RU2403523C2

RU2403523C2 - Matrix of plate heat exchanger

Info

Publication number: RU2403523C2
Application number: RU2009102763/06A
Authority: RU
Inventors: Алексей Иванович Худяков (RU); Алексей Иванович Худяков
Original assignee: Алексей Иванович Худяков
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2010-11-10
Also published as: RU2009102763A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: matrix of plate heat exchanger consists of set of plates with corrugations arranged at the sharp or blunt angle to any side of plates and forming heat exchanging surface. Heat exchanging surface covers the whole plate, frontal surfaces of coolants inlet and outlet are arranged along periphery of plate. As plates are superimposed one onto another, crossing channels are arranged for heating and heated coolant. Channels are tightly closed along perimetre of plates, apart from channels of according coolant at the sections of inlet and outlet. Sections of inlet and outlet of one coolant are located at opposite sides of plates, and of the other outlet - symmetrically at two other sides as sections of inlet are located at the distance from the sections of outlet by length of plate without flanges. Channels for heating and heated coolant along perimetre of plates are closed tightly by connected flanges of external edges and additional "П"-shaped flanges.

EFFECT: invention makes it possible to increase efficiency of heat exchanger, to reduce weight and to simplify technology of manufacturing.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в любых отраслях техники для нагрева или охлаждения жидких или газообразных сред, а также в качестве испарителей и конденсаторов.The invention relates to heat engineering and can be used in any technical field for heating or cooling liquid or gaseous media, as well as evaporators and condensers.

Существуют противоточные пластинчатые теплообменники, содержащие корпус и пакет гофрированных теплопередающих пластин, стянутых с помощью стяжных элементов [Барановский Н.В., Коваленко Л.М., Ястребенецкий А.Р. Пластинчатые и спиральные теплообменники. М.: Машиностроение, 1973]. Теплообменный элемент таких теплообменников состоит из отдельных пластин, которые уплотняются прокладками. Пластины в форме прямоугольника имеют четыре отверстия для подвода и отвода теплоносителей. Эти теплообменники имеют ограниченную размерами пластины площадь фронта и применяются для жидких сред с невысокими параметрами сред (Р<=25 бар, Т<=140°C).There are counterflow plate heat exchangers containing a housing and a package of corrugated heat transfer plates tightened with the help of compression elements [Baranovsky N.V., Kovalenko L.M., Yastrebenetsky A.R. Plate and spiral heat exchangers. M .: Mechanical Engineering, 1973]. The heat exchange element of such heat exchangers consists of individual plates that are sealed with gaskets. The rectangle-shaped plates have four holes for supplying and discharging coolants. These heat exchangers have a frontal area limited by the plate size and are used for liquid media with low medium parameters (P <= 25 bar, T <= 140 ° C).

Существуют аналогичные теплообменники без прокладок, в которых пластины соединены пайкой или сваркой [Проспекты фирм "Альфа Ловаль", "SWEP"]. Они позволяют повысить параметры сред, но размеры отверстий и их расположение по углам пластины ограничивают пропускную способность и, следовательно, мощность теплообменника.There are similar heat exchangers without gaskets, in which the plates are connected by soldering or welding [Prospectuses of the firms Alpha Loval, SWEP]. They allow you to increase the parameters of the media, but the size of the holes and their location in the corners of the plate limit the throughput and, therefore, the capacity of the heat exchanger.

Существует также теплообменник [Патент РФ №2100733], в котором теплоносители подаются в пакет гофрированных теплопередающих пластин различными способами. Один теплоноситель подается в пакет через отверстия в пластинах, а второй теплоноситель подается в корпус с размещенным в нем пакетом, а из корпуса - непосредственно в пакет. Такое решение позволяет значительно увеличить расход второго теплоносителя или использовать среду с меньшей плотностью (например, воздух).There is also a heat exchanger [RF Patent No. 2100733], in which heat carriers are supplied to the package of corrugated heat transfer plates in various ways. One coolant is supplied to the package through the holes in the plates, and the second coolant is supplied to the housing with the package placed in it, and directly from the housing to the package. This solution can significantly increase the flow rate of the second coolant or use a medium with a lower density (for example, air).

Недостаток такого теплообменника состоит в ограниченном расходе теплоносителя через отверстия в пластинах и наличие дополнительного элемента - корпуса, увеличивающего габариты и массу всего теплообменника. Рациональная область их применения - газожидкостные теплообменники.The disadvantage of such a heat exchanger is the limited flow of coolant through the holes in the plates and the presence of an additional element - a housing that increases the size and weight of the entire heat exchanger. A rational area of their application is gas-liquid heat exchangers.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принятым за прототип является теплообменник, в котором матрица состоит из теплообменных элементов, образованных пластинами с гофрированными участками, и отверстий коллекторов, соединенных поочередно отбортовками пластин и коллекторов. [Патент РФ №2289074]. В нем течение нагреваемого теплоносителя осуществляется из раздающего коллектора в матрицу и затем в сборный коллектор по всей ширине пластин и коллекторов. Греющий теплоноситель движется перпендикулярно нагреваемому теплоносителю. Реализуется одноходовая перекрестно-точная схема.Closest to the proposed invention and adopted as a prototype is a heat exchanger, in which the matrix consists of heat exchange elements formed by plates with corrugated sections, and the holes of the collectors connected alternately by flanging the plates and collectors. [RF patent No. 2289074]. In it, the flow of the heated coolant is carried out from the distributing collector to the matrix and then to the collecting collector over the entire width of the plates and collectors. The heating fluid moves perpendicular to the heated fluid. A one-way cross-accurate scheme is implemented.

Недостаток теплообменника: его применение ограничено невысокой степенью регенерации теплоты (<=0,6) из-за невысокой эффективности перекрестно-точной схемы.The disadvantage of the heat exchanger: its use is limited by a low degree of heat recovery (<= 0.6) due to the low efficiency of the cross-accurate scheme.

Задачей, которую решает предложенное устройство, является повышение эффективности теплообменника и упрощение технологии изготовления при сборке и сварке матрицы.The task that the proposed device solves is to increase the efficiency of the heat exchanger and simplify the manufacturing technology during assembly and welding of the matrix.

Технический результат, который обеспечивает решение поставленной задачи, является применение противоточной схемы, расположение коллекторов по периферии пластины и увеличение площади теплопередающей поверхности или уменьшение размера заготовкиThe technical result, which provides a solution to the problem, is the use of a countercurrent circuit, the location of the collectors on the periphery of the plate and an increase in the area of the heat transfer surface or a decrease in the size of the workpiece

Технический результат обеспечивается тем, что теплообменная поверхность занимает пластину, фронтальные поверхности входа и выхода теплоносителей расположены на периферии пластины, образующиеся при наложении пластин друг на друга перекрещивающиеся каналы греющего и нагреваемого теплоносителя герметично закрыты по периметру пластин, кроме каналов соответствующего теплоносителя на участках входа и выхода, причем участки входа и выхода одного теплоносителя находятся на противоположных сторонах пластин, а другого теплоносителя - симметрично на двух других сторонах при расстоянии участков входа от участков выхода на длину пластины без отбортовок.The technical result is ensured by the fact that the heat exchange surface occupies the plate, the front surfaces of the coolant inlet and outlet are located on the periphery of the plate, the overlapping channels of the heating and heated coolant formed when the plates are superimposed are hermetically closed along the perimeter of the plates, except for the channels of the corresponding coolant in the inlet and outlet sections moreover, the inlet and outlet sections of one coolant are on opposite sides of the plates, and the other coolant is sym en- on the other two sides at a distance from the exit portions entry portions by the length of the plate without flange returns.

Технический результат обеспечивается и тем, что каналы теплоносителей закрыты по периметру пластин соединенными между собой соответственно отбортовками наружных кромок и дополнительными П-образными отбортовками.The technical result is ensured by the fact that the coolant channels are closed along the perimeter of the plates, respectively flanged along the outer edges and additional U-shaped flanges.

Технический результат обеспечивается и тем, что каналы для греющего и нагреваемого теплоносителя герметично закрыты по периметру пластин удлиненными наружными кромками, отогнутыми внахлестку на кромки соседних пластин и перекрывающими одновременно оба канала и сваренными (паяными) между собой.The technical result is ensured by the fact that the channels for the heating and heated coolant are hermetically closed along the perimeter of the plates with elongated outer edges, bent overlapping to the edges of adjacent plates and overlapping both channels and welded (soldered) between them.

На фиг.1 показан вид спереди на пластину; на фиг.2 - матрица с отбортовками наружных кромок и дополнительными П-образными отбортовками; на фиг.3 - матрица с удлиненными наружными кромками.Figure 1 shows a front view of the plate; figure 2 - matrix with flanging of the outer edges and additional U-shaped flanging; figure 3 - matrix with elongated outer edges.

Матрица пластинчатого теплообменника состоит из набора пластин 1 с гофрами 2 (фиг.1), расположенными под углом, отличным от нуля или девяноста градусов к сторонам 3, 4 пластины 1. Гофры соседних пластин 1 (фиг.2, 3) образуют теплообменные каналы 5, 6 для прохода теплоносителей. Для предотвращения утечек теплоносителей через боковые поверхности стороны 3 теплообменные каналы 5 закрыты дополнительными П-образными отбортовками 7, а теплообменные каналы 6 - отбортовками 8 внешних кромок сторон 3. На участках входа 9 и выхода 10 одного из теплоносителей (например, теплоносителя большего давления) в каналы 5 дополнительные П-образные отбортовки 7 заменены продолжением теплообменных каналов 5 до отбортовок 8 внешних кромок.The matrix of the plate heat exchanger consists of a set of plates 1 with corrugations 2 (Fig. 1) located at an angle different from zero or ninety degrees to the sides 3, 4 of the plate 1. Corrugations of adjacent plates 1 (Figs. 2, 3) form heat exchange channels 5 , 6 for the passage of coolants. To prevent leakage of coolant through the lateral surfaces of side 3, the heat exchange channels 5 are closed with additional U-shaped flanges 7, and the heat exchange channels 6 are closed with flanges 8 of the outer edges of the sides 3. At the inlet 9 and outlet 10 of one of the coolant (for example, a larger pressure medium) channels 5 additional U-shaped flanges 7 are replaced by a continuation of the heat exchange channels 5 to flanges 8 of the outer edges.

Участки входа 11 и выхода 12 другого теплоносителя (теплоносителя низкого давления) перпендикулярны участкам входа 9 и выхода 10 первого теплоносителя и находятся на стороне 4. Плоскости сторон 4 отстоят от плоскостей сторон 3 на высоту гофра 2. Теплообменные каналы 5, выходящие на сторону 4, герметично закрыты по кромкам стороны 4 пластины 1 (например, сваркой кромок между собой). Теплообменные каналы 6 остаются открытыми для входа и выхода теплоносителя низкого давления.The sections of the inlet 11 and the outlet 12 of the other coolant (low-pressure coolant) are perpendicular to the sections of the inlet 9 and the outlet 10 of the first coolant and are on side 4. The planes of the sides 4 are separated from the planes of the sides 3 by the height of the corrugation 2. The heat transfer channels 5 that extend to side 4, hermetically closed along the edges of the side 4 of the plate 1 (for example, by welding the edges together). The heat exchange channels 6 remain open for entry and exit of the low pressure coolant.

При сборке матрицы две пластины 1 с перекрещивающимся расположением гофр свариваются по П-образным отбортовкам и кромкам сторон 4 в единую пару. Пары пластин 1 собираются в пакет и пара сваривается с соседней парой по отбортовкам 8 стороны 3.When assembling the matrix, two plates 1 with a crossing arrangement of corrugations are welded along the U-shaped flanges and the edges of the sides 4 in a single pair. The pairs of plates 1 are assembled into a bag and the pair is welded with an adjacent pair of flanges 8 side 3.

Процесс пайки матрицы осуществляется за одну операцию.The process of soldering the matrix is carried out in one operation.

Изготовить матрицу сваркой последовательным наращиванием количества пластин можно при использовании удлиненных отбортовок 13 (фиг.3). Две пластины свариваются отбортовками 13, отбортовки отгибаются с перекрытием отбортовок соседних пар пластин и привариваются к ним. На участках входа и выхода теплоносителей используются укороченные отбортовки без отгиба.The matrix can be made by welding by sequentially increasing the number of plates using elongated flanges 13 (Fig. 3). Two plates are welded by flanges 13, flanges are unbent with overlapping flanges of adjacent pairs of plates and welded to them. Shortened flanges without bending are used in the areas of coolant entry and exit.

Матрица работает следующим образом.The matrix works as follows.

Один из теплоносителей (например, большей плотности) поступает из двух коллекторных систем (не показаны) на два входа 9 матрицы (фиг.2) и по каналам 6 распределяется по поверхности матрицы. Каналы 6 по периметру матрицы герметично закрыты дополнительными П-образными отбортовками или удлиненными отбортовками, кроме каналов, выходящих на вход 9 и на выход 10. Под действием градиента давления теплоноситель течет к выходу 10 из матрицы, воспринимая (или передавая) теплоту другого теплоносителя. Для обеспечения равномерного поля скоростей отношение длины канала к его ширине должно быть при одностороннем подводе более 3, а при подводе теплоносителя с двух сторон - более 1,5.One of the coolants (for example, of higher density) comes from two collector systems (not shown) to two inputs 9 of the matrix (Fig. 2) and is distributed along channels 6 along the surface of the matrix. The channels 6 along the perimeter of the matrix are hermetically sealed with additional U-shaped flanges or elongated flanges, except for channels going to input 9 and output 10. Under the influence of a pressure gradient, the coolant flows to exit 10 from the matrix, sensing (or transferring) the heat of another coolant. To ensure a uniform velocity field, the ratio of the channel length to its width should be more than 3 with a unilateral supply, and more than 1.5 when supplying a coolant from two sides.

Другой теплоноситель поступает на вход 11 матрицы и по каналам 5 проходит к выходу 12. Для предотвращения утечек через боковые поверхности отбортовки 8 наружных кромок герметично соединены между собой.Another heat carrier enters the matrix inlet 11 and passes through the channels 5 to the outlet 12. To prevent leaks through the lateral flanging surfaces, the 8 outer edges are tightly interconnected.

Claims

1. The plate heat exchanger matrix, consisting of a set of plates with corrugations located at an acute or obtuse angle to either side of the plates and forming a heat transfer surface, characterized in that the heat transfer surface occupies the entire plate, the front surfaces of the inlet and outlet of the coolants are located on the periphery of the plate; the intersecting channels of the heating and heated coolant formed when the plates are superimposed on each other are hermetically closed along the perimeter of the plates, except for the channels of the corresponding coolant in the inlet and outlet sections, the inlet and outlet sections of one coolant being on opposite sides of the plates, and the other coolant symmetrically on the other two sides when removing the entrance sections from the exit sections to the plate length without flanging.

2. The plate heat exchanger matrix according to claim 1, characterized in that the channels for the heating and heating medium along the perimeter of the plates are closed by flanged outer edges and additional U-shaped flanges.

3. The plate heat exchanger matrix according to claim 1, characterized in that the channels for the heating and heated coolant are hermetically closed along the perimeter of the plates with elongated outer edges, bent overlapping on the edges of adjacent plates overlapping simultaneously both channels and welded (soldered) between each other.