RU2462677C1

RU2462677C1 - Plate-type heat exchanger matrix

Info

Publication number: RU2462677C1
Application number: RU2011114425/06A
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Анисин (RU); Андрей Александрович Анисин
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-09-27

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: plate-type heat exchanger matrix includes intermediate shaped plate-turbuliser with the same relief geometry, which is located between heat release shaped surfaces.

EFFECT: considerable increase in the ratio of flow passages of shaped channels for adjacent heat carriers and their high heat power efficiency.

4 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании и модернизации теплообменных аппаратов и устройств энергетического, транспортного и промышленного назначения, основу которых составляют различные компоновки пластинчатой поверхности.The invention relates to heat transfer technology and can be used to create and upgrade heat exchangers and devices for energy, transport and industrial purposes, the basis of which are various layouts of the plate surface.

Известные конструкции пластинчатых теплообменников на основе "традиционных" компоновок профильной пластинчатой поверхности сетчато-поточного типа с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами [1, 2] обеспечивают высокие показатели теплоэнергетической эффективности. Это обусловлено тем, что сложная геометрия проходных сечений зигзагообразных конфузорно-диффузорных каналов, образуемых поверхностью теплообменных пластин, синтезирует в структуре отрывного потока положительные особенности продольного течения в криволинейном канале (внутренняя задача) и внешнего обтекания контактирующих сфероидальных выступов с шахматным или коридорным расположением, моделирующих поперечно обтекаемые короткие трубчатые элементы с переменным радиусом образующей, и определяющие в целом благоприятные условия взаимодействия потока с поверхностью теплообмена.Known designs of plate heat exchangers based on "traditional" layouts of a profile plate surface of a mesh-flow type with double-sided spheroidal protrusions and troughs [1, 2] provide high indicators of heat energy efficiency. This is due to the fact that the complex geometry of the passage sections of the zigzag confuser-diffuser channels formed by the surface of the heat exchange plates synthesizes the positive features of the longitudinal flow in the curved channel (internal task) and the external flow around contacting spheroidal protrusions with a checkerboard or corridor arrangement, modeling transversely streamlined short tubular elements with a variable generatrix radius, and determining generally favorable conditions for mutual the action of the flow with the heat exchange surface.

При этом ощутимым недостатком теплообменных аппаратов с указанными компоновками является одинаковая величина проходных сечений каналов для разных по физическим свойствам и рабочим параметрам теплоносителей по обеим сторонам профильного листа. Особенно остро этот недостаток проявляется в теплообменниках с большими расходами и различной плотностью газообразных теплоносителей в условиях массогабаритных ограничений, предъявляемых к аппаратам энергетических установок. Возможность создания пластинчатых теплообменников с разными по величине проходными сечениями для смежных теплоносителей может быть достигнута при использовании варианта компоновки пластин с промежуточными, между теплоотдающими поверхностями, однотипными профильными пластинами-турбулизаторами.At the same time, a noticeable drawback of heat exchangers with the indicated layouts is the same value of the passage sections of the channels for different physical properties and operating parameters of heat carriers on both sides of the profile sheet. This drawback is especially acute in heat exchangers with high flow rates and different densities of gaseous coolants under conditions of mass and size restrictions imposed on the apparatus of power plants. The possibility of creating plate heat exchangers with different passage sections for adjacent coolants can be achieved by using the option of arranging plates with intermediate, between heat-transferring surfaces, of the same type of turbulizer profile plates.

Задачами изобретения являются интенсификация теплоотдачи пластинчатой поверхности в условиях нового варианта компоновки пластин, обеспечивающего существенное увеличение отношения проходных сечений каналов для смежных теплоносителей, снижение металлоемкости и уменьшение объема матрицы теплообменника.The objectives of the invention are to intensify the heat transfer of the plate surface in the conditions of a new version of the layout of the plates, which provides a significant increase in the ratio of the passage cross-sections of channels for adjacent coolants, reducing metal consumption and reducing the volume of the heat exchanger matrix.

Поставленные задачи решаются при использовании матрицы пластинчатого теплообменника с поверхностью в виде пластин сетчато-поточного типа с равновеликими двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами, образующих при взаимном контакте сфероидальных выступов изолированные каналы для смежных теплоносителей ("горячего" и "холодного"), отличающейся тем, что в каналах по стороне одного из теплоносителей размещается промежуточная дистанционирующая профильная пластина-турбулизатор с геометрией разбивки и рельефа, одинаковой с находящимися с ней в контакте с обеих сторон теплоотдающими пластинчатыми поверхностями, существенно увеличивающая соотношение проходных сечений каналов для смежных теплоносителей с разными теплофизическими и гидродинамическими параметрами и обеспечивающая высокую теплоэнергетическую эффективность данного компоновочного варианта пластинчатой поверхности путем дополнительной турбулизации потока, а также за счет реализации эффекта оребрения указанной промежуточной пластины-турбулизатора (в частности, из материала с высокой теплопроводностью), обусловленного механизмом контактной теплопроводности, усиленного большей площадью и плотностью взаимного контактирования смежных пластин со сфероидальными выступами с плоской вершиной в одном варианте компоновки или контактирования сфероидальных выступов теплоотдающих пластин со сфероидальными выступами пластин-турбулизаторов со сферическими углублениями на их вершинах в другом.The tasks are solved by using a plate heat exchanger matrix with a surface in the form of a grid-flow type plates with equal double-sided spheroidal protrusions and depressions, which form isolated channels for adjacent coolants (“hot” and “cold”) when the spheroidal protrusions are in mutual contact, characterized in that in the channels on the side of one of the coolants there is an intermediate spacing profile-turbulator plate with the geometry of the breakdown and relief, the same as finding heat transfer plate surfaces that are in contact with it on both sides, significantly increasing the ratio of the passage sections of channels for adjacent heat carriers with different thermophysical and hydrodynamic parameters and providing high heat energy efficiency of this layout version of the plate surface by additional turbulence of the flow, as well as by implementing the effect of fins of the specified intermediate turbulizer plate (in particular, from a material with high thermal conductivity dnost) caused by contact heat conduction mechanism, power density and a larger area of mutual contact of adjacent plates spheroidal protrusions with a flat top, in one embodiment layout or spheroidal protrusions contacting with the heat emitting plate-spheroidal protrusions turbulator plates with spherical recesses on their tops in another.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технико-экономические результаты.When carrying out the invention, the following technical and economic results can be obtained.

1. Интенсификация теплоотдачи поверхности путем дополнительной турбулизации потока при взаимодействии его с элементами рельефа сложной формы, а также за счет эффекта оребрения промежуточной профильной пластины-турбулизатора, обусловленного механизмом контактной теплопроводности.1. The intensification of surface heat transfer by additional turbulization of the stream when it interacts with relief elements of complex shape, as well as due to the finning effect of the intermediate profile plate-turbulator, due to the contact heat conduction mechanism.

2. Снижение металлоемкости матрицы теплообменника при использовании компоновки с пластинами-турбулизаторами.2. Reducing the metal consumption of the heat exchanger matrix when using the layout with turbulizer plates.

На фиг.1 изображена схема "традиционной" компоновки пластин с контактирующими сфероидальными выступами, образующих равнопроходные сечения для смежных теплоносителей (S₁/S₂=1); на фиг.2 - схема новой предлагаемой компоновки пластин с промежуточными между теплоотдающими поверхностями пластинами-турбулизаторами, реализующей разнопроходные сечения для смежных теплоносителей (S₁/S₂>1); на фиг.3 изображен фрагмент контактирующих пластин (фиг.2) с увеличенной площадью контакта сфероидальных выступов с плоскими вершинами; на фиг.4 изображен фрагмент контактирующих пластин (фиг.2) с увеличенной площадью контакта сфероидальных и вершин со сферическими выемками.Figure 1 shows a diagram of the "traditional" layout of the plates with contacting spheroidal protrusions, forming equal pass sections for adjacent coolants (S ₁ / S ₂ = 1); figure 2 - diagram of the new proposed layout of the plates with intermediate between the heat-transfer surfaces of the turbulent plates, which implements different passages for adjacent coolants (S ₁ / S ₂ >1); figure 3 shows a fragment of the contacting plates (figure 2) with an increased contact area of spheroidal protrusions with flat tops; figure 4 shows a fragment of the contacting plates (figure 2) with an increased contact area of spheroidal and vertices with spherical recesses.

При работе пластинчатого теплообменника с предложенной матрицей тепло от горячего теплоносителя, проходящего внутри каналов профильных теплоотдающих элементов, через стенки передается омывающему их холодному (смежному) теплоносителю и одновременно за счет контактной теплопроводности промежуточной профильной пластине-турбулизатору, в свою очередь реализующей эффект оребрения при обтекании ее потоком. Таким образом, тепловая эффективность поверхности профилированных каналов матрицы определяется турбулизацией потока теплоносителей сфероидальными выштамповками контактирующих пластин и дополнительной интенсификацией процесса теплоотдачи за счет механизма контактной теплопроводности по стороне теплоносителя с увеличенным проходным сечением каналов.When the plate heat exchanger operates with the proposed matrix, the heat from the hot heat carrier passing inside the channels of the profile heat transfer elements is transferred through the walls to the cold (adjacent) heat carrier that is washing them and, at the same time, due to the contact thermal conductivity of the intermediate profile plate-turbulator, which in turn realizes the finning effect when it flows around it flow. Thus, the thermal efficiency of the surface of the profiled channels of the matrix is determined by the turbulization of the heat carrier flow by spheroidal stampings of the contacting plates and the additional intensification of the heat transfer process due to the contact heat conduction mechanism on the side of the heat carrier with an increased passage section of the channels.

Использование компоновок пластинчатой поверхности с промежуточными пластинами-турбулизаторами с шахматным или коридорным расположением контактирующих элементов рельефа позволяет при существенном увеличении соотношения проходных сечений каналов для смежных теплоносителей варьировать их массовыми расходами, обеспечивая при этом высокие показатели теплоэнергетической эффективности профилированных каналов и сохраняя жесткость, прочность и другие эксплуатационные параметры матрицы пластинчатого теплообменника.The use of layouts of a plate surface with intermediate turbulence plates with a checkerboard or corridor arrangement of contacting relief elements allows one to vary their mass flow rates with a significant increase in the ratio of passage cross-sections of channels for adjacent heat carriers, while ensuring high heat-energy efficiency of profiled channels while maintaining rigidity, strength, and other operational plate heat exchanger matrix parameters.

Источники информацииInformation sources

1. Берман С.С. Авторское свидетельство №122567.1. Berman S.S. Copyright certificate No. 122567.

2. Андреев М.М., Берман С.С. и др. Теплообменная аппаратура энергетических установок. - М.: Машгиз, 1963. - 240 с.2. Andreev M.M., Berman S.S. et al. Heat exchange equipment of power plants. - M .: Mashgiz, 1963 .-- 240 p.

Claims

The matrix of a plate heat exchanger with a surface in the form of a mesh-flow type plates with equal double-sided spheroidal protrusions and depressions, which, when the spheroidal protrusions are in mutual contact, form isolated channels for adjacent coolants (“hot” and “cold”), characterized in that in the channels there is one side of the coolants is placed an intermediate spacing profile-turbulator plate with the geometry of the breakdown and relief, the same as being in contact with it on both sides of the heat transfer lamellar surfaces, which significantly increases the ratio of the channel cross sections for adjacent heat carriers with different thermophysical and hydrodynamic parameters and provides high heat and energy efficiency of this layout variant of the lamellar surface by additional turbulence of the flow, as well as due to the implementation of the finning effect of this intermediate turbulizer plate (in particular, material with high thermal conductivity) due to the contact mechanism eploprovodnosti amplified greater area density and the mutual contacting of adjacent wafers spheroidal protrusions with a flat top, in one embodiment layout or spheroidal protrusions contacting with the heat emitting plate spheroidal protrusions plates with turbulence-spherical recesses on their tops in another.