Пакет матричного теплообменника и способ его изготовления

(57) Использование: для обеспечения тепло- обмена 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 перфоированные пластины с прокладками дифузионной сваркой, 2. с. и. ф-лы, 3 ил.Ьщ Недостатком клриц являются ограндежность.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 М О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Микулин Е,И., Шевич Ю,А. Матричныетеплообменные аппараты", М.: Машиностроение, 1983,2. Авторское свидетельство СССРМ 916958, кл. О 28 Е 3/08, 1982.3. Опубликованная заявка ЕПВ %0110311,кл. Р 28 Р 3/14, опубл, 1984.(54) МАТРИЧНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК ИСПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Изобретение относится к области знергомашиностроения, 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 (КПД0,95) достигается в том случае, когда продольный (вдоль оси У) тепловой поток по стенкам матрицы от теплого конца к холодному незначителен,ееных конструкций мат- сиченные прочность и на- Гъ,)91 б 958, кл. Е 28 Е 3/08, 1982 .), Гри этом часть прокладки, состоящая из мат 8 риалд с высокой теплопроводнастью, снижает термическое сопротивление перфорированной пляс гины 1,Вдаль оси Х), расположенной В зоне стен и,Недостатком акой конструкции теплообменника является то, что применяемье в негметагглы Медь и сталь) имеют большую плотнос.гь, вследствие чего теплообменник приобретае. большую массу. Кроме того, перфорация, имеющаяся в пластине, увеличивает термическое сопротивление стенки в напоавлении л, чта атоицательнО сказыва" ется на КПД теплообменного аппарата,гналогичньм 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 применение, поскольку соединение реализуют пут 8 м диффузианноЙ сВарки элементов из металлов большой плотности, что ведет к чрезмерному увеличению массы теплообменника.Известен способ механического соединения разнородных пластин в пакете плоского теплоабменника, изготовленного из леких металлов, описанньй в заявке ЕПВ М. 011031. В этой заявке описана конструкция теплообменника, состоящего из нескольких слоев 1 и 2 (см, фиГ, 3) разноГО металга, причем из заявки следует, что эти слОи сваривзют и пракать Вают при изГатовлении Всего пакста теплообменника, Недостатком этой конструкции и способа 88 изГОтовл 8 ния яВляется та, чта предлажен- ныЙ В заЯВке е В - 010311, пакет теплООбменника состоит ВсеГО из трех или пйти тонких сло 8 В разнОраднаГО металла и В слу чае большого количества слоев несколько десятков или сотен) ега прокатка становится невозможной, Кроме того, в рассматриваемой заявке ЕВП К. 011031 свааиваемые пластины и прокладки не имеют перфорации и окон, Наличие перфорации в пластинах и Окан В прокладках матричнОГО теплообменника требует при сварке пакета (матрицы) их строгого совпадения, что неВозможно обеспечить при изготовлении матрицы теплообменника способом, описанным в заявке ЕГВ.ЦельО изаао 8 тения явля 8 тся снижение массы, удешевление конструкции и повышение эффективности теплоабмена эа счет уменьшения продольного теплового потока,Гоставленная цель достигается за счет того, что в матричном теплообменнике, содержащем подключенный к коллектору па 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 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, плакированного 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, трехслайные 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 с 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 высокотеплопровадн алюминием 5. Саста эаа 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 сторон высакотеплопроводным 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 сваркивзрывом 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 О 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 Ох, 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.П р и м е р реализации способа. По предлагаемому способу изготовлен теплообменник размером 120 х 45 х 105 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 сред 5 него титанового слоя 0,3 мм, а наружныхслоев из алюминия 0,3 мм. Количество слоевпластин и прокладок 100,Предварительные испытания показали,что образцы, собранные при помощи сварки10 взрывом и диффузионной сваркой имеюттребуемую прочность и герметичность и обладают низкой продольной теплопроводностью матрицы.Формула изобре;:;,.;.15 1. Пакет матричного теплообменника,содержащий перфорированные пластиныиз высокотеплопроводного металла и раз.мещенные между ними прокладки из н.:.- котеплопроводного металла, о т л и ч г ю 20 щ и й с я тем, что, с целью снижениямассы и повышения эффектив.от засчет счижения продольного теплового потока, прокладки выполнены из титана, плакированного алюминием, из которого25 выполнены и перфорированные пла тины,2. Способ изготовления пакета матри -ного теплообменника путем сварки перфорированных пластин и прокладок,выполненных из прокатанных листов пол 30 иметалла, о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтолисты полиметалла для прокладок образуют сваркой взрывом, а после их прокакидо требуемой толщины соединяют с перфорированными пластинами диффузионной5 сваркои1760301 Фиг. 2 Фиг, 3 Составитель Ю. ШевичТехред М.Моргентал Корректор С. Патрушева Редактор Л, Волкова Заказ 3176 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101