RU2546905C1

RU2546905C1 - Heat exchange element and plate-like heat exchanger

Info

Publication number: RU2546905C1
Application number: RU2014104182/06A
Authority: RU
Inventors: Ильдус Мухаметгаллевич Закиров; Александр Владимирович Никитин; Ильдар Ильдусович Закиров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр высоких технологий" (НИЦВТ)
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2015-04-10

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: heat exchange element for a plate-like counter-flow heat exchanger includes a profile sheet and a spacing sheet rigidly attached to it with formation of channels for passage of working medium, which have a triangular cross section in zigzag-shaped operating sections and a rectangular section of smaller height in end straight-line sections for supply and discharge of the working medium; with that, the profile and spacing sheets of the heat exchange element are provided on lateral sides with flange portions of equal height exceeding the height of the cross section of the channel in its operating section, with two slot-type openings for supply and discharge of the working medium, which are located diagonally on the ends of the flange portions, and from below of the spacing sheet on both ends throughout its width there are outwardly bent support legs, with the height equal to difference of heights of the channel in its working zigzag-shaped and straight-line sections.

EFFECT: reduction of thermal resistance due to reduction of thickness of material of components of heat exchange elements; improving assembly flexibility and reducing specific metal consumption.

19 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области теплообменных аппаратов, преимущественно - к газо-газовым пластинчатым теплообменникам, и может быть использовано для рекуперации тепла вторичных энергоресурсов в технологических установках и энергетическом оборудовании на промышленных предприятиях и в гражданском строительстве в системах приточно-вытяжной вентиляции.The invention relates to the field of heat exchangers, mainly to gas-gas plate heat exchangers, and can be used for heat recovery of secondary energy resources in technological installations and power equipment at industrial enterprises and in civil engineering in supply and exhaust ventilation systems.

Известен пластинчато-ребристый теплообменник, содержащий элементы, деталями которых являются две гладкие пластины, между которыми расположен гофрированный лист (Барановский И.В., Коваленко Л.М., Ястребеницкий А.Р. Пластинчатые и спиральные теплообменники. - М.: Машиностроение, 1973, с. 228, рис.133-134, 137). Поставленные один на другой такие элементы образуют пакет теплообменника с каналами для прохождения рабочих сред. После сборки необходимого количества элементов в пакет производится припайка гофров к гладкой пластине в местах касания пластин. Необходимая поверхность теплообмена компонуется путем последовательного или параллельного соединения отдельных пакетов.Known plate-fin heat exchanger containing elements, the details of which are two smooth plates, between which there is a corrugated sheet (Baranovsky I.V., Kovalenko L.M., Yastrebenitsky A.R. Plate and spiral heat exchangers. - M.: Engineering, 1973, p. 228, fig. 133-134, 137). Such elements placed one on top of another form a heat exchanger package with channels for the passage of working media. After assembling the required number of elements in the package, the corrugations are soldered to a smooth plate at the places where the plates touch. The necessary heat transfer surface is assembled by series or parallel connection of individual packages.

Недостатком указанного теплообменника является то, что при принятой схеме коммутации и разводки потоков, требуется очень высокое качество контакта деталей элементов, достигаемое применением пайки, что, в свою очередь, требует наличия сложного технологического оборудования - печей с защитной атмосферой из инертных газов или соляных ванн. Отсюда, другим недостатком являются сложность и высокая трудоемкость изготовления, связанные с необходимостью обеспечения высокой точности формообразования гофрированных листов с учетом необходимости операции шлифовки для соединения с гладкими листами пайкой.The disadvantage of this heat exchanger is that with the adopted scheme of switching and wiring flows, a very high quality of contact of the parts of the elements is required, achieved by soldering, which, in turn, requires sophisticated technological equipment - furnaces with a protective atmosphere of inert gases or salt baths. Hence, another disadvantage is the complexity and high complexity of manufacturing associated with the need to ensure high accuracy of the formation of corrugated sheets, taking into account the need for grinding operations to connect with smooth sheets by soldering.

Известны также теплообменный элемент и пластинчатый теплообменник, по совокупности признаков принятые за прототип (Патент RU №2319095 C1. Теплообменный элемент и пластинчатый теплообменник. - МПК⁶ F28D 9/00. Опубл. 10.03.2008, Бюл. №7).A heat exchange element and a plate heat exchanger are also known, all of which are taken as a prototype (Patent RU No. 2319095 C1. Heat exchange element and plate heat exchanger. - IPC ⁶ F28D 9/00. Publish. March 10, 2008, Bull. No. 7).

Данный теплообменник, благодаря принятой схеме коммутации потоков теплоносителей, в некоторой степени лишен недостатков описанного выше устройства. В нем, в частности, не является определяющим условие качества контакта плоского и гладкого листов в теплообменном элементе. Однако сохранение операции пайки, использованной здесь главным образом для обеспечения жесткости конструкции, определяет и присущие ему недостатки, связанные с необходимостью наличия сложного технологического оснащения при высоких трудозатратах.This heat exchanger, due to the adopted scheme for switching coolant flows, is to some extent devoid of the disadvantages of the above device. In it, in particular, the condition for the contact quality of flat and smooth sheets in a heat exchange element is not a determining one. However, the preservation of the soldering operation, used here mainly to ensure structural rigidity, also determines its inherent disadvantages associated with the need for sophisticated technological equipment at high labor costs.

Теплообменный элемент содержит соединенные между собой с помощью пайки плоский проставочный и профильный листы с образованием между ними каналов для рабочих сред, при этом каналы для подвода и отвода рабочих сред выполнены прямолинейными, а рабочий теплопередающий участок каждого канала представляет собой зигзагообразную последовательность коротких каналов, ориентированных друг к другу под углом 90°, с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника, а каналы для подвода и отвода рабочих сред выполнены в поперечном сечении прямоугольными с площадью поперечного сечения, равной площади поперечного сечения короткого теплопередающего канала, в результате чего имеют высоту, равную половине высоты этого канала.The heat exchange element contains a flat spacer and profile sheets interconnected by soldering with the formation of channels for working media between them, while the channels for supplying and removing working fluids are made linear, and the working heat transfer section of each channel is a zigzag sequence of short channels oriented to each other to a friend at an angle of 90 °, with a cross section in the form of an equilateral triangle, and the channels for supplying and discharging working fluids are made in a cross section of rhombic with a cross-sectional area equal to the cross-sectional area of a short heat transfer channel, as a result of which they have a height equal to half the height of this channel.

Недостатком данного теплообменного элемента является неспособность его реализации в полной степени без учета ряда условий. Так, с уменьшением толщины и механических характеристик материала, например в случае использования для изготовления профильного и проставочного листов алюминиевой фольги толщиной менее 0,2 мм, при пайке существенно возрастают трудности производственного характера, обусловленные, в частности, малой жесткостью соединяемых деталей и относительно низкими технологическими показателями данного материала.The disadvantage of this heat exchange element is the inability to fully implement it without taking into account a number of conditions. Thus, with a decrease in the thickness and mechanical characteristics of the material, for example, when aluminum foil with a thickness of less than 0.2 mm is used for manufacturing the profile and spacer sheets, the soldering difficulties significantly increase the production nature, due, in particular, to the low rigidity of the parts to be joined and relatively low technological indicators of this material.

Недостатком принятого за прототип теплообменника, содержащего корпус с размещенными в нем теплообменными элементами, теплоизоляцию, присоединительные фланцы и заглушки, является сложность конструкции и повышенная материалоемкость корпуса, ввиду того, что теплообменные элементы, собранные в стопу, не образуют замкнутого объема теплообменника, что требует выполнения боковых и верхней стенок теплообменника двойными, имея в виду необходимость наличия в конструкции корпуса герметичных полостей для размещения теплоизоляции.The disadvantage of a heat exchanger adopted as a prototype, comprising a housing with heat exchange elements placed in it, heat insulation, connecting flanges and plugs, is the design complexity and increased material consumption of the housing, since the heat exchange elements assembled in a stack do not form a closed volume of the heat exchanger, which requires execution the side and top walls of the heat exchanger are double, bearing in mind the need for sealed cavities in the housing structure to accommodate the thermal insulation.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в реализации изделия, отвечающего современным требованиям энергосбережения, а также технологичности его изготовления.The problem to which the invention is directed is to implement a product that meets modern requirements for energy conservation, as well as the manufacturability of its manufacture.

Поставленная задача решается за счет того, что в пластинчатом теплообменнике теплообменный элемент выполнен содержащим профильный и гладкий проставочный листы, имеющие с боковых сторон борта равной высоты, превышающей высоту поперечного сечения канала на его рабочем участке, с двумя диагонально расположенными по концам бортов щелевидными окнами для подвода и отвода рабочей среды, а снизу проставочного листа с обоих концов по всей его ширине имеются отогнутые наружу опорные лапки, высотой, равной разности высот канала на его рабочем зигзагообразном и прямолинейном участках. Высота борта профильного листа превышает высоту поперечного сечения канала на его рабочем участке, предпочтительно, не менее чем на 5 мм, но не более чем в два раза. Борта профильного и проставочного листов имеют наклон от вертикали наружу на один и тот же угол α=arcsin S/Δ, где S - толщина материала профильного листа; Δ - превышение высоты борта над высотой поперечного сечения канала на его зигзагообразном рабочем участке. Ширина основания профильного листа равна расстоянию между бортами проставочного листа в месте их контакта. Профильный и проставочный листы, предпочтительно, изготовлены из алюминиевой фольги. Профильный и проставочный листы могут быть изготовлены из медной фольги. Профильный и проставочный листы жестко соединены между собой на участках контакта их бортов, предпочтительно, с помощью металлических скоб. Профильный и проставочный листы могут быть жестко соединены между собой на участках контакта их бортов с помощью термостойкого клея. На концах прямолинейных участков каналов профильного листа выполнены клапаны с возможностью их отгиба за счет надрезов материала листа, выполненных в кромке свода канала вплотную к его вертикальным стенкам. Положение лапок проставочного листа выбрано таким, что концевые кромки горизонтальных участков лапок располагаются в одной плоскости с линией отгиба клапанов на прямолинейных участках каналов профильного листа. Содержит элементы крепления профильного листа к проставочному листу по концам каналов для прохождения рабочей среды. Элементы крепления профильного листа к проставочному листу выполнены, предпочтительно, в виде Ω-образных скоб, предпочтительно, из листового металла с лепестковыми клеммами на горизонтальных участках скобы. На сводах каналов, на участках подвода и отвода рабочей среды, имеются,установленные под углом к торцовой кромке листа направляющие элементы потока.The problem is solved due to the fact that in the plate heat exchanger the heat exchanger element is made containing profile and smooth spacer sheets having side sides of an equal height exceeding the cross-sectional height of the channel on its working section, with two slit-like windows for supplying diagonally at the ends of the sides and removal of the working medium, and from the bottom of the spacer sheet from both ends along its entire width there are support legs bent outward, with a height equal to the height difference of the channel on its working spacing zagoobraznom and straight sections. The side height of the profile sheet exceeds the height of the cross section of the channel at its working section, preferably not less than 5 mm, but not more than twice. The sides of the profile and spacer sheets have a slope from the vertical outward by the same angle α = arcsin S / Δ, where S is the thickness of the material of the profile sheet; Δ - the excess of the height above the height of the cross section of the channel in its zigzag working section. The width of the base of the profile sheet is equal to the distance between the sides of the spacer sheet at the point of contact. Profile and spacer sheets are preferably made of aluminum foil. Profile and spacer sheets can be made of copper foil. Profile and spacer sheets are rigidly interconnected at the contact areas of their sides, preferably with metal brackets. Profile and spacer sheets can be rigidly interconnected at the contact areas of their sides using heat-resistant glue. At the ends of the rectilinear sections of the channels of the profile sheet, valves are made with the possibility of their bending due to notches of the sheet material made in the edge of the channel arch close to its vertical walls. The position of the tabs of the spacer sheet is chosen so that the end edges of the horizontal sections of the tabs are located in the same plane as the bend line of the valves on the straight sections of the channels of the profile sheet. It contains elements for fastening the profile sheet to the spacer sheet at the ends of the channels for the passage of the working medium. The fastening elements of the profile sheet to the spacer sheet are preferably made in the form of Ω-shaped staples, preferably of sheet metal with tab terminals on horizontal sections of the bracket. On the arches of the channels, in the areas of supply and removal of the working medium, there are flow guides installed at an angle to the end edge of the sheet.

А сам пластинчатый теплообменник, содержащий множество теплообменных элементов, корпус, теплоизоляцию, присоединительные фланцы и заглушки, содержит блок теплообменных элементов с герметичными боковыми стенками, образованный последовательным вложением одного в другой теплообменных элементов по пп.1-14 с жестким соединением их между собой, например, с помощью металлических скоб на участках контакта их бортов, а по концам каналов - за счет отгибания и наложения клапанов каналов профильного листа на опорную лапку проставочного листа смежного с ним теплообменного элемента. Имеется замыкающий теплообменный элемент-крышка. Стенки корпуса выполнены однослойными и снабжены изнутри подкрепляющими профилями, а сам корпус снаружи снабжен поясами жесткости из профильного материала.And the plate heat exchanger itself, which contains many heat exchange elements, a housing, heat insulation, connecting flanges and plugs, contains a block of heat exchange elements with sealed side walls, formed by the sequential insertion of one into the other heat exchange elements according to claims 1-14 with their rigid connection to each other, for example , using metal staples at the contact areas of their sides, and at the ends of the channels due to bending and overlaying of the valves of the channels of the profile sheet on the support foot of the spacer sheet adjacent Wow heat exchange element with it. There is a closing heat-exchange element-cover. The walls of the casing are single-layer and are equipped with reinforcing profiles from the inside, and the casing itself is equipped with stiffening belts made of profile material from the outside.

Соединение теплообменных элементов между собой на участках контакта их бортов может быть выполнено в процессе сборки теплообменных элементов в единый блок одновременно с соединением предварительно не связанных между собой их профильного и проставочного листов с помощью одних и тех же металлических скоб.The connection of the heat exchange elements with each other at the contact areas of their sides can be performed during the assembly of the heat exchange elements into a single unit simultaneously with the connection of their profile and spacer sheets previously unconnected using the same metal staples.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении интенсификации процесса теплообмена путем снижения термического сопротивления за счет уменьшения толщины материала компонентов теплообменных элементов, а также в повышении технологичности сборки и снижении удельной металлоемкости.The technical result achieved is to ensure the intensification of the heat transfer process by reducing thermal resistance by reducing the thickness of the material of the components of the heat exchange elements, as well as to increase the manufacturability of the assembly and reduce the specific metal consumption.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:The invention is illustrated by drawings, which do not cover and, moreover, do not limit the entire scope of the claims of this technical solution, are only illustrative materials of a particular case of execution:

на фиг.1 общий вид теплообменного элемента в изометрическом изображении;figure 1 General view of the heat exchange element in an isometric image;

на фиг.2 - вид А по фиг.1;figure 2 is a view of figure 1;

На фиг.3 - вид Б по фиг.2;Figure 3 is a view B of figure 2;

на фиг.4 - поперечный разрез В-В по фиг.2;figure 4 is a transverse section bb in figure 2;

на фиг.5 - общий вид пластинчатого теплообменника, вид сбоку;figure 5 is a General view of a plate heat exchanger, side view;

на фиг.6 - вид Г по фиг.5;figure 6 is a view of figure 5;

на фиг.7 - местный продольный разрез Д-Д по фиг.6;Fig.7 is a local longitudinal section DD of Fig.6;

на фиг.8 - местный разрез Е-Е по фиг.4.in Fig.8 is a local section EE in Fig.4.

Теплообменный элемент 1 для пластинчатого противоточного теплообменника 2 содержит профильный лист 3 и жестко связанный с ним гладкий проставочный лист 4 с образованием каналов для прохождения рабочей среды, имеющих треугольное поперечное сечение на зигзагообразных рабочих участках L и прямоугольное сечение меньшей высоты на концевых прямолинейных участках k для подвода и отвода рабочей среды. Профильный и проставочный листы имеют с боковых сторон борта 5 и 6 равной высоты, превышающей высоту поперечного сечения канала на его рабочем участке L, с двумя диагонально расположенными по концам бортов щелевидными окнами 7 для подвода и отвода рабочей среды, а снизу проставочного листа 4 с обоих концов по всей его ширине имеются отогнутые наружу опорные лапки 8, высотой, равной разности высот канала на его рабочем зигзагообразном L и прямолинейном k участках. Высота борта профильного листа 3 превышает высоту поперечного сечения канала на его рабочем участке L, предпочтительно, не менее чем на 5 мм, но не более чем в два раза. Борта профильного 3 и проставочного 4 листов имеют наклон от вертикали наружу на один и тот же уголThe heat exchange element 1 for a plate counterflow heat exchanger 2 contains a profile sheet 3 and a smooth spacer sheet 4 rigidly connected to it with the formation of channels for the passage of the working medium having a triangular cross section in zigzag working sections L and a rectangular cross section of lower height at the end straight sections k for supply and removal of the working environment. Profile and spacer sheets have on the sides of the sides 5 and 6 equal height exceeding the height of the cross section of the channel on its working section L, with two slit-like windows 7 for supplying and discharging the working medium diagonally at the ends of the sides, and from the bottom of the spacer sheet 4 on both ends along its entire width there are support legs 8 bent outward, with a height equal to the height difference of the channel in its working zigzag L and rectilinear k sections. The side height of the profile sheet 3 exceeds the height of the cross section of the channel in its working section L, preferably not less than 5 mm, but not more than twice. The sides of the profile 3 and spacer 4 sheets have an inclination from the vertical outward to the same angle

α=arcsinS/Δ, α = arcsinS / Δ,

гдеWhere

S - толщина материала профильного листа;S is the thickness of the material of the profile sheet;

Δ - превышение высоты борта над высотой поперечного сечения канала на его зигзагообразном рабочем участке.Δ - the excess of the height above the height of the cross section of the channel in its zigzag working section.

Ширина основания профильного листа 3 равна расстоянию между бортами 6 проставочного листа 4 в месте контакта листов. Профильный и проставочный листы изготовлены, предпочтительно, из алюминиевой или медной фольги. Профильный и проставочный листы 3 и 4 жестко соединены между собой на участках контакта их бортов металлическими скобами 9. Профильный и проставочный листы могут быть жестко соединены между собой на участках контакта их бортов также с помощью термостойкого клея. На концах прямолинейных участков k каналов профильного листа 3 выполнены клапаны 10 с возможностью их отгиба за счет надрезов k, выполненных в кромке свода канала вплотную к его вертикальным стенкам. Положение опорных лапок 8 проставочного листа 4 выбрано таким, что концевые кромки горизонтальных участков лапок 8 располагаются в одной плоскости с линией отгиба клапанов 10. По концам каналов для прохождения рабочей среды установлены элементы крепления профильного листа 3 к проставочному листу 4 в виде Ω-образных скоб 11 из листового металла с лепестковыми клеммами на горизонтальных участках скобы. На сводах каналов, на участках подвода и отвода рабочей среды, имеются установленные под углом к торцовой кромке листа направляющие элементы потока 12.The width of the base of the profile sheet 3 is equal to the distance between the sides 6 of the spacer sheet 4 at the contact point of the sheets. Profile and spacer sheets are preferably made of aluminum or copper foil. Profile and spacer sheets 3 and 4 are rigidly interconnected at the contact areas of their sides with metal brackets 9. Profile and spacer sheets can be rigidly interconnected at the contact areas of their sides also with heat-resistant adhesive. At the ends of the rectilinear sections k of the channels of the profile sheet 3, valves 10 are made with the possibility of bending due to cuts k made in the edge of the channel arch close to its vertical walls. The position of the support legs 8 of the spacer sheet 4 is chosen so that the end edges of the horizontal sections of the legs 8 are located in the same plane as the bend line of the valves 10. At the ends of the channels for the passage of the working medium, there are installed elements for attaching the profile sheet 3 to the spacer sheet 4 in the form of Ω-shaped staples 11 of sheet metal with tabs on horizontal sections of the bracket. On the arches of the channels, in the areas of supply and removal of the working medium, there are flow guides 12 installed at an angle to the end edge of the sheet.

А сам пластинчатый теплообменник 2 содержит множество теплообменных элементов 1, корпус 13, теплоизолирующий материал 14, присоединительные фланцы 15, 16 и заглушки 17. Теплообменные элементы 1 вложены один в другой с жестким соединением между собой: на участках контакта их бортов с помощью металлических скоб 9, а по концам каналов - за счет отгибания и наложения клапанов 10 каналов профильного листа 3 каждого теплообменного элемента на опорную лапку 8 проставочного листа, смежного с ним очередного теплообменного элемента, с образованием таким образом теплообменного блока 18 с герметичными несущими боковыми стенками. Теплообменник 2 содержит также замыкающий теплообменный элемент-крышку 19, в роли которой выступает проставочный лист 4. Контакт компонентов теплообменного блока осуществлен через слой термопасты (на чертеже не показана). Стенки корпуса 13 выполнены однослойными и снабжены изнутри подкрепляющими профилями 20, а на самом корпусе 13 снаружи установлены пояса жесткости 21 из профильного материала.And the plate heat exchanger 2 itself contains a lot of heat exchange elements 1, case 13, heat insulating material 14, connecting flanges 15, 16 and plugs 17. Heat exchange elements 1 are inserted one into another with a rigid connection between each other: at the contact areas of their sides using metal brackets 9 and at the ends of the channels - by bending and applying valves 10 of the channels of the profile sheet 3 of each heat transfer element to the support tab 8 of the spacer sheet adjacent to it another heat transfer element, with the formation of such a the backbone of the heat exchange unit 18 with sealed load-bearing side walls. The heat exchanger 2 also contains a closing heat-exchange element-cover 19, in the role of which is a spacer sheet 4. The components of the heat-exchange unit are contacted through a layer of thermal paste (not shown in the drawing). The walls of the housing 13 are made single-layer and are equipped with reinforcing profiles 20 from the inside, and on the housing 13 itself, stiffening belts 21 of profile material are installed on the outside.

Сборка теплообменного блока может осуществляться двумя способами.The heat exchange unit can be assembled in two ways.

В первом случае предварительно соединяют между собой вложенные один в другой профильный 3 и проставочный 4 листы с получением единичного теплообменного элемента 1. Выполнение бортов листов с наклоном облегчает сборку и позволяет при вложении одного элемента в другой до их контакта по гребням зигзагообразного профиля получить контакт и по площади бортов. Прочностные и технологические характеристики материала позволяют скрепление листов 3 и 4 между собой по бортам 5 и 6 производить, например, металлическими канцелярскими скобками 9 с помощью степлера. Далее на вертикальные стенки концевых участков смежных каналов, устанавливают Ω-образные скобы 11. При этом клапаны 10 в своде канала предварительно отгибают вверх, по линии, определенной глубиной надрезов l. Скобы 11 устанавливают таким образом, чтобы концевая кромка проставочного листа 4 располагалась между предварительно раздвинутыми клеммами на горизонтальных участках скобы. После этого стенки скобы и клеммы смыкают известным инструментом, фиксируя скобу 11 на полученном теплообменном элементе. Собранные таким образом попарно профильный и проставочный листы с образованием единичных теплообменных элементов 1 собирают в стопу вложением элементов один в другой, последовательно соединяя их между собой. Соединение бортов производят упомянутыми выше скобками 9 внахлест за счет выполненного превышения высоты бортов листов над высотой рельефа профильного листа на его рабочем зигзагообразном участке. Соединение элементов по концам каналов производят отгибанием и наложением клапанов 10 каналов профильного листа 3 каждого теплообменного элемента на опорную лапку 8 проставочного листа смежного с ним очередного теплообменного элемента. В первом канале каждого элемента со стороны окна устанавливают заглушку 17, а на сводах каналов на участке k под углом к торцовой кромке листа устанавливают направляющие элементы потока 12 с креплением их к бортам элемента скобками 9. Так, опорные лапки 8 и заглушки 17 образуют торцовые стенки теплообменника. Таким образом, на участках подвода и отвода рабочей среды между профильными и проставочными листами теплообменных элементов формируются изолированные друг от друга полости со щелевидным окном в каждой. Последним укладывают и скрепляют с предыдущим замыкающий теплообменный элемент-крышку 19. В результате получают единый существенно жесткий теплообменный блок 18 с герметичными несущими стенками. Это позволяет разместить маты теплоизолирующего материала 14 непосредственно на поверхности блока, что, в свою очередь, дает возможность выполнить корпус 13 однослойным, существенно упростив тем самым его конструкцию и снизив массу теплообменника.In the first case, the profile 3 and spacer 4 sheets inserted into each other are pre-connected to each other to produce a single heat-exchange element 1. Tilting the sides of the sheets with an inclination facilitates assembly and allows contact to be made by inserting one element into another before contacting them along the ridges of the zigzag profile and the area of the sides. Strength and technological characteristics of the material allow the fastening of sheets 3 and 4 together on the sides 5 and 6 to produce, for example, metal stationery brackets 9 using a stapler. Next, on the vertical walls of the end sections of adjacent channels, install Ω-shaped brackets 11. In this case, the valves 10 in the arch of the channel are pre-bent upward, along a line determined by the depth of incisions l. The brackets 11 are installed so that the end edge of the spacer sheet 4 is located between the previously spaced terminals on the horizontal sections of the bracket. After that, the walls of the bracket and the terminals are closed with a known tool, fixing the bracket 11 on the obtained heat exchange element. The profile and spacer sheets thus assembled in pairs with the formation of single heat-exchange elements 1 are assembled into the stack by inserting the elements into one another, sequentially connecting them together. The connection of the sides is made by the above-mentioned brackets 9 overlap due to the excess of the height of the sides of the sheets over the height of the relief of the profile sheet on its working zigzag section. The elements are connected at the ends of the channels by bending and applying valves 10 of the channels of the profile sheet 3 of each heat exchange element to the support foot 8 of the spacer sheet of the next next heat exchange element adjacent to it. In the first channel of each element, a plug 17 is installed from the side of the window, and on the channel arches in section k, at the angle to the end edge of the sheet, guide elements of the flow 12 are mounted with brackets 9 attached to the sides of the element. Thus, support legs 8 and plugs 17 form end walls heat exchanger. Thus, in the areas of supply and removal of the working medium between the profile and spacer sheets of the heat-exchange elements, cavities isolated from each other with a slit-like window in each are formed. The last to close and fasten with the previous closing heat-exchange element-cover 19. The result is a single substantially rigid heat transfer unit 18 with sealed load-bearing walls. This allows you to place the mats of the heat-insulating material 14 directly on the surface of the block, which, in turn, makes it possible to make the housing 13 single-layer, thereby greatly simplifying its design and reducing the mass of the heat exchanger.

Во втором варианте сборки компоновка теплообменного блока производится без предварительного соединения между собой гладкого проставочного и профильного листов 3 и 4. Сначала последовательным вложением один в другой собирают пакет из четырех листов с установкой направляющих элементов потока 12, после чего соединяют их описанным выше образом с обеспечением контакта между компонентами по трем участкам: на рабочем теплопередающем участке - по гребням канала треугольного профиля; по всей длине элемента - по левому и правому бортам 5 и 6 и по плоским площадкам между крайними каналами и бортами; на участке подвода и отвода рабочей среды - по стенкам прямолинейных каналов и по горизонтальному участку лапки 8 профильного листа 4. Далее укладывают следующие проставочный и профильный листы и в местах перехлеста бортов одновременно соединяют их между собой и с предыдущей парой листов. В последнюю очередь на полученную стопу накладывают и соединяют с остальными замыкающий теплообменный элемент-крышку 19.In the second embodiment of the assembly, the arrangement of the heat-exchange unit is made without first connecting the smooth spacer and profile sheets 3 and 4. First, by successive attachment, a package of four sheets is assembled one into another with the installation of flow guides 12, after which they are connected as described above to ensure contact between the components in three sections: on the working heat transfer section - along the ridges of the channel of a triangular profile; along the entire length of the element - along the left and right sides 5 and 6 and along flat areas between the extreme channels and sides; on the inlet and outlet of the working medium — along the walls of the rectilinear channels and on the horizontal section of the tab 8 of the profile sheet 4. Next, the following spacer and profile sheets are laid and at the points of overlap of the sides they are simultaneously connected to each other and to the previous pair of sheets. Last of all, on the resulting foot impose and connect with the rest of the closing heat-exchange element-cover 19.

Работа пластинчатого теплообменника, содержащего блок теплообменных элементов, осуществляется следующим образом.The operation of a plate heat exchanger containing a block of heat exchange elements is as follows.

Горячий воздух подается в пластинчатый теплообменник через присоединительный фланец 15, а холодный - через фланец 16, чем обеспечивается противоток рабочих газовых сред. Поток поступающего горячего воздуха через торцовый фланец 15 сразу попадает под своды прямолинейных каналов на участке k и далее - в зигзагообразные каналы рабочего участка L теплообменных элементов. Поток относительно холодного воздуха через боковой фланец 16 и щелевидные окна в боковых стенках единичных теплообменных элементов блока поступает в полости между их листами на участке k и с помощью направляющих элементов 12 вводится в зигзагообразные впадины между каналами с горячим воздухом. Таким образом, осуществляется теплообмен между потоками. Короткие каналы, стыкующиеся под углом 90°, создают искусственную турбулизацию потока, чем в сочетании с малой толщиной стенок каналов за счет предлагаемого технического решения интенсифицируется теплообмен.Hot air is supplied to the plate heat exchanger through the connecting flange 15, and cold air is supplied through the flange 16, which ensures a counterflow of working gas media. The flow of incoming hot air through the end flange 15 immediately falls under the arches of the straight channels in section k and then into the zigzag channels of the working section L of the heat exchange elements. A stream of relatively cold air through the side flange 16 and slit-like windows in the side walls of the unit heat exchange elements of the block enters the cavity between their sheets in section k and is introduced into the zigzag depressions between the channels with hot air using guide elements 12. Thus, heat exchange between the streams is carried out. Short channels joined at an angle of 90 ° create an artificial flow turbulization, which, in combination with the small thickness of the channel walls, intensifies heat transfer due to the proposed technical solution.

Claims

1. A heat exchange element for a plate counterflow heat exchanger containing a profile sheet and a spacer sheet rigidly connected to it with the formation of channels for the passage of the working medium, having a triangular cross section in zigzag working sections and a rectangular cross section of lower height on the end straight sections for supplying and discharging the working medium , characterized in that the profile and spacer sheets of the heat exchange element have on the sides of the side equal height exceeding the height of the transverse the channel cross-section on its working section, with two slit-like windows for supplying and discharging the working medium diagonally located at the ends of the sides, and there are support legs bent outward from both ends along its entire width along the width of the channel, equal to the height difference of the channel on its working zigzag and straight sections.

2. The heat exchange element according to claim 1, characterized in that the side height of the profile sheet exceeds the height of the cross section of the channel at its working section by at least 5 mm, but not more than twice.

3. The heat exchange element according to claim 1, characterized in that the sides of the profile and spacer sheets have an inclination from the vertical outward to the same angle
α = arcsinS / Δ,
where S is the thickness of the material of the profile sheet;
Δ - the excess of the height above the height of the cross section of the channel in its zigzag working section.

4. The heat exchange element according to claim 1, characterized in that the width of the base of the profile sheet is equal to the distance between the sides of the spacer sheet at their contact point.

5. The heat exchange element according to claim 1, characterized in that the profile and spacer sheets are made of aluminum foil.

6. The heat exchange element according to claim 1, characterized in that the profile and spacer sheets are made of copper foil.

7. The heat exchange element according to claim 1, characterized in that the profile and spacer sheets are rigidly interconnected at the contact areas of their sides with metal brackets.

8. The heat exchange element according to claim 1, characterized in that the profile and spacer sheets are rigidly interconnected at the contact areas of their sides using heat-resistant glue.

9. The heat exchange element according to claim 1, characterized in that it contains valves at the ends of the straight sections of the channels of the profile sheet that can be folded off by notches of the sheet material made in the edge of the channel arch close to its vertical walls.

10. The heat exchange element according to claim 1, characterized in that the position of the legs of the spacer sheet is selected so that the end edges of the horizontal sections of the legs are in the same plane with the bend line of the valves in the straight sections of the channels of the profile sheet.

11. The heat exchange element according to claim 1, characterized in that it contains elements for attaching the profile sheet to the spacer sheet at the ends of the channels for the passage of the working medium.

12. The heat exchange element according to claim 11, characterized in that the fastening elements of the profile sheet to the spacer sheet are made in the form of Ω-shaped staples from sheet metal with tab terminals on horizontal sections of the bracket.

13. The heat exchange element according to claim 1, characterized in that the profile sheet is in contact with the spacer sheet through a layer of thermal paste.

14. The heat exchange element according to claim 1, characterized in that it contains flow guides installed at an angle of the channels at the inlet and outlet sections of the heat carrier at an angle to the end edge of the sheet.

15. A plate heat exchanger containing a plurality of heat exchange elements, a housing, heat insulation, connecting flanges and plugs, characterized in that it contains a block of heat exchange elements with sealed side walls, formed by the sequential insertion of one into another heat exchange elements according to claims 1-14 with their rigid connection between each other, for example, using metal staples at the contact areas of their sides, and at the ends of the channels - by bending and applying valves of the channels of the profile sheet to the support foot full-time sheet adjacent to the heat exchange element.

16. The plate heat exchanger according to claim 15, characterized in that it comprises a closing heat exchange element of the block.

17. The plate heat exchanger according to Claim 15, wherein the components of the heat exchange unit are contacted through a thermal paste layer.

18. The plate heat exchanger according to claim 15, characterized in that the connection of the heat exchange elements according to claims 1 to 14 with each other at the contact areas of their sides is made simultaneously with the connection of their previously unconnected profile and spacer sheets in the process of assembling the heat exchange elements into a single heat exchange unit with the same metal staples.

19. The plate heat exchanger according to Claim 15, characterized in that the walls of the casing are single-layer and are equipped with reinforcing profiles from the inside, and the casing itself is provided on the outside with stiffness belts made of profile material.