Теплообменник

СОЮЗ СОВЕТСКИХСО ИА 1 ИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК(21) 4 (22) 1 (46) 0 (71) О техн (72) А село темпера ой нченко, Н А,В,Три.Веб и В,И. (56) А К. 11А К. 16 оСС 1985. оСС 1989,54) Т 57) И тивно ПЛООБМЕННИ льзование: для по теплообмена в хол ышения дильно екЮВ/ДЕ АРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНО ЯСТВО СССРАТЕНТ СССР) МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 81667/06,02.93, Бюл, 1"ч. 5есский институт низкки и энергетикиА.Сотников, Г.К.Лавреа, В.В.Волгушев,рационторское свидетельств1810, кл, Е 28 ЕЗ/00,торское свидетельств7477, кл, Е 28 Е 3/00,2генной, микрокриогенной и других отраслях техники. Сущность изобретения: теплообменник содержит пакет секций 1 из набора перфорированных пластин 4 и 5. В продольном зазоре между секциями 1.установлен разделительный лист 10 с отверстиями 11, Последние совпадают с перфорациями прилегающих к нему пластин. Секции с одной стороны листа 10 смещены относительно секций с другой его стороны на величину, превышающую половину своей длины, Поперечные зазоры 2 между секциями 1 выполнены сквозными на высоту секции 1 и примыкают к листу 10, Входные и выходные отверстия каналов расположены в зонах, к которым примыкают крайние секции. 3 ил.Предполагаемое изобретение относится к компактным теплообменным аппаратам матричного типа и может бытьиспользовано в холодильной, криогенной имикрокриогенной, а также в других отраслях техники,Известен пакет пластинчатого теплообменника, содержащий перфорированныепластины с отверстиями, диаметр которыхравен ширине каналов. Отверстия располокены с шагом, составляющим 1,252 их диаметра т.е. ширины канала) при расстоянйимежду центрами перфорации в смежныхпластинах 0,250,5 их шага в канале.Недостатком данного пакета теплообменникэ является значительная площадьпоперечного сечения стенок пакета; и какследствие, высокие теплопотери, вызванные разностью температур на концах пакета при малой длине каналов, определяемойвысотой набора пакета,Известен теплообменник, содержащийпоследовательно размещенные секции,разделенные зазорами и выполненные изнабора граничных и перфорированных пластин с образованием для теплообменивающихся сред плоских змеевиковых каналов,имеющих входные и выходные отверстия напротивоположных сторонах пакета.Недостатком такого теплообменникапри достаточной длине каналов являютсясущественные теплопотери, вызванныеразностью температур на концах и значительной продольной теплопроводность отеплообменника, поскольку теплопроводные пластины образуют непрерывные стенки каналов по всей их длине и поток теплабеспрепятственно проходит по пластинамот теплого к холодному концу аппарата, прогревал его, Последним вызывается недоохлаждение одного из потоков и недогреввторого. Это обстоятельство ограничиваетприменение компактных теплообменниковв микрокриогенной технике, так как уменьшает холодопроизводительность систем охлажденил,Целью изобретения являетсл повышение эффективности теплообменника путемсниженил теплопотерь за счет уменьшенияпродольной теплопроводности,Поставленная цель достигается тем, чтов теплообменнике, содержащем пакет секций, сообщенных между собой с образованием продольного и поперечного зазоров ивыполненных каждая в виде примыкающегок граничной плите набора перфорированных пластин, образующих змеевиковые каналы для теплообменивающихся сред,входные и выходные отверстия которых располокены на противоположных краях пакета, в продольном зазоре между секциями установлен разделительный лист с отверстиями, совпадающими с перфорациями примыкающих к нему пластин, причем сек ции с одной стороны этого листа смещеныотносительно секций с другой его стороны на величину, превышающую половину своей длины, поперечные зазоры выполнены сквозными на высоту секции и примыкают к листу между его отверстиями, а входные и выходные отверстия каналов расположены в зонах, к которым примыкают крайние секции.Отличительными признаками таких теп лообменников являются; установка в продольном зазоре между секциями разделительного листа; отверстия в разделительном листе совпадают с перфорациями примыкающих к нему пластин;20 смещение секций с одной стороны на величину, превышающую половину длины секции; выполнение поперечных зазоров сквозными на высоту секции; примыкание поперечных зазоров к листу между его от верстиями; размещение входных и выходных отверстий каналов в зонах листа, к которым примыкают крайние секции.На фиг,1 показан фронтальный вид теплообменника; на фиг,2 - вид теплообменни ка, план;. на фиг.З - развертка егопродольного сечения.Теплообменник (фиг.1 - 3) содержит пакет секций 1, сообщенных между собой с образованием поперечных зазоров 2. Сек ции 1 выполнены каждая в виде примыкающего к граничной плите 3 набора попеременно собранных перфорированных теплопроводных 4 и малотеплопроводных 5 пластин. В наборе образованы змеевико вые каналы прямого б и обратного 7 потоковтеплообменивающихся сред, выполненные посредством перфораций 8 и 9 в пластинах 4,5, В продольном зазоре между секциями 1 установлен разделительный лист 10 с отвер стиями 11, Отверстия 11 листа 10 совпадаютс перфорациями 8, 9 примыкающих к нему пластин 4, 5, Секции 1 с одной стороны листа 10 смещены относительно секций 1 с другой его стороны на величину, превыша ющую половину своей длины, Поперечныезазоры 2 выполнены сквозными на высоту секции 1, Зазоры 2 примыкают к листу 10 на его неперфорированных участках 12, размещенных между отверстиями 11. Отверстия 55 13, 14 входа и выхода каналов б, 7 расположены в зонах 15, 16 листа 10, к которым примыкают крайние секции 1.Движение сред и теплообмен в теплообменнике осуществляются следующим образом,1793186 ерез отверстия 13, 14, например, проком теплообменивающиеся средыают в полости каналов 6,7 и движутсяобразно последовательно через все1 к выходным отверстиям 13, 14. Все движения нагретая среда, движунапример, в канале 6, отдает тепломи пластин между отверстиями 8. Этонтенсивно распространяется черезканала к участкам пластин смежныхв 7, где отдается охлаждающей срекольку теплообменная поверхностьах 6, 7 велика, интенсивность теплотакже велика, При этом эффективтеплообменника с поперечнь 1 мими достигает наибольшего значения,продольная теплопроводность егольна.ижение продольного теплового потодставляющего собой теплопотери, вгаемой конструкции тенлообменниравнению с прототипом показано нае расчета эффективного коэффициплопроводности для каждой из этихкций,еплообменнике-прототипе потокотерь распространяется вдоль теподных пластин от теплого конца апк холодному в силу того, что стенкив, образованные этими пластинами,ся непрерывными по всей длине кативоо поступ фективный коэффициент продольлопроводности в этом случае можно тать как коэффициент теплопроводдоль слоев многослойной стенки по ной формуле:(3) д,1 =1 где -стин ы) матер д Дл струкц форир МЗр) и щей ст То виде:2) зигз госекц ипроц сщаяс,участ атепл истен икана оде.П свкан лобме аностзаза атак к кмини аСка,п епред ака поприм рента еконст уВ ттеплолопропаратканалявляюнала.Эной терассчностиизвес номер слоя (в нашем случае это пла 1 - коэффициент теплопроводности ала 1-го слоя; - толщина 1-го слоя.примера рассчитаем Л и для кони прототипа, выполненной из перванных теплопроводных (медных малотеплоп роводных (из нержавеюли 12 Х 18 Н 10 Т) пластин.а формулу (1) можно переписать в где Л , Л нс - коэффициенты теплопроводности меди ( Л м = 380 Вт/(м.К и нержавеющей стали ( Л н.с = 18 Вт/(м К;д 1, д 2, д з - толщины соответственно 5 перфорированных медных пластин ( д 1 "0,5 мм), перфорированных пластин из нержавеющей стали ( д 2 = 0,5 мм), граничных пластин из нержавеющей стали (дз = 3 мм);п 1, п 2, пз - количества пластин в пакете "0 (л 1 = п 2 = 30 штпз = 2 шт,),Подставив значения параметров в формулу (2), получим Л э 1 = 170 Вт/(м, К).В предлагаемой конструкции теплообменника тепловой поток от одного конца аппарата к другому не мОжет идти вдоль пластин, поскольку между секцияМи выполнены зазоры, изолирующие соседние секции друг от друга и являющиеся термическими сопротивлениями для теплового потока.В данном случае поток теплопотерь оттеплого конца теплообменника к холодному проходит в направлении, перпендикулярном поверхности пластин, и лишь часть его 25 проходит вдоль разделительного листа, выполненного иэ малотеплопроводного материала, поскольку лист является общим длявсех секций аппарата.Тепловым потоком вдоль разделитель-.30 ного листа можно пренебречь в силу низкого значения коэффициента теплопроводности его материала, значительной длины и малого поперечного сечения. Рассчитать эффективный коэффициент теплопроводности в направлении, перпендикулярном поверхности пластин, можно по формуле: В конструкции предлагаемого теплообменника, изготовленного из тех же самых материалов: медных (МЗр) перфорированных пластин, пластин из нержавеющей стали (12 Х 18 Н 10 Т), граничных плит и разделительного листа, формула (3) примет вид: где д 4 - толщина разделительного листа1793186 удобен в компоновке узлов охлаждения ввиду возможности выполнения его различной конфигурации (в виде кольца, прямоугольника и др.), с разным числом зигов, с вход ными и выходными отверстиями на удобнойповерхности аппарата, а также ввиду возможности размещения других элементов узла охлаждения в центральной части его, либо в вырезанном секторе (см, фиг,2). Раз делительный лист, являющийся общим длявсех секций теплообменника, придает ему достаточно высокую прочность. Такой аппарат несмотря на сложность конструкции является технологичным, так как он может 15 быть изготовлен с применением диффузионной сварки или пайки с последующей механической обработкой. Последнее позволяет изготовить его с высокой точностью по габаритным размерам, придает ему 20 хороший внешний вид и высокие потребительские качества, По данной заявке изготовлен экспериментальный образец. После сварки и механической обработки он испытан на прочность и плотность пробным дав лением гелия 2,5 МПа. В настоящее времяэкспериментальный образец подготовлендля сборки компрессионной системы охлаждения и ее теплогидравлических испытаний,30 Формула изобретенияТеплообменник, содержащий пакет секций, сообщенных между собой с образованием продольного и поперечногозазоров и выполненнйх каждая в виде иримыкающего к граничной плите набора перфорированных пластин, образующих змеевиковые каналы для теплообменивающйхся сред, входные и выходные отверстия которых расположены на противоположных краях пакета, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью . повышения эффективности путем снижения теплопотерь, в продольном зазоре между п 4 - количество разделительных листов (щшт,).Подставив значения параметров (недостающие значения см, в предыдущем примере) в формулу (4), получим А з 2 - 27,7 Вт/(м, К),Таким образом продольная теплопроводность в предложенном теплообменнике составляет 1/6 часть от значения эффективного коэффициента продольной теплопроводности, имеющей место в конструкции прототипа.Из приведенного выше следует, что при движении потока теплопотЕрь в продольном направлении (вдоль потоков рабочих сред) перпендикулярно поверхности медных и нержавеющих пластин, образующих многослойные стенки каналов, эффектив. ный коэффициент теплопроводности должен значительно уменьшится по сравнению с движением теплойотерь вдоль поверхности пластин, Это обстоятельство приводит к снижению теплопотерь в предлагаемом теплообменнике, и соответственно к повышению его эффективности.Предложенный теплообменник предназначен для компрессионных систем охлаждения различного назначения. Он секциями дополнительно установлен разделительный лист с отверстиями, совпадающими с перфорациями примыкающих к нему пластин, причем секции с одной стороны этого листа смещены относительно секций с другой его стороны на величину, превышающую половину своей длины, поперечные зазоры выполнены сквозными на высоту секции и примыкают к листу между его отверстиями, а вхОдные и выходные отверстия каналов расположены в зонах, к которым примыкают крайние секции,