НАБОРНЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2015 года по МПК F28F3/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к теплообменнику, а именно к наборному теплообменнику.

Предшествующий уровень техники

Некоторые типы обычных алюминиевых наборных пластинчатых теплообменников содержат множество плоских первых контуров, образованных парами пластин, расположенных параллельно одна за другой с интервалом и проходящих в продольном направлении для пропускания через них сильно нагретой среды. У каждой пары пластин имеются оппозитные впускное и выпускное отверстия, расположенные в одинаковом относительном положении. Все впускные отверстия выровнены в линию и сообщаются между собой для подачи среды, которую предстоит охладить или нагреть в теплообменнике, через внутренние контуры в каждой паре пластин. Аналогичным образом, все выпускные отверстия выровнены в линию и сообщаются между собой для приема среды, проходящей через пары пластин, и подачи ее на выпускное отверстие теплообменника. Два алюминиевых сообщающихся кольца, расположенных вокруг впускного и выпускного отверстий, установлены соответственно между смежной парой первых контуров и припаяны к смежным первым контурам. Смежные первые контуры сообщаются друг с другом через соединительные элементы, а также гофрированный алюминиевый радиатор, который находится между и припаян к каждой смежной паре первых контуров и расположен между соединительными элементами. Каждый из первых контуров содержит плоские стенки, а также дополнительную стенку, соединяющую между собой периферийные края стенок. Противоположные торцевые части коллекторов и соединительных элементов соответственно образуют пару распределителей у двух противоположных торцов первых контуров, проходящих вертикально. Один из примеров наборного пластинчатого теплообменника раскрыт в японской патентной публикации №2001-82891, принадлежащей SHOWA ALUM CORP (82891-й заявке), от 30 марта 2001 года.

Первый контур теплообменника, раскрытый в данной заявке, содержит две плоские пластины, установленные одна над другой с интервалом, каждая изготовлена из алюминиевого листа со слоем твердого припоя на каждой из ее противоположных поверхностей, а корпус, образующий канал, находится между и припаян к двум плоским пластинам. В каждой из плоских пластин имеется сквозное отверстие, выполненное в каждой из ее двух торцевых частей. Корпус, образующий канал, содержит дополнительную стенку, соединяющую между собой периферийные края дух плоских пластин, и расширитель поверхности теплообмена, соединяющий между собой продольные промежуточные части двух прямых участков дополнительной стенки, которые расположены соответственно с передней и задней противоположных боковых краев плоских пластин.

В известном теплообменнике патенту распределители образованы коллекторами и соединительными элементами, корпус теплообменника в целом является недостаточно прочным, чтобы выдерживать вибрацию. То есть теплообменник может деформироваться и быть поврежден в результате вибрации во время его эксплуатации на тяжелой технике. В особенности, если теплообменник состоит лишь из нескольких первых контуров, т.е. толщина теплообменника недостаточна для того, чтобы обеспечивать достаточную прочность.

Раскрываемый теплообменник направлен на преодоление одного или нескольких описанных выше недостатков. Краткое изложение сущности изобретения

По одному аспекту раскрытия сущности настоящего изобретения наборный пластинчатый теплообменник содержит множество наборных коллекторов. В каждом коллекторе имеется пара удлиненных плоских пластин, установленных одна над другой с интервалом. Дополнительная стенка расположена между парой плоских пластин и соединяет между собой периферийные края пары плоских пластин. Каждая пластина имеет две торцевые части, а в каждой торцевой части образовано сквозное отверстие. Множество наборных коллекторов выровнено в одну линию вдоль первой и второй осей, проходящих сквозь отверстие в каждой торцевой части. При этом дополнительная стенка включает в себя дистанционные прокладки, расположенные частично вокруг каждого отверстия в каждой торцевой части, а также штанги первой стороны, расположенные вдоль каждого бокового края пары удлиненных плоских пластин. Путь потока первой среды проходит через множество наборных коллекторов вдоль первой оси и выходит из множества наборных коллекторов вдоль второй оси. Множество путей потока второй среды проходит между смежными коллекторами и гидравлически изолировано от пути потока первой среды, находясь с ним в тепловом контакте.

По другому аспекту раскрытия сущности настоящего изобретения рабочая содержит наборный теплообменник.

В наборном пластинчатом теплообменнике имеется множество наборных коллекторов. В каждом коллекторе имеется пара удлиненных плоских пластин, установленных одна за другой с интервалом. Дополнительная стенка расположена между парой плоских пластин и соединяет между собой периферийные края пары плоских пластин. Каждая пластина имеет две торцевые части, а в каждой торцевой части выполнено сквозное отверстие. Множество наборных коллекторов выровнено в линию вдоль первой и второй осей, проходящих сквозь отверстия в каждой торцевой части. При этом дополнительная стенка включает в себя дистанционные прокладки, расположенные частично вокруг каждого отверстия в каждой торцевой части, а также штанги, расположенные вдоль каждого бокового края пары удлиненных пластин. Путь потока первой среды проходит через множество наборных коллекторов вдоль первой оси и выходит из множества наборных коллекторов вдоль второй оси. Множество путей потока второй среды проходит между смежными коллекторами и гидравлически изолировано от пути потока первой среды, находясь с ним в тепловом контакте.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен вид в перспективе наборного пластинчатого теплообменника по первому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2 представлено изображение в разобранном виде части теплообменника, на котором показана конструкция первых контуров теплообменника по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание

На фиг.1 изображен типовой теплообменник, например масляный охладитель 101. Масляный охладитель 101 может использоваться для охлаждения масла в двигателе машины, такой как колесный погрузчик, трактор или в любой другой машине, выполняющей определенные операции в конкретной отрасли промышленности, например горнодобывающей, строительной, сельскохозяйственной, транспортной и т.п.

На фигурах 1 и 2 масляный охладитель 101 содержит множество первых контуров, таких как алюминиевые коллекторы 102, установленные параллельно один за другим с интервалом в продольном, т.е. в боковом направлении охладителя 101, для пропускания через них сильно нагретого масла. Каждый полый алюминиевый коллектор 102 состоит из плоской пластины 201 и плоской пластин 202, установленных одна за другой с интервалом и изготовленных из листового алюминия со слоем твердого припоя на каждой из их противоположных поверхностей. Каждая из плоских пластин 201, 202 имеет две скругленные противоположные торцевые части и удлиненную среднюю часть с прямыми боковыми краями. Между двумя плоскими пластинами 201, 202 расположена дополнительная алюминиевая стенка 200, припаянная к ним. В каждой из плоских пластин 201, 202 имеется впускное отверстие 103 и выпускное отверстие 104, расположенные, соответственно, в двух их торцевых частях. Соединительный элемент 105 в виде прокладки с отверстием такого же размера, что и впускное отверстие 103 и выпускное отверстие 104, изготовленный из алюминиевого экструдата, расположен между одной из торцевых частей каждой вертикально смежной пары коллекторов 102 внутри одного из отверстий 103 и припаян к смежной паре коллекторов 102 для скрепления коллекторов между собой. Аналогично соединительному элементу 105, другой соединительный элемент 106, изготовленный из алюминиевого экструдата, расположен между другими торцевыми частями каждой вертикальной смежной пары коллекторов 102 внутри одного из отверстий 104 и припаян к смежной паре коллекторов 102 для скрепления коллекторов между собой. Соединительные элементы 105, 106 могут не использоваться, если каждое из отверстий 103 и 104 имеет выступающие края, которые выходят за пределы первых контуров. Выступающие края впускных отверстий и выпускных отверстий могут быть герметично соединены друг с другом для выравнивания в одну линию всех первых контуров. Вторые контуры 502 образованы между двумя смежными коллекторами 102. Гофрированные алюминиевые радиаторы 107 установлены во вторых контурах 502, т.е. расположены между двумя смежными коллекторами 102 и продольно проходят сбоку охладителя 101. Гофрированная конструкция радиатора 107 не показана на фиг.2. Подразумевается, что гофрированная конструкция радиатора 107 известна из предшествующего уровня техники. У каждого радиатора 107 имеются торцевые части, соответствующие длине охладителя 101, частично окружают соединительные элементы 105, 106 и могут быть припаяны к смежной паре коллекторов 102. Две прямые боковые штанги 108, 109 соответственно установлены между двумя смежными коллекторами 102 с двух боковых краев плоской пластины 201 одного коллектора и плоской плиты 202 другого коллектора и проходят сбоку охладителя 101. Штанги 108, 109 могут иметь иную форму, не прямую, в зависимости от формы боковых краев коллекторов 102.

Показанная на фиг.2 дополнительная стенка 200 содержит две прямые боковые штанги 203, 204, установленные соответственно между плоскими пластинами 201, 202 у двух их боковых краев и проходящие продольно сбоку охладителя 101. Штанги 203, 204 могут быть иной формы, не прямыми, в зависимости от формы боковых краев плоских пластин. Скругленная дистанционная прокладка 206 расположена между плоскими пластинами 201, 202 с одной торцевой части каждой смежной пары коллекторов 102, частично вокруг впускного отверстия 103 и припаяна к плоским пластинам 201, 202. Другая скругленная дистанционная прокладка 205 расположена между плоскими пластинами 201, 202 с другой торцевой части каждой вертикально смежной пары коллекторов 102, частично вокруг выпускного отверстия 104 и припаяна к плоским пластинам 201, 202. Дистанционные прокладки 205 и 206 могут быть иной формы в зависимости от формы торцевых частей плоских пластин, например прямоугольной. Две боковые штанги 203, 204 и две дистанционные прокладки 205 и 206 припаяны к плоским пластинам 201, 202. В каждом из коллекторов 102 имеется расширитель 207 поверхности теплообмена для увеличения турбулентности потока, изготовленный из гофрированного алюминия. Боковые части расширителей 207 поверхности теплообмена имеют длину, обеспечивающую образование сквозных отверстий для прохода среды к соответствующим впускному отверстию 103 и выпускному отверстию 104 в плоских пластинах 201, 202. Боковые штанги 203, 204 дополнительной стенки 200 являются ее передней и задней боковыми частями, а две дистанционные прокладки 205, 206 дополнительной стенки 200 являются левой и правой частями стенки дополнительной стенки 200. Боковые штанги 203, 204 расположены между боковыми краями средней части плоских пластин 201, 202 и соединены с дистанционными прокладками 205, 206, расположенными частично вокруг впускного отверстия 103 и выпускного отверстия 104, образуя герметичный канал внутри каждого первого коллектора 102 и направляя через этот канал среду от впускного отверстия 103 к выпускному отверстию 104.

Первая усиливающая пластина 301 припаяна к пластине 208 первого плоского коллектора 102 охладителя 101, а две вторые усиливающие пластины 302, 303 припаяны к пластине 202 последнего коллектора 102. В двух торцевых частях теплообменника выполнены четыре монтажных отверстия 401, проходящих продольно через теплообменник. Четыре монтажных отверстия 401 проходят через пластины 302, 303, плоские пластины 201, 202, дистанционные прокладки 205, 206, две торцевые части каждого из радиаторов 107 и пластину 301 с двух торцевых сторон охладителя 101. Четыре болта 402 соответственно проходят через каждое из четырех монтажных отверстий 401 в двух торцевых частях и фиксируются в резьбовых отверстиях 409 в первом фланце 403, расположенном на поверхности пластины 301, и во втором фланце 404, расположенном на поверхности пластины 301. Впускное отверстие 405, выполненное в первом фланце 403, соосно впускному отверстию 103, а выпускное отверстие 406, выполненное во втором фланце 404, соосно выпускному отверстию 104. Между фланцами 403 и 404 и пластиной 301 могут быть установлены уплотнения 407 и 408 соответственно. В первом фланце 403 и во втором фланце 404 также могут быть выполнены монтажные резьбовые отверстия 501 для крепления охладителя 101, например, в моторном отсеке машины.

Промышленная применяемость

Теплообменник по настоящему изобретению может использоваться в качестве масляного охладителя для охлаждения моторных масел в двигателях тяжелой техники, такой как колесные погрузчики, грейдеры, тракторы, экскаваторы и т.п.

Масляный охладитель 101 изготавливается из наборных конструкций, каждая содержит пару плоских пластин 201, 202, усилитель 207 турбулентности потока, расположенный между средней частью плоских пластин 201, 202, и дополнительную стенку 200 с двумя прямыми штангами 203, 204 и двумя дистанционными прокладками 205, 206, расположенными между периферийными краями плоских пластин 201, 202. Наборные конструкции устанавливаются параллельно одна за другой с интервалом. Два соединительных элемента 105, 106 устанавливаются между двумя торцевыми частями каждой смежной пары наборных конструкций, вокруг впускного отверстия 103 и выпускного отверстия 104, соответственно. Гофрированный радиатор 107 устанавливается между двумя смежными парами наборных конструкций и между двумя соединительными элементами 105, 106. Две прямые штанги 108, 109 устанавливаются вдоль боковых краев плоских пластин 201, 202, между двумя наборными конструкциями. Первая усиленная плита 301 помещается на поверхность пластины 208 наборной конструкции, а две вторые усиленные пластины 302, 303 последовательно устанавливаются на поверхность пластины 209 наборной конструкции. Одновременно с этим монтажные отверстия 401 выравниваются внутри охладителя 101. Собранный узел фиксируется при помощи соответствующих средств и паяется. Четыре болта 402 пропускаются через соосные монтажные отверстия 401 с двух торцевых частей спаянной наборной конструкции и соответственно закрепляются в резьбовых отверстиях 409 во фланцах 403 и 404.

В описанном выше охладителе 101 поток первой среды входит в коллекторы 102 вдоль первой оси 601 и выходит из коллекторов 102 вдоль второй оси 602. Первая среда (сильно нагретое масло) входит во впускное отверстие 405 первого фланца 403, проходит через все впускные отверстия 103 вдоль первой оси 601, а затем разветвляется на поток, проходящий через все коллекторы 102, проходит через все выпускные отверстия 104, вдоль второй оси 602, а затем выходит через выпускное отверстие 406 второго фланца 404. Между двумя смежными коллекторами 102 проходит множество путей потока второй среды. Между двумя смежными коллекторами 102 образованы вторые контуры 502. Проходя через все коллекторы 102 горячее масло осуществляет теплообмен со второй средой, такой как воздух или вода, имеющих более низкую температуру, и, проходя через вторые контуры 502 температура горячего масла доводится до требуемой рабочей температуры. Направление движений первой среды, проходящей через коллекторы 102, параллельно направлению движения второй среды, проходящей по пути 502 потока второй среды. Предпочтительно направление потока первой среды и направление потока второй среды противоположны друг другу.

В описанном выше варианте осуществления дистанционные прокладки 205, 206 имеют относительно большую площадь и скругленную форму, что увеличивает прочность охладителя 101. Прямые штанги 108, 109 и штанги 402 с резьбой, закрепленные во фланцах 403, 404, также увеличивают прочность охладителя 101. Таким образом, охладитель 101 может выдерживать вибрацию, даже если количество первых контуров, образующих охладитель, относительно невелико и не позволяет создать охладитель большой толщины.

Специалистам в данной области техники будет очевидно, что раскрываемый узел наборного пластинчатого теплообменника допускает осуществление различных модификаций и изменений. После ознакомления с описанием и практическим осуществлением устройства специалистам в данной области техники станут очевидны другие варианты осуществления. Предполагается, что описание изобретения и примеры должны рассматриваться исключительно в качестве типовых, а объем изобретения определен в прилагаемой формуле изобретения и ее эквивалентах.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Наборный пластинчатый теплообменник содержит множество наборных коллекторов. В каждом коллекторе имеется пара удлиненных плоских пластин, установленных одна за другой с интервалом. Дополнительная стенка расположена между парой плоских пластин и соединяет между собой периферийные края пары плоских пластин. У каждой из пластин имеются две торцевые части, в каждой из которых выполнено сквозное отверстие. Множество наборных коллекторов выровнено в линию вдоль первой и второй осей, проходящих через отверстия в каждой торцевой части. При этом дополнительная стенка включает в себя дистанционные прокладки, расположенные частично вокруг каждого отверстия в каждой торцевой части, и первые боковые штанги, расположенные вдоль каждого бокового края пары удлиненных плоских пластин. Путь потока среды первой среды проходит через множество наборных коллекторов вдоль первой оси и выходит из множества наборных коллекторов вдоль второй оси. Множество путей потока второй среды проходит между смежными коллекторами и гидравлически изолировано от пути потока первой среды, находясь с ним в тепловом контакте. Технический результат - повышение прочности. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Наборный пластинчатый теплообменник, содержащий:
множество наборных коллекторов, каждый из которых включает в себя пару удлиненных плоских пластин 201 202, установленных с интервалом одна за другой, расположенную между ними соединяющую их периферийные края дополнительную стенку 200, при этом каждая плоская пластина имеет две торцевые части и выполненные в них сквозные отверстия, при этом множество наборных коллекторов выровнены вдоль первой и второй осей, проходящих через упомянутые сквозные отверстия в каждой из торцевых частей;
отличающийся тем, что
- дополнительная стенка 200 включает в себя дистанционные прокладки 205, 206, расположенные частично вокруг каждого отверстия в каждой торцевой части, и боковые штанги 203, 204, расположенные вдоль каждого бокового края пары удлиненных плоских пластин (201, 202);
- канал для первой среды, проходящий через несколько коллекторов (102) вдоль первой оси и выходящий из них вдоль второй оси;
- несколько каналов для второй среды, проходящих между смежными коллекторами и гидравлически изолированных от канала для первой среды, но находящихся с ним в тепловом контакте.

2. Наборный пластинчатый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с обеспечением параллельности направлений движения первой среды, проходящей через коллекторы, и второй среды, проходящей по пути потока второй среды.

3. Наборный пластинчатый теплообменник по. 1, отличающийся тем, что включает в себя усилители турбулентности потока, расположенные в коллекторах и установленные параллельно удлиненным плоским пластинам.

4. Наборный пластинчатый теплообменник по. 1, отличающийся тем, что включает в себя радиаторы, расположенные по пути потока второй среды и установленные параллельно удлиненным плоским пластинам.

5. Наборный пластинчатый теплообменник по. 1, отличающийся тем, что торцевые части пары удлиненных плоских пластин закрыты дистанционными прокладками.

6. Наборный пластинчатый теплообменник по. 1, отличающийся тем, что дистанционная прокладка имеет С-образную форму.

7. Наборный пластинчатый теплообменник по. 1, отличающийся тем, что включает в себя усилительные пластины, расположенные на внешних поверхностях крайних коллекторов.

8. Наборный пластинчатый теплообменник по. 1, отличающийся тем, что в двух торцевых частях теплообменника выполнены монтажные отверстия, проходящие продольно сквозь теплообменник.

9. Наборный пластинчатый теплообменник по. 1, отличающийся тем, что включает в себя болты, расположенные вдоль боковых краев плоских пластин и соединяющие коллекторы между собой.

10. Рабочая машина, снабженная наборным пластинчатым теплообменником по любому из пп.1-9.