 6 могут быть выполнены сужающимися и в то же время и ступенчатыми в зависимости от конкретной конструкции пластины, лишь бы был эффективный отвод рабочего потока в ответвления 10, 12, 13. Channels 6 can be made tapering and at the same time stepwise, depending on the specific design of the plate, if only there would be an effective removal of the working flow into branches 10, 12, 13.

Пластина может иметь всего один ряд отверстий, параллельных передней кромке пластины, и в этом случае обеспечивается эффективный теплообмен. The plate may have only one row of holes parallel to the leading edge of the plate, in which case efficient heat transfer is ensured.

Пластина работает следующим образом. The plate works as follows.

Поток рабочей среды, это, как правило, газовоздушная смесь, начиная свое движение от передней кромки 4 пластины 1, обтекает ее сверху и снизу. При "коридорном" расположении отверстий 3 (фиг. 1) поток между каналами 6 непосредственно направляется на отверстия 3 (в теплообменнике это трубки), обтекая отверстия 3, поток, благодаря ответвлениям 10, 12, 13, направляется в тыльную зону 11 отверстий. Поток, который течет между отверстиями, т.е. по каналам 6, также благодаря тому, что каналы выполнены ступенчатыми или сужающимися, попадает в ответвления 10, 12, 13 и направляется в тыльную зону 11 отверстий 3, смежных с каналами 6, чем создается эффективное обтекание отверстий, а, следовательно, и эффективный теплообмен в зоне контакта пластины и трубки. При попарном расположении отверстий (фиг. 3) поток, пройдя между отверстиями пары благодаря имеющейся за ними дополнительной выдавке 14, направляется в тыльную зону отверстий этой пары, что также увеличивает теплообмен. The flow of the working medium, as a rule, is a gas-air mixture, starting its movement from the leading edge 4 of the plate 1, flows around it from above and from below. With the "corridor" arrangement of holes 3 (Fig. 1), the flow between the channels 6 is directly directed to the holes 3 (in the heat exchanger it is a tube), flowing around the holes 3, the flow, thanks to branches 10, 12, 13, is directed to the rear zone 11 of the holes. The flow that flows between the holes, i.e. through channels 6, also due to the fact that the channels are stepped or tapering, it enters the branches 10, 12, 13 and goes to the back zone 11 of the holes 3 adjacent to the channels 6, thereby creating an efficient flow around the holes, and, consequently, efficient heat transfer in the contact zone of the plate and tube. When the holes are arranged in pairs (Fig. 3), the flow, passing between the holes of the pair due to the additional extrusion 14 behind them, is directed to the back zone of the holes of this pair, which also increases heat transfer.

Claims

1. The plate of the heat exchanger, containing smooth sections with at least one row of holes parallel to the front edge of the plate, and channels located between the holes, characterized in that the latter are made in the form of extrusions starting from the front edge of the plate and turning into branches directed to the back zone adjacent to the channel holes.

2. The plate according to claim 1, characterized in that the channels are stepped in width, and the number of channel steps is one less than the number of rows of holes parallel to the leading edge.

3. The plate according to claims 1 and 2, characterized in that the channels along the width are made tapering from the front edge of the plate.

4. The plate according to claim 1, characterized in that the channels are located between the pairs of holes at least in the last row from the leading edge, and behind each pair of holes of the last row, additional extrusions are made.