ТЕПЛООБМЕННИК С ДВУСТОРОННИМ РИСУНКОМ УГЛУБЛЕНИЙ Российский патент 2015 года по МПК F28D9/00 F28F3/00 

Изобретение относится к теплообменнику, содержащему множество пластин теплообменника, причем каждая из пластин теплообменника содержит множество углублений, при этом указанные углубления содержат вершины и основания, при этом вершины, по меньшей мере, одной пластины теплообменника соединены с основаниями другой соседней пластины теплообменника.

Пластинчатые теплообменники - это хорошо известные устройства, предназначенные для переноса тепла между двумя различными средами, в частности жидкостями. Такие пластинчатые теплообменники обычно содержат множество пластин теплообменника, при этом каждая пластина теплообменника содержит рисунок вдавливаний, а также впускные и выпускные отверстия для двух сред. Каждая пара соседних пластин объединена таким образом, что создаются каналы для переноса указанных изолированных сред. Две указанные среды затем имеют возможность свободно циркулировать между чередующимися парами пластин, что делает возможным теплопередачу через пластины теплообменника. Рисунок вдавливаний одной пластины будет находиться в контакте с рисунками вдавливаний двух соседних пластин. Таким образом, пластины разнесены на небольшое расстояние, и форму пути жидкости можно корректировать для повышения эффективности теплообмена.

В уровне техники обычно используют рисунок выполненных в виде так называемой «елочки» вдавливаний, при этом указанные вдавливания содержат гребни и впадины, вынуждающие поток указанных сред неоднократно ускоряться и замедляться в плоскости теплообменника. Это обычно приводит к большому изменению скорости или расхода потока жидкостей, что уменьшает эффективность теплопередачи. Таким образом, был бы полезным рисунок вдавливаний, который делает возможным более однородную скорость жидкостей.

В целях повышения эффективности теплообмена были сделаны попытки уменьшить область поверхности, которая используется в качестве контактной поверхности соседних теплообменных пластин, или уменьшить толщину пластин теплообменника. Обе эти меры могут создать сложности, поскольку они снижают прочность пластин теплообменника. В частности, высокие давления жидкости, а в некоторых случаях также и внешнее предварительное напряжение, будут воздействовать с большими силами на контактные поверхности пластин теплообменника. Таким образом, в случае если области контакта пластин теплообменника и/или толщина пластин теплообменника слишком малы, эти силы могут привести к постоянной деформации пластин теплообменника.

В патенте США US 8091619 B2 раскрыт теплообменник упомянутого выше типа. В нем указанный рисунок выполненных в виде «елочки» вдавливаний заменен на множество углублений, которые содержат вершины и основания. Плоские вершины одной пластины спаяны вместе с плоскими основаниями соседней пластины. Тем самым, может быть повышена прочность такого паяного теплообменника, что дает возможность уменьшить толщину указанных пластин теплообменника. Одновременно оптимизируется область поверхности, на которой соприкасаются две соседние пластины. Тем самым, повышается эффективность такого пластинчатого теплообменника.

Такая конструкция имеет тот недостаток, что поток жидкости труднее направлять и распределять по всей плоскости пластины теплообменника. Это одна из причин, почему такие теплообменники, а также теплообменники с, например, рисунками выполненных в виде «елочки» вдавливаний, имеют относительно тонкую и длинную конструкцию, что приводит к уменьшению ширины, в направлении которой должна протекать жидкость.

Для теплообменников с проточными каналами клиновидной формы чем больше угол клина, тем меньше падение давления, наблюдаемое в направлении ширины (которое ортогонально к общему направлению потока, наблюдаемому от впускного отверстия к выпускному отверстию), и тем больше падение в общем направлении потока. В то же время, при применении более узкой клиновидной формы с меньшим углом падение давления в направлении ширины возрастает, тогда как падение давления в общем направлении потока уменьшается. Это, а также высота и наклон боковых сторон гофров в рисунках выполненных в виде «елочки» вдавливаний, являются параметрами, которые могут быть изменены с целью получения заданной требуемой характеристики поток/давление теплообменника. Увеличение ширины каналов путем увеличения области поверхности указанной вершины в рисунках уменьшит общую поверхность теплообмена, что нежелательно. Изменение одного параметра для получения требуемой характеристики давления/расхода/скорости, таким образом, ставит под угрозу другой.

Другие недостатки, особенно для вариантов осуществления теплообменников с прокладками, в которых пластины соединены и скреплены вместе посредством болтов и в которых прокладки по периферии герметизируют проточные каналы, относятся к высоте пластин, являющейся расстоянием от вершины до основания. Возможность использовать одинаковые прокладки при заданной длине и ширине и любой высоте реальной конструкции может быть преимуществом для таких теплообменников, так как приведет к снижению производственных затрат. С компоновкой рисунка, представленной в US 8091619 B2, может оказаться невозможным конструировать пластины большей высоты, сохраняя требуемое падение давления внутри.

Таким образом, задачей изобретения является создание теплообменника с более эффективным рисунком вдавливаний, который делает возможной более высокую прочность и уменьшенную толщину пластин теплообменника. В то же время следует располагать возможностью направлять поток жидкости более эффективно, чем посредством рисунка углублений, в соответствии с US 8091619 B2, тем самым создавая возможность формировать теплообменники с формой, более близкой к квадратной, или иметь возможность установить заданную высоту для конкретной прокладки, при этом иметь возможность во всех направлениях планировать характеристики давления/падения давления, расхода и скорости.

Настоящее изобретение решает вышеуказанную проблему тем, что, по меньшей мере, некоторые из углублений связаны с, по меньшей мере, одним смежным углублением посредством участка стенки.

Указанные участки стенки, с одной стороны, обеспечат дополнительные препятствия для потока жидкости, создавая возможность более эффективно направлять поток жидкости по всей плоскости пластин теплообменника. Изобретение может быть использовано для паяных теплообменников, а также для теплообменников с прокладками или теплообменников любого другого типа, использующих пластины теплообменника. В самом простом варианте осуществления углубления, содержащие вершины, образуют пары, также и углубления, содержащие основания, образуют пары, все они соединены одним участком стенки. Конечно, как это будет объяснено ниже, возможны более сложные рисунки из нескольких углублений, соединенных посредством одного или нескольких участков стенки.

Предпочтительно, если, по меньшей мере, несколько участков стенки имеют такую же высоту, что и углубления. Следовательно, вершины и/или основания, а также соединительный участок стенки, могут образовывать одну контактную поверхность. Здесь и в дальнейшем термин ″высота″ используется как для высоты углублений, содержащих вершины, так и для глубины углублений, содержащих основания, т.е. для указания, насколько углубление или участок стенки выступают в направлении, перпендикулярном плоскости пластины теплообменника. Таким образом, такие участки стенки, которые имеют ту же высоту, что и углубления, полностью перекроют поток жидкости между углублениями, которые они соединяют.

Предпочтительно, кроме того, если, по меньшей мере, несколько участков стенки имеют высоту меньшую, чем углубления. Здесь снова ″высота″ относится как к высоте углубления, содержащего вершины, так и к глубине углубления, содержащего основания. Такие участки стенки с меньшей высотой позволяют уменьшить поток жидкости в некоторых направлениях, при этом не полностью перекрывая его.

Предпочтительно, кроме того, если, по меньшей мере, несколько углублений и/или участков стенки содержат вогнутые участки поверхности и/или выпуклые участки поверхности. Такие вогнутые и/или выпуклые участки поверхности позволят более эффективно направлять поток жидкости вдоль участков стенки или огибать их. Это может также предотвратить возникновение ламинарного потока жидкости, если несколько последовательных участков стенки расположить в одном направлении между несколькими углублениями. Форма участков стенки также может быть скорректирована по форме углублений, которые они соединяют. Например, если углубления имеют, по существу, круглую периферию, содержащую выпуклые участки поверхности, то участки стенки могут содержать в основном вогнутые участки поверхности. Следовательно, жидкость будет вынуждена несколько раз плавно изменять направление при обтекании потоком углублений, соединенных посредством участков стенки.

Предпочтительно, кроме того, если, по меньшей мере, несколько участков стенки соединяют три или более углубления. Это может быть, например, в случае, если несколько участков стенки соединяют углубления, содержащие вершины, или если несколько участков стенки соединяют углубления, содержащие основания. Таким образом, можно сформировать относительно большие барьеры для потока жидкости, например, путем создания рядов углублений, соединенных посредством участков стенки. Альтернативно, можно также соединить небольшие скопления углублений с использованием участков стенки, образуя, например, прямоугольные группы из четырех или более углублений, соединенных четырьмя или большим количеством участков стенки. Другим примером может быть крестообразная группа из пяти или более углублений, соединенных посредством четырех или большим количеством участков стенки. Такие большие группы углублений, соединенных посредством участков стенки, могут быть полезны для повышения локальной прочности пластин теплообменника или для создания больших препятствий потоку жидкости.

В другом предпочтительном варианте осуществления углубления и/или участки стенки являются упругодеформируемыми (или, говоря по-другому, - упруго сжимаемыми), в рассматриваемом контексте это означает, что они могут слегка изменить форму из-за изгиба материала стенки, но это обратимо. Таким образом, если силы, действующие на углубления, в частности на вершины и основания, становятся слишком большими, углубления и/или участки стенки могут упруго деформироваться. Следовательно, можно будет избежать неупругих деформаций, которые могут привести к необратимому повреждению теплообменника. Такие значительные силы возникают, например, в случае теплообменников с прокладками, где имеют место изменения относительных давлений жидкостей.

В другом предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, несколько участков стенки имеют ширину, которая меньше, чем максимальная ширина углублений. Таким образом, участки стенки будут относительно тонкими и не увеличат контактную поверхность двух соседних пластин теплообменника намного. Например периферия двух соседних углублений, соединенных друг с другом посредством участка стенки, может иметь форму, по существу, восьмерки. При этом образуется пара углублений. Это также значительно увеличит общую площадь теплообмена.

Кроме того, предпочтительно, если, по меньшей мере, некоторые из углублений, содержащих вершины, расположены в первых рядах, а, по меньшей мере, некоторые из углублений, содержащих основания, расположены во вторых рядах. Этим можно организовать углубления в такой рисунок, который в отношении потока жидкости между каждыми двумя пластинами теплообменника является особенно выигрышным. В частности, имеется возможность чтобы поток жидкости добирался до всех частей пластин теплообменника, что приводит к более высокой эффективности теплообменника. Например вдоль первых рядов, содержащих вершины, поток жидкости будет или уменьшен, или полностью перекрыт в зависимости от высоты участков стенки. В то же время, вдоль вторых рядов, содержащих основания, поток жидкости может быть увеличен.

Кроме того, предпочтительно, если все углубления в каждом первом ряду, так же как все углубления в каждом втором ряду, соединены посредством участков стенки. Как следствие, в плоскости пластины теплообменника могут быть созданы относительно большие препятствия потоку жидкости, а также относительно длинные пути распространения жидкости. Если в данном случае участки стенки включают в себя выпуклые и/или вогнутые участки поверхности, поток жидкости вдоль участков стенки будет увеличен, так как можно избежать возникновения ламинарного потока жидкости вдоль таких расширенных барьеров для жидкости.

В другом предпочтительном варианте осуществления в каждом первом ряду и каждом втором ряду участки стенки, имеющие такую же высоту, что и углубления, расположены поочередно с участками стенки, имеющими меньшую высоту, чем углубления. Тем самым, указанные первый и второй ряды не образуют барьеры для потока жидкости, а в большей степени формируют основные направления потока жидкости, при этом оставляя возможность некоторому количеству жидкости пройти участки стенки с меньшей высотой.

Предпочтительно, кроме того, если, по меньшей мере, некоторые из первых и вторых рядов расположены параллельно кромке пластины теплообменника. Тем самым, можно, например, гарантировать, что жидкости будут протекать также в направлении краев пластин теплообменника, что ведет к более однородному потоку жидкости через всю область пластин теплообменника.

Предпочтительно, кроме того, если, по меньшей мере, некоторые из первых и вторых рядов расположены под углом к кромке пластины теплообменника. В частности, несколько первых и вторых рядов могут быть расположены под углом от 20° до менее 45° к кромке пластины теплообменника. Этим гарантируется, что поток жидкости может быть эффективно направлен во все части пластины теплообменника без слишком резких изменений направления потока жидкости. Кроме того, поскольку жидкость обычно необходимо ввести через одно впускное отверстие и вывести через одно выпускное отверстие, то поток жидкости должен быть распространен от впускного отверстия по всей плоскости пластины теплообменника. Затем он должен быть перенаправлен к выпускному отверстию пластины теплообменника.

Предпочтительно, кроме того, если, по меньшей мере, некоторые из первых и вторых рядов изменяют направление в плоскости пластины теплообменника. Соответственно с целью оптимизировать поток жидкости первый и второй ряды могут, например, образовывать клинья или зигзагообразные рисунки в плоскости пластины теплообменника.

В другом предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, часть углублений, содержащих вершины, расположены поочередно с углублениями, содержащими основания, вдоль направления, параллельного кромке пластины теплообменника. Следовательно, жидкости вынуждены неоднократно изменять свое направление при обтекании потоком углублений, например, по пути в виде «змейки».

В другом предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые из углублений, содержащих вершины, расположены поочередно с углублениями, содержащими основания, вдоль направления наклонного к кромке пластины теплообменника. Таким образом, можно создать относительно прямые пути распространения жидкости в направлении, наклонном к кромке пластины теплообменника. Такой рисунок может быть особенно выигрышным, например, вблизи от впускного отверстия, а также вблизи от выпускного отверстия пластины теплообменника. Следовательно, поток жидкости может либо расходиться из впускного отверстия, либо быть сведен воедино для протекания в выпускное отверстие.

Изобретение далее будет подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 в соответствии с уровнем техники представлен вид в разрезе теплообменника,

на фиг.2a, 2b, 3 в соответствии с уровнем техники представлена неупругая деформация области контакта двух пластин теплообменника,

на фиг.4 представлен первый вариант осуществления для пары углублений, соединенных посредством участка стенки,

на фиг.5 представлен другой вариант осуществления пары углублений, соединенных посредством участка стенки,

на фиг.6a в соответствии с изобретением представлен первый вариант осуществления рисунка углублений, расположенных на пластине теплообменника,

на фиг.6b в соответствии с изобретением представлен второй вариант осуществления рисунка углублений, расположенных на пластине теплообменника,

на фиг.7a, 7b, 7c в соответствии с изобретением представлены три различных вида рисунков первых и вторых рядов углублений на пластине теплообменника,

на фиг.8 в соответствии с изобретением представлено поперечное сечение через две соседние пластины теплообменника,

на фиг.9a, 9b в соответствии с изобретением представлены на видах в разрезе два варианта осуществления пластины теплообменника,

на фиг.10 представлена упругая деформация углублений, находящихся в контакте друг с другом.

На фиг.1 представлен вид в разрезе теплообменника 1, содержащего множество пластин 2 теплообменника. Пластины 2 теплообменника уложены друг на друга, в результате между ними создается множество путей для жидкости. Пластины 2 теплообменника расположены между верхней и нижней пластинами 3. Поэтому пластины 2 теплообменника могут находиться под предварительным напряжением, создаваемым внешним давлением. Силы 4 могут быть введены, например, путем соединения верхней и нижней пластин 3 путем введения болтов через отверстия в верхней и нижней пластинах 3, а также в пластине 2 теплообменника.

На фиг.2a, 2b и 3 в соответствии с уровнем техники раскрыта задача указанного теплообменника. На фиг.2a представлена область 5 контакта двух пластин 2 теплообменника. В этом случае в соответствии с уровнем техники область 5 контакта формируется впадиной верхней пластины 2 теплообменника, которая соприкасается с гребнем нижней пластины 2 теплообменника. В целях улучшения теплообмена область 5 контакта двух соседних пластин 2 теплообменника выбирается так, чтобы быть очень малой.

В соответствии с фиг.2b силы 4, как упоминалось ранее, теперь сжимают две соседние пластины 2 теплообменника вместе, что может привести к неупругой деформации очень малой области 5 контакта. На фиг.3 снова показана область 5 контакта после того как силы 4 или полностью исчезли, или были значительно снижены, например, из-за изменения внутреннего давления жидкости. В этом случае две соседние пластины 2 теплообменника постоянно деформируются и не находятся более в состоянии контакта в области 5 контакта. Таким образом, формируется обходной путь для потока жидкости. Это, в свою очередь, обычно снижает эффективность теплообменника, так как могут открыться более прямые пути жидкости от впускного отверстие к выпускному отверстию. Это приведет к тому, что поток жидкости между двумя пластинами теплообменника более не будет распределен оптимально.

На фиг.4 в соответствии с изобретением представлен вид в разрезе пластины 2 теплообменника, в частности, пара углублений 6, содержащих вершины 7. Следующее описание варианта осуществления пары углублений 6, содержащих вершины 7, может быть осуществлено соответственно для углублений 6, содержащих основания 9. В соответствии с фиг.4 составляющие пару и содержащие вершины 7 смежные углубления 6 соединены друг с другом с помощью участка 10 стенки. В этом случае участок 10 стенки имеет ту же высоту, что и углубления 6, которые он соединяет. Вследствие этого, пара углублений 6 вместе с участком 10 стенки может образовывать закрытый барьер для потока жидкости.

В нижней части фиг.4 представлен вид сверху пары углублений 6. В этом варианте осуществления участок 10 стенки имеет минимальную ширину 11, меньшую, чем максимальная ширина 12 углублений 6, которые она соединяет, таким образом увеличивая область теплопередачи. Таким образом, участок 10 стенки лишь немного увеличит область контакта пластин теплообменника 2. Кроме того, в этом случае участок 10 стенки содержит вогнутые участки поверхности 13. В то же время углубления 6 содержат выпуклые участки поверхности 14. Конечно, периферия такой пары углублений, содержащей участок стенки, может иметь любую форму, например, участок 10 стенки может также содержать участки выпуклой поверхности 14, или углубления 6 могут содержать участки вогнутой поверхности 13.

Как раскрыто на фиг.4, за счет этого пара углублений 6 формирует закрытую пару 15 углублений, которая может полностью перекрыть поток жидкости между ними.

На фиг.5 раскрыт другой вариант осуществления пары углублений 6. В этом случае участок 10 стенки между двумя углублениями 6, содержащими вершины 7, имеет высоту меньшую, чем высота углублений 6, в том числе вершин 7. Пара углублений 6 в этом случае образует открытую пару 16 углублений. В верхней части фиг.5 представлен вид сверху закрытой пары 16 углублений. Для того, чтобы лучше различать закрытые пары 15 углублений от открытых пар 16 углублений, участок 10 стенки не показан на этом виде сверху. Это означает не отсутствие участка 10а стенки, а то, что между двумя углублениями 6 присутствует открытый для жидкости путь.

Слева на фиг.6a и 6b представлен упрощенный вид сверху пластины 2 теплообменника. Справа на Фиг.6a и 6b раскрыты увеличенные виды небольших участков пластины теплообменника 2.

В соответствии с фиг.6a закрытые пары 15 углублений, содержащих вершины 7, расположены в первых рядах 17. В то же время закрытые пары 15a углублений, содержащих основания 9, расположены во вторых рядах 18. В этом случае в диагональных направлениях вдоль указанных пунктирных линий откроются, по существу, прямые пути 19 жидкости. Здесь первые ряды 17, содержащие вершины 7, образуют барьеры для потока жидкости. В частном случае закрытые пары 15 углублений полностью перекрывают поток жидкости, в то время как вершины 7 смежных закрытых пар 15 углублений или могут быть не соединены посредством участка 10, 10a, стенки, или они могут образовывать открытую пару 16 углублений. Так или иначе, в каждом из показанных первых рядов 17, между каждой парой смежных закрытых пар 15 углублений, возможен, по меньшей мере, некоторый поток жидкости.

В противоположность этому вдоль вторых рядов 18 расположены закрытые пары 15a углублений, содержащих основания 9. Вдоль этих вторых рядов жидкость может протекать в большей или меньшей степени свободно. Кроме того, выбирая взаимное относительное расположение закрытых пар 15 углублений, содержащих вершины 7, и закрытых пар 15a углублений, содержащих основания 9, можно, тем самым, выбрать, будет ли поступающая сверху жидкость предпочтительно протекать влево или вправо.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления углубления 6, содержащие вершины 7, расположены поочередно с углублениями 8, содержащими основания 9, вдоль направления, наклонного к кромке 20 пластины 2 теплообменника.

На фиг.6b в соответствии с изобретением представлен альтернативный вариант осуществления пластины 2 теплообменника. Здесь, сравнительно с Фиг.6a, изменено относительное расположение углублений 6, содержащих вершины 7, и углублений 8, содержащих основания 9. В этом случае углубления 6, содержащие вершины 7, расположены поочередно с углублениями 8, содержащими основания 9, вдоль направления, параллельного к кромке 20 пластины 2 теплообменника. Также при рассмотрении Фиг.6a в направлении сверху вниз за каждым первым рядом 17 следует второй ряд 18, при этом закрытые углубления 15, 15a в обоих рядах расположены соответственным образом. По сравнению с двумя предыдущими рядами 17, 18 в двух последующих рядах 17, 18 закрытые пары углублений 15, 15a будут смещены. Следовательно, в этом случае путь 21 жидкости будет иметь форму «змейки». Другими словами, путь 21 жидкости может изменить направление в каждом из первых рядов 17. Таким образом гарантируется, что жидкость должна неоднократно изменить направление, чем гарантируется, что жидкость добирается равномерно до всех частей пластины 2 теплообменника. Вместе с тем, будет увеличено расстояние, которое жидкости должны покрыть, при этом жидкости не будут вынуждены на слишком резкие изменения направления.

Также при рассмотрении фиг.6a и 6b в направлении первого ряда 17 легко заметить, что закрытые пары 15 углублений 7 соединены посредством участков 10 стенки, которые имеют ту же высоту, что и соединяемые ими углубления 7. После каждой такой закрытой пары 15 углублений или расположен участок 10 стенки, имеющий высоту меньшую высоты углублений 7, или может вовсе отсутствовать участок 10, 10а стенки. Кроме того, там представлена закрытая пара 15 углублений, содержащая участок 10 стенки, имеющий ту же высоту, что и вершины 7. Таким образом, полностью перекрытые участки периодически чередуются с отверстиями для жидкости. Во вторых рядах 18 соответственно расположены закрытые пары 15а углублений. Разумеется, возможно много различных способов размещения углублений 7, 9 в плоскости пластины 2 теплообменника. В частности, нет необходимости углубления 7, 9 располагать по плоскости пластины 2 теплообменника с такой высокой степенью симметрии.

На фиг.7a, 7b и 7c раскрыты три различных способа размещения первых рядов 17 и вторых рядов 18 в плоскости пластины 2 теплообменника. Первые ряды 17 показаны сплошными линиями, а вторые ряды 18 показаны пунктирными линиями. Можно использовать один или несколько указанных различных видов размещения для различных областей пластины 2 теплообменника. На Фиг.7a, 7b и 7c детально не раскрыто, где расположены участки 10, имеющие такую же высоту, что и углубления 7, а где присутствуют участки 10a стенки, имеющие меньшую высоту, чем углубления 7 и 9. Здесь, главным образом, представлено, как можно разместить первые ряды 17 и вторые ряды 18 в плоскости пластины 2 теплообменника.

На Фиг.7a первые ряды 17 и вторые ряды 18 расположены параллельно к кромке 22 пластины 2 теплообменника. Следовательно, указанное расположение аналогично представленному на фиг.6a и 6b. На фиг.7b первые ряды 17 и вторые ряды 18 расположены наклонно к кромке 22 пластины 2 теплообменника. Можно использовать различные углы наклона первых рядов 17 и вторых рядов 18 в одной и той же плоскости пластины 2 теплообменника. Пример этого представлен на фиг.7c, где первые ряды 17 и вторые ряды 18 изменяют направление в плоскости пластины 2 теплообменника. Там первые ряды 17 и вторые ряды 18 образуют клинья 23 в плоскости пластины 2 теплообменника. Первые ряды 17 и вторые ряды 18 могут также несколько раз изменять направление в плоскости пластины 2 теплообменника.

Конечно, можно использовать сочетание различных рисунков для первых рядов 17 и вторых рядов 18 для достижения оптимального распределения потока жидкости по всей плоскости пластины 2 теплообменника с целью улучшения эффективности теплообменника 1.

На фиг.8 представлено поперечное сечение двух соседних пластин 2a и 2b теплообменника. Там пластина 2а теплообменника расположена ниже пластины 2b теплообменника. Здесь на Фиг.8 показано, как первый ряд 17, содержащий вершины 7 нижней пластины 2a теплообменника находится в контакте со вторым рядом 18, содержащим основания 9 верхней пластины 2b теплообменника. Углубления 6, содержащие вершины 7, находятся в контакте с углублениями 8, содержащими основания 9. В этом случае закрытые пары 15 углублений, содержащих вершины 7, чередуются с открытыми парами 16 углублений, также содержащих вершины 7 в нижней пластине 2a теплообменника. В то же время, в верхней пластине 2b теплообменника открытые пары 15a углублений, содержащих основания 9, чередуются с открытыми парами углублений 16a, также содержащих основания 9. Таким образом, участки 10 стенки, имеющие ту же высоту, что и вершины 7 или основания 9, находятся в контакте друг с другом, полностью перекрывая путь жидкости там, где соприкасаются закрытые пары 15 и 15a углублений. В то же время на участках, где соприкасаются открытые пары 16 и 16a углублений с уменьшенными участками 10a стенки, остаются отверстия 23 для потока жидкости. Для увеличения потока жидкости через отверстия 23 вместо уменьшенных участков 10a стенки можно вовсе не использовать участки стенок. Соответственно становится ясно, как первые ряды 17 нижней пластины 2a теплообменника, находящиеся в контакте со вторым рядом 18 верхней пластины 2b теплообменника, могут быть использованы для формирования пути распространения жидкости по пластине 2 теплообменника с целью улучшения эффективности теплообменника 1.

На фиг.9a в соответствии с вариантом осуществления, представленным на фиг.6a, представлен вид в горизонтальном разрезе пластины 2 теплообменника. Здесь сплошная линия обозначает первый ряд 17, содержащий вершины 7, а пунктирные линии обозначают второй ряд 18, содержащий основания 9, который расположен смежно с первым рядом 17. В первом ряду 17 открытые пары 16 углублений, содержащих вершины 7, чередуются с закрытыми парами 15 углублений, содержащих вершины 7. Во втором ряду 18 открытые пары 16a углублений, содержащих основания 9, чередуются с закрытыми парами 16 углублений, содержащих основания 9.

На Фиг.9b в соответствии с вариантом осуществления, представленным на фиг.6b, представлен вид в горизонтальном разрезе пластины 2 теплообменника. Здесь опять сплошные линии обозначают первый ряд 17, а пунктирные линии обозначают второй ряд 18, который расположен смежно с первым рядом 17. При сопоставлении с фиг.6b становится ясно, что углубления 6, содержащие вершины 7, расположены поочередно с углублениями 8, содержащими основания, вдоль направления, параллельного к кромке 20 пластины 2 теплообменника. Аналогично варианту осуществления, показанному на фиг.9a, как в первом ряду 17, так и во втором ряду 18, участки 10a стенки с высотой, меньшей, чем углубления, расположены поочередно с участками 10 стенки с той же высотой, что и углубления.

Кроме того, на фиг.9a и 9b также представлены альтернативные формы углублений 6, 8. На ней углубления 6, 8 содержат боковую поверхность 24, которая между смежными вершинами и между смежными основаниями является, по существу, эллипсообразной. Тем можно, например, гарантировать, что углубления 6, 8 являются упругодеформируемыми. Как показано на фиг.8, указанные боковые поверхности 24 могут также быть, по существу, прямолинейными. Если углубления 6, 8 упругодеформируемы, пластины 2 теплообменника будут более устойчивы к действующим на них большим силам, вызванным внутренним давлением жидкости, а также к силам предварительного напряжения, действующим в теплообменнике с прокладками.

На Фиг.10 показана упругая деформация пары углублений 6, 8, вершина и основание которых находятся в контакте друг с другом. Указанная упругая деформация связана с тем, что давление Р1 жидкости на одной стороне боковой поверхности 24 больше, чем давление Р2 жидкости на другой стороне боковой поверхности 24.

Боковая поверхность 24 будет упруго деформироваться от недеформированной боковой поверхности 24a до деформированной боковой поверхности 24b. На фиг.10 пунктирными линиями показаны деформированные формы, а сплошными линиями показаны формы, существовавшие до деформации.

Упругая деформация углублений 6, 8 приводит к возникновению упругих сил, противодействующих внешним силам 4. При уменьшении внешних сил 4, упругодеформированные боковые поверхности 24b восстановят формы, существовавшие до деформации 24a. Как показано на фиг.2a, 2b и 3, тем самым, путем выполнения углублений 6, 8 упругодеформируемыми, предотвращаются постоянные деформации областей контакта пластин 2 теплообменника,

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Теплообменник содержит множество пластин, каждая из которых содержит множество углублений, при этом углубления содержат вершины и основания, вершины, по меньшей мере, одной пластины теплообменника соединены с основаниями смежной пластины теплообменника и, по меньшей мере, часть углублений соединена с, по меньшей мере, одним смежным углублением посредством участка стенки. Технический результат - повышение эффективности и стабильности теплообменника. 15 з.п.ф-лы, 14 ил.

1. Теплообменник, содержащий множество пластин теплообменника, при этом каждая из пластин теплообменника содержит множество углублений, причем указанные углубления содержат вершины и основания, причем вершины по меньшей мере одной пластины теплообменника соединены с основаниями другой соседней пластины теплообменника, и по меньшей мере часть углублений (6, 8) соединена по меньшей мере с одним смежным углублением (6, 8) посредством участка (10, 10a) стенки, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторые из участков (10) стенки имеют такую же высоту, что и углубления (6, 8).

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторые из участков (10a) стенки имеют меньшую высоту, чем углубления (6, 8).

3. Теплообменник по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторые из углублений (6, 8) и/или участков (10, 10a) стенки содержат вогнутые участки (13) поверхности и/или выпуклые участки (14) поверхности.

4. Теплообменник по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторые из участков (10, 10a) стенки соединяют три или более углублений (6, 8).

5. Теплообменник по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что углубления (6, 8) и/или участки (10, 10a) стенки являются упругодеформируемыми.

6. Теплообменник по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторые из участков (10, 10a) стенки имеют минимальную ширину (11), которая меньше максимальной ширины (12) углублений (6, 8).

7. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть углублений (6), содержащих вершины (7), расположены в первых рядах (17), а по меньшей мере часть углублений (8), содержащих основания (9), расположены во вторых рядах (18).

8. Теплообменник по п. 7, отличающийся тем, что все углубления (6) в каждом первом ряду (17), а также все углубления (8) в каждом втором ряду (18) соединены посредством участков (10, 10a) стенки.

9. Теплообменник по любому из пп. 7 и 8, отличающийся тем, что в каждом первом ряду (17) и в каждом втором ряду (18) участки (10) стенки, имеющие такую же высоту, что и углубления (6, 8), расположены поочередно с участками (10a) стенки, имеющими меньшую высоту, чем углубления (6, 8).

10. Теплообменник по любому из пп. 7 и 8, отличающийся тем, что по меньшей мере часть первых и вторых рядов (17, 18) расположены параллельно кромке (20, 22) пластины (2) теплообменника.

11. Теплообменник по любому из пп. 7 и 8, отличающийся тем, что по меньшей мере часть первых и вторых рядов (17, 18) расположена под углом к кромке (20, 22) пластины (2) теплообменника.

12. Теплообменник по любому из пп. 7 и 8, отличающийся тем, что по меньшей мере часть первых и вторых рядов (17, 18) изменяет направление в плоскости пластины (2) теплообменника.

13. Теплообменник по любому из пп. 1, 2, 7, 8, отличающийся тем, что по меньшей мере часть углублений (6), содержащих вершины (7), расположена поочередно с углублениями (8), содержащими основания (9), вдоль направления, параллельного кромке (20, 22) пластины (2) теплообменника.

14. Теплообменник по любому из пп. 1, 2, 7, 8, отличающийся тем, что по меньшей мере часть углублений (6), содержащих вершины (7), расположена поочередно с углублениями (8), содержащими основания (9), вдоль направления, наклонного к кромке (20, 22) пластины (2) теплообменника.

15. Теплообменник по любому из пп. 1-2, 7-8, отличающийся тем, что вершины (7) и основания (9) являются, по существу, плоскими, так что плоская поверхность вершины (7) соприкасается с плоской поверхностью основания (9) при соединении пластин (2) теплообменника.

16. Теплообменник по п. 15, отличающийся тем, что углубления (6, 8) имеют схожие формы.