RU2741182C1 - Air plate-type recuperative heat exchanger - Google Patents

Air plate-type recuperative heat exchanger Download PDF

Info

Publication number
RU2741182C1
RU2741182C1 RU2020130782A RU2020130782A RU2741182C1 RU 2741182 C1 RU2741182 C1 RU 2741182C1 RU 2020130782 A RU2020130782 A RU 2020130782A RU 2020130782 A RU2020130782 A RU 2020130782A RU 2741182 C1 RU2741182 C1 RU 2741182C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channels
heat
width
channel
heat exchange
Prior art date
Application number
RU2020130782A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Михайлович Таугер
Иван Вадимович Минин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет»
Priority to RU2020130782A priority Critical patent/RU2741182C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2741182C1 publication Critical patent/RU2741182C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: heat exchange.
SUBSTANCE: invention relates to devices for heat recovery by means of heat exchange between two heat carriers. Invention is intended to reduce width and weight of air plate recuperator. Air plate-shaped recuperative heat exchanger comprises rectangular cross-section housing, separated by heat exchange plates installed in it on a row of channels, air duct for the first heat carrier communicating with one half of the channels, and an air duct for the second heat carrier, communicating with the other half of the channels. Channels for the first heat carrier are alternated with channels for the second heat carrier, the width of the channel is made in accordance with the volume flow rate of the heat carrier and is determined by the formula obtained from the condition that the aerodynamic resistance of the channel is equal to the allowable value.
EFFECT: technical solution makes it possible to reduce width and weight of air plate recuperator due to ensuring conformity of width of channels with heat carrier flows.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для рекуперации тепла путём теплообмена между двумя теплоносителями.The invention relates to a device for heat recovery by heat exchange between two heat carriers.

Известен воздушный пластинчатый рекуператор, включающий корпус прямоугольного сечения, разделённый установленными в нём теплообменными пластинами на ряд каналов, имеющих одинаковую ширину, воздуховод для первого теплоносителя, сообщающийся с одной половиной каналов, и воздуховод для второго теплоносителя, сообщающийся с другой половиной каналов, причём каналы для первого теплоносителя чередуются с каналами для второго (Сферы использования и устройство пластинчатого рекуператора воздуха: особенности выбора и обзор лучших моделей / https://ventilsystem.ru/klimaticheskaya-texnika/rekuperator/plastinchatyj-rekuperator.html. Дата обращения 15.08.2020). Движение потоков теплоносителей по каналам сопровождается теплообменом между нагретым и холодным воздухом через теплообменные пластины, вследствие чего один из теплоносителей охлаждается, а другой нагревается. An air plate recuperator is known, including a rectangular-section body, divided by heat exchange plates installed in it into a number of channels having the same width, an air duct for the first coolant, communicating with one half of the channels, and an air duct for the second coolant, communicating with the other half of the channels, and channels for of the first coolant alternate with channels for the second (Areas of use and the device of a plate air recuperator: selection features and an overview of the best models / https://ventilsystem.ru/klimaticheskaya-texnika/rekuperator/plastinchatyj-rekuperator.html. Date of treatment 08/15/2020). The movement of heat carrier streams through the channels is accompanied by heat exchange between heated and cold air through heat exchange plates, as a result of which one of the heat carriers is cooled, and the other is heated.

Недостатком известного технического решения являются завышенные ширина и масса в том случае, если воздушный пластинчатый рекуператор предназначен для теплообмена между потоками, расходы которых значительно различаются. Ширина всех каналов одинаковая, поэтому скорость воздуха в каналах с меньшим расходом ниже скорости в каналах с бόльшим расходом. Ширина каналов с меньшим расходом, а, следовательно, и всего корпуса оказываются завышенными, что обусловливает соответствующее увеличение массы рекуператора.The disadvantage of the known technical solution is the overestimated width and weight in the event that the air plate recuperator is designed for heat exchange between flows, the costs of which differ significantly. The width of all channels is the same, therefore the air speed in the channels with a lower flow rate is lower than the speed in the channels with a higher flow rate. The width of the channels with a lower flow rate, and, consequently, of the entire body, turns out to be overestimated, which leads to a corresponding increase in the mass of the recuperator.

Известен также воздушный пластинчатый рекуператор, включающий корпус прямоугольного сечения, разделённый установленными в нём теплообменными пластинами на ряд каналов, имеющих одинаковую ширину, воздуховод для первого теплоносителя, сообщающийся с одной половиной каналов, и воздуховод для второго теплоносителя, сообщающийся с другой половиной каналов, причём каналы для первого теплоносителя чередуются с каналами для второго, а теплообменные пластины выполнены с бортиками по периметру, имеющими выходные щели в виде вырезов в торцевых участках бортиков (Лысцев С. А. Элемент пластинчатого рекуператора для систем приточно-вытяжной вентиляции: пат. 194750 Российская Федерация. 2019. Бюл. № 36).An air plate recuperator is also known, including a rectangular-section body, divided by heat exchange plates installed in it into a number of channels having the same width, an air duct for the first coolant, communicating with one half of the channels, and an air duct for the second coolant, communicating with the other half of the channels, and the channels for the first coolant alternate with channels for the second, and the heat exchange plates are made with sides along the perimeter, having outlet slots in the form of cutouts in the end sections of the sides (Listsev S.A. Element of a plate recuperator for supply and exhaust ventilation systems: pat. 194750 Russian Federation. 2019. Bulletin No. 36).

Недостаток данного воздушного пластинчатого рекуператора тот же, что и предыдущего. The disadvantage of this air plate recuperator is the same as the previous one.

Целью изобретения является уменьшение ширины и массы воздушного пластинчатого рекуператора за счёт обеспечения соответствия ширины каналов расходам теплоносителей. The aim of the invention is to reduce the width and weight of the air plate recuperator by ensuring that the width of the channels corresponds to the flow rates of the heat carriers.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом воздушном пластинчатом рекуператоре, включающем корпус прямоугольного сечения, разделённый установленными в нём теплообменными пластинами на ряд каналов, воздуховод для первого теплоносителя, сообщающийся с одной половиной каналов, и воздуховод для второго теплоносителя, сообщающийся с другой половиной каналов, причём каналы для первого теплоносителя чередуются с каналами для второго, ширина каналов выполнена в соответствии с формулами:This goal is achieved by the fact that in the proposed air plate recuperator, which includes a rectangular body divided by heat exchange plates installed in it into a number of channels, an air duct for the first coolant communicating with one half of the channels, and an air duct for the second coolant communicating with the other half of the channels, moreover, the channels for the first coolant alternate with the channels for the second, the width of the channels is made in accordance with the formulas:

Figure 00000001
Figure 00000001

где δ1, δ2 - ширина канала для первого и второго теплоносителя соответственно;where δ 1 , δ 2 - channel width for the first and second coolant, respectively;

λ - коэффициент аэродинамического сопротивления канала;λ - coefficient of aerodynamic resistance of the channel;

l, h - длина и ширина теплообменной пластины соответственно;l, h - length and width of the heat exchange plate, respectively;

ρ1, ρ2 - среднее значение плотности первого и второго теплоносителя в соответствующем температурном диапазоне;ρ 1 , ρ 2 - the average value of the density of the first and second heat carrier in the corresponding temperature range;

[Δр] - допускаемое аэродинамическое сопротивление канала;[Δр] - permissible aerodynamic resistance of the channel;

z - количество теплообменных пластин;z is the number of heat exchange plates;

Q1, Q2 - объёмный расход первого и второго теплоносителя соответственно.Q 1 , Q 2 - volumetric flow rate of the first and second heat carrier, respectively.

Конструкция предлагаемого воздушного пластинчатого рекуператора показана на фиг. 1 (воздуховоды для теплоносителей не изображены). В корпусе 1 закреплены теплообменные пластины 2 таким образом, что образуются каналы 3 и 4. Ширина канала для первого теплоносителя - δ1, для второго - δ2. Число теплообменных пластин z (на фиг. 1 z = 5), общее число каналов равно z + 1, половина из них, т. е.

Figure 00000002
, служит для перемещения первого теплоносителя (каналы 3), другая половина - для второго (каналы 4). Размеры теплообменной пластины 2: длина - l, высота - h. Ширина полости корпуса равна В. Толщина теплообменной пластины 2, толщина стенок корпуса 1 и способ закрепления теплообменной пластины в корпусе принципиального значения не имеют. The design of the proposed air plate recuperator is shown in Fig. 1 (air ducts for heating media are not shown). Heat exchange plates 2 are fixed in the housing 1 in such a way that channels 3 and 4 are formed. The width of the channel for the first coolant is δ 1 , for the second - δ 2 . The number of heat transfer plates is z (in Fig. 1 z = 5), the total number of channels is z + 1, half of them, i.e.
Figure 00000002
 , serves to move the first coolant (channels 3), the other half - for the second (channels 4). Dimensions of heat exchanger plate 2: length - l, height - h. The width of the body cavity is B. The thickness of the heat exchange plate 2, the thickness of the walls of the body 1 and the method of fixing the heat exchange plate in the body are of no fundamental importance.

Первый теплоноситель, показанный на фиг. 1 чёрными стрелками, поступает в каналы 3, второй, показанный белыми стрелками, - в каналы 4. Движение теплоносителей вдоль каналов сопровождается теплопередачей от нагретого теплоносителя к холодному через теплообменные пластины 2, в результате которой нагретый охлаждается, а холодный нагревается.The first heating medium shown in FIG. 1 with black arrows, enters channels 3, the second, shown with white arrows, into channels 4. The movement of coolants along the channels is accompanied by heat transfer from the heated coolant to the cold one through the heat exchange plates 2, as a result of which the heated one is cooled, and the cold one heats up.

Значения ширины δ1 канала 3 и δ2 канала 4 определены следующим образом. The widths δ 1 of channel 3 and δ 2 of channel 4 are defined as follows.

Объёмный расход первого теплоносителя равен Q1, второго - Q2, и Q1 > Q2. Из теплового расчёта (в данном описании не приводится) получена необходимая для рекуперации площадь F теплопередающей поверхности. В соответствии с имеющимся пространством для размещения воздушного пластинчатого рекуператора назначены размеры h и l теплообменной пластины (см. фиг. 1). Исходя из соответствующих температурных диапазонов, получены средняя плотность ρ1 первого и ρ2 второго теплоносителя. Предполагается включение рекуператора в систему вентиляции, исходя из энергетических возможностей которой установлено допускаемое аэродинамическое сопротивление канала [Δр].The volumetric flow rate of the first heat carrier is Q 1 , the second - Q 2 , and Q 1 > Q 2 . From a thermal calculation (not given in this description), the area F of the heat transfer surface required for recuperation was obtained. In accordance with the available space for placing the air plate recuperator, the dimensions h and l of the heat exchange plate are assigned (see Fig. 1). Based on the respective temperature ranges, the average density ρ 1 of the first and ρ 2 of the second coolant was obtained. It is assumed that the recuperator will be included in the ventilation system, based on the energy capabilities of which the permissible aerodynamic resistance of the channel [Δр] is established.

Число пластин Number of plates

Figure 00000003
Figure 00000003

Полученное число округляется до целого нечётного в бόльшую сторону.The resulting number is rounded up to an odd integer.

Величина [Δр] мала по сравнению с атмосферным давлением, поэтому для минимально допустимых δ1 и δ2 справедливы равенства [Ковалевский В.Ф. Теплообменные устройства и тепловые расчёты гидропривода горных машин. - М.: Недра, 1972. - 224 с.]:The value of [Δр] is small compared to atmospheric pressure, therefore, for the minimum permissible δ 1 and δ 2 equalities are valid [Kovalevsky V.F. Heat exchangers and thermal calculations of the hydraulic drive of mining machines. - M .: Nedra, 1972. - 224 p.]:

Figure 00000004
Figure 00000004

где λ1, λ2 - коэффициент аэродинамического (линейного) сопротивления канала для первого и второго теплоносителя соответственно;where λ 1 , λ 2 - coefficient of aerodynamic (linear) resistance of the channel for the first and second coolant, respectively;

d1, d2 - характерный размер (гидравлический диаметр) канала 3 и канала 4 соответственно;d 1 , d 2 - characteristic size (hydraulic diameter) of channel 3 and channel 4, respectively;

v1, v2 - скорость на входе в канал 3 и канал 4 соответственно.v 1 , v 2 - velocity at the entrance to channel 3 and channel 4, respectively.

Высокие скорости потоков в каналах обусловливают, как правило, турбулентный характер течения, при котором значения λ1 и λ2 слабо различаются. Поэтому с достаточной степенью точности принято, что λ1 ≈ λ2 = λ.High flow rates in the channels determine, as a rule, the turbulent nature of the flow, in which the values of λ 1 and λ 2 differ slightly. Therefore, it is accepted with a sufficient degree of accuracy that λ 1 ≈ λ 2 = λ.

Для щелевидных каналов (δ1 << h; δ2 << h) d1 = 2δ1; d2 = 2δ2.For slit channels (δ 1 <<h; δ 2 << h) d 1 = 2δ 1 ; d 2 = 2δ 2 .

Скорости на входах в каналы 3 и 4:Input speeds to channels 3 and 4:

Figure 00000005
Figure 00000005

С учётом вышеприведённых соотношений,Taking into account the above relations,

Figure 00000006
Figure 00000006

откуда ширина канала 3whence channel width 3

Figure 00000007
(а)
Figure 00000007
 (and)

Из равенства аэродинамического сопротивления каналов 3 и 4 следует, что ширина канала 4 при известной ширине канала 3 может быть получена по формулеFrom the equality of the aerodynamic resistance of channels 3 and 4, it follows that the width of channel 4 with a known width of channel 3 can be obtained by the formula

Figure 00000008
(б)
Figure 00000008
 (b)

Значения ширины каналов, полученные по формулам (а) и (б), минимальны по критерию допускаемого аэродинамического сопротивления. Поэтому и ширина В корпуса 1 (см. фиг. 1), определяющаяся суммарной шириной всех каналов, также будет минимальной. The values of the channel widths, obtained by formulas (a) and (b), are minimal according to the criterion of admissible aerodynamic drag. Therefore, the width B of the housing 1 (see Fig. 1), which is determined by the total width of all channels, will also be minimal.

Такое выполнение ширины канала позволит обеспечить её соответствие расходу теплоносителя и минимизировать ширину и массу воздушного пластинчатого рекуператора.Such execution of the channel width will ensure its compliance with the heat carrier flow rate and minimize the width and weight of the air plate recuperator.

Claims (9)

Воздушный пластинчатый рекуператор, включающий корпус прямоугольного сечения, разделённый установленными в нём теплообменными пластинами на ряд каналов, воздуховод для первого теплоносителя, сообщающийся с одной половиной каналов, и воздуховод для второго теплоносителя, сообщающийся с другой половиной каналов, причём каналы для первого теплоносителя чередуются с каналами для второго, отличающийся тем, что ширина каналов выполнена в соответствии с формулами:Air plate recuperator, including a rectangular casing divided by heat exchange plates installed in it into a number of channels, an air duct for the first coolant, communicating with one half of the channels, and an air duct for the second coolant, communicating with the other half of the channels, and the channels for the first coolant alternate with channels for the second, characterized in that the width of the channels is made in accordance with the formulas:
Figure 00000009
Figure 00000009
 где δ1, δ2 - ширина канала для первого и второго теплоносителя соответственно;where δ 1 , δ 2 - channel width for the first and second coolant, respectively; λ - коэффициент аэродинамического сопротивления канала;λ - coefficient of aerodynamic resistance of the channel; l, h - длина и ширина теплообменной пластины соответственно; l , h - length and width of the heat exchange plate, respectively; ρ1, ρ2 - среднее значение плотности первого и второго теплоносителя в соответствующем температурном диапазоне;ρ 1 , ρ 2 - the average value of the density of the first and second heat carrier in the corresponding temperature range; [Δρ] - допускаемое аэродинамическое сопротивление канала;[Δρ] is the permissible aerodynamic resistance of the channel; z - количество теплообменных пластин; z is the number of heat exchange plates; Q 1, Q 2 - объёмный расход первого и второго теплоносителя соответственно. Q 1 , Q 2 - volumetric flow rate of the first and second heat carrier, respectively.
RU2020130782A 2020-09-17 2020-09-17 Air plate-type recuperative heat exchanger RU2741182C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130782A RU2741182C1 (en) 2020-09-17 2020-09-17 Air plate-type recuperative heat exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130782A RU2741182C1 (en) 2020-09-17 2020-09-17 Air plate-type recuperative heat exchanger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2741182C1 true RU2741182C1 (en) 2021-01-22

Family

ID=74213214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020130782A RU2741182C1 (en) 2020-09-17 2020-09-17 Air plate-type recuperative heat exchanger

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2741182C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0859203A2 (en) * 1997-02-13 1998-08-19 Antonius Van Hecke Method and device for cooling air
JP2001174021A (en) * 1999-12-14 2001-06-29 Matsushita Seiko Co Ltd Heat-exchange module and application device thereof
RU139843U1 (en) * 2013-05-29 2014-04-27 Владимир Евсеевич Злотин RECUPERATOR
RU2012147062A (en) * 2012-11-01 2014-05-10 Общество с ограниченной ответственностью " Научный Центр "Керамические двигатели" им.А.М.Бойко" (ООО "Центр Бойко) MINIATURE RECOVERABLE AIR HEATER OF AN AUTONOMOUS POWER MICRO SOURCE (AEM)
RU194750U1 (en) * 2019-09-17 2019-12-23 Сергей Анатольевич Лысцев Plate heat exchanger element for supply and exhaust ventilation systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0859203A2 (en) * 1997-02-13 1998-08-19 Antonius Van Hecke Method and device for cooling air
JP2001174021A (en) * 1999-12-14 2001-06-29 Matsushita Seiko Co Ltd Heat-exchange module and application device thereof
RU2012147062A (en) * 2012-11-01 2014-05-10 Общество с ограниченной ответственностью " Научный Центр "Керамические двигатели" им.А.М.Бойко" (ООО "Центр Бойко) MINIATURE RECOVERABLE AIR HEATER OF AN AUTONOMOUS POWER MICRO SOURCE (AEM)
RU139843U1 (en) * 2013-05-29 2014-04-27 Владимир Евсеевич Злотин RECUPERATOR
RU194750U1 (en) * 2019-09-17 2019-12-23 Сергей Анатольевич Лысцев Plate heat exchanger element for supply and exhaust ventilation systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10145295B2 (en) Supercharge air cooler
US10060338B2 (en) Intercooler
Berbish Heat transfer and flow behavior around four staggered elliptic cylinders in cross flow
SE454211B (en) HEAT EXCHANGER WITH A THIRD FLOW RANGE FOR PREVENTION OF COLD FLUID
US9638470B2 (en) Compact low pressure drop heat exchanger
SE449791B (en) HEAVY EXCHANGE INCLUDING ROWS AND PLATES WITH INBUTS AND BULBS FOR REVOLUTION
US6896043B2 (en) Heat exchanger
RU2741182C1 (en) Air plate-type recuperative heat exchanger
Tran et al. Performance of thermofluidic characteristics of recuperative wavy-plate heat exchangers
JP6895497B2 (en) Rib heat exchanger and its manufacturing method
Quoc et al. Research on heat exchanger between water with air in an intercooler based on CFD
JP6390463B2 (en) Thermoelectric generator
Shanker et al. Thermal analysis of water cooled charge air cooler in turbo charged diesel engine
Ligrani et al. Mixed convection in straight and curved channels with buoyancy orthogonal to the forced flow
US4751964A (en) Heat exchanger, mainly for use with gas heated devices
Kotcioglu et al. The efficiency analysis of a finned cross-flow heat recovery unit
Jokar et al. Single-phase flow in meso-channel compact heat exchangers for air conditioning applications
JPS5916693Y2 (en) Heat exchanger
Jokar et al. Correlations for Heat Transfer and Pressure Drop of Glycol-Water and Air Flows in Minichannel Heat Exchangers.
Dasgupta et al. Experimental study on air side heat transfer and fluid flow characteristics of microchannel heat exchanger
Mohan et al. Experimental investigation of heat transfer study on plate fin heat exchangers with wavy fins
RU226726U1 (en) CROSS-FLOW RECOVERY RECOVERY WITH ADDITIONAL FINNING
Kamde et al. Experimental and Computational Investigation of Forced Convection Analysis of Plate Circular Pin Fin Heat Sinks over Vertical base
RU2246675C2 (en) Method for intensification of heat exchange of media and heat-exchange apparatus realizing the method
UA154090U (en) METHOD OF DETERMINING THE PARAMETERS OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE COOLING SYSTEM