RU2535187C1 - Plate heat exchanger with staggered arrangement of channels - Google Patents
Plate heat exchanger with staggered arrangement of channels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2535187C1 RU2535187C1 RU2013125533/06A RU2013125533A RU2535187C1 RU 2535187 C1 RU2535187 C1 RU 2535187C1 RU 2013125533/06 A RU2013125533/06 A RU 2013125533/06A RU 2013125533 A RU2013125533 A RU 2013125533A RU 2535187 C1 RU2535187 C1 RU 2535187C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channels
- hot
- heat exchanger
- cold
- coolant
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при производстве теплообменных аппаратов для бытовых и производственных целей (как пример вентиляция, рекуперация тепла, кондиционирование, утилизация тепла, коммунальная сфера, отопление зданий и сооружений, охлаждение различных машин и механизмов, двигателей, системы охлаждения и обогрева).The invention relates to the field of heat engineering and can be used in the manufacture of heat exchangers for domestic and industrial purposes (as an example, ventilation, heat recovery, air conditioning, heat recovery, utilities, heating of buildings and structures, cooling of various machines and engines, engines, cooling systems and heating).
Задача изобретения - создать эффективные теплообменники, не требующие трудоемких сборочных операций при производстве.The objective of the invention is to create efficient heat exchangers that do not require laborious assembly operations in production.
Из текущего уровня техники известны матричные теплообменники, которые изготавливаются методом соединения перфорированных пластин так, чтобы отверстия в пластинах при соединении образовывали каналы сложной формы, по которым течет теплоноситель. Недостатком таких теплообменников является высокая сложность изготовления (так как требуется изготовление большого количества деталей, далее их сборка), а также высокая материалоемкость и стоимость материалов, что приводит к высокой стоимости таких теплообменников, что экономически нецелесообразно.Matrix heat exchangers are known from the state of the art, which are made by joining perforated plates so that the holes in the plates, when connected, form channels of complex shape through which the coolant flows. The disadvantage of such heat exchangers is the high complexity of manufacturing (since it requires the manufacture of a large number of parts, then their assembly), as well as the high material consumption and cost of materials, which leads to the high cost of such heat exchangers, which is not economically feasible.
Также из текущего уровня техники известны пластинчатые теплообменники. Они изготовляются из плоских или рельефных пластин определенной формы с целью интенсификации теплообмена. При сборке между пластинами образуются каналы, по которым течет теплоноситель. Недостатком таких теплообменников является большая трудоемкость и стоимость производства, так как необходимо изготовить большое количество деталей и собрать их воедино.Plate heat exchangers are also known in the art. They are made of flat or embossed plates of a certain shape in order to intensify heat transfer. When assembling between the plates, channels are formed through which the coolant flows. The disadvantage of such heat exchangers is the high complexity and cost of production, since it is necessary to manufacture a large number of parts and assemble them together.
Технический результат предлагаемого изобретения - это отсутствие сборочных операций при производстве теплообменника и достижение высокой интенсивности теплообмена за счет увеличения площади поверхностей теплообмена без увеличения размеров теплообменника и без увеличения потерь давления при прокачке теплоносителей.The technical result of the invention is the lack of assembly operations in the production of the heat exchanger and the achievement of a high heat transfer rate by increasing the surface area of the heat transfer without increasing the size of the heat exchanger and without increasing pressure loss during pumping of the coolant.
Поставленная задача решается тем, что теплообменник изготовлен методом трехмерной печати на SD-принтере, имеет участок разведения каналов от патрубков по объему теплообменника, участок перенаправления каналов горячего и холодного теплоносителей, в котором происходит преобразование расположения каналов горячего и холодного теплоносителей относительно друг друга в шахматный порядок с помощью вспомогательной разделяющей перегородки, и участок интенсивного теплообмена с каналами горячего и холодного теплоносителей, расположенными в шахматном порядке, при котором стенки каналов холодного теплоносителя контактируют со стенками каналов горячего теплоносителя по всему поперечному сечению каналов, а стенки каналов горячего теплоносителя контактируют со стенками каналов холодного теплоносителя по всему поперечному сечению каналов.The problem is solved in that the heat exchanger is made by three-dimensional printing on an SD printer, has a channel separation section from the nozzles in the volume of the heat exchanger, a channel for redirecting the hot and cold coolant channels, in which the arrangement of the hot and cold coolant channels relative to each other is staggered with the help of an auxiliary dividing wall, and a section of intense heat exchange with channels of hot and cold coolants located in in an Ahmatic order, in which the walls of the channels of the cold coolant are in contact with the walls of the channels of the hot coolant throughout the cross-section of the channels, and the walls of the channels of the hot coolant are in contact with the walls of the channels of the coolant throughout the cross-section of the channels.
Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.
а) отсутствие сборочных операций достигается за счет производства методом трехмерной печати на 3D-принтерах.a) the lack of assembly operations is achieved through the production of three-dimensional printing on 3D printers.
Используются следующие технологии печати:The following printing technologies are used:
- Моделирование методом наплавления (английское наименование Fused Deposition Modeling, FDM) Данная технология является наиболее перспективной с точки зрения экономической целесообразности.- Deposition Modeling (English name Fused Deposition Modeling, FDM) This technology is the most promising from the point of view of economic feasibility.
- Лазерная стереолитография (английское наименование Laser Stereolithography, SLA)- Laser stereolithography (English name Laser Stereolithography, SLA)
- Селективное лазерное спекание (английское наименование Selective Laser Sintering, SLS)- Selective laser sintering (English name Selective Laser Sintering, SLS)
- Электронно-лучевая плавка (английское наименование Electron Beam Melting, EBM)- Electron beam melting (English name Electron Beam Melting, EBM)
б) высокая компактность и эффективность теплообмена достигается за счет новой схемы взаимного расположения каналов горячего и холодного теплоносителей. Они расположены в шахматном порядке, при этом стенки каналов холодного теплоносителя контактируют со стенками каналов горячего теплоносителя по всему поперечному сечению канала, а стенки каналов горячего теплоносителя контактируют со стенками каналов холодного теплоносителя по всему поперечному сечению канала, благодаря чему достигается более высокая компактность теплообменника по сравнению с классическим пластинчатым теплообменником. Наиболее эффективной формой поперечного сечения канала является квадрат, так как при этом обеспечивается максимальная площадь поверхности теплообмена.b) high compactness and heat exchange efficiency is achieved due to the new scheme of mutual arrangement of channels of hot and cold coolants. They are staggered, with the walls of the channels of the cold coolant in contact with the walls of the channels of the hot coolant over the entire cross-section of the channel, and the walls of the channels of the hot coolant in contact with the walls of the channels of the coolant throughout the cross-section of the channel, thereby achieving a higher compactness of the heat exchanger compared to with classic plate heat exchanger. The most effective form of the cross section of the channel is a square, since this ensures the maximum heat exchange surface area.
Теплообменник может быть создан из пластика, металла или иного материала, пригодного для трехмерной печати. При этом даже если материал печати имеет достаточно низкий коэффициент теплопроводности (как например у пластика), это не сказывается на итоговом коэффициенте теплопередачи, так как современные 3D-принтеры могут создавать стенки толщиной 0.2-0.4 мм. При такой толщине стенки в широком диапазоне скоростей теплоносителей коэффициент теплопередачи самой стенки вносит небольшой вклад в общий коэффициент теплопередачи по сравнению с коэффициентами теплоотдачи между теплоносителем и стенкой.The heat exchanger can be made of plastic, metal or other material suitable for three-dimensional printing. Moreover, even if the printing material has a sufficiently low coefficient of thermal conductivity (such as plastic), this does not affect the final heat transfer coefficient, as modern 3D printers can create walls with a thickness of 0.2-0.4 mm. With such a wall thickness in a wide range of coolant speeds, the heat transfer coefficient of the wall itself makes a small contribution to the overall heat transfer coefficient compared to the heat transfer coefficients between the coolant and the wall.
Описание устройства теплообменника.Description of the heat exchanger device.
Теплообменник можно условно разделить на следующие функциональные участки.The heat exchanger can be divided into the following functional areas.
1. Присоединительные патрубки. К ним подсоединяются подводящие и отводящие каналы теплоносителей. Они могут иметь любую геометрическую форму.1. Connecting branch pipes. The inlet and outlet channels of the coolant are connected to them. They can have any geometric shape.
2. Участок разведения каналов теплоносителей. На этом участке происходит разветвление каналов теплоносителей с целью распределить каналы по всему объему теплообменника.2. Plot breeding channels of coolants. In this area, the channels of the coolant are branched to distribute the channels throughout the volume of the heat exchanger.
3. Участок перенаправления каналов, на котором происходит перенаправление каналов горячего и холодного теплоносителей таким образом, чтобы к концу этого участка каналы с холодным и горячим теплоносителем располагались в шахматном порядке относительно друг друга.3. The channel redirection section where the hot and cold coolant channels are redirected so that by the end of this section the cold and hot coolant channels are staggered relative to each other.
4. Участок интенсивного теплообмена. На этом участке каналы горячего и холодного теплоносителей располагаются в шахматном порядке таким образом, что стенки каналов холодного теплоносителя контактируют со стенками каналов горячего теплоносителя по всему поперечному сечению каналов, а стенки каналов горячего теплоносителя контактируют со стенками каналов холодного теплоносителя по всему поперечному сечению каналов. На этом участке происходит наиболее интенсивный теплообмен, так как в теплообмене участвуют не только верхняя и нижняя грань каждого канала, но еще и две боковые стенки. Таким образом, один и тот же канал при прочих равных условиях (занимаемый объем, гидродинамическое сопротивление) отдает или принимает больше тепловой энергии, чем, к примеру, аналогичный по размерам у классического пластинчатого теплообменника с плоскими пластинами.4. The area of intense heat transfer. In this section, the channels of hot and cold coolant are staggered in such a way that the walls of the channels of the cold coolant are in contact with the walls of the channels of the hot coolant throughout the cross-section of the channels, and the walls of the channels of the hot coolant are in contact with the walls of the coolant channels throughout the entire cross-section of the channels. The most intense heat exchange occurs on this site, since not only the upper and lower faces of each channel, but also two side walls are involved in heat transfer. Thus, the same channel, ceteris paribus (occupied volume, hydrodynamic resistance) gives off or receives more thermal energy than, for example, similar in size to a classic plate heat exchanger with flat plates.
Изобретение сопровождается чертежами, которые не охватывают весь спектр притязаний данного решения, а только являются частными случаями конкретного изготовления теплообменника.The invention is accompanied by drawings, which do not cover the entire spectrum of claims of this solution, but are only special cases of a particular manufacture of a heat exchanger.
На фиг.1 показан общий вид одного из вариантов изготовления теплообменника. По высоте теплообменник состоит из повторяющихся двойных рядов. Каждый двойной ряд состоит из нижнего и верхнего уровней. При этом 1 - входной патрубок горячего теплоносителя, 2 - выходной патрубок горячего теплоносителя, 3 - входной патрубок холодного теплоносителя, 4 - выходной патрубок холодного теплоносителя. Горячий теплоноситель попадает в патрубок 1 с верхнего уровня двойного ряда, а на выходе из теплообменника оказывается на нижнем уровне, а холодный теплоноситель, попадая в патрубок 3 также с верхнего уровня, в процессе прохождения через теплообменник попадает на нижний уровень патрубка 4.Figure 1 shows a General view of one of the options for manufacturing a heat exchanger. The height of the heat exchanger consists of repeating double rows. Each double row consists of lower and upper levels. In this case, 1 is the inlet pipe of the hot fluid, 2 is the outlet pipe of the hot fluid, 3 is the inlet pipe of the cold fluid, 4 is the outlet pipe of the cold fluid. The hot heat carrier enters
На фиг.2 показан продольный разрез теплообменника вдоль одного из двойных рядов, демонстрирующий схему расположения каналов внутри одного двойного ряда. В патрубок 6 в нижний уровень поступает холодный теплоноситель (на этом же уровне со стороны патрубка горячего теплоносителя напечатана заглушка 5, так как горячий теплоноситель поступает со второго уровня). Далее с помощью ребер жесткости 7 теплоноситель распределяется по всему объему нижнего уровня. Далее начинается участок, в котором происходит переплетение каналов нижнего и верхнего уровней таким образом, чтобы они расположились относительно друг друга в шахматном порядке. Для этого каждый четный ряд первого и второго уровней делится разделяющей перегородкой на две половины, причем по мере движения теплоносителя одна половина закрыта перегородкой 8, а вторая половина с помощью перегородки 9 плавно перенаправляет холодный теплоноситель на верхний уровень. Таким образом, на выходе из этого участка четные ряды холодного теплоносителя оказываются на верхнем уровне, а нечетные остаются на нижнем уровне. Аналогично происходит и с горячим теплоносителем, но только наоборот, четные каналы горячего теплоносителя с помощью перегородки 8 с верхнего уровня опускаются на нижний уровень.Figure 2 shows a longitudinal section of a heat exchanger along one of the double rows, showing the layout of the channels inside one double row. In the
Далее имеется участок интенсивного теплообмена 10, вдоль которого каналы горячего и холодного теплоносителей располагаются в шахматном порядке. После того, как этот участок заканчивается, с помощью перегородок 11 и 12 происходит перенаправление нечетных рядов на верхний уровень, в результате чего и в четных, и в нечетных рядах верхнего уровня течет один и тот же холодный теплоноситель, который направляется с помощью ребер жесткости в один выходной патрубок холодного теплоносителя. Горячий теплоноситель при этом оказывается на нижнем уровне и течет через ребра жесткости 13 и патрубок 14. Направление движения теплоносителей в общем случае может быть как противоточным, так и однонаправленным.Next, there is a section of
Фиг.3 демонстрирует, каким образом происходит перенаправление каналов с нижнего на верхний уровень, и наоборот, с нижнего на верхний. Разделяющая перегородка 15 разделяет каналы горячего и холодного теплоносителей при их течении с одного уровня на другой, а перегородки 16 и 17 направляют теплоноситель на соответствующий необходимый уровень.Figure 3 shows how channels are redirected from the lower to the upper level, and vice versa, from the lower to the upper. The dividing
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125533/06A RU2535187C1 (en) | 2013-06-03 | 2013-06-03 | Plate heat exchanger with staggered arrangement of channels |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125533/06A RU2535187C1 (en) | 2013-06-03 | 2013-06-03 | Plate heat exchanger with staggered arrangement of channels |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013125533A RU2013125533A (en) | 2014-12-10 |
RU2535187C1 true RU2535187C1 (en) | 2014-12-10 |
Family
ID=53285845
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013125533/06A RU2535187C1 (en) | 2013-06-03 | 2013-06-03 | Plate heat exchanger with staggered arrangement of channels |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2535187C1 (en) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016138996A1 (en) * | 2015-03-05 | 2016-09-09 | Linde Aktiengesellschaft | Column for material and/or energy exchange for treating a fluid and method for producing this device |
WO2016138997A1 (en) * | 2015-03-05 | 2016-09-09 | Linde Aktiengesellschaft | 3d-printed heating surface element for a plate heat exchanger |
CN106839832A (en) * | 2017-01-23 | 2017-06-13 | 中国科学技术大学 | A kind of bend flow channel heat exchanger in the thermodynamic cycle for supercritical fluid |
RU2660701C1 (en) * | 2017-10-04 | 2018-07-09 | Леонид Григорьевич Кузнецов | Rotary supercharger |
RU184284U1 (en) * | 2017-12-27 | 2018-10-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | DEVICE FOR HEAT INSULATION OF THE DESK OF THE ADDITIVE MACHINE |
RU2673305C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-11-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Counter flow heat exchanger |
US10487771B2 (en) | 2018-01-15 | 2019-11-26 | Ford Global Technologies, Llc | Cylinder head of an internal combustion engine |
US10830540B2 (en) | 2017-02-28 | 2020-11-10 | General Electric Company | Additively manufactured heat exchanger |
RU2742365C2 (en) * | 2016-11-10 | 2021-02-05 | Сафран | Heat exchanger |
RU2748296C1 (en) * | 2020-08-18 | 2021-05-21 | Александр Витальевич Барон | Heat exchanger |
EA038501B1 (en) * | 2017-11-22 | 2021-09-07 | Дженерал Электрик Компани | Thermal management system |
RU2755759C1 (en) * | 2021-02-26 | 2021-09-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Recuperative heat exchanger and method for its operation |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1829559A1 (en) * | 1989-06-05 | 1996-02-20 | Производственное объединение "Невский завод" им.В.И.Ленина | Plate-type heat-exchanger |
RU2055294C1 (en) * | 1992-03-26 | 1996-02-27 | Луганский Машиностроительный Институт | Radiator |
-
2013
- 2013-06-03 RU RU2013125533/06A patent/RU2535187C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1829559A1 (en) * | 1989-06-05 | 1996-02-20 | Производственное объединение "Невский завод" им.В.И.Ленина | Plate-type heat-exchanger |
RU2055294C1 (en) * | 1992-03-26 | 1996-02-27 | Луганский Машиностроительный Институт | Radiator |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
US 7285153 B2 (NORSK HYDRO AS) 23 10 2007 . WO 2013032664 A2 (ALCATEL LUCENT USA INC) 07 03 2013. * |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3265739B1 (en) | 2015-03-05 | 2019-01-23 | Linde Aktiengesellschaft | 3d printed heating surface element for a plate heat exchanger |
WO2016138997A1 (en) * | 2015-03-05 | 2016-09-09 | Linde Aktiengesellschaft | 3d-printed heating surface element for a plate heat exchanger |
CN107427920A (en) * | 2015-03-05 | 2017-12-01 | 林德股份公司 | Surface element is heated in 3D printing for heat-exchangers of the plate type |
CN107427920B (en) * | 2015-03-05 | 2021-04-30 | 林德股份公司 | Plate heat exchanger and method for manufacturing a plate heat exchanger |
WO2016138996A1 (en) * | 2015-03-05 | 2016-09-09 | Linde Aktiengesellschaft | Column for material and/or energy exchange for treating a fluid and method for producing this device |
RU2742365C2 (en) * | 2016-11-10 | 2021-02-05 | Сафран | Heat exchanger |
CN106839832A (en) * | 2017-01-23 | 2017-06-13 | 中国科学技术大学 | A kind of bend flow channel heat exchanger in the thermodynamic cycle for supercritical fluid |
US10830540B2 (en) | 2017-02-28 | 2020-11-10 | General Electric Company | Additively manufactured heat exchanger |
RU2660701C1 (en) * | 2017-10-04 | 2018-07-09 | Леонид Григорьевич Кузнецов | Rotary supercharger |
RU2673305C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-11-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Counter flow heat exchanger |
EA038501B1 (en) * | 2017-11-22 | 2021-09-07 | Дженерал Электрик Компани | Thermal management system |
RU184284U1 (en) * | 2017-12-27 | 2018-10-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | DEVICE FOR HEAT INSULATION OF THE DESK OF THE ADDITIVE MACHINE |
US10487771B2 (en) | 2018-01-15 | 2019-11-26 | Ford Global Technologies, Llc | Cylinder head of an internal combustion engine |
RU2748296C1 (en) * | 2020-08-18 | 2021-05-21 | Александр Витальевич Барон | Heat exchanger |
RU2755759C1 (en) * | 2021-02-26 | 2021-09-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Recuperative heat exchanger and method for its operation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013125533A (en) | 2014-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2535187C1 (en) | Plate heat exchanger with staggered arrangement of channels | |
EP3640574B1 (en) | Counter-flow heat exchanger with helical passages | |
CA2682420C (en) | Heat absorbing or dissipating device with multi-pipe reversely transported temperature difference fluids | |
JP5882909B2 (en) | Heat exchanger, garbage processing machine including heat exchanger, and method of manufacturing heat exchanger | |
CN103994675B (en) | Heat exchanger | |
JPWO2018012558A1 (en) | Stacked heat sink core | |
CN104567509B (en) | A kind of fin-type heat exchange unit and manufacture method and the heat exchanger containing this unit | |
US20120199328A1 (en) | Heat Exchanger Comprising a Tubular Element and a Heat Transfer Element | |
US20170205156A1 (en) | Heat exchangers | |
CN104776736A (en) | Novel high-efficiency heat exchanger and molding method thereof | |
JP5944104B2 (en) | Heat exchanger | |
CN105783338A (en) | Heat exchanger | |
CN104089498A (en) | Novel micro-channel heat exchanger | |
CN103733012A (en) | Multiplate heat exchanger | |
EP3855107A1 (en) | Fractal heat exchanger | |
RU2687549C1 (en) | Heat exchanger | |
US10502501B1 (en) | Louvered elliptical tube micro-lattice heat exchangers | |
JP5071181B2 (en) | Heat exchanger | |
RU2584081C1 (en) | Micro channel heat exchanger | |
RU2596685C2 (en) | Heat exchange module | |
JP6162836B2 (en) | Heat exchanger | |
CN203980950U (en) | A kind of novel micro-channel heat exchanger | |
RU2662459C1 (en) | Heat exchanger with liquid heat carrier (options) | |
JP2010117102A (en) | Heat exchanger | |
EP3465059B1 (en) | Heating device and modular heating system that can be assembled in modular form in the installation step |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190604 |