Пакет матричного теплообменника и способ его изготовления

 

Использование: для обеспечения теплообмена между жидкими или газообразными теплоносителями в матричных теплообменниках , применяемых в различных областях теплоэнергетики. Сущность изобретения: пакет матричного теплообменника содержит перфорированные пластины из высокотеплопроводного алюминия. Между ними размещены прокладки из трехслойного полиметалла . Последний состоит из центрального слоя титана, плакированного с двух сторон алюминием. Состав этого алюминия близок к составу материала пластины. Трехслойный полиметалл прокладок получают сваркой взрывом. Затем его прокатывают до требуемой толщины. Соединяют перфорированные пластины с прокладками диффузионной сваркой. 2. с. п. ф-лы, 3 ил. со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1760301 Al (я)5 F 28 F 3/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ 4

IQ

iC) (л)

ГОСУДАР СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4820521/06 (22) 01,03.90 (46) 07,09.92. Бюл. ¹ 33 (71) Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения МГТУ, им. Н. Э. Баумана (72) Е, И. Микулин, Ю. А. Шевич, Г. И. Глуховский, Э, А. Салтайс, В. А. Веселов, А. Н. Кривенцов, В, И, Кузьмин и Т. Е. Ушакова (56) 1. Микулин Е.И., Шевич Ю,А. Матричные теплообменные аппараты", М.: Машиностроение, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР № 916958, кл. D 28 F 3/08, 1982.

3. Опубликованная заявка ЕПВ ¹ 0110311, кл. F 28 F 3/14, опубл, 1984. (54) МАТРИЧНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК И

СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности, к устройствам теплообмена между жидкими или газообразными теплоносителями.

Известны конструкции матричных теплообменников, изготовленные из металлических высокотеплопроводных перфорированных пластин и расположенных между ними металлических прокладок. Герметичное соединение пластин и прокладок в единую матрицу осуществляется либо с помощью склеивания либо диффузионной сваркой.

Высокая эффективность теплообмена (КПД 0,95) достигается в том случае, когда продольный (вдоль оси Y) тепловой поток по стенкам матрицы от теплого конца к холодному незначителен. (57) Использование: для обеспечения теплообмена между жидкими или газообразными теплоносителями в матричных теплообменниках, применяемых в различных областях теплоэнергетики. Сущность изобретения: пакет матричного теплообменника содержит перфорированные пластины из высокотеплопроводного алюминия. Между ними размещены прокладки из трехслойного полиметалла. Последний состоит из центрального слоя титана, плакированного с двух сторон алюминием. Состав этого алюминия близок к составу материала пластины, Трехслойный полиметалл прокладок получают сваркой взрывом. Затем его прокатывают до требуемой толщины. Соединяют перфорированные пластины с прокладками диффузионной сваркой. 2. с. и. ф-лы, 3 ил.

Недостатком клееных конструкций матриц являются ограниченные прочность и надежность.

При соединении элементов матрицы диффузионной сваркой перфорированные пластины изготавливают из высокотеплопроводной меди, а прокладки-из низкотеплопроводной стали, например, антикоррозионной, которая в этой конструкции выполняет роль термосопротивления.

Продольная теплопроводность стенок матрицы снижает эффективность теплообменника, а повышение теплопроводности вдоль оси Х повышает его эффективность.

Известен матричный теплообменник, который содержит прокладку, состоящую из разнородных двух металлов с высокой и низкой теплопроводностью (а. с. СССР ¹

1760301

91б958, кл. F 28 F 3/08, 1982 ). При этом часть прокладки, состоящая из мат8риалд с

BbicQKQÉ T8AJloI РОВОДнастью, cHNNB8T Т8Р мическое сопротивление перфорированной пласгины (вдаль аси х), расположенной в

Зоне СТСН и.

Недостатком акой конструкции теплоОМЕННИКа ЯВЛЯЕТСЯ Та, ЧТО ПРИМЕНЯВМЫ8 В нем метаг лы (медь и сталь) имеют большую

flfIQTHQC fb, BC!I8PCTBH8 H8I Q T8Q lQQ6M8HHMK приабретае- большую массу. Кроме того, перфорация, имеющаяся в пластине, увеличивает термическое сопротивление ct8HKM в направлении л, чта ОтрицательнО сказыва" ется HB КПД теплаабменнаГО аппарата, г налагичным заяВленнаму является способ изготовления матричного теплообм е н н и ка путем с ва р ки и ссгпо еда ветел ь но чередуюшихся перфорированных металлических пластин и прокладок.

Однако этот способ имеет ограниченное llрименение, поскольку соединение реализуют путем диффузионной сварки элементов из металлов большой плотности, что ведет к черезмерному увеличению массы теплоабменника.

Известен способ механического соединения ра" íîðîäíûõ пластин в пакете плоского теплоабменника, изготовленного из ле ких металлов, описанный в заявке ЕПВ

N 01103 l1. В этой заявке описана конструкция теплаобменника, состоящего из неcKonbKll,v, споев 1 и 2 (см, Фиг, 3) разного металг1а, причем из заявки следует, чтО эти слОи сваривают и пракатыВают при изГатовлении Всего пакста теплаобменника, Недостаткам этОЙ конструкции и способа 88 изГОтавл8ния яВляется та, чта предлаженн ыЙ В заЯВке E I lB 4 01 I 031 1, пакет теплаобменника состоит ВсеГО из трех или пЯти тон клх cJlQGB разнОраднаГО металла и B слу чае большого количества слоев (несколько десятков или c»T8H) его прокатка становится невозможной. Кроме тога, в рассматриваемой заявке ЕВП К 011031 свариваемые пластины и прокладки не имеют перфорации и окон, Наличие перфорации в пластинах и окон в прокладках матричного теплоабменника требует при сварке пакета (матрицы) их строгого совпадения, что невозможно обеспечить при изготовлении матрицы теплоабменника способом, описанным В заявке ЕГ!В.

Целью изобретения является снижение массы, удешевление конструкции и повышение эффективности теплаабмена за счет уменьшения продольного теплового потока.

Г!оставленная цель достигается за счет того, что в матричном теплаобменнике, содержащем подключенный к коллектору па5

55 кет перфорированных пластин из высокотеплопроводного металла, чередующихсяс прокладками из низкотеплопроводного металла перфорированные пластины выполнены из легкого листового металла, например, алюминия, а прокладки — из листового трехслойного легкого полиметалла, например, титана, плакированнога с обеих сторон высокотеплопроводным алюминием, близким по составу к материалу перфорированных пластин.

Поставленная цель также достигается тем, что в способе изготовления матричного теплообменника путем механического соединения последовательно чередующихся перфорированных пластин и прокладок, трехслойные полиметаллические прокладки получают путем сварки взрывам с последующей прокаткой до толщины требуемого размера, а соединение перфорированных пластин с прокладками осуществляют методом дифФузионной сварки.

Заявленная совокупность операций способа в указанной последовательности обеспечивает получение конструкции матричного теплообменника "достижением положительного эффекта, заключенного в цели изобретения — снижение массы, удешевление конструкции и повышение эффективности теплообмена за счет уменьшения продольного теплового потока.

На фиг, 1 представлен матричный теплообменик, общий вид; на фиг, 2 — фрагмент матрицы по фиг. 1; на фиг, 3 — фрагмент теплообменника-прототипа по заявке ЕПВ

М 0110311.

Матричный теплообменник содержит подключенный к коллектору 1 пакет, набранный из пластин 2 с отверстиями 3. Пластины 2 выполнены из легкого металла, например алюминия, Между пластинами 2 размещены прокладки из листов трехслойного легкого полиметалла. Средний слой 4 прокладок изготовлен из титана, плакированного с обеих сторон высокотеплопроводным алюминием 5. Состав этого алюминия близок по составу к алюминиевому материалу пластин 2.

Матричный теплообменник изготавлиВают следующим способом, Пакет образуют набором алюминиевых пластин 2 с отверстиями 3, последовательно чередующихся с прокладками, изготовленными из титана 4, плакированного с обеих

cTQpGH высокотеплопроводным алюминием

5, Соединение титанового листа с алюминиевыми с получением трехслойных полиметаллических прокладок осуществляют сваркой взрывом, с помощью которой удается прочно соединить между собой практически любые металлы. После сварки

1760301 взрывом листовой трехслойный металл прокатывают до нужной толщины. Соединение перфорированных пластин 2 с прокладками осуществляют путем диффузионной сварки.

В этом случае методом диффузионной сварки свариваются практически однородные металлы: алюминиевые пластины 2 и внешние алюминиевые слои 5 трехслойных прокладок. Это обеспечивает прочность и герметичность соединения указанных элементов всей матрицы.

Теплообменник работает следующим образом.

Теплый теплоноситель Gi через коллектор 1 подводится к матрице и омывает поверхность перфорированных пластин 2 с отверстиями 3, отдавая им свое тепло. Далее этот поток тепла передается за счет теплопроводности пластин 2 (вдоль оси Х) той их части, которая омывается холодным теплоносителем Gx. В результате температура холодного теплоносителя повышается, а теплого — понижается. Наличие трехслой- ных прокладок, содержащих средний титановый слой 4, плакированный с обеих сторон алюминием 5, обеспечивает требуемый зазор между перфорированными пластинами 2, При этом титановый слой прокладок резко снижает продольный поток тепла по стенкам, который отрицательно влияет на эффективность теплообменника.

Пример реализации способа. По предлагаемому способу изготовлен теплообменник размером 120х45х105 мм из алюминиевых пластин и прокладок из титана, плакированного с обеих сторон алюминием, Толщина алюминиевых пластин 0,5 мм, толщина прокладок 0,9 мм, где толщина сред5 него титанового слоя 0,3 мм, а наружных слоев из алюминия 0,3 мм. Количество слоев пластин и прокладок 100, Предварительные испытания показали, что образцы, собранные при помощи сварки

10 взрывом и диффузионной сваркой имеют требуемую прочность и герметичность и обладают низкой продольной теплопроводностью матрицы.

Ф о р м у л а и з о б р e;.:-;-, .; .

l5 1. Пакет матричного теплообмен ика, содержащий перфорированные пластины из высокотеплопроводного металл и размещенные между ними прокладки из Hl:.-.котеплопроводн ого металла, о т л и " . а iQ

20 шийся тем, что, с целью сниж".t,êë массы и повышения эффектив: от за счет счижения продольного теплово о потока, прокладки выполнены из титана, плакированного алюминием, из которого

25 выполнены и перфорированные пла тины, 2. Способ изготовления паке-,а матри— ного теплообменника путем сварки перфорированных пластин и прокладок, выполненных из прокатанных листов пол30 иметалла, отличающийся тем, что листы полиметалла для прокладок образуют сваркой взрывом, а после их прокатки до требуемой толщины соединяют с перфорированными пластинами диффузионной

35 сваркой.

1760301

Фиг. 2

Фиг, 3

Составитель Ю. Шевич

Техред М.Моргентал Корректор С. Патрушева

Редактор Л. Волкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3176 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5