Настоящее изобретение относится к пластине для пластинчатого теплообменника, содержащей первую часть, расположенную на первом краевом участке теплообменной пластины и содержащую, по меньшей мере, один канал для каждой из двух сред, вторую часть, расположенную на втором краевом участке теплообменной пластины и содержащую, по меньшей мере, один канал для каждой из этих сред, и теплообменную часть, расположенную между первой и второй частями, при этом каналы на первой части расположены на первой геометрической линии, проходящей по существу параллельно продольной оси пластины, а каналы на второй части расположены на второй геометрической линии, проходящей по существу параллельно продольной оси пластины. Настоящее изобретение также относится к пакету пластин и к пластинчатому теплообменнику.
Пластинчатый теплообменник содержит пакет пластин, состоящий из нескольких собранных вместе пластин, образующих между собой промежутки. В большинстве случаев каждый второй промежуток сообщается с первым впускным каналом и первым выпускным каналом, при этом каждый промежуток выполнен с возможностью определения проточного участка и с возможностью прохода потока первой среды между впускным и выпускным каналами. Соответственно, остальные промежутки сообщаются со вторым впускным каналом и вторым выпускным каналом для обеспечения потока второй среды. Таким образом, пластины контактируют с одной средой одной своей боковой поверхностью и со второй средой своей второй боковой поверхностью, что позволяет получить существенный теплообмен между двумя средами.
Современные пластинчатые теплообменники имеют пластины, которые в большинстве случаев выполнены из заготовок из листового металла, конечная форма которым придается штамповкой. В каждой пластине теплообменника обычно выполнено четыре или более канала в виде сквозных отверстий, пробитых в четырех углах пластины. Иногда пробивают дополнительные каналы вдоль коротких сторон пластин так, чтобы они были расположены между каналами, пробитыми в углах. Каналы разных пластин определяют впускные и выпускные каналы, которые проходят в пластинчатом теплообменнике поперечно плоскости пластин. Вокруг части каналов в чередующемся порядке в каждом втором промежутке установлены прокладки или любые другие уплотнительные средства, а в других промежутках они установлены вокруг других каналов так, чтобы сформировать по два раздельных канала для первой среды и для второй среды соответственно.
Поскольку во время работы в теплообменнике создаются высокие уровни давления сред, пластины должны быть достаточно жесткими, чтобы не деформироваться под воздействием давления среды. Использование пластин, изготовленных из заготовок из листового металла возможно только в том случае, если пластины каким-либо образом поддерживаются. Обычно это достигается за счет гофрирования пластин так, чтобы пластины опирались друг на друга в множестве точек.
Пластины прижаты друг к другу между двумя жесткими к изгибу концевыми пластинами (или рамными пластинами) в раме и, тем самым, образуют жесткие блоки с проточными каналами в каждом промежутке между пластинами. Концевые пластины прижаты друг к другу посредством множества болтов, которые взаимодействуют с обеими концевыми пластинами через отверстия или углубления, выполненные по окружности каждой концевой пластины. В некоторых пластинчатых теплообменниках пластины соединены сваркой или пайкой и в этом случае концевые пластины являются защитой теплообменных пластин теплообменника.
При проектировании пластинчатого теплообменника вышеуказанного типа для использования при относительно высоких давлениях следует принимать в расчет особые условия. Теплообменная пластина, предназначенная для работы в условиях относительно низких давлений, может иметь большую площадь теплообменной поверхности. Если среда подается под высоким давлением, на большую теплообменную поверхность будут действовать большие силы, которые должны будут поглощаться рамой или паяным швом между пластинами.
Изгибающий момент, приложенный к концевой пластине под воздействием давления жидкости, пропорционален квадрату ширины пластины. При давлении 100-150 бар (10-15 МПа) концевые пластины должны быть чрезвычайно толстыми, чтобы можно было использовать широкие теплообменные пластины с большими каналами, которые относятся к описанному выше типу.
Более того, размеры зажимных болтов должны быть такими, чтобы оказывать сопротивление силе, необходимой для зажима пакета пластин с достаточной прочностью, чтобы получить необходимое уплотнение. Чтобы каждый болт не был слишком толстым и неудобным в эксплуатации, для теплообменников высоких давлений потребуется большое количество болтов. В конструкциях, рассчитанных на очень высокие давления, иногда возникает проблема, заключающаяся в том, что на окружности пластин не хватает места для размещения всех необходимых болтов.
Более того, возникает необходимость использования прочных рам, которые еще больше удорожают конструкцию, особенно в пластинчатых теплообменниках с относительно небольшим количеством пластин, где стоимость рамы составляет существенную долю общей стоимости, и такая конструкция будет слишком дорогой относительно полученной производительности теплообмена.
Известен пластинчатый теплообменник, описанный в публикации DE-А1-19716200. В этой публикации раскрывается пластинчатый теплообменник, в котором все каналы, т.е. также каналы для различных сред, расположены на одной линии. Задачей, указанной в этой публикации, является необходимость получения улучшенного распределения потока по ширине теплообменных пластин. Пластина по существу имеет длинную, узкую и прямоугольную форму, и два канала для одной из сред расположены у наружных концов каждой короткой стороны пластины, а два канала для другой среды расположены внутри них. В результате, поток между двумя внешними каналами распределен по всей ширине теплообменной пластины, но поток между двумя внутренними каналами очень плохо распределяется по ширине пластины. Таким образом, такая конфигурация не обеспечивает удачного решения вышеуказанных проблем.
Известен другой тип пластинчатых теплообменников, в которых широко используются узкие пластины, а именно очень специфичный тип теплообменника, называемый «испаритель с падающей пленкой». Такие теплообменники описаны, например, в ЕР-А1-548360 и ЕР-А1-411123. Испаритель с падающей пленкой используется для испарения воды или другой жидкости, например, из фруктового сока, сахарного сиропа или подобных жидкостей для повышения концентрации сока, сахара и т.п. в растворе.
В таком испарителе с падающей пленкой применяются очень длинные узкие пластины и специальные системы уплотнения. Пар в большинстве случаев подается через канал, расположенный в верхней части, и направляется вниз по каждому второму промежутку так, чтобы в конце концов выйти из испарителя через один или более каналов, расположенных в нижней части пластины. Среда, из которой выпаривается жидкость, подается через верхний канал и выходит через нижний канал. Однако этот верхний канал расположен не в верхней части пластины, а смещен на существенное расстояние вниз в направлении нижнего канала. Жидкость поднимается по узкому длинному каналу предварительного подогрева, отделенному прокладками от впускного канала, до тех пор, пока она не достигнет верхней части пластины, откуда она затем опускается вниз по обе стороны от канала предварительного подогрева до выпускного канала, расположенного в нижней части пластины. В ЕР-А1-411123 впускной канал расположен в нижней части пластины, а в ЕР-А1-548360 верхний канал расположен непосредственно над центром пластины. Такая конструкция предназначена для использования в очень специфичных условиях потока, существующих в испарителях этого типа, и совершенно не будет работать в обычных пластинчатых теплообменниках. Если такую конструкцию применить для теплообмена в потоке с большим расходом, перепад давления будет чрезвычайно большим, что приведет к неудовлетворительной эффективности теплообмена.
Кроме того, известен пластинчатый теплообменник, описанный в USA-4708199. В этом патенте раскрывается круглая пластина с несколькими фланцевыми сквозными каналами и плоскими отверстиями, которые чередуются на одном радиусе с одинаковым шагом по окружности. Несколько пластин собраны в пакет одна на другой и каждая пластина повернута на величину шага относительно соседней пластины. Фланцы вокруг каналов обеспечивают уплотнение, прижимаясь к нижней поверхности расположенной выше пластины, и, таким образом, определяют направление потока через эти каналы в зоны, определяемые между этой пластиной и пластиной, расположенной выше. Поскольку пластины развернуты на величину шага относительно друг друга, каждый второй канал сообщается с каждым вторым промежутком. Эта конструкция была разработана для использования в сварных теплообменниках, чтобы избежать изготовления двух разных пластин, которые собираются в пакет, чередуясь друг с другом. Однако такая конструкция не является удовлетворительной при работе под высоким давлением, поскольку круглые пластины дают максимальный размах относительно данной поверхности теплообмена и, тем самым, подвержены чрезмерным нагрузкам.
Таким образом, не существует полностью удовлетворительной конструкции обычного теплообменника, которую можно было бы использовать для высоких давлений. Имеющиеся варианты имеют различные недостатки. Например, они требуют слишком тяжелой конструкции рамы, листовой металл используется неэффективно, или поток неудовлетворительно распределяется по ширине пластин. Прежде всего, необходимо решить вышеуказанную проблему распределения потока, поскольку эффективность теплообменника в большой степени зависит от хорошего распределения потока сред по всей ширине пластины.
Соответственно, одной задачей настоящего изобретения является решение указанных выше проблем. Конкретной задачей настоящего изобретения является создание хорошего распределения потока в пластинчатом теплообменнике описанного выше типа. Задачей изобретения также является создание конструкции, позволяющей выполнять простые и недорогие рамы по сравнению с известными конструкциями, где применяются среды с относительно высоким давлением. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание конструкции, позволяющей лучше использовать материал теплообменных пластин. Другие задачи и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего описания.
Технический результат достигается посредством теплообменной пластины для пластинчатых теплообменников, содержащей первую часть (А), расположенную на первом краевом участке теплообменной пластины и содержащую, по меньшей мере, один канал для каждой из двух сред, вторую часть (В), расположенную на втором краевом участке теплообменной пластины и содержащую, по меньшей мере, один канал для каждой из сред, и теплообменную часть, расположенную между первой и второй частями, при этом каналы на первой части расположены вдоль первой геометрической линии (LA, LA1, LA2), проходящей, по существу, параллельно продольному направлению пластины, и каналы на второй части расположены вдоль второй геометрической линии (LB, LB1, LB2), проходящей, по существу, параллельно продольному направлению (L) пластины, при этом, по меньшей мере, на первой части рядом с одним из каналов, расположенным ближе всего ко второй части, установлен ограничитель потока, причем ограничитель потока имеет такую протяженность, что каждая прямая геометрическая линия, проведенная между указанным каналом и каналом, расположенным на противоположной второй части и предназначенным для той же среды, пересекает ограничитель потока, и ограничитель потока расположен между указанным каналом и второй частью.
Канал, снабженный ограничителем потока, является впускным каналом для одной из сред, и канал, снабженный ограничителем потока, является выпускным каналом для одной из сред.
Ограничитель потока проходит по окружности вдоль приблизительно половины длины окружности канала.
Во второй части пластины рядом с одним из каналов, который, с одной стороны, является ближайшим к первой части, с другой стороны, образует выпускной канал для одной из сред, установлен дополнительный ограничитель потока.
Дополнительный ограничитель потока имеет такую протяженность, при которой каждая прямая геометрическая линия, проведенная между указанным каналом и каналом, расположенным на противоположной первой части и предназначенным для той же среды, пересекает дополнительный ограничитель потока.
Дополнительный ограничитель потока проходит по окружности вдоль приблизительно половины длины окружности канала и расположен между указанным каналом и первой частью.
Ограничитель потока или ограничители потока образуют гребень, выполненный заодно с пластиной и расположенный так, чтобы упираться в соседнюю теплообменную пластину в собранном состоянии в пластинчатом теплообменнике.
Ограничитель потока или ограничители потока образуют впадину, выполненную заодно с пластиной и прокладкой, расположенной во впадине так, чтобы упираться в соседнюю теплообменную пластину в собранном состоянии в пластинчатом теплообменнике.
Каналы на каждой из частей пластины расположены на одной геометрической линии.
Первая геометрическая линия, на которой расположены каналы на первой части, проходит по существу параллельно и смещена в поперечном направлении теплообменной пластины относительно второй геометрической линии, на которой расположены каналы на второй части.
Ограничитель потока или ограничители потока частично открыты на своем протяжении в окружном направлении, чтобы пропускать частичный поток среды через ограничитель потока или ограничители потока.
Каналы, которые на соответствующих частях являются ближайшими к противоположной части, предназначены для первой среды, а каналы, которые на соответствующих частях наиболее удалены от противоположной части, предназначены для второй среды. При этом каналы расположены симметрично относительно оси симметрии. Ось симметрии может проходить в плоскости пластины.
Ось симметрии может проходить вдоль основного направления потока сред. Ось симметрии может проходить поперек основного направления потока сред. Ось симметрии может быть расположена перпендикулярно к плоскости пластины.
Конструкция теплообменной пластины согласно настоящему изобретению позволяет добиться хорошего использования теплообменной поверхности пластины. Это, в свою очередь, означает, что имеется возможность изготавливать теплообменные пластины и, следовательно, рамные пластины, с минимальными размерами. Более того, расположение каналов само по себе приводит к хорошему распределению потока среды, проходящему из канала, расположенного дальше всего от противоположной части. В отличие от известных конструкций настоящая конструкция дополнительно обеспечивает хорошее распределение потока также и от канала, который расположен ближе всего к противоположной части. Это достигается посредством ограничителя потока, который расположен рядом с по меньшей мере одним из этих каналов.
Поскольку ограничитель потока расположен рядом с каналом, достигается хорошее распределение потока среды, проходящей из этого канала или в этот канал без возникновения очень большого перепада давления. Такой конструктивный признак обеспечивает невозможность перетока среды непосредственно между двумя каналами, поскольку поток отклоняется или, по меньшей мере, подвергается воздействию ограничителя потока на своем пути от впускного канала к выпускному каналу.
Кроме того, ограничитель потока расположен между указанным каналом и вторым участком, что приводит к распределению потока среды по всей ширине теплообменного участка, вместо того, чтобы проходить непосредственно в соответствующий впускной или выпускной канал. Кроме того, граничитель потока позволяет регулировать расстояние, на которое проходит среда так, чтобы обе среды проходили по существу на одинаковое расстояние, что является преимуществом с точки зрения оптимизации теплообмена между средами. Таким образом, обеспечивается возможность создания таких пластин, имеющих небольшую ширину и, одновременно, высокую эффективность теплообмена. Это является преимуществом в тех случаях, когда используются среды под высоким давлением, поскольку широкие пластины потребовали бы очень прочных и дорогих рам и рамных пластин. Таким образом, конструкция согласно настоящему изобретению решает указанные проблемы.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения канал, снабженный ограничителем потока, образует впускной канал для одной из сред. За счет отклонения входного потока среды достигается хорошее распределение среды уже на входе среды.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения канал, снабженный ограничителем потока, образует выпускной канал для одной из сред. Посредством регулирования отвода среды достигается ее хорошее распределение по всей ширине пластины также и на последнем участке, непосредственно перед выходом среды через выпускной канал.
Предпочтительно, ограничитель потока проходит по окружности примерно на протяжении половины окружности порта, что обеспечивает хорошее распределение потока.
Преимущественно дополнительный или второй ограничитель потока расположен рядом с одним из каналов, который с одной стороны расположен ближе всего к первой части и с другой стороны образует выпускной канал для одной из сред. Это приводит к хорошему распределению обеих сред. В зависимости от расположения каналов, первый ограничитель потока размещается рядом с соответствующим впускным каналом или рядом с выпускным каналом для второй среды. Необходимость в ограничителях потока лучше всего проявляется при проектировании канала или каналов на соответствующих частях, расположенных ближе всего к противоположной части. Канал, расположенный ближе всего к противоположной части, образует в большинстве случаев достаточный ограничитель для потока, который проходит к каналу или каналам, расположенным дальше всего от противоположной части.
Преимущественно, второй ограничитель потока удовлетворяет конструктивным требованиям, подобным тем, которые предъявляются к первому ограничителю потока. Для пояснения значения различных отличительных признаков следует обратиться к соответствующим пояснениям, приведенным в отношении первого ограничителя потока.
Согласно предпочтительному варианту, ограничитель потока содержит отштампованный гребень, выполненный заодно с пластиной и расположенный так, чтобы упираться в соседнюю теплообменную пластину в собранном положении в теплообменнике. Такая конструкция является предпочтительной с точки зрения изготовления. За счет использования пластин с отштампованным гребнем можно собирать, например, пакеты, в которых пластины сварены друг с другом попарно. Такая конструкция удобна, например, тогда, когда одна из сред является фруктовым соком, сахарным сиропом или какой-либо другой средой, требующей регулярной очистки пластин, а другой средой является вода. Поскольку очищать необходимо лишь каждый второй промежуток между пластинами, а процесс разборки должен быть как можно более простым, такая конструкция позволяет обеспечить доступ только к тем промежуткам, которые требуют очистки, а остальные расположены в кассетах, которыми удобно манипулировать.
Согласно предпочтительному варианту, ограничитель потока содержит отштампованную впадину, выполненную заодно с пластиной, и прокладку, установленную во впадине и выполненную с возможностью в рабочем положении в пластинчатом теплообменнике упираться в смежную теплообменную пластину. Такая конструкция имеет преимущество с точки зрения изготовления. Например, такая конструкция может использоваться, если требуется изготавливать один тип пластин по каналам и конфигурации, но получить два типа пластин по прокладкам вокруг каналов и т.п. За счет правильного использования прокладок можно получить две разные пластины, которые можно применять в чередующемся порядке и которые можно изготавливать из одинаковых заготовок из металлического листа. Поскольку штампы являются дорогими инструментами, желательно использовать конфигурацию пластин, требующую только одного рисунка и, следовательно, только одного штампа.
В предпочтительном варианте каналы на каждой части расположены на одной геометрической линии. Это позволяет изготавливать теплообменную пластину очень узкой, чтобы автоматически получить распределение потока в и из каналов, которые наиболее удалены от противоположной части, и получить конфигурацию каналов, которую легко проектировать, чтобы иметь возможность использовать чередование пластин.
Согласно другому предпочтительному варианту, первая геометрическая линия, на которой расположены каналы на первой части, проходит по существу параллельно второй геометрической линии, на которой расположены каналы второй части, и смещена относительно этой второй линии в поперечном направлении. При такой конструкции имеется возможность получить, например, пластину, которую можно использовать в чередующемся порядке и которая обеспечивает одинаковую длину потока для обеих сред. Более того, такое расположение каналов позволяет легко распределить поток по всей ширине пластины.
В предпочтительном варианте ограничитель потока частично открыт на своем протяжении в окружном направлении, чтобы обеспечить частичный поток среды через ограничитель потока. Такая конструкция дает прекрасное распределение потока по всей ширине пластины. В некоторых случаях слишком плотный ограничитель потока может слишком ограничить поток рядом с ограничителем на той стороне ограничителя, которая обращена от канала. Небольшой частичный поток через ограничитель потока устраняет этот риск.
Согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения, каналы, которые на соответствующих частях расположены ближе всего к противоположной части предназначены для первой среды, а каналы, которые на соответствующих частях расположены дальше всего от противоположной части, предназначены для второй среды. Таким образом, имеется возможность использовать, например, тот факт, что среда, которая подвергается фазовому переходу из пара в жидкость или наоборот, необязательно должна иметь такую же длину пути потока, чтобы обеспечить такой же уровень теплообмена, что и среда, которая не подвергается фазовому переходу. Более того, каналы, расположенные ближе всего к противоположной части, автоматически создают эффект распределения потока для среды, проходящей между каналами, расположенными дальше всего от противоположной части.
Для получения теплообменной пластины, которую можно использовать в чередующемся порядке, каналы расположены симметрично относительно оси симметрии. В зависимости от того, будет ли фазовый переход происходить в одной среде, в обеих средах или не будет происходить вообще, ось симметрии может выбираться в конструкции пластины разными способами.
Технический результат настоящего изобретения достигается также посредством пакета пластин и пластинчатого теплообменника типа, определенного в соответствующих независимых пунктах формулы.
Ниже следует более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
На фиг.1 изображена теплообменная пластина, выполненная с возможностью использования в чередующемся порядке путем поворота вокруг продольной или поперечной оси пластины.
На фиг.2 изображена теплообменная пластина, выполненная с возможностью использования в чередующемся порядке путем поворота вокруг оси, перпендикулярной к плоскости пластины и проходящей через центр пластины.
На фиг.3-4 изображена теплообменная пластина, предназначенная для фазового перехода одной из сред и выполненная с возможностью чередования путем поворота вокруг продольной оси. В этом случае происходит фазовый переход из пара в жидкость (фиг.3).
На фиг.5-6 изображена теплообменная пластина, предназначенная для фазового перехода одной из сред и выполненная с возможностью чередования путем поворота вокруг продольной оси. В этом случае происходит фазовый переход из жидкости в пар (фиг.5).
На фиг.7-8 изображена теплообменная пластина для фазового перехода обеих сред, используемая в чередующемся порядке путем поворота вокруг оси, перпендикулярной к плоскости пластины, расположенной в центре пластины.
На фиг.9 изображена теплообменная пластина, используемая в чередующемся порядке путем поворота вокруг продольной или поперечной оси.
На фиг.10 изображена альтернативная конструкция пластины, показанной на фиг.3.
Как показано на чертежах, теплообменная пластина согласно предпочтительным вариантам настоящего изобретения имеет удлиненную, по существу прямоугольную форму. На каждой короткой стороне сформированы части А, В. На каждой части А, В выполнены сквозные отверстия, так называемые каналы 1-4. Эти пластины предназначены для сборки в пакеты обычным способом так, что каждый из каналов 1-4 образует канал, проходящий через пакет. Первый канал 1 образует первый впускной канал для первой среды, второй канал 2 образует первый выпускной канал для первой среды. Третий канал 3 образует второй впускной канал для второй среды, и четвертый канал 4 образует второй выпускной канал для второй среды.
Как правило, каждый второй промежуток между пластинами сообщается с первым впускным каналом и первым выпускным каналом, при этом каждый промежуток между пластинами выполнен с возможностью определения проточного пути для прохождения потока первой среды между впускным и выпускным каналами. Соответственно, остальные промежутки сообщаются со вторым впускным и вторым выпускным каналами для прохождения второй среды. Таким образом, пластины контактируют с одной средой одной из своих боковых поверхностей и со второй средой второй своей боковой поверхностью, что позволяет осуществлять существенный теплообмен между двумя средами. На чертежах показано распределение потока каждой среды на каждой стороне пластины. Стрелки из сплошных линий показывают поток, проходящий на верхней относительно плоскости чертежа стороне пластины, а стрелки из пунктирных линий показывают поток, проходящий нижней, или задней относительно плоскости чертежа стороне пластины.
Как следует из чертежей, теплообменная пластина далее содержит ограничители потока 5-6, которые примыкают к каналу на соответствующих частях, расположенному ближе всего к противоположной части. Ограничители 5-6 выполнены в форме отштампованного гребня, который упирается в соответствующий гребень соседней пластины. В качестве ограничителей потока 5-6 также можно использовать прокладки, установленные в отштампованных впадинах в двух соседних пластинах. На чертежах сплошными линиями показаны уплотняющие прокладки или ограничители потока, приваренные к показанной стороне, выполненные с гребнями, предназначенными для сварки, которые показаны штрих пунктирными линиями, а на другой стороне пластины выполненные с впадинами для сварки, или, на этой стороне, выполненные в форме незаполненных впадин под прокладки, показанные штрих пунктирными линиями.
Ограничители потока 5, 6 могут быть прямыми или иметь иную предпочтительную форму, выбранную, например, для конкретного потока. Ограничители 5, 6, показанные на чертежах, проходят, предпочтительно, на половине окружности соответствующих каналов и образуют по существу полукруг. Ограничители потока 5, 6 расположены на той стороне канала, который обращен к противоположной части.
В вышеприведенном описании конкретные варианты осуществления изобретения не принимаются во внимание, и вышеприведенное описание применимо к вариантам, которые будут описаны ниже, если непосредственно не будет указано иное.
В варианте, показанном на фиг.1, теплообменная пластина содержит первый впускной канал 1 на верхней части А и первый выпускной канал 2 на нижней части В, при этом оба канала предназначены для потока первой среды. Кроме того, теплообменная пластина имеет второй впускной канал 3 на нижней части В и второй выпускной канал 4 на верхней части А, при этом эти каналы предназначены для потока второй среды.
Пластина предназначена для полностью сварных или паяных теплообменников и выполнена с несколькими параллельными гребнями 7 и впадинами 8, предназначенными для сварки и расположенными вдоль своей периферии и вокруг каналов. На стороне, обращенной вверх относительно плоскости чертежа, пластина имеет внутренний ограничивающий поток участок, который окружен внутренним гребнем 7, который выполнен с возможностью приваривания к соответствующему гребню на соседней пластине. Далее, имеется соответствующий гребень 7 вокруг каждого из двух внешних каналов 3, 4. Гребни 7 показаны штрих пунктирными линиями. На другой стороне пластина 1 имеет гребень (соответствующий впадине 8 на стороне, показанной на фиг.1), который проходит по периферии пластины и выполнен с возможностью приваривания к соответствующему гребню на соседней пластине. Кроме того, имеется соответствующий гребень (впадина 8 на стороне пластины, показанной на фиг.1) вокруг каждого из двух внутренних каналов 1, 2. Таким образом обеспечивается уплотнение всего теплообменника относительно окружающей среды, и каждый второй промежуток между пластинами сообщается с двумя каналами, тогда как остальные промежутки сообщаются с двумя другими каналами. Если пластины выполнены из штампованного листового металла, гребень на одной стороне образует впадину на другой стороне, а это, в свою очередь, значит, что гребни на разных сторонах пластин могут пересекаться только при условии использования дополнительного материала. Поэтому необходимо отметить, какой гребень является самым внешним или самым внутренним в соответствующих случаях относительно периферии пластины и каналов соответственно.
Как следует из фиг.1, поток между двумя внешними каналами 3, 4 проходит так, чтобы он был распределен по всей ширине пластины, поскольку внутренние каналы 1, 2 на каждой стороне должны быть уплотнены от потока второй среды (стрелки пунктирными линиями). Таким образом, поток второй среды принудительно делится на частичный поток с каждой стороны от двух внутренних каналов 1, 2. Чтобы обеспечить возможность распределения потока первой среды (стрелки сплошными линиями) между соответствующими каналами 1, 2 и противоположной частью, установлены ограничители потока 5, 6.
На фиг.2 показан другой предпочтительный вариант осуществления изобретения. В этой конструкции канал 1, который является внешним каналом на одной части (т.е. каналом, расположенным дальше всего от противоположной части), сообщается с каналом 2, который является внутренним каналом на части (т.е. каналом, который расположен ближе всего к противоположной части). Пластина снабжена прокладками (толстые сплошные линии) и выполнена с возможностью использования в чередующемся порядке за счет поворота вокруг оси, проходящей перпендикулярно к плоскости пластины в ее центре. Это значит, что конфигурация прокладок в нижней половине передней стороны пластины аналогична конфигурации прокладок в верхней половине передней стороны соседней пластины. Как следует из фиг.2, выпускной канал 4 снабжен ограничителем потока. Как и в варианте, описанном выше, ограничитель потока 5 имеет по существу U-образную форму и расположен между указанным каналом и противоположной частью. Два впускных канала 1, 3 не снабжены ограничителем потока. В этом случае они не являются необходимыми, поскольку два внутренних канала 2, 4 создают ограничения для потока, поскольку поток из впускного канала 1, 3 на двух участках должен разделиться и обтекать промежуточные выпускные каналы 2, 4 с обеих сторон.
На фиг.3-4 показан еще один предпочтительный вариант осуществления изобретения. В этой конструкции два внешних канала 1, 2 сообщаются друг с другом, и два внутренних канала 3, 4 сообщаются друг с другом. Два внутренних канала 3, 4 снабжены ограничителями потока 5, 6 описанного выше типа. Самый верхний канал 1, который является впускным каналом для первой среды, занимает относительно большую часть ширины пластины. В варианте, показанном на фиг.10, канал 1 занимает большую часть ширины пластины. Самый нижний канал 2, являющийся выпускным каналом для первой среды, значительно меньше впускного канала 1. В этом случае он также меньше двух каналов 3, 4 для второй среды. Пластина является полусварной пластиной, это значит, что пластины сварены друг с другом попарно. В пластинах, снабженных прокладками, соответствующая функция может выполняться канавками под прокладки, выполненными в полуплоскостях, что позволяет устанавливать прокладки с обеих сторон пластины.
При полусварке гребни выполнены с возможностью сварки с соответствующим гребнем на соседней пластине и образуют на противоположной стороне пластины впадину, которая в некоторых частях выполнена с возможностью удерживания прокладки. Это видно, например, на фиг.4 и фиг.10 на длинных сторонах, где толстая сплошная линия переходит в сплошную линию, которая отклоняется внутрь части, на которой расположены каналы, и в пунктирную линию, которая продолжается вверх. Сплошная линия вдоль длинной стороны обозначает прокладку 9, которая установлена во впадине 10, которая отштампована на полную глубину и которая на другой стороне образует гребень, предназначенный для сварки. Когда сплошная линия отклоняется внутрь, она обозначает прокладку 11, установленную во впадине, которая отштампована только на половинную глубину. Если такую впадину отштамповать на полную глубину, она на другой стороне пластины определяла бы уплотняющую прокладку, но в этом случае поток из самого верхнего канала вниз на часть реального теплообмена разрешен на противоположной стороне. Пунктирная линия проходит по периметру пластины и обозначает продолжение впадины полной глубины, которая на противоположной стороне определяет гребень под сварку. Вокруг двух внешних каналов 1, 2 имеется впадина под прокладку, которая штампуется по существу на половинную глубину и которая удерживает прокладку 12 вокруг соответствующих каналов.
Вместо использования впадины с полной глубиной и половинной глубиной можно изготавливать все впадины с одинаковой половинной глубиной и, затем, устанавливать в них прокладки там, где необходимо получить уплотнение. Например, прокладки могут быть установлены на обеих сторонах пластины по всей ее периферии, а вокруг разных каналов можно устанавливать прокладки только на одной стороне пластины. Ограничитель потока может быть выполнен за счет установки прокладки во впадине под U-образную прокладку вокруг нужного канала или каналов, как показано на фиг.3, 4 и 10.
На фиг.5-6 показано другое исполнение пластины на фиг.3, 4 и 10. В таком альтернативном исполнении среды проходят в противоположных направлениях. Такое направление потоков может использоваться, когда среду необходимо испарять. Испаряемая среда проходит из нижнего небольшого канала 1 вверх в верхний большой канал 2. Другая среда проходит в противоположном направлении между двумя внутренними каналами 3 и 4. В остальном прокладки, сварные швы и пр. выполняются так, как следует из описания вариантов, показанных на фиг.3-4 и 10.
На фиг.7-8 показан еще один предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. В этой пластине каналы 2, 3 на верхней части В смещены к одному продольному краю, а каналы 1, 4 на нижней части А смещены к другому продольному краю пластины. Внешний канал 3 на верхней части В сообщается с внутренним каналом 4 на нижней части А. Соответственно, внутренний канал 2 на верхней части В сообщается с внешним каналом 1 на нижней части А. Два внешних канала 1, 3 больше, чем два внутренних канала 2, 4, и образуют впускные каналы для двух сред.
За счет такой конфигурации каналов имеется возможность получить одинаковую длину потока и разный размер для впускных каналов 1, 3 и выпускных каналов 2, 4 для двух сред. Это удобно, например, для получения хорошей теплообменной способности в конструкциях, где происходит фазовый переход.
Смещая каналы так, как показано на фиг.7-8, можно полностью использовать поверхность пластины. Поток среды по каждой стороне можно проводить почти полностью до внешнего канала 1, 3 и затем отклонять вниз во внутренний канал 2, 4 (см., например, верхний левый угол на фиг.7). Такое отклонение осуществляется ограничителями потока 5, 6, которые проходят вдоль примерно половины окружности соответствующих каналов 2, 4. В случае, показанном на фиг.7-8, ограничители потока 5, 6 имеют форму, которая незначительно отличается от формы, показанной в других предпочтительных вариантах.
На фиг.7 на верхней части В вокруг внутреннего канала 2 показана уплотняющая система (толстые сплошные линии), которая состоит из прокладки 10, проходящей из точки, расположенной ниже центра слева (10а), вниз к точке 10b, вверх на правую сторону и диагонально вверх и налево к точке 10d, расположенной между внешним каналом 3 и внутренним каналом 2. Кроме того, имеется прокладка 11, проходящая от самой нижней точки наклонно вниз направо до прокладки 12, проходящей по периметру. При такой конфигурации прокладки 10а-с, расположенные ниже центра канала 2, образуют своего рода ограничитель потока 6, поскольку они оказывают влияние на поток среды так, что он не сможет проходить по кратчайшему пути между каналами 2, 1. Это также можно изложить, как если бы этот ограничитель потока 6 проходил по окружности канала таким образом, чтобы каждая прямая геометрическая линия, проведенная между каналом 2 и каналом 1, который расположен на противоположной части и предназначен для той же среды, проходила через этот ограничитель потока. Все показанные предпочтительные варианты настоящего изобретения обладают этим признаком. Следует отметить, что в этом случае ограничителями потока 6, 5 снабжаются только выпускные каналы 2, 4.
Пластина, показанная на фиг.7-8, предназначена для уплотнения относительно соседних пластин посредством прокладок и применяется в чередующемся порядке путем поворота вокруг оси N, расположенной перпендикулярно к плоскости пластины в ее центре.
На фиг.9 показан еще один предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте два канала 1, 2 сообщаются друг с другом, и два канала 3, 4 сообщаются друг с другом. Два внутренних канала 1, 2 имеют форму усеченного с двух сторон в поперечном направлении круга с двумя прямыми кромками. Кроме того, ограничители потока 5, 6 проходят далее наружу за центр соответствующих каналов 1, 2 по существу до самой внешней точки 1b, 2b соответствующих каналов 1, 2. Такая конструкция ограничителя потока 5, 6 обеспечивает исключительно хорошее распределение потока. Кроме того, спрямление кромок внутренних каналов 1, 2 приводит к снижению сопротивления потока между двумя внешними каналами 3, 4. В остальном пластина соответствует пластине, показанной на фиг.1. Подробное описание пластины, показанной на фиг.1, относится и к пластине по этому предпочтительному варианту.
Очевидно, что возможны различные модификации описанных предпочтительных вариантов, не выходящие за рамки объема настоящего изобретения, который определен в прилагаемой формуле.
Например, можно изготовить ограничитель потока таким, чтобы он не полностью перекрывал поток, а пропускал небольшой поток. Это схематически показано на фиг.10, где нижний ограничитель 6 имеет в некоторых положениях отверстия. Ограничителем с большим или меньшим количеством сквозных отверстий может служить прокладка или гребень, выполненный немного ниже или даже полностью удаленный на некоторых коротких участках своей длины.
Изобретение предназначено для применения в пластинчатых теплообменниках. Теплообменная пластина для пластинчатого теплообменника, содержащая первую часть (А), расположенную на первом краевом участке теплообменной пластины и содержащую, по меньшей мере, один канал для каждой из двух сред, вторую часть (В), расположенную на втором краевом участке теплообменной пластины и содержащую, по меньшей мере, один канал для каждой из сред, и теплообменную часть, расположенную между частями (А, В), при этом каналы на первой части (А) расположены вдоль первой геометрической линии (LA, LA1, LA2), проходящей, по существу, параллельно продольному направлению (L) пластины, и каналы на второй части (В) расположены вдоль второй геометрической линии (LB, LB1, LB2), проходящей, по существу, параллельно продольному направлению (L) пластины, причем, по меньшей мере, на первой части (А) рядом с одним из каналов, расположенным ближе всего ко второй части (В), установлен ограничитель потока, который имеет такую протяженность, что каждая прямая геометрическая линия, проведенная между указанным каналом и каналом, расположенным на противоположной части (В) и предназначенным для той же среды, пересекает ограничитель потока и ограничитель потока расположен между указанным каналом и второй частью (В). Пакет пластин для пластинчатых теплообменников содержит вышеуказанные пластины. Пластинчатый теплообменник содержит множество вышеуказанных пластин. Изобретение позволяет создать хорошее распределение потока в пластинчатом теплообменнике, выполнять недорогие и простые рамы для сред с относительно высоким давлением, а также создать конструкцию, позволяющую лучше использовать материал теплообменных пластин. 3 н. и 18 з.п.ф-лы, 10 ил.
| БАРАНОВСКИЙ Н.В | |||
| и др | |||
| Пластинчатые и спиральные теплообменники | |||
| - М.: Машиностроение, 1973 | |||
| Прибор для промывания газов | 1922 |
|
SU20A1 |
| Справочник по теплообменникам | |||
| Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
| - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.298-301 | |||
| US 4523638 А, 18.06.1985 | |||
| ПЛАСТИНЧАТЫЙ ИСПАРИТЕЛЬ | 1990 |
|
RU2067275C1 |
| ТЕПЛООБМЕННИК | 1993 |
|
RU2039921C1 |
