Пластинчато-трубчатый теплообменник

Изобретение относится к теплоэнергетике, может быть использовано в стационарных и транспортных энергетических установках, в системах отопления, охлаждения и кондиционирования и направлено на повышение удельных тепловых потоков, снимаемых с перегородок. Пластинчато-трубчатый теплообменник содержит коллектор (1) для подвода и коллектор (2) для отвода охлаждающей среды. Коллектор (1) и коллектор (2) соединены трубками (3), диаметром d. Концы трубок (3) соединены сваркой или пайкой с трубными досками (4) и (5). Между трубными досками (4) и (5) расположены перегородки (6), образующие каналы (7) для течения охлаждаемой среды. Шаг трубок в продольном и поперечном направлении перегородок одинаковый и равен t. На каждой перегородке (6) выполнены в шахматном порядке чередующиеся выступы (8) и впадины (9), в форме сферических сегментов, равной глубины h и диаметром D. На соседних перегородках (6) вершины выступов (8) и дно впадин (9), расположенных навстречу друг другу на одной оси, выполнены соприкасающимися друг с другом. Трубки (3) проходят насквозь через все перегородки (6) по центру впадин (9) и выступов (8). Стенки выступов (8) и впадин (9) в местах контакта соединены со стенками трубок (3) пайкой, формируя оребрение трубок (3). 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в стационарных и транспортных энергетических установках, в системах отопления, охлаждения и кондиционирования.

Известен пластинчатый теплообменник (Патент РФ №2342616, МПК F28D 9/00, опубл. 27.12.2008), содержащий пластины с отверстиями и межпластинчатые каналы для прохода теплоносителей, на пластинах имеет отформованные, на равном удалении друг от друга по всей поверхности пластин элементы дискретной шероховатости полусферической формы двух видов, отличающихся радиусами сфер, так, что вокруг одного большого элемента находятся восемь равноудаленных друг от друга малых элементов, а вершины больших и малых элементов дискретной шероховатости направлены в разные стороны от плоскости пластины. Кроме того, пластины устанавливаются в теплообменнике так, чтобы у смежных пластин соприкасались вершины элементов одинакового размера, т.е. или только больших, или только малых элементов, благодаря чему образующиеся между пластинами смежные каналы для прохода горячего и холодного теплоносителей имеют разные эквивалентные гидравлические диаметры.

Недостатком данного пластинчатого теплообменника является низкая теплоотдача на поверхности пластин из-за использования дискретной шероховатости, выполненной в виде полусферических впадин. В полусферических впадинах формируются застойные зоны, увеличивающие термическое сопротивление теплообменных поверхностей пластин.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является пластинчато-трубчатый теплообменник, раскрытый в патенте РФ №2355969, МПК F28D 9/00, опубл. 20.05.2009, состоящий из чередующихся, примыкающих друг к другу, пластин, перегородок, выполненных с элементами, турбулизирующими поток сред в виде чередующихся впадин и выступов в форме усеченных конусов, расположенных шахматно и противоположно друг другу на соседних перегородках с соблюдением их общей соосности, полостей для пропуска охлаждающей жидкости, образованных соседними перегородками, трубок, проходящих через пластины и объединенных трубными досками для течения охлаждаемой жидкости, причем оси трубок совпадают с осями выступов и впадин.

Недостатком данного изобретения является низкий уровень теплопередачи, обусловленный наличием застойных зон во впадинах и канальным течением по вершинам выступов.

Технической задачей является повышение эффективности теплопередачи от охлаждающей среды к охлаждаемой среде.

Технический результат заключается в повышении удельных тепловых потоков, снимаемых с перегородок.

Это достигается тем, что в пластинчато-трубчатом теплообменнике, включающем трубки, полости, образованные перегородками, выполненными с элементами, турбулизирующими поток среды в виде чередующихся впадин и выступов, расположенных шахматно и противоположно друг другу на соседних перегородках с соблюдением их общей соосности, причем трубки проходят насквозь через перегородки, согласно изобретению, трубки выполнены с возможностью течения по ним охлаждающей среды, а образованные перегородками полости выполнены с возможностью течения по ним охлаждаемой среды, выступы и впадины выполнены в виде сферических сегментов, причем вершины выступов и дно впадин соседних перегородок соединены между собой и с трубками.

Кроме того, впадины и выступы выполнены относительной глубиной 0,25≤h/D≤0,35, а их диаметр 2d≤D≤t, где d - диаметр трубок, t - шаг трубок в продольном и поперечном направлении перегородок.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано продольное сечение пластинчато-трубчатого теплообменника; на фиг. 2 - поперечный разрез теплообменника; на фиг. 3 - изометрия внутренней полости теплообменника; на фиг. 4 - график зависимости относительной величины теплового потока К от относительной глубины сферических сегментов h/D; на фиг. 5 - график зависимости относительной величины теплового потока K от относительного диаметра сферического сегмента D/d.

Пластинчато-трубчатый теплообменник содержит коллектор 1 для подвода и коллектор 2 для отвода охлаждающей среды. Коллектор 1 и коллектор 2 соединены трубками 3 диаметром d. Концы трубок 3 соединены сваркой или пайкой с трубными досками 4 и 5. Между трубными досками 4 и 5 расположены перегородки 6, образующие каналы 7 для течения охлаждаемой среды. Шаг трубок в продольном и поперечном направлении перегородок одинаковый и равен t. На каждой перегородке 6 выполнены в шахматном порядке чередующиеся выступы 8 и впадины 9, в форме сферических сегментов, равной глубины h и диаметром D. На соседних перегородках 6 вершины выступов 8 и дно впадин 9, расположенных навстречу друг другу на одной оси, выполнены соприкасающимися друг с другом. Трубки 3 проходят насквозь через все перегородки 6 по центру впадин 9 и выступов 8. Стенки выступов 8 и впадин 9 в местах контакта соединены со стенками трубок 3 пайкой, формируя оребрение трубок 3.

Пластинчато-трубчатый теплообменник работает следующим образом.

Охлаждающая среда, например жидкость, втекает в коллектор 1 для подвода охлаждающей среды и поступает в трубки 3. Жидкость движется по трубкам 3, отводя теплоту от охлаждаемой среды, например, горячего газа. Далее жидкость проходит через трубную доску 5, поступает в коллектор 2 и отводится из теплообменника. Горячий газ поступает в каналы 7 между перегородками 6 и движется по зигзагообразным траекториям, обтекая соединенные вершины выступов 8.

Впадины 9 в виде сферических сегментов с трубками 3 по центру генерируют спиральные вихри, разрушающие застойные зоны за трубками 3 и увеличивают теплоотдачу от газа к жидкости. Форма впадин 9 в виде сферических сегментов обеспечивает безотрывное течение газа, что исключает формирование застойных зон и снижает гидравлическое сопротивление каналов 7. Стенки контактирующих выступов 8 и впадин 9 работают как ребра, увеличивают площадь теплообмена трубок 3 и коэффициенты теплопередачи от газа к жидкости.

Интенсивность теплообмена в каналах 7 зависит от относительной глубины сферического сегмента h/D и относительного диаметра D/d.

Были проведены экспериментальные исследования вариантов пластинчато-трубчатого теплообменника. В качестве охлаждающей среды была использована вода, а в качестве охлаждаемой среды горячий воздух. При фиксированной температуре воздуха и воды на входе в теплообменник изменялась относительная глубина впадин, в диапазоне чисел Рейнольдса для воздуха от 3800 до 48500.

На фиг. 4 представлены графики зависимости К отношения суммарного количества теплоты, отведенной от воды в теплообменнике с интенсификаторами, к суммарному количеству теплоты, отведенной в теплообменнике с гладкими перегородками, установленными с зазором 2h, от относительной глубины впадин h/D для трех значений числа Рейнольдса: 3800, 29300,48500.

Как видно максимум К лежит в пределах 0,25≤h/D≤0,35 во всем исследованном диапазоне чисел Рейнольдса.

На фиг. 5 представлены графики зависимости К отношения суммарного количества теплоты, отведенной от воды в теплообменнике с интенсификаторами, к суммарному количеству теплоты, отведенной в теплообменнике с гладкими перегородками, от относительного диаметра впадин D/d для трех значений числа Рейнольдса: 3800, 29300, 48500. Результаты экспериментальных исследований показали, что после значения D/d≈2 (при h/D=0,3) дальнейшее увеличение диаметра впадины практически не влияет на интенсивность теплообмена. Верхнее ограничение D/d≤t определяется тем, что выступы и впадины не должны перекрывать друг друга, что изменит предлагаемую геометрию каналов 7.

Экспериментально установлено, что в качестве охлаждающей среды может быть использована любая жидкость: углеводородное топливо, жидкий водород, аммиак и т.д., а в качестве охлаждаемой среды нагретый воздух, любой горячий газ, например, газ на выходе из газотурбинного двигателя или энергетической газотурбинной установки, при этом технический результат достигается во всех случаях.

Использование изобретения позволяет повысить удельные тепловые потоки, снимаемые с перегородок за счет увеличения эффективности теплопередачи от охлаждающей среды к охлаждаемой среде.

1. Пластинчато-трубчатый теплообменник, включающий трубки, полости, образованные перегородками, выполненными с элементами, турбулизирующими поток среды в виде чередующихся впадин и выступов, расположенных шахматно и противоположно друг другу на соседних перегородках с соблюдением их общей соосности, причем трубки проходят насквозь через перегородки, отличающийся тем, что трубки выполнены с возможностью течения по ним охлаждающей среды, а образованные перегородками полости выполнены с возможностью течения по ним охлаждаемой среды, выступы и впадины выполнены в виде сферических сегментов, причем вершины выступов и дно впадин соседних перегородок соединены между собой и с трубками.

2. Пластинчато-трубчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что впадины и выступы выполнены относительной глубиной 0,25≤h/D≤0,35, а их диаметр 2d≤D≤t, где d - диаметр трубок, t - шаг трубок в продольном и поперечном направлении перегородок.



 

Похожие патенты:

Предложены теплопередающая пластина (8a, 8b) и кассета (57), содержащая такие теплопередающие пластины (8a, 8b), для теплообменника (2). Теплопередающая пластина (8a, 8b) содержит первую и вторую противоположные стороны (22, 24), участок (62) контактного взаимодействия с первой балкой и участок (64) контактного взаимодействия со второй балкой.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Теплопередающая пластина (2a), содержащая первый концевой участок (8), второй торцевой участок (16) и центральный участок (24), расположенные в этой последовательности вдоль продольной центральной оси (L).

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. В теплообменнике (E1), содержащем множество пластин (2), параллельных продольному направлению (z) и вместе образующих первый ряд проходов (10) для потока по меньшей мере одного хладагента (F1), предназначенного для обмена теплом с по меньшей мере одной теплотворной текучей средой (C), причем по меньшей мере один проход (10) первого ряда, образованный между двумя смежными пластинами (2), имеет впуск (31) для хладагента, выполненный с возможностью впуска хладагента (F1) в участок (100) указанного прохода (10), и выпуск (41) для хладагента, выполненный с возможностью выпуска хладагента (F1) из участка (100), указанный по меньшей мере один проход (10) первого ряда дополнительно содержит по меньшей мере один другой впуск (32) для хладагента, выполненный с возможностью впуска другого хладагента (F2) в другой участок (200) указанного прохода (10), и по меньшей мере один другой выпуск (42) для хладагента, выполненный с возможностью выпуска другого хладагента (F2) из другого участка (200), причем указанные другие впуски и выпуски (32, 42) расположены так, что указанный по меньшей мере один проход (10) разделен, в продольном направлении (z), на по меньшей мере указанный участок (100) и указанный другой участок (200).

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Теплопередающая пластина (2) содержит первую область (14) распределения, снабженную первым распределительным рисунком, вторую область (22) распределения, снабженную вторым распределительным рисунком, и область (26) теплопередачи, снабженную теплопередающим рисунком, отличающимся от первого и второго распределительных рисунков.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках для обработки подаваемого вещества. Пластинчатый теплообменник включает в себя пакет пластин, содержащий множество теплообменных пластин, и определяет нагревающий объем, охлаждающий объем и множество технологических объемов.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Предложены теплопередающая пластина (2) и прокладка (5).

Заявлена группа изобретений, которая относится к системе осушения сжатого воздуха. Предложен теплообменник (1), который содержит охладитель/нагреватель (2), испаритель (3) и сепаратор (4) конденсата, снабженный входными линиями (21i, 22i, 31i, 32i, 41i) и выходными линиями (21u, 22u, 31u, 32u, 41u), через которые потоки проходят во встречном направлении (в противотоке) относительно друг друга для обеспечения проходящего через охладитель/нагреватель (2) входящего потока горячего и влажного воздуха (А1) и исходящего потока охлажденного воздуха (А4).

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании и модернизации пластинчатых теплообменников. Матрица пластинчатого теплообменника цилиндрической формы представляет собой набор соосных кольцевых теплообменных элементов, образованных круговыми кольцевыми пластинами с взаимно контактирующими двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами.

Изобретение относится к области энергетики. Теплообменник содержит несколько пластин, размещенных параллельно друг другу таким образом, чтобы образовывать первый ряд проходов для направления по меньшей мере одной охлаждающей текучей среды (F1) и второй ряд проходов для направления по меньшей мере одной теплотворной текучей среды (F2) для приведения ее в теплообменный контакт по меньшей мере с указанной охлаждающей текучей средой (F1).

Изобретение относится к области энергетики. Предлагается теплообменник (1) для обмена тепла между первой текучей средой, проходящей в продольном направлении (Х), и второй текучей средой, при этом упомянутый теплообменник (1) содержит: две параллельные пластины (6), отстоящие друг от друга таким образом, чтобы образовать проход (7) для циркуляции упомянутой первой текучей среды, по меньшей мере один первый и один второй ряды (8а, 8b) ребер (9), расположенных перпендикулярно между упомянутыми пластинами (6), при этом упомянутые первый и второй ряды (8а, 8b) проходят в продольном направлении, при этом ребра (9) упомянутого первого ряда (8а) предпочтительно расположены в шахматном порядке относительно ребер (9) упомянутого второго ряда (8b), при этом каждое ребро (9) ограничено в продольном направлении первой кромкой (10) и второй кромкой (11), при этом упомянутая первая кромка (10) имеет на каждом из своих концов зону соединения с соответствующей пластиной (6).

Изобретение относится к охлаждению двигателей внутреннего сгорания. Узел двигателя (10) для винтового летательного аппарата включает в себя двигатель (11), приводной вал (13), приводимый в движение двигателем (11), и радиатор (20), содержащий проход (24) для размещения приводного вала (13), при этом проход (24) расположен таким образом, что радиатор (20), по существу, окружает приводной вал (13) в окружном направлении.
Наркология
Наверх