ПЛАСТИНА ТЕПЛООБМЕННИКА И ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2011 года по МПК F28F3/08 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к пластине теплообменника согласно преамбуле формулы изобретения 1. Изобретение также относится к пластинчатому теплообменнику согласно преамбуле формулы изобретения 10.

Изобретение относится к теплообменникам, в которых используется сравнительно густая среда, которые могут содержать частицы, волокна и другие различные компоненты. Изобретение может быть полезно для использования, для примера, в следующих прикладных областях: на перегонных заводах, сахарных мельницах, бумажной промышленности, текстильной промышленности, пищевой промышленности, фармацевтической промышленности и так далее. В больших теплообменниках, предназначенных для сравнительно густых носителей, в указанных прикладных областях размер проходного сечения канала определяется значением, чтобы избежать большого снижения давления. Сравнительно большие входные отверстия могут быть получены, если стенка канала расположена близко к канавке под уплотнение. В области между канавкой под уплотнение и стенкой канала имеется гофр, который формирует стенку, по направлению к канавке под уплотнение, и который гарантирует, что уплотнение удержится в канавке под уплотнение. Если размер канала увеличен до предела, этот гофр будет направлен к краю канала таким образом, чтобы это обеспечивало гофрированную или волнообразную форму, видимую из центра канала.

В заявках, приведенных выше, в то же самое время важно предохранять среду, которая может содержать частицы, волокна и так далее, от налипания на стенки канала. Если стенка канала гофрированная, риск, что частицы и волокна будут налипать, увеличивается.

Если стенки канала, во избежание этого риска, имеют гладкую форму, взамен возникает проблема снижения площади потока, так как эта площадь должна быть направлена внутрь и по направлению к центру канала от вышеописанного гофра.

GB-A-2107845 показывает пластину для пластинчатого теплообменника. Пластина теплообменника включает в себя зону переноса тепла и периферийную зону, которая расположена вокруг и снаружи зоны переноса тепла, и некоторое количество каналов, которые проходят через пластину теплообменника и расположены внутри и вблизи от периферийной зоны. Каналы определены стенкой канала и имеют центр. Стенка канала имеет первую секцию стенки, которая обращена к области края, и вторую секцию стенки, которая направлена на зону переноса тепла.

Раскрытие изобретения

Цель изобретения состоит в том, чтобы уменьшить упомянутые выше проблемы. Более определенно целью является предусмотреть канал, имеющий как можно большее проходное сечение, и, в то же время, снизить риск, что частицы или волокна среды налипнут на стенку канала.

Эта цель достигнута тем, что выполненная пластина теплообменника характеризуется тем, что первая секция стенки имеет гофр, видимый из центра канала, и вторая секция стенки имеет по существу плоскую форму, видимую из центра канала.

Благодаря этой плоской форме вдоль второй секции стенки, риск, что частицы и волокна будут налипать в канале, сведен к минимуму, и благодаря гофру первой секции стенки в то же время достигается достаточно высокая прочность вдоль периферийной зоны пластины теплообменника. Обеспечивая верхнюю/внешнюю стенку канала, то есть часть канала, которая смотрит внешне к наружной стенке пластины теплообменника, с гофрированной формой, и нижнюю/внутреннюю стенку канала, то есть часть канала, которая обращена наружу к зоне переноса тепла пластины теплообменника, с ровной или плоской стенкой, это дает возможность сделать канал возможно шире и снизить риск, что частицы, волокна и подобное будут налипать на стенки.

Согласно варианту осуществления изобретения гофр формирует волнообразную форму первой секции стенки. Волнообразная форма может преимущественно простираться вдоль всей первой секции стенки. Вторая секция стенки может преимущественно иметь плоскую или по существу плоскую форму вдоль всей второй секции стенки.

Согласно следующему варианту осуществления изобретения упомянутые каналы окружены областью края стенки, примыкающей к стенке канала и имеющей первую часть области, которая примыкает к первой секции стенки, и вторую часть области, которая примыкает ко второй секции стенки, причем первая часть области гофрирована через упомянутый гофр. Преимущественно, вторая часть области может иметь, в основном, плоское продолжение вблизи от второй секции стенки и гофр, который расположен между плоским продолжением и зоной переноса тепла.

Согласно следующему варианту осуществления изобретения упомянутый канал окружен канавкой под уплотнение, который выполнен с возможностью удержания уплотнения и который расположен снаружи области края отверстия, видимой из центра канала. Посредством таких уплотнений можно контролировать то, какие полости устанавливаются между пластинами и отверстием, образованным каналами. Преимущественно, канавка под уплотнение может быть отделена в канале частью стенки, образованной гофром первой части области и гофром второй части области. Кроме того, канавка под уплотнение может иметь первое расстояние до стенки канала вдоль первой секции стенки и второе расстояние до стенки канала вдоль второй секции стенки, где первое расстояние короче второго расстояния. Форма и расположение канавки под уплотнение, соответственно, могут быть подобраны так, чтобы форма и размер были оптимальны.

В соответствии со следующим вариантом осуществления изобретения описанный гофр содержит вершины и впадины, которые расположены в чередующемся порядке и которые направлены к центру канала.

Цель также достигается первоначально описанным пластинчатым теплообменником, который отличается тем, что первая секция стенки имеет гофр, видимый через центр канала, а вторая секция стенки имеет преимущественно плоскую форму, видимую через центр канала.

Краткое описание чертежей

Теперь изобретение должно быть разъяснено более тщательно через описание различных вариантов воплощения и с указанием приложенных к нему чертежей.

Фиг.1 схематично показывает вид сбоку на пластинчатый теплообменник.

Фиг.2 схематично показывает вид сбоку на пластинчатый теплообменник на фиг.1.

Фиг.3 схематично показывает пластину теплообменника пластинчатого теплообменника на фиг.1.

Фиг.4 показывает пластину теплообменника на фиг.3 с установленным уплотнением.

Фиг.5 схематично показывает канал пластины теплообменника на фиг.3.

Фиг.6 схематично показывает ракурс частичного разреза канала отверстия в пластинчатом теплообменнике вдоль линии VI-VI на фиг.5.

Фиг.7 схематично показывает ракурс частичного разреза канала отверстия в пластинчатом теплообменнике вдоль линии VII-VII на фиг.5.

Фиг.8 показывает вид на канал отверстия ко второй части края пластин теплообменника.

Фиг.9 показывает вид на канал отверстия к первой части края пластин теплообменника.

Осуществление изобретения

Фиг.1 и 2 показывают пластинчатый теплообменник 1, содержащий пакет 2 пластин, имеющий пластины 3 теплообменника, установленные рядом друг с другом. Пакет 2 пластин установлен между двумя концевыми пластинами 4 и 5, которые могут формировать рамную пластину и прижимную пластину, соответственно. Концевые пластины 4 и 5 прижаты к пакету 2 пластин и друг относительно друга с помощью стяжных болтов 6, проходящих через концевые пластины 4 и 5. Стяжные болты 6 имеют резьбу, и пакет 2 пластин, таким образом, может быть сжат с помощью стяжных гаек 7 стяжных болтов 6 известным, по сути, способом. Нужно отметить, что число стяжных болтов 6 может изменяться и быть различным в разных вариантах исполнения.

Пластинчатый теплообменник 1 также содержит согласно описанному варианту осуществления первое входное отверстие 8 и первое выходное отверстие 9 для первой среды, и второе входное отверстие 10 и второе выходное отверстие 11 для второй среды. Входные и выходные отверстия 8-11 продолжаются в раскрытом варианте осуществления через одну из концевых пластин 4 и пакет 2 пластин. Отверстия 8-11 могут быть выполнены множеством различных способов и также проходить через концевую пластину 5.

Каждая пластина 3 теплообменника изготовлена штамповкой из листового металла, к примеру, из нержавеющей стали, титана или другого иного материала, который пригоден для намеченного использования. Каждая пластина 3 теплообменника содержит зону 15 переноса тепла и периферийную зону 16, которая продолжается вокруг и наружу от зоны 15 переноса тепла. Зона 15 переноса тепла в раскрытом варианте осуществления, в основном, расположена в центре пластины 3 теплообменника и известным способом снабжена гофром 17 из выступов и впадин. Гофр 17 получен путем штамповки листового металла. В раскрытом варианте осуществления гофр 17 просто схематично обозначен как расположенный под углом над зоной 15 переноса тепла. Нужно отметить, что гофр 17 также может содержать значительно более сложные продолжения выступов и впадин, к примеру, по образцу рыбьих костей. Также пластины 3 теплообменника, имеющие преимущественно плоскую зону 15 переноса тепла, могут быть использованы в рамках этого изобретения.

Каждая пластина 3 теплообменника также содержит несколько каналов 18, в описанном варианте осуществления четыре канала 18, которые проходят через пластину 3 теплообменника и расположены внутри и рядом с периферийной зоной 16. Каждый канал 18 определяется краем 19 канала, см. фиг.3, и имеет центр. Каналы 18 расположены рядом с соответствующим углом пластины 3 теплообменника и по существу соосно с вышеуказанными входными и выходными отверстиями 8-11 пластинчатого теплообменника 1.

Пластины 3 теплообменника составляют пакет 2 пластин таким образом, что формируются первые промежутки 21 между пластинами, которые сообщаются с первым входным отверстием 8 и первым выходным отверстием 9, и вторые промежутки 22 между пластинами, которые сообщаются со вторым входным отверстием 10 и вторым выходным отверстием 11, см. фиг.1 и 6. Первые и вторые промежутки 21 и 22 между пластинами расположены в пакете 2 пластин с чередованием.

Такое чередование промежутков 21, 22 между пластинами может быть достигнуто с помощью одного или нескольких уплотнений 25, которые располагаются в канавке 23 под уплотнение, которое образуется при штамповке пластин 3 теплообменника. Канавка 23 под уплотнение каждой пластины 3 теплообменника продолжается, как можно видеть на фиг.3, вокруг зоны 15 переноса тепла и вокруг каждого из каналов 18. В показанном варианте осуществления в каждой пластине 3 теплообменника имеется уплотнение 25, устанавливаемое перед сборкой пластинчатого теплообменника 1. Уплотнение 25 располагается в части канавки 23 под уплотнение таким образом, что окружает зону 15 переноса тепла и два канала 18 и, также, два оставшихся канала 18. Уплотнение 25, таким образом, создает три отдельных зоны, которые разделяются между собой уплотнением 25. Следует отметить, что уплотнение 25 необязательно должно быть сформировано в виде единой детали, она может состоять из нескольких различных уплотнений.

Во время монтажа каждая вторая пластина 3 теплообменника может быть повернута на 180º, к примеру, вокруг центральной нормальной оси или вокруг центральной продольной оси. После этого пластины 3 теплообменника сжимаются так, что образуются необходимые первые и вторые полости между пластинами. В пакете 2 пластин первая среда может поступать через первое входное отверстие 8, через первый промежуток 21 между пластинами и выходить через выходное отверстие 9. Вторая среда может поступать через второе входное отверстие 10, через второй промежуток 22 между пластинами и выходить через выходное отверстие 11. Две среды могут, к примеру, передаваться во встречных потоках, как показано на фиг.2 и 3, или параллельными потоками по отношению друг к другу.

Край 19 канала имеет, см. фиг.3 и 5, первую часть 19' края, которая обращена наружу от зоны 15 переноса тепла и навстречу к периферийной зоне 16, и вторую часть 19'' края, которая направлена внутрь по направлению к зоне 15 переноса тепла и близко к периферийной зоне 16. Первая часть 19' края имеет гофр 29', видимый из центра канала 18, см. фиг.9. Вторая часть 19'' края имеет по существу плоскую форму, видимую от центра канала 18, см. фиг.8. Гофр 29' создает волнообразную или по существу волнообразную форму первой части 19' края, видимой из центра канала 18, см. фиг.9, тогда как плоская форма второй части 19'' края образует преимущественно прямую линию, видимую из центра канала 18. Гофр 29' и волнообразная форма тянутся вдоль всей первой части 19' края.

Каждый канал 18 окружен областью 13 края отверстия, которая примыкает к краю 19 канала. Область 13 края отверстия имеет первую часть 30' области, которая примыкает к первой части края 19', и вторую часть 30'' области, которая примыкает ко второй части 19'' края. Как можно увидеть на фиг.5, гофр 29' первой части 19' края направлен наружу от центра отверстия 18 и, таким образом, внутрь первой части 30' области. Первая часть 30' области, таким образом, изогнута через вышеупомянутый гофр 29' первой части 19' края.

Вторая часть 30'' области имеет преимущественно плоское расширение 31, которое примыкает ко второй части 19'' края. Вторая часть 30'' области также имеет гофр 29'', который расположен между плоским расширением 31 и зоной переноса тепла 15 и, более точно, между плоским расширение 31 и канавкой 23 под уплотнение. Оба гофра 29' и 29'' содержат выступы и впадины, которые расположены в чередующемся порядке и которые расположены по направлению к центру канала 18, т.е. в радиальном или преимущественно радиальном направлении к центру канала 18.

Как показано выше, два из каналов 18 окружены частью канавки 23 под уплотнение, которая создана для удержания части уплотнения 25. Эти части канавки 23 под уплотнение и уплотнитель 25 расположены снаружи области 30 края отверстия, видимой через центр канала 18. Канавка 23 под уплотнение ограничена от отверстия 18 частью стенки, образованной гофром 29' первой части 30' области и гофром 29'' второй части 30'' области. В отношении двух других каналов 18, которые также окружены канавкой 23 под уплотнение и уплотнением 25, уплотнение 25 заполняет только часть канавки 23 под уплотнение, которая примыкает к первой части 30' области.

Первая часть 30' области, которая содержит только гофр 29', является более тонкой, чем вторая часть 30'' области, которая включает в себя и плоское расширение 31, и гофр 29''. Канавка 23 под уплотнение, таким образом, имеет первое расстояние до края канала 18 вдоль первой части 19' края и второе расстояние до края канала 18 вдоль второй части 19'' края. Первое расстояние короче, чем второе расстояние.

Часть канавки 23 под уплотнение, в которую устанавливается соответствующая часть уплотнителя 25, и которая примыкает к первой части 30' области, имеет расстояние до первой части 19' края, которое равно или примерно равно первому расстоянию. Это значит, что уплотнитель 25 в различных промежутках 21 и 22 между пластинами будет расположен друг напротив друга вдоль первой части 30' области, см. также фиг.7.

Изобретение не ограничивается описанием варианта осуществления, но может быть изменено и модифицировано в рамках нижеследующей формулы изобретения.

Следует отметить, что изобретение применимо не только для пластинчатого теплообменника, имеющего уплотнение внутри всей полости 21, 22 между пластинами, но также для постоянно соединенных пластинчатых теплообменников, например, спаянных или склеенных пластинчатых теплообменников, и для пластинчатых теплообменников, имеющих пластины теплообменника, постоянно соединенные парой, например, пары пластин теплообменника, сваренные между собой.

Вариант осуществления показывает каналы 18, имеющие цилиндрическую или почти цилиндрическую форму. Тем не менее, канал 18 может иметь любую другую правильную или неправильную форму, например овальную форму или многоугольную форму, например треугольную, четырехугольную, пятиугольную и т.д. форму, в какой-то степени соответствующую скругленным углам.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при изготовлении пластин пластинчатых теплообменников, в которых используется густая среда, содержащая различные компоненты, чтобы избежать большого давления. В пластинчатом теплообменнике, содержащем несколько пластин, каждая пластина содержит зону переноса тепла, периферийную зону, которая продолжается вокруг и наружу от зоны переноса тепла, и несколько каналов, которые проходят через пластину теплообменника и расположены внутри и поблизости от периферийной зоны. Каналы определяются краем канала и имеют центр. Край канала имеет первую часть края, обращенную к периферийной зоне, и вторую часть края, обращенную к зоне переноса тепла. Первая часть края имеет гофр, видимый через центр канала. Вторая часть края имеет по существу плоскую форму, видимую через центр канала. Технический результат - возможность увеличения входных отверстий теплообменников и снижение налипания частиц на стенки каналов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Пластина (3) теплообменника для пластинчатого теплообменника (1), содержащая:
зону (15) переноса тепла,
периферийную зону (16), которая продолжается вокруг и снаружи зоны (15) переноса тепла, и
несколько каналов (18), которые проходят через пластину теплообменника и которые расположены внутри и поблизости от периферийной зоны (16), при этом упомянутый канал (18) определен краем (19) канала и имеет центр,
причем край (19) канала имеет первую часть (19') края, обращенную к периферийной зоне (16), и вторую часть (19") края, обращенную к зоне (15) переноса тепла,
отличающаяся тем, что первая часть (19') края имеет гофр, видимый от центра канала (18), а вторая часть (19") края имеет, по существу, плоскую форму, видимую от центра канала (18).

2. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что гофр образует волнообразную форму первой части (19') края.

3. Пластина по п.2, отличающаяся тем, что волнообразная форма продолжается вдоль всей первой части (19') края.

4. Пластина по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанный канал (18) окружен областью (30) края отверстия, которая граничит с краем (19) канала и которая имеет первую часть (30') области, примыкающую к первой части (19') края, и вторую часть (30") области, граничащую со второй частью (19") края, причем первая часть (30') области изогнута через упомянутый гофр.

5. Пластина по п.4, отличающаяся тем, что вторая часть (30") области имеет преимущественно плоское расширение (31), которое граничит со второй частью (19") края, и гофр (29"), который расположен между плоским расширением (31) и зоной (15) переноса тепла.

6. Пластина по п.4, отличающаяся тем, что канал (18) окружен канавкой (23) под уплотнение, выполненной с возможностью удерживания уплотнения (25) и расположенной снаружи области (30) края отверстия, видимой из центра канала (18).

7. Пластина по п.5 или 6, отличающаяся тем, что канавка (23) под уплотнение ограничена по направлению к каналу (18) частью стенки, которая образована гофром (29') первой части (30') области и гофром (29") второй части области (30").

8. Пластина по п.7, отличающаяся тем, что канавка (23) под уплотнение имеет первое расстояние до края (19) канала вдоль первой части (19') края и второе расстояние до края (19) канала вдоль второй части (19") края, причем первое расстояние короче второго расстояния.

9. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что гофр (29', 29") содержит выступы и впадины, расположенные в чередующемся порядке, и которые продолжаются по направлению к центру канала (18).

10. Пластинчатый теплообменник (1), содержащий несколько пластин (3) теплообменника, каждая из которых включает в себя
зону (15) переноса тепла,
периферийную зону (16), которая продолжается вокруг и наружу от зоны (15) переноса тепла, и
несколько каналов (18), которые проходят через пластину (3) теплообменника и которые расположены внутри и поблизости от периферийной зоны (16),
при этом описанные каналы (18) определяются краем (19) канала и имеют центр,
причем край (19) канала имеет первую часть (19') края, обращенную к периферийной зоне (16), и вторую часть (19") края, обращенную к зоне (15) переноса тепла,
отличающийся тем, что первая часть (19') края имеет гофр, видимый через центр канала (18), и вторая часть (19") края имеет, по существу, плоскую форму, видимую через центр канала (18).

11. Теплообменник (1) по п.10, отличающийся тем, что он содержит признаки любого из пп.2-9.