Пластинчастий теплообмінник

1. Пластинчастий теплообмінник, виконаний у вигляді пакета, що складається з пластинчастих елементів, з'єднаних один з одним з утворенням між їх суміжними поверхнями поперемінних плоских каналів для теплоносіїв із закритими і відкритими частинами на бічних стінках пакета, при цьому відкриті частини плоских каналів розташовані на різних бічних стінках пакета з можливістю відведення теплоносіїв без їх змішування між собою, який відрізняється тим, що в кожному пластинчастому елементі виконано щонайменше по два круглі отвори, які утворюють циліндрові канали для підведення теплоносіїв, по периметру зазначених отворів в плоских каналах розміщені кільцеві ущільнювальні переліжки, при цьому закриті частини плоских каналів виконані щонайменше на двох суміжних сторонах кожного пластинчастого елемента, кільцеві ущільнювальні переліжки розміще C2 2 (19) 1 3 між припливними і витяжними газоповітряними середовищами у системах вентиляції і кондиціонування повітря у виробничих і житлових приміщеннях. Важливими умовами функціонування теплообмінних апаратів в системах вентиляції і кондиціонування, які повинні враховуватися при їх розробці і подальшій експлуатації, є забезпечення оптимальної ефективності теплообмінного процесу (теплова потужність, тиск, температура, витрата теплоносія і енергоспоживання) для заданих умов експлуатації в поєднанні з невеликими габаритними розмірами, невисокою вартістю вживаних матеріалів, зручністю і надійністю в експлуатації, у тому числі при проведенні обслуговування і ремонту. Даним умовам значною мірою відповідають пластинчасті теплообмінники, що дозволяють забезпечити необхідну ефективність теплообмінних процесів при порівняльній простоті конструкції, зручності і надійності в експлуатації. Відомий пластинчастий теплообмінник (Патент RU №2272979, F28F3/08, дата публікації 27.03.2006p.), виконаний у вигляді пакету, що складається з пластинчастих елементів, кожний з яких містить, щонайменше, два круглі отвори з відбортовуванням. Суміжні поверхні пластинчастих елементів утворюють поперемінні плоскі канали для газоповітряного теплоносія. Відбортовування круглих отворів виконані конічної форми з вихідною циліндровою ділянкою і постійною товщиною стінок. Вихідні циліндрові ділянки відбортовування кожного вищерозміщеного пластинчастого елемента розміщені в отворах конічної форми відповідного зазначеного елемента з утворенням циліндрових каналів для рідкого теплоносія. На поверхні кожного пластинчастого елемента виконані сферичні виступи. Рідкий теплоносій поступає в циліндрові канали і обмінюється теплом з газоповітряним теплоносієм вентилятором, що нагнітає, через плоскі канали, після чого відводиться з циліндрових каналів за межі теплообмінника. Вентилятор розташований зовні пластинчастого теплообмінника. Теплообмінник застосовується, переважно, в системах охолоджування двигунів внутрішнього згоряння. Недоліками відомого пластинчастого теплообмінника є: - порівняно невисока енергетична ефективність теплообміну, обумовлена невеликою площею теплообміну і перехресним напрямом руху теплоносіїв; - зниження енергетичної ефективності теплообміну при експлуатації в результаті втрат тиску в потоках теплоносіїв, зв'язане з віддаленістю засобів для їх передачі від теплообмінника, що викликає необхідність суттєвого збільшення його масогабаритних характеристик при підвищенні теплової потужності; - порівняно велике енергоспоживання, обумовлене цією ж причиною, що призводить до збільшення витрат при експлуатації; - підвищений рівень шуму при експлуатації, обумовлений цією ж причиною, а також наявністю в плоских каналах перешкод для руху газоповітря 91116 4 ного теплоносія, створюваних стінками циліндрових каналів і сферичними виступами; - порівняно велика матеріаломісткість і складність конструкції, обумовлена виконанням пластинчастих елементів з складною формою відбортовування і сферичними виступами, що суттєво збільшує вартість його виготовлення. Відомий пластинчастий теплообмінник (Патент RU №2172909, F28D9/02, дата публікації 27.08.2001p.), виконаний у вигляді пакету, що складається з пластинчастих елементів, з'єднаних один з одним з утворенням між їх суміжними поверхнями поперемінних плоских каналів для теплоносіїв із закритими і відкритими частинами на бічних стінках пакету. Закриті частини плоских каналів виконані за допомогою ущільних переліжок, розміщених уподовж кромок двох протилежних сторін кожного пластинчастого елемента. Відкриті частини плоских каналів виконані з можливістю з'єднання з повітроводами для підведення і відведення газоповітряних теплоносіїв, які нагнітаються за допомогою вентиляторів, розташованих зовні пластинчастого теплообмінника. Пластинчасті елементи виконані у формі опуклого чотирикутника, що має в плані конфігурацію, при якій прямі лінії, проведені через середини його протилежних сторін, не перпендикулярні одна одній, зокрема, у формі ромба. При цьому величина великого кута між прямими лініями, проведеними через середини протилежних сторін чотирикутника, складає 115° або 130°. Пластини можуть виконуватися як з листового матеріалу, наприклад, з оцинкованої сталі, так і з полімерного матеріалу, наприклад, з полікарбонатних панелей із стільниковою структурою. Пластинчастий теплообмінник використовується переважно для теплообміну між припливним і витяжним повітрям в системах вентиляції і кондиціонування. Ефективність теплообміну вказаного пластинчастого теплообмінника дещо підвищується за рахунок виконання пластин у формі ромба, при якій напрям руху теплоносіїв наближається до схеми протитечії. Недоліками відомого пластинчастого теплообмінника є: - зниження енергетичної ефективності теплообміну при експлуатації в результаті втрат тиску в потоках теплоносіїв, зв'язане з віддаленістю засобів для їх передачі від теплообмінника, що викликає необхідність суттєвого збільшення його масогабаритних характеристик при підвищенні теплової потужності; - порівняно велике енергоспоживання, обумовлене цією ж причиною, що призводить до збільшення витрат при експлуатації; - підвищений рівень шуму при експлуатації, обумовлений цією ж причиною, що викликає необхідність застосування додаткових засобів для шумоізоляції або шумопоглинання; - порівняно невисокий рівень технологічності при виготовленні, обумовлений ромбоподібною формою плоских пластин; - порівняно високі питомі масогабаритні параметри, що збільшує вартість виготовлення пластинчастого теплообмінника. 5 В основу винаходу поставлена задача створення такого пластинчастого теплообмінника, в якому за рахунок іншого конструктивного виконання пластинчастих елементів і іншого їх з'єднання між собою забезпечуються суттєве збільшення енергетичної ефективності теплообміну, зниження енергоспоживання і рівня шуму при експлуатації в поєднанні з простотою конструкції, невисокою вартістю виготовлення, зручністю і надійністю, у тому числі при проведенні обслуговування і ремонту. Поставлена задача вирішується тим, що в пластинчастому теплообміннику, виконаному у вигляді пакету, що складається з пластинчастих елементів, з'єднаних один з одним з утворенням між їх суміжними поверхнями поперемінних плоских каналів для теплоносіїв із закритими і відкритими частинами на бічних стінках пакету, при цьому відкриті частини плоских каналів розташовані на різних бічних стінках пакету з можливістю відведення теплоносіїв без їх змішування між собою, згідно винаходу, в кожному пластинчастому елементі виконано щонайменше по два круглі отвори, які утворюють циліндрові канали для підведення теплоносіїв, по периметру зазначених отворів в плоских каналах розміщені кільцеві ущільні переліжки, при цьому закриті частини плоских каналів виконані щонайменше на двох суміжних сторонах кожного пластинчастого елемента, кільцеві ущільні переліжки розміщені в плоских каналах по черзі з можливістю з'єднання по ходу теплоносіїв циліндрових каналів з відповідними плоскими каналами, а циліндрові канали виконані з можливістю розміщення в них засобів для нагнітання теплоносіїв. Для підвищення енергетичної ефективності теплообміну за рахунок наближення напряму руху стрічних потоків теплоносіїв до схеми протитечії при одночасному збільшенні площі теплообміну пластинчасті елементи виконані у формі чотирикутника, а круглі отвори розташовані симетрично щодо центру уздовж однієї з його діагоналей із зміщенням до кутів. Для підвищення технологічності при виготовленні закриті частини плоских каналів виконані за допомогою ущільних переліжок і/або за допомогою відігнутих кромок пластинчастих елементів. Для забезпечення жорсткості каналів пакет виконаний з розпірками, встановленими між суміжними поверхнями пластинчастих елементів з деяким кроком один щодо одного і перпендикулярно до поверхонь пластинчастих елементів, при цьому розпірки виконані у вигляді кільцевих і/або циліндрових переліжок, висота яких відповідає висоті плоских каналів. Для спрощення конструкції і зниження вартості виготовлення при одночасному забезпеченні необхідних якостей міцності пластинчасті елементи з розміщеними між ними ущільними переліжками, кільцевими ущільнювальними переліжками і розпірками з'єднані в пакет за допомогою шпильок, встановлених в отворах пластинчастих елементів, при цьому по периметру зазначених отворів розміщені кільцеві переліжки, висота яких відповідає висоті плоских каналів. Для підвищення ефективності теплообміну, забезпечення екологічної безпеки і зниження маси 91116 6 теплообмінника пластинчасті елементи і ущільні переліжки виконані з матеріалів, хімічно не взаємодіючих з вживаними теплоносіями.. Сукупність загальних і відрізнювальних суттєвих ознак винаходу, що заявляється, дозволяє реалізувати в теплообміннику високу ефективність теплообмінного процесу для заданих умов експлуатації при зниженні енергоспоживання і рівня шуму за рахунок забезпечення можливості розташування засобів для передачі теплоносіїв в циліндрових каналах усередині пакету. Вказаний результат досягають в поєднанні з невеликими габаритними розмірами і масою теплообмінника, простотою його конструкції і невисокою вартістю, а також надійністю, зручністю і технологічністю монтажу і обслуговування в процесі експлуатації. Сутність винаходу пояснюється представленими фігурами креслення, де на Фіг.1 наданий загальний вид пластинчастого теплообмінника; на Фіг.2 - схема розташування пластинчастих елементів в пакеті; на Фіг.3 - схема теплообмінника з ущільними переліжками; на Фіг.4 - схема теплообмінника з відгином кромок пластинчастих елементів; на Фіг.5 - вид спереду пластинчастого теплообмінника, з'єднаного в пакет за допомогою верхньої і нижньої жорстких плит. Пластинчастий теплообмінник виконаний (Фіг.1, 2) у вигляді пакету 1, що складається з пластинчастих елементів 2 у формі чотирикутника і розміщених уподовж кромок двох суміжних сторін кожного з них ущільних переліжок 3. Пластинчасті елементи 2 з ущільними переліжками 3 з'єднані між собою з утворенням між суміжними поверхнями пластинчастих елементів 2 поперемінних плоских каналів 4 і 5. Закриті і відкриті частини плоских каналів 4 і 5 розташовані на протилежних парах суміжних бічних стінок пакету 1, утворених торцями пластинчастих елементів 2, при цьому закриті частини плоских каналів 4 і 5 виконані за допомогою ущільних переліжок 3 (Фіг.3). В кожному пластинчастому елементі 2 виконано по два круглі отвори 6 (Фіг.1, 2), що утворюють циліндрові канали 7 і 8 для підведення теплоносіїв. Круглі отвори 6 розташовані симетрично щодо центру пластинчастого елемента 2 уздовж однієї його діагоналі із зміщенням до довколишніх кутів. По периметру круглих отворів 6, розташованих поблизу відкритих частин плоских каналів 4 і 5, розміщені кільцеві ущільні переліжки 9. Таке розміщення кільцевих ущільних переліжків 9 забезпечує з'єднання по ходу теплоносіїв циліндрових каналів 7 і 8 з відповідними поперемінними плоскими каналами 4 і 5. Циліндрові канали 7 і 8 виконані з можливістю розміщення в них засобів для нагнітання теплоносіїв, наприклад, роторів відцентрових вентиляторів (не показані). В кожному пластинчастому елементі 2 виконано ряд круглих отворів 10, по периметру яких розміщені кільцеві переліжки (не показані), висота яких відповідає висоті плоских каналів 4 і 5. В круглих отворах 10 і кільцевих переліжках розміщені шпильки 11 (Фіг.1) для з'єднання пластинчастого теплообмінника в пакет 1, а також для його з'єднання з несучими елементами і/або розподільними 7 колекторами за допомогою кріпильних елементів (не показані). Між суміжними поверхнями пластинчастих елементів 2 з деяким кроком один щодо одного і перпендикулярно до їх поверхонь розміщені розпірки 12 (Фіг.5), виконані у вигляді кільцевих і/або циліндрових переліжок. Висота розпірок 12 відповідає висоті плоских каналів 4 або 5. Закриті частини плоских каналів 4 і 5 можуть бути утворені за допомогою відігнутих кромок 13, виконаних щонайменше на двох суміжних сторонах кожного пластинчастого елемента 2 і подальшого їх вальцювання при збірці пакету 1 (Фіг.4), а також їх комбінацією з ущільними переліжками 3 (не показано). Пластинчасті елементи 2 з розміщеними між ними ущільними переліжками 3, кільцевими ущільними переліжками 9 і розпірками 12 можуть бути з'єднані в пакет 1 за допомогою верхньої 14 і нижньої 15 жорстких плит (Фіг.5) з отворами (не позначені), розташованими по їх кутах, і шпильок 16, встановлених в зазначених отворах. Пластинчасті елементи 2 виконані з плоского листового металу, хімічно не взаємодіючого з вживаним теплоносієм, наприклад, алюмінію. Усі ущільні переліжки також виконані з матеріалу, хімічно не взаємодіючого з вживаними теплоносіями, наприклад, каучуку з просоченими поверхнями. Пластинчастий теплообмінник працює таким чином. Теплообмінник за допомогою шпильок 11 або 16 вмонтовують в системі вентиляції або кондиціонування повітря з розташуванням відкритих і закритих частин плоских каналів 4 і 5 на протилежних парах суміжних бічних стінок пакету 1. Усередині циліндрових каналів 7 і 8 співвісно розміщують ротори відцентрових вентиляторів, зв'язані по ходу повітря з припливним і витяжним повітроводами (не показані). Під дією роторів відцентрових вентиляторів припливне А і витяжне Б повітря з циліндрових каналів 7 і 8 з великою швидкістю поступає в поперемінні плоскі канали 4 і 5. Теплообмін між потоками відбувається через пластинчаті елементи 2, які розділяють плоскі канали 4 і 5, при цьому площа теплообміну макси 91116 8 мально збільшується за рахунок розташування кожного з циліндрових каналів 7 і 8 поблизу закритих частин відповідних плоских каналів 4 або 5. Розташування відкритих і закритих частин плоских каналів 4 і 5 на протилежних парах суміжних бічних стінок пакету 1 забезпечує рух потоків повітря переважно по схемі протитечії при одночасній інтенсивній турбулентності потоків, створюваній обертанням роторів відцентрових вентиляторів, і, в сукупності, забезпечує підвищений температурний натиск між теплоносіями. Кільцеві ущільні переліжки 9 і розпірки 12 забезпечують постійну висоту плоских каналів 4 і 5 і практично не створюють додаткового опору руху потоків повітря. Під натиском потоків припливного А і витяжного Б повітря оброблені в процесі теплообміну потоки виводяться з теплообмінника через відкриті частини каналів 4 і 5 і подаються у відповідні повітроводи: припливне повітря - в обслуговуваний об'єкт, витяжне - на утилізацію (не показано). В результаті без використовування додаткових засобів теплообміну забезпечується зниження або підвищення температури атмосферного припливного повітря, залежно від сезону, на 12-15%. За рахунок можливості розміщення засобів для нагнітання теплоносіїв безпосередньо в циліндрових каналах суттєво знижуються втрати тиску в потоках припливного і витяжного повітря, що дозволяє понизити витрати електроенергії при експлуатації систем вентиляції і кондиціонування. При цьому процес теплообміну може бути додатково інтенсифікований за рахунок подачі в один з циліндрових каналів третього теплоносія, наприклад, води. Пропонована конструкція пластинчастого теплообмінника має високу ефективність теплообміну при порівняно низьким енергоспоживанні і є універсальною, оскільки може використовуватися для нагріву і охолоджування газоповітряних середовищ як в системах вентиляції і кондиціонування, так і в холодильних системах. Теплообмінник відрізняється простотою конструкції, має невеликі габаритні розміри і невисоку вартість в поєднанні із зручністю і технологічністю монтажу і обслуговування в процесі експлуатації. 9 91116 10 11 91116 12 13 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 91116 Підписне 14 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601