Теплообменник

(51)5 Р 28 О 9 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЪСТВУ К АВТОРСКОМУ турной(71) Одесский институт низкотемператехники и энергетики(56) Авторское свидетельство СССРМ 1161810, кл, Р 28 Р 3/00, 1985.Грезин А.К., Зиновьев В.С. Микргенная тахника, ММашиностроенис,232.Микулин Е.И., Шевич Ю.А, Маттеплообменные аппараты, М., Машиение, 1983, с.111.Авторское свидетельство СССРВ 1677477, кл, Р 28 О 9/00, 1989.(57) Использование: для повышения теплообменников, применяемых в холодильной, криогенной и других отраслях техники. Сущность изобретения; теплообменник содержит ряд секций 1 из перфорированных пластин 4, 5, Секции установлены с образованием промежуточных зазоров 2, Пластины 4 и 5 в наборе образуют эмеевиковые каналы прямого 6 и обратного 7 потоков теплообменивающихся сред, Пластины заключены между верхними и нижними граничными плитами. Последние выполнены с полостями в виде крышек с отверстиями во внутренних стенках. Эти отверстия совпадают с перфорациями примыкающих к ним пластин. Все крышки, кроме двух в крайних секциях, выполнены общими для пар соседних секций с образованием поворотных коллекторных камер. Крышки крайних секций образуют подводящий и отводящий коллекторы. 3 ил.Предполагаемое изобретение относится к компактным теплообменным аппаратам матричного типа и может бытьиспользовано в холодильной, криогенной,микрокриогенной и других отраслях техники,Целью изобретения является повышение эффективности пакета теплообменникапутем снижения теплопотерь, вызванныхразностью температур на концах теплооб- "0менника.На фиг. 1 изображен вид пакета тепло.обменника спереди; на фиг.2 - вид пакета вплане; на фиг,З - развертка его продольногосечения, 15Пакет теплообменника (фиг.1 - 3) содержит последовательно размещенные секции1, разделенные зазорами 2. Секции 1 выполнены из граничных 3, перфорированныхтеплопроводных 4 и малотеплопроводных 5 20пластин, попеременно собранных в пакете,Пластины 4 и 5 в наборе образуют змеевиковые каналы прямого 6 и обратного 7 потоков теплообменивающихся сред, Втеплопроводных пластинах 4 выполнена 25мелкая перфорация 2, а в малотеплопроводных 5 - круглые отверстия перфорации 9.Смежные секции 1 объединены попарнограничными пластинами 3 так, что верхниеграничные пластины относительно нижних смещены на величину более половины длины граничной пластины 3, В пластинах 3выполнены отверстия 10, совпадающие сотверстиями 9 пластин 5. С наружной стороны граничных пластин 3 установлены коллекторные пластины 11, разные по длинегоаничным пластинам. А в пластинах 11 выполнены пазы 12, объединяющие отверстия перфорации 10 пластин 3 одних и тех же канаюв 6 или7 Таким образом, каналы 6 и 7 имеют большую длину, при этом они проходят последовательно через все секции 1 пакета и пазы12 коллекторных пластин 11, Входы и выходы 13, 14 каналов 6, 7 соответственно расположены на концевых секциях 15 и 16. 45Коллекторные пластины 11 с отверстиями13, 14 примыкают лишь к одной концевойсекции 15 или 16, Зазоры 2 между смежными секциями 1 выполнены на глубину допротивоположной граничной пластины 3, 50объединяющей две смежные секции 1.Движение сред и теплообмен в пакетеосуществляются следующим образом, Через отверстия 13, 14, например, противотоком,теплообменивающиеся среды 55поступают в пазы 12 коллекторных пластин11, примыкающих к концевым секциям 15,16, и по ним распределяются по отверстиямперфорации 10 граничных пластин 3 в полости каналов 6, 7 концевых секций, Пройдя каналы 6, 7 концевых секций среда через отверстия 10 противоположной граничной пластины 3, поступает в пазы 12 коллекторной пластины 11, объединяющей концевую секцию 16 или 15 со смежной секций 1. Далее среды последовательно проходят участки каналов 6, 7 в секциях 1 и пазах 12 пластин 11 всего пакета теплообменника и выходят из концевой секции 15, 16 через соответствующие выходные отверстия 13, 14. В процессе движения сред происходит теплообмен между ними.Поскольку канал прямого потока распо- ложен между каналами обратного потока процесс теплообмена между средами происходит интенсивно, Низкие теплопотери предложенного пакета теплообменника обеспечивают его высокую эффективность, Показать это можно расчетом эффективной теплопроводности.Коэффициент эффективной теплопроводности в пакете, выполненном из набора попеременно собранных теплопроводных и малотеплопроводных пластин, может быть определен следующим образом. Если поток теплопотерь идет продольно по пластинам, что имеет место в конструкции прототипа, то эффективный коэффициент продольной теплопроводности определяется по известной формуле для многослойной стенки;=1где - номер слоя (в данном случае пластины;- теплопроводность материала-го слоя;д - толщина 1-го слоя.Для примера рассчитаем конструкцию прототипа из перфорированных теплопроводных медных (МЗр) пластин, малотеплопроводных пластин из нержавеющей стали (12 Х 18 Н 10 Т), и граничных пластин иэ нержавеющей стали (12 Х 18 Н 10 Т). Тогда формулу(1) можно переписать в виде:Ачд 1 П 1+н.с. д 2 П 2+н.с.дЗ ПЗ ( ) лэ 1п 1 1+п 2 +пз 3где , Ас, - коэффициенты теплопроводности меди ( Я = 380 Вт/(м К и нержавеющей стали(Ян,с =18 Вт/(м К;д 1, д 2, дз - толщины соответственно перфорированных медной пластины (д 1 =0,5 мм), пластины иэ нержавеющейстали(д 2 = 0,5 мм), граничной пластины (дз =- 3 мм);п 1, П 2, пз- количества соответствующих пластин в пакете(п 1= п 2=30 шт., пз=2 шт.1.Подставив значения параметров в 5 формулу (2) получим значение АЭ 1 = 170 Вт/(м. К).Если поток теплопотерь проходит в осевом направлении по многослойным стенкам каналов перпендикулярно поверхности 10 пластин, как это происходит в предложенном пакете теплообменника, эффективный коэффициент осевой теплопроводности определяется по формулеи 15дАэ 2 = (3)1=1Для примера возьмем конструкцию пакета теплообменника из медных (МЗр) и стальных (12 Х 18 Н 10 Т), перфорированных .пластин, граничных медных и коллекторных стальных пластин, Тогда формула (3) может быть записана в виде:д 1 п 1 + д 2 п 2 + дз пз + д 4 п 4э 2з 4П 1 " - + П 2 ц - + ПЗ Д - + П 4 Д -30 где д 4 - толщина коллекторной пластины, ( д 4=3 мм);п 4 - количество коллекторных пластин (п 4 = 2 шт.).Принимая значения параметров, входящих в формулу (4), такими же, как и в предыдущем примере, за исключением дз = 0,5 мм, получаем в результате Э 2 = 31 Вт/(м К),Из расчета следует, что при движениипотока теплопотерь в осевом направлении по многослойным стенкам каналов, содержащим медные и нержавеющей стали пластины, перпендикулярно их поверхности, эффективный коэффициент теплопроводники уменьшается более чем в 5,5 раз по сравнению с эффективным коэффициентом пропорциональной теплопроводности вдоль пластин. А передача тепла вдоль граничных и коллекторных пластин в предложенном пакете незначительна ввиду выполнения коллекторных пластин из малотеплопроводного материала и малого поперечного сечения граничных пластин. Применение теплообменных пакетов по данной заявке представляет возможность создавать эффективные компактные тепло- обменные аппараты в микрокриогенной технике, поскольку в этой области большое значение имеет снижение всех видов потерь тепла, в частности, потерь от разности температур между концами пакета теплообменника. Предложенные пакеты предназначены для компрессионных систем охлаждения различного назначения прежде всего. Они удобны в компоновке узлов охлаждения ввиду возможности выполнять их различной конфигурации, с разным числом зигов с входными и выходными отверстиями на удобную поверхность пакета, а также ввиду возможности размещения других элементов узла охлаждения в центральной части пакета либо в вырезанном его секторе (см,фиг.2). Такой пакет является технологичным, так как он может быть изготовлен с применением диффузионной сварки или пайки с последующей механической обработкой, Последнее позволяет изготовить его с высокой точностью по габаритным размерам, придает ему хорошим внешний вид и высокие потребительские качества. По данной заявке спроектированы рабочие чертежи и технология изготовления, и подготовлены детали пакета к диффузионной сварке его.Формула изобретения Теплообменник, содержащий ряд секций, установленных с образованием промежуточных зазоров, последовательно соединенных между собой, выполненных в виде набора заключенных между верхними и нижними граничными плитами перфорированных пластин, образующих змеевиковые каналы для теплообменивающихся сред, о т л и ч г ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности путем снижения теплопотерь, граничные плиты выполнены с полостями в виде крышек с отверстиями во внутренних стенках, совпадающими с перфорациями примыкающих с ним пластин, причем все крышки, кроме двух в крайних секциях, выполнены общими для пар соседних секций с образованием поворотных коллекторных камер, а крышки крайних секций образуют подводящий и отводящий коллекторы.1816951 ска эктор ректо аказ 1716 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Ъ о Составитель А,СотниковТехред М.Моргентал изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10