ПЛАСТИНА ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 1994 года по МПК F28F3/08 

Изобретение относится к технологическому оборудованию предприятий пищевой промышленности, а именно к пластинчатым теплообменникам для тепловой обработки жидких пищевых продуктов, например молока.

Известны пластины теплообменников для жидких теплоносителей, имеющие прямоугольную форму с отверстиями для входа и выхода теплоносителей, расположенными в углах пластины, между которыми расположена проточная зона теплообмена, основная площадь которой состоит из нескольких отдельных участков с гофрированной поверхностью, отделенных один от другого поперечными или продольными линиями, прямыми или ломаными. Каждый участок содержит гофрированные элементы, отличающиеся по характеристикам турбулентности от других участков. В таких пластинах гофры, расположенные в разных участках, могут отличаться по высоте, форме профиля и по шагу между вершинами гофров. При этом в пределах каждого отдельно взятого участка форма и высота гофров постоянны.

Известны пластины теплообменников для тепловой обработки жидких пищевых продуктов с периферийным уплотнительным пазом и гофрированной поверхностью между отверстиями входа и выхода теплообменных сред, гофры которой выполнены параллельными в виде чередующихся групп с различной высотой выступов и впадин, направленных под углом к гофрам смежных пластин пакета.

Известна также пластина, которая отличается от описанных пластин тем, что гофры у нее выполнены зигзагообразными с общей плоскостью оснований выступов и впадин, а каждая группа высоких гофров содержит два выступа и две впадины. Это техническое решение и выбрано в качестве прототипа заявляемому техническому решению.

Пластина применяется в серийной пастеризационно-охладительной установке А1-ОКЛ-25 для обработки молока. При сборке известных пластин в пакет теплообменника в периферийный уплотнительный паз каждой пластины укладывается прокладка для герметизации внутренней полости между смежными пластинами, по которой протекает теплообменная среда. При сжатии пакета происходит сближение смежных пластин до упора впадин большей высоты предстоящей пластины в выступы большей высоты последующей пластины, так как гофры смежных пластин расположены под углом друг к другу. При сближении смежных пластин происходит деформация (обжатие) уплотнительной прокладки, которая обеспечивает герметизацию межпластинной полости только в том случае, если величина относительной деформации прокладки по высоте находится в установленном интервале деформаций. Значения границ этого интервала зависит от ряда параметров (свойств материалов прокладки, размеров и формы поперечного сечения прокладки и паза, давления в межпластинной полости и т. д. ) но для каждого контурного теплообменника существует оптимальный интервал деформаций прокладки по высоте, например от 12 до 38% . Это связано с тем, что при недостаточном обжатии прокладки не обеспечивается герметичность в местах контакта прокладки с пластинами, а пережатие прокладок приводит к необходимости их досрочной замены при санитарных разборках теплообменников, так как в местах пережатия снижается упругость материала прокладок и не обеспечивается герметичность межпластинных полостей при повторной сборке пакета пластин.

Недостаток известной пластины с гофрированной поверхностью, состоящей из параллельных гофр в виде чередующихся групп с различной высотой выступов и впадин, имеющих общую плоскость оснований, заключается в том, что при сжатии таких пластин в пакет в зоне вдоль уплотнительного паза образуется множество чередующихся участков, на которых у смежных пластин нет взаимных опор в виде точек контактов, так как на участках, где расположены гофры меньшей высоты, смежные пластины не соприкасаются. На таких безопорных участках в связи с малой жесткостью гофрированных поверхностей при воздействии перепада давлений с разных сторон пластины в зоне вдоль уплотнительного паза возникает деформация пластины с прогибом в сторону меньшего давления, изменяющая ее положение относительно уплотнительной прокладки и смежных пластин. Изменение относительного положения прокладки и пластин, сжимающих ее, приводит к нарушению установленного оптимального интервала деформаций прокладки, что может вызвать разгерметизацию межпластинной полости. Формирование боковых стенок уплотнительного паза торцевыми поверхностям выступов гофров усиливает указанный недостаток.

Цель изобретения - повышение надежности герметизации полостей между смежными пластинами в теплообменниках, собранных из пластин с гофрами в виде чередующихся групп различной высоты, путем улучшения условий работы уплотнительной прокладки за счет увеличения и выравнивания жесткости периферийной зоны пластин, собранных в пакет.

Для этого в предложенной пластине гофры в группах низких гофров выполнены с изменяющейся по их длине высотой: в зоне, прилегающей к уплотнительному пазу и расположенной вдоль него, высота выступов и впадин низких гофров местно увеличена до высоты выступов и впадин высоких гофров, а шаг между выступами гофров выполнен одинаковым по всей гофрированной поверхности пластины. При таком построении пластины образуется зона равновысоких гофров, расположенная вдоль уплотнительного паза. Эти зоны, смыкаясь в пакете пластин, образуют вдоль паза равномерный ряд или ряды опорных точек, который увеличивает и выравнивает жесткость пластины в пакете.

На фиг. 1 изображена пластина теплообменника и смежная с ней аналогичная пластина; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, (в увеличенном масштабе); на фиг. 3 - узел I на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - фрагмент пакета из двух предложенных пластин в зоне уплотнительного паза, соответствующий узлу I на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез по В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - сечение Г-Г на фиг. 5; на фиг. 8 - схема штампа для формования гофрированной поверхности предложенной пластины; на фиг. 9 - предпочтительный вариант построения предложенной пластины (разрез Д-Д на фиг. 6, т. е. разрез вдоль гофра малой высоты).

На фиг. 3 и 5 вершины впадин большей высоты Н верхней пластины изображены сплошными утолщенными линиями, а вершины выступов большей высоты Н нижней пластины - прерывистыми утолщенными линиями.

Пластина 1 теплообменника и смежная с ней аналогичная пластина 2 (фиг. 1) содержит периферийный уплотнительный паз 3 и отверcтия 4-7 для входа и выхода теплообменных сред. Между отверстиями расположена гофрированная поверхность 8, гофры которой от продольной оси симметрии пластины направлены на пластине 1 вниз, а на пластине 2 - вверх и состоят из чередующихся групп с различной высотой выступов и впадин (см. фиг. 2). Высокие гофры образованы выступами 9 и впадинами 11 большей высоты Н, низкие гофры образованы выступами 10 и впадинами 12 меньшей высоты Н. Высота выступов и впадин указана на фигурах от их общей базовой плоскости 13, которую принято называть общей плоскостью оснований выступов и впадин известной пластине высота выступов и впадин. В любого гофра постоянна по всей его длине.

При сборке пакета, состоящего из известных пластин, вершины впадин 11 большей высоты Н (см. фиг. 3) предшествующей пластины 1 соприкасаются с вершинами выступов 9 большей высоты Н последующей смежной пластины 2, в результате образуются опорные точки 0₁ 0₂ 0₃. . . 0₇ и т. д. На участках шириной б и б₁ расположены группы низких гофр, вершины которых не соприкасаются, вследствие этого вдоль уплотнительного паза 3 образуются чередующиеся площадки 14, ограниченные впадинами 11 пластины 1 и выступами 9 пластины 2, проходящими через точку 0₇, не содержащие опорных точек вдоль уплотнительного паза в пролетах между точками 0₂ и 0₃, в пределах которых между пластинами имеется зазор И (см. фиг. 4). При воздействии на площадки 14 перепадов давления, возникающих из-за неравенства давлений в теплообменных средах с разных сторон пластины, возникает деформация пластин 1 и 2 , изменяющая величину зазора И, например, в сторону его увеличения. Такая деформация пластин в зоне уплотнительного паза 3 приводит к уменьшению обжатия уплотнительной прокладки, установленной в паз пластины 2 и к разгерметизации полости между пластинами 1 и 2. В предложенной пластине (фиг. 5 и 6) в зоне, расположенной левее участка 15 шириной b, высота h выступов 16 и впадин 17 низких гофров выполнена возрастающей по их длине и на участке 15 шириной b эта высота h выполнена равной высоте Н выступов 18 и впадин 19 высоких гофров, а шаг S между выступами всех гофров в зоне 15 и на всей остальной гофрированной поверхности пластины выполнены одинаковой величины. При таком построении пластины на участках между опорными точками 0₂ и 0₃ образуются дополнительные опорные точки 0₈, 0₉ и 0₁₀ (см. фиг. 5, 7), которые в сочетании с точками 0₁, 0₂, 0₃, 0₄ и благодаря равному шагу S между выступами гофр образуют вдоль уплотнительного паза непрерывный равномерный ряд опорных точек. Такой ряд опор увеличивает и выравнивает жесткость пластин в пакете в зоне вдоль уплотнительного паза и препятствует деформации пластин в этой зоне. В результате улучшаются условия работы уплотнительной прокладки (выравнивается и стабилизируется деформация прокладки по ее длине, и возрастает надежность герметизации полостей между смежными пластинами, одновременно основная часть гофрированной поверхности сохраняется в виде чередующихся групп гофров различной высоты, что обеспечивает сохранение преимуществ известных пластин при обработке жидких пищевых продуктов.

Сопоставительный анализ с прототипом и другими известными пластинами показывает, что предложенная пластина отличается тем, что содержит низкие гофры, высота которых возрастает вдоль их длины, а на участке, прилегающем к периферийному уплотнительному пазу, высота этих гофров равна высоте высоких гофров. Именно в этом изменении высоты каждого низкого гофра вдоль его длины и состоит отличие предлагаемой пластины от известных решений. В результате заявляемая пластина соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными пластинами, гофрированная поверхность которых состоит из чередующихся групп гофров различной высоты, показывает, что они не содержат признаки, отличающие предложенное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "существенные отличия".

Ширина b зоны 15 может быть выполнена в пределах (1. . . 2)S, что достаточно для образования 1-2 рядов опор вдоль паза при минимальном изменении основной гофрированной поверхности. Предложенное построение пластины обеспечивает также технологичность изготовления штампа для формования гофрированной поверхности, содержащей гофры, с изменяющейся по их длине высотой. Схема такого штампа представлена на фиг. 8. При изготовлении штампа сначала в пуансоне 20 и в матрице 21 по всей поверхности выполняются расположенные равномерно, с одинаковым шагом выступы 22 и впадины 23 одинаковой высоты, соответствующие профилю высоких гофров в пластине. Затем для формирования групп низких гофров вершины соответствующей части выступов 22 в пуансоне и в матрице притупляются до высоты, соответствующей профилю низких гофров. Формование вершин низких гофров производится только притупленными выступами 24 пуансона и матрицы, при этом между формуемой пластиной 1 и вершинами впадин 23 пуансона и матрицы имеются зазоры "К".

Приведенная схема построения формофочного штампа и технологии формования гофрированной поверхности пластины обеспечивают простой способ изготовления штампа для формования гофров с изменяющейся по их длине высотой. Для обеспечения технологичности изготовления переходной зоны 25 (фиг. 9), в которой высота низкого гофра увеличивается от своей основной высоты 2h до высоты высокого гофра 2Н, в предложенной пластине высота низкого гофра увеличивается полого вдоль плоскостей, наклоненных к плоскости пластины на угол 3. . . 10^о. Благодаря этому предупреждается образование на гофрах поперечных складок как очагов трещин при формировании пластин и очагов отложения молочного камня при обработке молока. В случаях, когда пластины изготавливаются из листовой нержавеющей стали толщиной 0,8. . . 1,0 мм, а давление в межпластинных полостях не превышает величины 1,0 МПа, предпочтителен вариант пластины (см. фиг. 5, 9), у которой гофрированная поверхность ограничена сплошной внутренней стенкой 26 уплотнительного паза 3, у которого наружная стенка тоже сплошная, а для повышения жесткости наружной отбортовки 27 на ней предусмотрены выштамповки 28 в виде углублений, не выходящие в полость паза и служащие опорами для внешней отбортовки 27 последующей смежной пластины. Этот вариант построения пластины, обеспечивая повышение жесткости ее периферийной зоны, дополнительно улучшает герметизацию межпластинной полости за счет увеличения поверхности контакта между пазом и прокладкой и одновременно уменьшает трудоемкость изготовления формофочного штампа, так как отпадает необходимость в ручной доводке мест сопряжений гофров с уплотнительным пазом по его внешней отбортовке при изготовлении формовочного штампа.

Использование предлагаемой пластины обеспечивает по сравнению с прототипом и другими известными пластинами следующие преимущества: увеличение жесткости пластин в пакете периферийной зоне, расположенной вдоль уплотнительного паза, улучшение условий работы уплотнительной прокладки и повышение надежности герметизации полостей между смежными пластинами. Вследствие постоянства величины шага между выступами гофр в зоне, прилегающей к уплотнительному пазу, выравнивается жесткость пластин в пакете, дополнительно улучшаются условия работы уплотнительной прокладки и упрощается технология изготовления штампа для формования гофрированной поверхности. (56) Авторское свидетельство СССР N 523558, кл. F 28 F 3/08, 1976.

Патент Великобритании N 1339542, кл. F 28 F 3/08, 1973.

Использование: для улучшения герметизации пластин теплообменников оборудования предприятий пищевой промышленности. Сущность изобретения: пластина теплообменника содержит периферийный уплотнительный паз, отверстия для входа и выхода теплообменных сред. Гофрированная поверхность пластины имеет чередующиеся группы параллельных гофров различной высоты. Оси направлены под углом к гофрам смежных пластин пакета и имеют общую плоскость основания выступов и впадин. Для образования периферийной зоны равновысоких гофр, расположенной вдоль уплотнительного паза, высота низких гофр местно увеличена и выполнена равной высоте высоте высоких гофров. Все гофры могут быть размещены на поверхности с равным шагом между их выступами. 1 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. ПЛАСТИНА ТЕПЛООБМЕННИКА для тепловой обработки жидких пищевых продуктов, содержащая размещенную между входными и выходными отверстиями для теплообменных сред гофрированную поверхность с периферийным уплотнительным пазом, гофры которой расположены параллельно друг другу и выполнены в виде чередующихся групп выступов и впадин разной высоты и с общей плоскостью их оснований, при этом группы гофров в смежных пластинах расположены друг к другу под углом, отличающаяся тем, что, с целью улучщения герметизации полостей между пластинами путем повышения жесткости периферийной зоны, высота низких гофров поверхности выполнена возрастающей по их длине и на участке, прилегающем к периферийному уплотнительному пазу, равна высоте высоких гофров. 2. Пластина по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью выравнивания жесткости периферийной кромки пластин и повышения технологичности изготовления штампов для формирования поверхности пластины, все гофры размещены на поверхности с равным шагом между их выступами.