RU2094726C1

RU2094726C1 - Plate-type heat exchanger

Info

Publication number: RU2094726C1
Application number: RU94040734A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Головко; Б.М. Камашев; В.М. Рулев; А.И. Сергеев; В.Н. Тимофеев
Original assignee: Опытное конструкторское бюро машиностроения
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1997-10-27
Also published as: RU94040734A

Abstract

FIELD: power and chemical engineering; heat exchangers, coolers, heaters. SUBSTANCE: plate-type heat exchanger has passages 5 and 6 for circulation of heat-exchange media. These passages are formed due to bending of corrugated or smooth belt 4 forming closed loop in cross section. Inlet and outlet sections of passages are provided with intersection members. EFFECT: enhanced strength; compactness. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому и химическому машиностроению и может быть использовано в теплообменниках широкого профиля применения: рекуператорах, охладителях, подогревателях и т.п. The invention relates to energy and chemical engineering and can be used in heat exchangers with a wide range of applications: recuperators, coolers, heaters, etc.

Пластинчатые теплообменники нашли широкое применение в энергетической, химической и других отраслях машиностроения. Plate heat exchangers are widely used in power, chemical and other engineering industries.

К их достоинствам относятся: большая компактность поверхности теплообмена в единице объема по сравнению с трубчатыми теплообменниками, меньшая стоимость, большие возможности различных компановочных решений теплообменника. Their advantages include: greater compactness of the heat exchange surface per unit volume compared to tubular heat exchangers, lower cost, greater capabilities of various layout solutions of the heat exchanger.

К недостаткам указанных теплообменников относятся сложность и ненадежность узла уплотнения между пластинами, обеспечиваемого, как правило, за счет прокладочных элементов (при разборных теплообменниках) или склейки, пайки мест уплотнения пластин. Более надежны в работе пластинчатые теплообменники с герметизацией пластины при помощи сварки, однако они обладают по сравнению с вышеуказанными большей трудоемкостью изготовления и затруднением в применении пластин малой толщины. Самым существенным недостатком перечисленных теплообменников является техническая сложность в обеспечении их прочности при значительных перепадах давления между пластинами (более 1 МПа). The disadvantages of these heat exchangers include the complexity and unreliability of the seal assembly between the plates, which is provided, as a rule, due to gasket elements (with collapsible heat exchangers) or gluing, soldering of the sealing places of the plates. Lamellar heat exchangers with sealing of the plate by welding are more reliable in operation, however, they have a greater complexity of manufacturing and difficulty in using small-thickness plates compared to the above. The most significant drawback of these heat exchangers is the technical difficulty in ensuring their strength at significant pressure drops between the plates (more than 1 MPa).

Для обеспечения работоспособности пластинчатых теплообменников при значительных перепадах давления возникает необходимость в подкреплении пакета пластин толстостенными опорными плитами, стянутыми стержнями и т.п. To ensure the operability of plate heat exchangers with significant pressure drops, it becomes necessary to reinforce the package of plates with thick-walled support plates, tightened rods, etc.

Частично вышеуказанные недостатки в пластинчатых теплообменниках (патент ПНР (Pl) N 272695 от 20.03.89), где пакет пластин собран с применением сварки, с использованием закладных элементов (полос), выставляемых заподлицо с торцами пластин с образованием двух полостей с перекрестным движением теплообменных сред. Partially the above-mentioned drawbacks in plate heat exchangers (patent PN (Pl) N 272695 from 03.20.89), where the package of plates is assembled using welding, using embedded elements (strips), flush with the ends of the plates with the formation of two cavities with the cross-movement of the heat transfer media .

Недостатком данной конструкции является невозможность обеспечения противоточной схемы движения теплообменных сред и конструктивные трудности обеспечения работы данного теплообменника при значительных перепадах давления между пластинами. The disadvantage of this design is the impossibility of providing a countercurrent flow pattern of heat transfer media and the design difficulties of ensuring the operation of this heat exchanger with significant pressure drops between the plates.

В патенте ФРГ (DE) N 3209653 от 25.08.83 предложена конструкция теплообменника с пластинчатыми радиальными каналами с осевым подводом и отводом в эти каналы одной из теплообменных сред. Другая теплообменная среда циркулирует между вышеуказанными каналами. In the patent of Germany (DE) N 3209653 from 08.25.83 proposed the design of a heat exchanger with plate radial channels with axial inlet and outlet to these channels of one of the heat transfer media. Another heat exchange medium circulates between the above channels.

Недостатком данной конструкции теплообменника является низкая компактность поверхности теплообмена и проблема обеспечения прочности при значительных перепадах давления между контурами теплообменных сред. The disadvantage of this design of the heat exchanger is the low compactness of the heat exchange surface and the problem of ensuring strength at significant pressure drops between the circuits of the heat transfer media.

В патенте Японии N 58-21195 от 27.04.83 предложена конструкция проточной части пластинчатого теплообменника из чередующихся пластин и гофрированных пластин, соединенных с применением сварки. Japanese Patent No. 58-21195 of 04/27/83 proposed the design of a flow part of a plate heat exchanger from alternating plates and corrugated plates connected by welding.

Недостатком этой конструкции является низкая прочность при значительных перепадах давления между теплообменными средами. The disadvantage of this design is the low strength with significant pressure drops between the heat transfer media.

Задача изобретения повышение прочности конструкции с обеспечением ее компактности при значительных перепадах давлений между теплообменными средами. The objective of the invention is to increase the strength of the structure while ensuring its compactness with significant pressure drops between heat transfer media.

Поставленная задача решается за счет того, что в теплообменнике, содержащем корпус, коллекторы подвода и отвода теплообменных сред, закладные элементы, каналы, гофрированная лента изгибается и соединяется таким образом, что в поперечном сечении образуется замкнутый контур с каналами для циркуляции теплообменных сред, а закладные элементы установлены на входных и выходных участках по тракту каждой теплообменной среды между изгибами со стороны внутренних радиусов, перекрывая частично друг друга в смежных каналах (изгибах) и образуя общую поверхность, разделяющую теплообменные среды, к которой подсоединены трубки для подвода и отвода теплообменной среды в полость замкнутого контура. Изогнутая гофрированная лента размещается в корпусе соответствующего сечения, имеющем патрубки для подвода и отвода второй теплообменной среды в полость, образованную внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью замкнутого контура ленты. The problem is solved due to the fact that in the heat exchanger containing the housing, the inlet and outlet manifolds of the heat exchange media, embedded elements, channels, the corrugated tape is bent and connected in such a way that a closed circuit with channels for circulation of the heat exchange media is formed in the cross section, and the elements are installed at the inlet and outlet sections along the path of each heat-transfer medium between bends from the side of internal radii, partially overlapping each other in adjacent channels (bends) and forming a common surface separating the heat exchange medium, which are connected to tubes for supplying and discharging the heat exchange medium into the cavity of a closed loop. The curved corrugated tape is placed in the housing of the corresponding section, having nozzles for supplying and discharging the second heat-transfer medium into the cavity formed by the inner surface of the housing and the outer surface of the closed loop of the tape.

При такой конструкции обеспечивается продольное, в т.ч. и противоточное движение теплообменных сред, а теплообменная поверхность формируется из гофрированной пластины как минимум с одним продольным содинением, например сваркой. With this design, a longitudinal one is provided, incl. and countercurrent movement of heat transfer media, and the heat transfer surface is formed from a corrugated plate with at least one longitudinal joint, for example by welding.

Для обеспечения работы теплообменника при значительных перепадах давления между теплообменными средами образующая канала расположена, например по эвольвенте в корпусе круглого сечения, который воспринимает усилие от среды с наибольшим давлением, при этом на входном и выходном участках каналы выполнены из гладкой ленты и в них дополнительно установлены распределительные элементы, а по центру теплообменника установлен вытеснитель. При такой конструкции теплообменника поверхность равномерно заполняет все поперечное сечение с эквидистантным расположением образующей каналов. To ensure the operation of the heat exchanger with significant pressure drops between the heat transfer media, the channel generatrix is located, for example, along the involute in a circular cross-section casing, which receives the force from the medium with the highest pressure, while the channels are made of smooth tape at the inlet and outlet sections and distribution channels are additionally installed in them elements, and a displacer is installed in the center of the heat exchanger. With this design of the heat exchanger, the surface uniformly fills the entire cross section with an equidistant arrangement of the generatrix of the channels.

С целью уменьшения гидравлического сопротивления по трактам теплообменных сред закладные элементы могут быть установлены под острым углом к продольной оси теплообменника. In order to reduce hydraulic resistance along the paths of heat-transfer media, embedded elements can be installed at an acute angle to the longitudinal axis of the heat exchanger.

Закладные элементы могут быть установлены заподлицо с торцами гофрированной пластины, образуя единую поверхность. Embedded elements can be installed flush with the ends of the corrugated plate, forming a single surface.

Для обеспечения перемешивания потока каждой теплообменной среды размеры гофр на ленте могут быть переменными по высоте и ширине. To ensure mixing of the flow of each heat transfer medium, the size of the corrugations on the tape can be variable in height and width.

На фиг. 1 изображен общий вид теплообменника; на фиг. 2 сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б фиг. 1; на фиг. 4 сечение В-В фиг. 2. In FIG. 1 shows a general view of a heat exchanger; in FIG. 2 section AA of FIG. one; in FIG. 3 section BB of FIG. one; in FIG. 4, section BB of FIG. 2.

Теплообменник состоит из корпуса 1 с подводным патрубком 2 и отводным патрубком 3 одной из теплообменных сред. Внутри корпуса 1 размещена гофрированная лента 4, своими изгибами образуя наружные каналы 5 и внутренние каналы 6. На входных и выходных участках каждого канала 5 и 6 со стороны внутренних радиусов установлены закладные элементы 7 и 8, перекрывающие частично друг друга в смежных каналах, и образующие общие поверхности 9 и 10, к которым подсоединяются патрубок подвода 11 и патрубок отвода 12 другой теплообменной среды. По центру теплообменника установлен вытеснитель 13. При выполнении входных и выходных участков каналов из гладкой ленты между изгибами установлены распределительные элементы 14 и 15. The heat exchanger consists of a housing 1 with an underwater pipe 2 and a discharge pipe 3 of one of the heat transfer media. A corrugated tape 4 is placed inside the housing 1, forming external channels 5 and internal channels 6 with its bends. On the input and output sections of each channel 5 and 6, embedded elements 7 and 8, partially overlapping each other in adjacent channels, are installed and form common surfaces 9 and 10, to which the inlet pipe 11 and the outlet pipe 12 of another heat transfer medium are connected. A displacer 13 is installed in the center of the heat exchanger. When the input and output sections of the channels are made of a smooth tape between the bends, the distribution elements 14 and 15 are installed.

Теплообменник работает следующим образом:
Одна из теплообменных сред (греющая или нагреваемая) по подводному патрубку 2 поступает во входную камеру корпуса 1 и распределяется по полости, образованной внутренней поверхностью корпуса 1 и наружными клапанами 5 гофрированной ленты 4. Пройдя трассу теплообмена, среда попадает в выходную камеру корпуса 1 и по отводному патрубку 3 отводится из теплообменника. Другая теплоотводная среда через патрубок подвода 11 подается в полость, образованную внутренними каналами 6 гофрированной ленты 4 и наружной поверхностью вытеснителя 13, и распределяется между внутренними каналами 6. Пройдя противотоком трассу теплообмена, она через патрубок 12 выходит из теплообменника.The heat exchanger operates as follows:
One of the heat transfer media (heating or heating) through the underwater pipe 2 enters the inlet chamber of the housing 1 and is distributed along the cavity formed by the inner surface of the housing 1 and the outer valves 5 of the corrugated tape 4. After passing the heat exchange path, the medium enters the outlet chamber of the housing 1 and the outlet pipe 3 is discharged from the heat exchanger. Another heat sink medium is supplied through the supply pipe 11 to the cavity formed by the internal channels 6 of the corrugated tape 4 and the outer surface of the displacer 13, and is distributed between the internal channels 6. Having passed the heat exchange path in countercurrent, it exits the heat exchanger through the pipe 12.

На входных и выходных участках при входе в каждый канал 5 и 6 теплообменная среда с помощью распределительных элементов 14 и 15 раздается вдоль всего сечения канала. At the inlet and outlet sections at the entrance to each channel 5 and 6, the heat exchange medium by means of distribution elements 14 and 15 is distributed along the entire section of the channel.

Claims

1. A plate heat exchanger comprising a housing, headers for supplying and discharging heat transfer media, embedded elements and channels for circulating heat transfer media, characterized in that the circulation channels are made by bending a smooth or corrugated tape to provide a closed loop in cross section, and embedded elements installed on the input and output sections along the path of each heat transfer medium between the bends of the tape from the side of their inner radii, partially overlapping each other in adjacent channels and forming a common overhnost, which are connected to inlet and outlet pipes of the heat exchange medium into the cavity of a closed loop.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the bends of the corrugated tape are located on an involute in a circular casing, and a displacer is installed in the center of the heat exchanger.

3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that at the inlet and outlet sections the channels are made of smooth tape, and distribution elements are additionally installed between the bends.

4. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the distance elements are installed in the channels.