Пластинчатый теплообменник

 

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: повышение тепловой эффективности пластинчатого теплообменника и создание возможности использования его в качестве утилизационного парогенератора и конденсатора воздушного охлаждения достигается тем, что он снабжен двумя дополнительными пластинами, оребренными с обеих сторон, расположенными на противоположных торцах пакета и соединенными по периметру со смежными пластинами теплообменных элементов. При этом пластины соединены между собой кольцевыми проставками с образованием между ними каналов 8 для первой рабочей среды, а между наружным оребрением смежных теплообменных элементов образованы каналы 9 для второй рабочей среды, противоточные каналам 8. Между дополнительными пластинами и смежными пластинами теплообменных элементов образованы каналы 12 и коллекторные полости для подвода и отвода второй рабочей среды, а между внутренним оребрением пластины каждого теплообменного элемента установлены промежуточные пластин, уменьшающие эквивалентный диаметр каналов 8. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании парогенераторов для утилизации теплоты выхлопных газов газотурбинных установок (ГТУ) и двигателей внутреннего сгорания (ДВС), конденсаторов пара с отводом теплоты атмосферным воздухом, регенераторов ГТУ и других теплообменников в различных отраслях промышленности.

Известен теплообменник, содержащий группу теплообменных пластин, которые при помощи нажимных плит и винтов сжаты в один пакет. Система уплотнительных прокладок теплообменника построена так, что после сборки и сжатия пластин в теплообменнике образуются две группы герметичных каналов: одна для горячего теплоносителя, другая для холодного /[1] с. 87, рис. 56/.

Недостатком этого теплообменника является невозможность его использования в качестве утилизационного парогенератора или конденсатора с отводом теплоты атмосферным воздухом из-за сложности системы подвода и отвода теплоносителей.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является пластинчатый теплообменник, содержащий пакет теплообменных элементов, каждый из которых выполнен из двух пластин, соединенных между собой с образованием между ними полости для первой рабочей среды. В полости размещено оребрение одной из пластин. Обе пластины снабжены наружным оребрением. Теплообменные элементы соединены друг с другом, образуя между наружным оребрением смежных элементов каналы для второй рабочей среды. Полости и каналы сообщены с вводом и выводом соответствующих рабочих сред /[2] c. 297, рис. 260 а/.

Недостатком этого теплообменника является низкая тепловая эффективность, связанная с перекрестным током теплоносителей, а также невозможность его использования в качестве утилизационного парогенератора для конденсатора с отводом теплоты атмосферным воздухом из-за сложности системы подвода и отвода теплоносителей в аппарате перекрестного тока.

Задачей изобретения является повышение тепловой эффективности пластинчатого теплообменника и создание возможности использования его в качестве утилизационного парогенератора и конденсатора воздушного охлаждения.

Указанная задача решается в пластинчатом теплообменнике, содержащем пакет теплообменных элементов, выполненных каждый в виде двух пластин, соединенных между собой с образованием между ними полости для первой рабочей среды, в которой размещено внутреннее оребрение одной из пластин. Обе пластины снабжены наружным оребрением. Теплообменные элементы соединены друг с другом, образуя между наружным оребрением смежных элементов каналы для второй рабочей среды. Полости и каналы сообщены с вводом и выводом соответствующих рабочих сред.

Согласно изобретению теплообменник снабжен двумя дополнительными пластинами, оребренными с обеих сторон, расположенными на противоположных торцах пакета и соединенных по периметру со смежными пластинами теплообменных элементов, при этом каналы для второй рабочей среды сообщены между собой при помощи кольцевых проставок и заглушены по периметру пакета.

Другая пластина каждого теплообменного элемента также снабжена внутренним оребрением, размещенным в упомянутой полости с образованием в ней оребрением обеих пластин противоточных каналов для первой среды, противоположным каналам для второй.

Пакет теплообменных элементов заключен в корпус, ввод и вывод второй среды выполнен в виде патрубков, сообщенных с соответствующими каналами через отверстия в одной из дополнительных пластин.

Между внутренним оребрением пластин каждого теплообменного элемента установлены промежуточные пластины. При этом теплообменник может быть снабжен дополнительными патрубками ввода и вывода второй среды, проходящими через отверстия в другой дополнительной пластине. Кроме того, теплообменник может быть снабжен промежуточными пластинами, установленными между наружным оребрением смежных теплообменных элементов.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты: 1. Увеличение среднего температурного напора между первой и второй рабочими средами. Этот результат является следствием того, что каналы для прохода рабочих сред выполнены противоточными. При заданных начальных и конечных температурах рабочих сред средний температурный напор в противоточном теплообменнике выше, чем в теплообменнике с перекрестным током. Увеличение среднего температурного напора приводит к повышению тепловой эффективности теплообменника.

2. Простота изготовления теплообменника. Этот результат является следствием того, что каждый из теплообменных элементов образован двумя оребренными теплопередающими пластинами, соединенными между собой кольцевыми проставками, а теплообменные элементы соединены между собой по контуру теплопередающих пластин.

3. Снижение гидравлических сопротивлений входа и выхода рабочих сред в теплообменнике. Этот результат является следствием того, что теплообменные элементы соединены между собой с образованием коллекторных полостей подвода и отвода рабочей среды.

Снижение гидравлических сопротивлений входа и выхода рабочих сред, а также то, что теплообменные элементы соединены между собой по контуру теплопередающих пластин с образованием противоточных каналов позволяет использовать пластинчатый теплообменник в качестве утилизационного парогенератора и конденсатора воздушного охлаждения, что снижает металлоемкость и повышает эксплуатационную надежность парогенератора и конденсатора.

На фиг. 1 изображен пластинчатый теплообменник, поперечный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 вариант пластинчатого теплообменника, поперечный разрез.

Пластинчатый теплообменник содержит пакет 1 теплообменных элементов 2, выполненных каждый в виде двух теплопередающих пластин 3, снабженных внутренним 4 и наружным 5 оребрением. Внутреннее 4 оребрение выполнено по всей высоте пластины (фиг. 4).

Пластины 3 соединены между собой кольцевыми проставками 6 и 7 с образованием между ними каналов 8 для первой рабочей среды. В каналах 8 размещено внутреннее 4 оребрение пластин 3.

Наружное 5 оребрение выполнено в средней части высоты пластин 3 на участке между кольцевыми проставками 6 и 7 (фиг. 3).

Между наружным 5 оребрением смежных элементов 2 образованы каналы 9 для второй рабочей среды, противоточные каналам 8 для первой. Каналы 9 для второй среды сообщены между собой при помощи кольцевых проставок 6 и 7 и заглушены по периметру пакета 1.

Пакет 1 теплообменных элементов 2 теплообменника снабжен двумя дополнительными пластинами 10, оребренными с обеих сторон аналогично пластинам 3. Дополнительные пластины 10 расположены на противоположных торцах пакета 1 и соединены по периметру через проставки 11 со смежными пластинами 3 теплообменных элементов 2 с образованием противоточных каналов 12 и коллекторных полостей 13 и 14 подвода и отвода второй рабочей среды.

Ввод и вывод второй среды выполнен в виде патрубков подвода 15 и отвода 16, сообщенных с соответствующими каналами через отверстия в одной из дополнительных пластин 10. Число патрубков 15 и 16 может быть больше одного.

Между вершинами внутреннего оребрения пластин 3 каждого теплообменного элемента 2 установлены промежуточные пластины 17, уменьшающие эквивалентный диаметр каналов 8.

Пакет 1 теплообменных элементов 2 с двумя дополнительными пластинами 10 заключен в корпус 18, образованный двумя параллельными пластинами 19 и 20, соединенными стенками 21.

Патрубки подвода 15 и отвода 16 второй рабочей среды пропущены через соответствующие отверстия в пластине 19 корпуса 18 и уплотнены в них полукольцевыми заделками 22 и 23.

Теплообменник может быть снабжен дополнительными патрубками подвода 15 и отвода 16 второй среды, проходящими через отверстия в другой дополнительной пластине 10.

Кроме того, теплообменник может быть снабжен промежуточными пластинами 24 (фиг. 5), установленными между наружным 5 оребрением пластин 3 смежных теплообменных элементов 2.

При работе теплообменника в качестве утилизационного парогенератора выхлопные газы газотурбинной установки или двигателя внутреннего сгорания проходят по каналам 8 сверху вниз. Вода по патрубкам подвода 15 и кольцевым проставкам 6 поступает в коллекторные полости 13, заполняя каналы 9 и 12 до заданного уровня.

Теплота от выхлопных газов через стенки теплопередающих пластин 3 и 10, снабженных оребрением 4 и 5, передается воде, которая нагревается и превращается в пар. Образовавшийся пар из коллекторных полостей 14 через кольцевые проставки 7 и патрубки отвода 16 выходит из теплообменника.

Промежуточные пластины 17, установленные между вершинами оребрения 14 и уменьшающие эквивалентный диаметр каналов 8, интенсифицируют процесс теплоотдачи от газов, проходящих по каналам 8, к поверхности теплопередающих пластин 3 и 10. Кроме того, промежуточные пластины 17 воспринимают распирающие усилия от давления воды и пара в каналах 9 и 12.

При работе теплообменника в качестве конденсатора атмосферный воздух, подаваемый вентилятором, проходит по каналам 8 снизу вверх. Конденсируемый пар по патрубкам 16 и кольцевым проставкам 7 поступает в коллекторные полости 14, заполняя каналы 9 и 12. Теплота от пара через стенки теплопередающих пластин 3 и 10 передается атмосферному воздуху.

Давление конденсирующегося пара в каналах 9 и 12 ниже давления атмосферного воздуха, проходящего по каналам 8. Сжимающие усилия от разности давлений воздуха и пара воспринимаются промежуточными пластинами 24.

Формула изобретения

1. Пластинчатый теплообменник, содержащий пакет теплообменных элементов, выполненных каждый в виде двух пластин, соединенных между собой с образованием между ними полости для первой рабочей среды, в которой размещено внутреннее оребрение одной из пластин, причем обе пластины снабжены наружным оребрением, теплообменные элементы соединены друг с другом, образуя между наружным оребрением смежных элементов каналы для второй рабочей среды, а полости и каналы сообщены с вводом и выводом соответствующих рабочих сред, отличающийся тем, что он снабжен двумя дополнительными пластинами, оребренными с обеих сторон, расположенными на противоположных торцах жакета и соединенными по периметру со смежными пластинами теплообменных элементов, при этом каналы для второй среды сообщены между собой при помощи кольцевых проставок и заглушены по периметру пакета, другая пластина каждого теплообменного элемента также снабжена внутренним оребрением, размещенным в упомянутой полости c образованием в ней оребрением обеих пластин каналов для первой среды, противоточных каналам для второй, причем пакет теплообменных элементов заключен в корпус, ввод и вывод второй среды выполнены в виде патрубков, сообщенных с соответствующими каналами через отверстия в одной из дополнительных пластин, а между внутренним оребрением пластин каждого теплообменного элемента установлены промежуточные пластины.

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными патрубками ввода и вывода второй среды, проходящими через отверстия в другой дополнительной пластине.

3. Теплообменник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными промежуточными пластинами, установленными между наружным оребрением смежных теплообменных элементов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5