Теплообменник

(11)553435 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 09,07 Л 5 (21) 2153712/06 5 ) М. Кл.- Г 28 0 9/00 с присоединением заявии осударственныи комитеовета Министров СССР) Дата опубликования описания 14.07.77 72) Авторы изобретения(54) ТЕПЛООБМЕ Изобретение относится к теплообменным аппаратам, в которых теплоносители не контактируют между собой, в частности к двух- и многопоточным аппаратам для жидкостей и газов, и может быть использовано, например, в воздухоразделительных установках.Известны пластинчато-ребристые теплообменники воздухоразделительных установок, содержащие многослойные пакеть., в которых между простановочными листами расположены различные ребристые насадки 1).Такие теплообмен ники имеют большие габариты, недостаточно компактны, большой вес и металлоемкость конструкции, высокую трудоемкость изготовления.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому теплообменнику является матричный компактный теплообменник, содержащий пакет из проставок с окнами, образующими при сборке каналы для теплообменивающихся сред, и чередующихся с проставками перфорированных теплопроводных пластин, общих для всех каналов 2,Эти теплообменники имеют более высокую удельную поверхность и меньшие весовые н габаритные характеристики по сравнению с пластинчато-ребристыми теплообменниками.Однако при увеличении рабочих давлений, расходов и скоростей потоков эффективность таких теплообменннков значительно снижается, так как вследствие стремления потоков двигаться с большой скоростью по центру каналов, в теплопроводных перфорированных пластинах возрастает температурный градиент на неэффективном участке этих пластин, т. е, от их центра к стенкам канала по ребрам пластин.Кроме того, увеличение размеров теплопрсводных перфорированных пластин является причиной их деформации, взаимного соприкосновения соседних пластин, а следовательно, дополнительного ухудшения условий движения и теплообмена потоков в каналах 5 теплообменника.Целью настоящего изобретения являетсяинтенсификация теплообмена и повышение эксплуатационной надежности.Для достижения этого в известном теплоо обменнике, содержащем пакет из проставокс скнамн, образующими при сборке каналы для теплообменивающихся сред, и чередующихся с проставками перфорированны.; теплопроводных пластин, общих для всех кана лов, какдая пластина в зоне каналов снабжена профилированными рассекателями. При этом рассекатели могут быть выполнены в виде завихрителей с коническими винтообразными поверхностями. Рассекатели в пластизо нах могут быть обрашены в одну сторону, ли 55343545 50 55 65 бо в разные стороны; либо часть их, расположенная со стороны входа потока, может быть обращена в сторону входа, а часть, расположенная со стороны выхода потока, - в противоположную сторону. Кроме того, рассекатели всех пластин в одном канале могут быть выполнены в виде сплошного стержня обтекаемой формы, имеющего, например, винтообразную рельефную поверхность.На фиг, 1 изображен трехпоточный теплообменник в продольном разрезе; на фиг. 2 - отдельные элементы теплообменника и их расположение в пакете перед сборкой; на фиг.3 - теплопроводные пластины с профилированными рассекателями в виде завихрителей; на фиг. 4 - трехпоточный теплообменник с рассекателями потоков, выполненными в виде общего стержня с винтообразной рельефной поверхностью.Основными элементами теплообменника являются проходящие через все каналы 1, ограниченные стенками 2, перфорированные теплопроводные пластины 3, которые снабжены профилированными рассекателями 4 и 5, выполненными в виде выступов пластин, и проставки б с окнами.Теплопроводные пластины 8 и металлические проставки б через одну собраны в пакет, к торцам которого присоединены коллекторы 7 с входными 8 и выходными 9 патрубками. Для уменьшения гидравлического сопротивления в каналах 1 рассекатели 4 на пластинах 8 со стороны входных патрубков 8 направлены навстречу потоку, а рассекатели 5 на пластинах 8, расположенных со стороны выходных патрубков 9, по ходу потока.Процесс теплообмена между потоками происходит следующим образом. Тепло от потока, например, в центральном канале 1, передается теплопроводным перфорированным пластинам 8, за счет теплопроводности этих пластин оно распространяется вдоль них и нагревает расположенные в соседних каналах участки этих же пластин, от которых тепло далее передается нагреваемым потокам. Направляемые с помощью рассекателей 4 и 5, охлаждаемый и нагреваемый потоки в описываемом теплообменнике движутся только вдоль стенок 2 каналов 1, существенно приближая температуры соответствующих участков теплообменных пластин 3 к температурам потоков в их зоне. Последнее способствует повышению перепада температур на эффективных участках пластин, расположенных по обе стороны стенок 2 каналов 1 и, тем самым, повышению эффективности теплообмена, Одновременно конфигурация профилированных рассекателей 4 и 5 способствует повышению жесткости пластин 3, уменьшая тем самым вероятность их деформации и взаимного соприкосновения.По одному из вариантов (фиг. 3) профилированные рассекатели выполнены в виде завихрителей 10, создающих завихрение по 5 о 15 20 25 зо 35 4 О тока, что дополнительно повышает эффективность теплообмена. Конструктивно завихрители 10 в теплопроводных пластинах 8 представляют собой конические винтообразные поверхности, расположенные таким образом, что завихрители двух соседних теплопроводных пластин 8 повернуты друг относительно друга по оси рассекателей,По другому варианту (фиг. 4) рассекатели всех пластин в одном канале выполнены в виде сплошного обтекаемого стержня 11, который проходит через отверстия, выполненные в теплопроводных перфорированных пластинах 3, при этом рассекатель потока может иметь винтообразную рельефную поверхность.Такое выполнение рассекателей придает пластинам 3 повышенную жесткость и способствует завихрению потока.Предлагаемый теплообменник позволяет интенсифицировать теплообмен примерно на 15 по сравнению с известными матричными компактными теплообменниками и значительно повысить их эксплуатационную надежность в результате увеличения жесткости теплопроводных пластин, Это расширяет рабочие характеристики теплообменнпка - рабочее давление, температуру, состав сред и производительность, а следовательно, расширяет сферу его возможного применения. Появляется, в частности, возможность использования его в воздухоразделительных установках.Применение этого теплообменника в воздухораспределительных и газификационных установках различного давления уменьшит, примерно, в 5 - б раз габариты современной теплообменной аппаратуры, снизит энергозатраты на получение продуктов разделения воздуха, повысит коэффициент унификации деталей теплообменника и позволит освоить механизированное и автоматизированное их производство. Создание типоразмерных рядов описанных теплообменников для различных отраслей хозяйства и специализированное их производство повысит эффективность многих отраслей машиностроения. Формула изобретения 1. Теплообменник, содержащий пакет из проставок с окнами, образующими при сборке каналы для теплообменивающихся сред, и чередующихся с проставками перфориро. ванных теплопроводных пластин, общих для всех каналов, отличающийся тем, что с целью интенсификации теплообмена и по вышения эксплуатационной надежности, каждая пластина в зоне каналов снабжена профилированными рассекателями. 2, Теплообменник по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что рассекатели выполнены ввиде завихрителей с коническими винтообразными поверхностями.3. Теплообменник по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что рассекатели всех пластин в одном канале выполнены в виде сплошного стержня обтекаемой формы, например, с винтообразной рельефной поверхностью. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Епифанова В. И. Разделение воздухаметодом глубокого охлаждения, М., Маши ностроение, 1973, т. 1, с. 273.2. Патент США3534813, 165 в 1,опубл, 1970.553435 Составитель Н. Вольскаяедактор Л. Жаворонкова Тскред И. Карандашова аказ 441/1141ЦНИИП Изл. М 40 Государственного комитет по делам изобретений Москва, Ж.З 5, Раушская