ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, СОДЕРЖАЩИЙ УЛОЖЕННЫЕ В ПАЧКУ ЭЛЕМЕНТЫ ПЛАСТИН, ГДЕ ДИАГОНАЛЬНО ПРОТИВОПОЛОЖНЫЕ УГЛЫ КАЖДОЙ ПЛАСТИНЫ СОДЕРЖАТ УГЛУБЛЕННЫЕ УГЛОВЫЕ УЧАСТКИ Российский патент 2001 года по МПК F28D9/00 F28F3/02 

Настоящее изобретение касается пластинчатого теплообменника, содержащего несколько прямоугольных элементов пластин и промежуточных прокладок, зажатых в пачке (наборе), в котором элементы пластин и прокладки образуют проходы или проточные каналы для теплообменной среды, протекающей через пластинчатый теплообменник, которые заполняются через совмещенные входные и выходные отверстия в пластинах.

Широко используемые в настоящее время пластинчатые теплообменники обычно содержат 4-600 пластин в одной пачке или наборе, но наличие закрепленных в одной пачке 1000 пластин не считается чем-то необычным.

Из-за того, что в теплообменниках часто имеют место высокие давления и высокие температуры используемых сред, с одной стороны, необходимо, чтобы эти пластины и промежуточные прокладки пачки скреплялись силами зажима с тем, чтобы обеспечивалась герметичность проточных каналов для среды.

Но, с другой стороны, усилия зажима, которые могут достигать очень больших величин в некоторых пластинах пачки, неизбежно вызывают воздействие значительных боковых сил на пластины, что приводит к опасности их так называемого бокового смещения из пачки.

В худшем случае результатом может быть последующее, не поддающееся контролированию нарушение пачки пластин и, следовательно, утечка в проточных каналах для среды.

Поэтому опыт показал, что наиболее важно, чтобы пластины были всегда правильно совмещены как во время их скрепления зажимом, так и во время последующего использования, чтобы избежать искажения пачки пластин и, следовательно, нежелательного выхода из строя теплообменника.

Малейшее неточное совмещение пластин в пачке (или наборе) также вызывает нарушение совмещения последующих промежуточных прокладок. Поэтому большое усилие зажима будет неизбежно распределяться от одной прокладки к следующей прокладке в пачке, что вызывает действие поперечных сил, действующих между пластинами и промежуточными прокладками и приводит к опасности утечки в каналах или проходах для среды. В экстремальных случаях может произойти перекос прокладок и в результате повреждение как прокладок, так и пластин.

Чтобы избежать неточного совмещения пластин в пачке, известна технология, предусматривающая направление пластин в центрирующих устройствах различной конфигурации.

Широко используемое устройство для выравнивания пластин содержит верхнюю и нижнюю направляющие планки, соединенные на концах со средствами зажима. Верхняя и нижняя направляющие планки входят в отверстия или вырезы, расположенные симметрично на верхних и нижних кромках пластин соответственно.

Благодаря наличию неизбежных производственных допусков вырезов пластин, снабженных углублениями, и прокладок, расположенных между ними, невозможно обеспечить равномерное действие большого усилия зажима по всей площади пластины и, следовательно, по периферии пластины. Отдельные пластины в пачке поэтому подвергаются воздействию сил, направленных поперек направления зажима.

В описанной выше конструкции поперечные силы могут увеличиваться до такой степени, что происходит утечка между пластинами и прилегающими прокладками и даже выход пластин из пачки вбок относительно направляющих планок.

Помимо этого, поперечные силы развивают силы трения, действующие между направляющими планками и материалом пластин, прилегающим к вырезам, вследствие чего пластины не могут дальше скользить на направляющих планках при дальнейшем повышении усилия зажима.

Поэтому силы трения накапливаются по длине пачки пластин, что неизбежно ведет к увеличению усилия зажима, действующего на пластину, и создает дополнительную опасность выдавливания пластины вбок из пачки.

Следующим неблагоприятным фактором, повышающим возможность скольжения пластин в поперечном направлении, является то, что противоположные поверхности прокладок и пластин часто содержат соединения, уменьшающие трение для упрощения демонтажа пачки.

Чтобы устранить указанные выше проблемы было предложено несколько других конструкций пластин теплообменника с включенными устройствами для совмещения в виде деталей пластин, входящих во взаимное зацепление.

Одна из известных конструкций описана в заявке GB 2107845A, в которой пластинчатый теплообменник содержит множество прямоугольных элементов пластин и промежуточных прокладок, зажатых в пачке, в котором элементы пластин и прокладки образуют проточные каналы для теплообменной среды, протекающей через пластинчатый теплообменник, при этом проточные каналы заполняются через совмещенные входные и выходные отверстия в элементах пластин, имеющих буртики, и в котором внешний профиль буртиков элемента пластины в пачке находится в принудительном зацеплении с внутренним профилем буртиков следующего элемента пластины в пачке.

Опыт показал, что эта конструкция также не способна решить упомянутые выше проблемы. Наоборот, возможность неточного совмещения пачки остается из-за тенденции взаимного смещения вбок прилегающих пластин.

Задачей изобретения является создание пластинчатого теплообменника, легко и быстро монтируемого, где обеспечено надежное совмещение пачки пластин и который, к тому же, безопасен и надежен в работе.

Поставленная задача решается тем, что в пластинчатом теплообменнике, содержащем множество прямоугольных элементов пластин и промежуточных прокладок, зажатых в пачке, в котором элементы пластин и прокладки образуют проточные каналы для теплообменной среды, протекающей через пластинчатый теплообменник, при этом проточные каналы заполняются через совмещенные входные и выходные отверстия в элементах пластин, имеющих буртики, причем внешний профиль буртиков элемента пластины в пачке находится в принудительном зацеплении с внутренним профилем буртиков следующего элемента пластины в пачке, согласно изобретению по меньшей мере два диагонально противоположных угла каждой пластины в пачке имеют углубленные угловые участки, содержащие буртики, которые соединены с внутренней поверхностью пластины в линии изгиба, которая проходит по существу от одной периферийной кромки пластины к другой прилегающей периферийной кромке пластины угла с вогнутым отрезком длины относительно внутренней поверхности пластины.

Целесообразно, чтобы вогнутый отрезок длины линии изгиба имел форму дуги или являлся дугой окружности.

Центр окружности может быть расположен по существу на пересечении отрезков длины двух прилегающих периферийных кромок пластин угла, а буртики проходят наклонно относительно поверхности пластины. Желательно, чтобы углубленные угловые участки содержали гофрировку, при этом все четыре угла элементов пластин могут содержать углубленные угловые участки, а углубления угловых участков ниже, чем любые другие углубления остальной внутренней поверхности пластины.

В результате создан пластинчатый теплообменник, обладающий особенно надежной герметичностью проточных каналов и который необыкновенно быстро и удобно монтируется и демонтируется.

Принудительное зацепление между внешними профилями диагонально противоположных углов пластины и внутренними профилями диагонально противоположных углов следующей пластины в пачке обеспечивают быстрый монтаж, если пластины надежно направляются в зацепление одна с другой. Вогнутый отрезок буртиков помимо этого обеспечивает постоянное жесткое взаимное зацепление пластин между собой, сохраняя совмещение пластин в пачке вне зависимости от изменений размеров пластин в пределах производственных допусков.

Испытания пластинчатого теплообменника согласно настоящему изобретению в условиях чрезвычайно высоких температур и давления показали удивительную стойкость и надежное совмещение пластин в пачке при их незначительном смещении как в поперечных направлениях параллельно кромкам пластин, так и в направлениях вращения вокруг внутренней поверхности пластины.

Изобретение будет объяснено более подробно ниже со ссылками на чертежи, в которых
фиг. 1 является схематичным видом с торца пластинчатого теплообменника согласно изобретению,
фиг. 2 является видом в перспективе части углов трех последующих пластин в пачке теплообменника фиг. 1,
фиг. 3 является более подробным видом с торца части угла элемента пластины другого примера реализации,
фиг. 4 является видом в разрезе по линии IV-IV в фиг. 3.

Новый пластинчатый теплообменник 1, показанный в фиг. 1, содержит множество прямоугольных элементов пластин 2 и промежуточных прокладок 3, зажатых в пачке 4 с помощью обычных зажимных средств, которые могут быть в виде концевых шайб и обеспечивающих взаимное соединение стяжек с болтами. Элементы пластин 2 и промежуточные прокладки 3 образуют проточные каналы 5 для теплообменника среды, протекающей через пластинчатый теплообменник 1. Проточные каналы наполняются теплообменной средой через совмещенные входные и выходные отверстия 6 в элементах пластин 2.

Каждый угол 7 каждого элемента пластин 2 в пачке 4 содержит углубленные угловые участки 8, которые соединены с внутренней поверхностью пластины в линии изгиба 9. Линия изгиба 9 проходит от одной периферийной кромки 10 пластины к другой прилегающей периферийной кромке 11 пластины угла 7 с вогнутым отрезком длины относительно внутренней поверхности пластины. Это обозначает, что линия изгиба отклоняется от прямой линии к внутренней части пластины. Линия изгиба проходит по существу к периферийным кромкам пластин, но может в пределах объема изобретения оканчиваться на некотором расстоянии от кромки, пока отрезок длины этой линии остается вогнутым относительно внутренней поверхности пластины.

В примере реализации, показанном в фиг. 1 и 2, вогнутый отрезок длины линии изгиба 9 является дугой окружности, центр которой расположен по существу на пересечении отрезков длины двух прилегающих периферийных кромок 10, 11 пластин. Это означает, что линия изгиба 9 подходит под прямым углом к кромкам 10, 11 пластин.

Другие виды вогнутого отрезка длины линии изгиба содержат комбинации отрезков линии различной формы, например отрезков прямой линии и отрезков кривой линии. Такой пример реализации показан в фиг. 3 и 4, где линия изгиба изогнута в середине этого отрезка длины и является прямой на концах этого отрезка длины, подходящего к кромкам пластин.

Углубленные участки угла содержат буртик 12, проходящий наклонно относительно поверхности пластины, фиг. 4. Буртик 12 является частью гофрировки или рифлености 13, которая повышает прочность и устойчивость углубленного углового участка пластины. Углубления гофрировки 13 расположены ниже, чем любые другие углубления остающейся поверхности пластины. Элемент пластины оканчивается в углу плоским участком 14, который можно исключить.

Элементы пластин изготавливаются обычной штамповкой на прессе, но следует подчеркнуть, что специалистам в области технологии прессования пластин будет удивительно, что объем необходимого материала пластин во время испытательной штамповки на прессе был равномерно протянут из внутренней части поверхности пластины в участок выгнутой линии изгиба.

Принудительное зацепление между наружными профилями диагонально противоположных углов 7 элемента пластины 2 и внутренними профилями диагонально противоположных углов 7 следующего элемента пластины 2 в пачке 4 обеспечивает быструю сборку пластинчатого теплообменника, где пластины надежно направляются в зацепление одна с другой. Отрезок длины вогнутой линии изгиба 9 в угловых, углубленных участках обеспечивает постоянную жесткую взаимосвязь и взаимное зацепление пластин 2, сохраняя совмещение пластин в пачке вне зависимости от изменения размера пластин в пределах производственных допусков.

Испытания теплообменника 1 согласно настоящему изобретению в условиях чрезвычайно высоких температур и давления показали удивительно устойчивое и надежное совмещение пластин 2 в пачке 4, при незначительном поперечном смещении пластин как в поперечных направлениях A, B параллельно кромкам 10, 11 пластин 2, так и в направлениях R вращения вокруг внутренней поверхности пластины, фиг. 1.

Испытания также показали, что совмещение пластин в пачке сохраняется, несмотря на то, что геометрические размеры профилей пластин, а также толщина пластин изменяются. По сравнению с известными устройствами для совмещения пластин в пачке, совмещение пачки или набора пластин теплообменника согласно изобретению может сохраняться в приемлемых пределах для более широкого диапазона производственных допусков элементов пластин.

Изобретение предназначено для применения в отоплении. Пластинчатый теплообменник содержит множество прямоугольных элементов пластин и промежуточных прокладок, зажатых в пачке. По меньшей мере два диагонально противоположных угла каждой пластины в пачке содержат углубленные угловые участки, которые соединены с внутренней поверхностью пластины в вогнутой линии изгиба. Внешний профиль углубленного углового участка пластины в пачке находится в принудительном зацеплении с внутренним профилем углубленного углового участка следующей пластины в пачке. Это обеспечивает совмещение пачки как во время сборки, так и во время последующего использования. Техническим результатом изобретения является обеспечение надежного совмещения пачки пластин, а следовательно, достижение безопасности и надежности работы. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пластинчатый теплообменник 1, содержащий множество прямоугольных элементов 2 пластин и промежуточных прокладок 3, зажатых в пачке 4, в котором элементы 2 пластин и прокладки 3 образуют проточные каналы 5 для теплообменной среды, протекающей через пластинчатый теплообменник 1, при этом проточные каналы 5 заполняются через совмещенные входные и выходные отверстия 6 в элементах 2 пластин, имеющих буртики 12, причем внешний профиль буртиков 12 элемента 2 пластины в пачке 4 находится в принудительном зацеплении с внутренним профилем буртиков 12 следующего элемента 2 пластины в пачке 4, отличающийся тем, что по меньшей мере два диагонально противоположных угла 7 каждой пластины 2 в пачке 4 имеют углубленные угловые участки 8, содержащие буртики 12, которые соединены с внутренней поверхностью пластины в линии изгиба 9, которая проходит по существу от одной периферийной кромки 10 пластины к другой прилегающей периферийной кромке 11 пластины угла 7 с вогнутым отрезком длины относительно внутренней поверхности пластины. 2. Пластинчатый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что вогнутый отрезок длины линии изгиба 9 имеет форму дуги. 3. Пластинчатый теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что вогнутый отрезок длины линии изгиба 9 является дугой окружности. 4. Пластинчатый теплообменник по п.3, отличающийся тем, что центр окружности расположен по существу на пересечении отрезков длины двух прилегающих периферийных кромок 10, 11 пластин угла 7. 5. Пластинчатый теплообменник по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что буртики 12 проходят наклонно относительно поверхности пластины. 6. Пластинчатый теплообменник по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что углубленные угловые участки содержат гофрировку 13. 7. Пластинчатый теплообменник по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что все четыре угла 7 элементов 2 пластин содержат углубленные угловые участки. 8. Пластинчатый теплообменник по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что углубления угловых участков ниже, чем любые другие углубления остальной внутренней поверхности пластины.