ОБЛАСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к теплообменнику пластинчатого типа.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обычный теплообменник пластинчатого типа, в общем, состоит из множества теплообменных пластин, образующих пространственно отделенные, но термически соединенные каналы текучих сред, через которые обеспечивается возможность протекания потоков текучих сред с различной температурой. Этим обеспечивается передача тепла от более горячей текучей среды к более холодной текучей среде.
Из патента США № 5383516 известен теплообменник пластинчатого типа, содержащий теплообменный узел или сердцевину, состоящую из теплообменных пластин, заключенную внутри жесткой рамы, состоящей из угловых стоек и торцевых панелей. Между центральным блоком и кожухом обеспечены эластичные уплотнения. Между центральным блоком и угловыми стойками обеспечено четыре уплотнительных элемента для предотвращения утечки текучих сред, подаваемых в каналы текучих сред. Кроме того, между центральным блоком и верхней и нижней торцевыми панелями обеспечены две пары уплотнительных элементов.
Недостатком известного теплообменника является то, что последние уплотнительные элементы необходимы в местах соединения между центральным блоком и рамой теплообменника, из-за ожидаемого различного теплового расширения центрального блока и рамы теплообменника во время использования. Изготовление и установка этих уплотнительных элементов является процессом, требующим большого внимания и подверженным ошибкам, что ведет к повышению стоимости изготовления и технического обслуживания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является создание теплообменника пластинчатого типа, изготовление которого было бы упрощено в части, касающейся свойств, связанных с различным тепловым расширением между теплообменным узлом и рамой теплообменника, и сохранение рабочих характеристик теплообменника. Эта задача достигается посредством использования теплообменника пластинчатого типа, содержащего теплообменный узел, торцевые панели и соединительные элементы торцевых панелей для присоединения торцевых панелей. Теплообменный узел содержит комплект теплообменных пластин и пару наружных теплообменных пластин, расположенных с противоположных сторон теплообменного узла. Торцевые панели расположены вблизи противоположных сторон теплообменного узла. По меньшей мере, одна наружная теплообменная пластина механически присоединена к смежной торцевой панели и содержит часть основной наружной поверхности, обращенную к смежной торцевой панели, и по существу полностью термически соединена с областью контакта смежной торцевой панели. Свойства плоскостного теплового расширения части основной наружной поверхности является по существу идентичным свойствам плоскостного теплового расширения области контакта торцевой панели.
Благоприятно то, что такой теплообменник пластинчатого типа содержит наружные теплообменные пластины, которые находятся в тепловом равновесии с их смежными торцевыми панелями, особенно во время использования. Тепловой контакт между наружной теплообменной пластиной и торцевой панелью, в сочетании с пренебрежимо малыми различиями между тепловым расширением в плоскости этих элементов, приводит в результате к тому, что ожидаемые различия в тепловом расширении в плоскости между наружной теплообменной пластиной и областью контакта торцевой панели должны быть пренебрежимо малыми. Таким образом, нет необходимости в дополнительных эластичных элементах в местах соединения теплообменного узла с торцевыми теплообменными панелями пластинчатого типа.
В дополнительном варианте осуществления теплообменника пластинчатого типа соединительные элементы торцевых панелей содержат угловые стойки, с помощью которых присоединены торцевые панели в областях присоединения угловых стоек. Теплообменник дополнительно содержит, по меньшей мере, одну гибкую угловую пластину с первой областью присоединения угловой пластины, которая механически присоединена к торцевой панели вблизи соответствующей области присоединения угловой стойки. Кроме того, гибкая угловая пластина содержит вторую область присоединения угловой пластины, которая механически присоединена к угловой области основной наружной поверхности наружной теплообменной пластины. Первая область соединения угловой пластины и вторая область соединения угловой пластины не совмещены.
Благодаря добавлению гибких угловых пластин в качестве промежуточных средств крепления, содержащих несовмещенные первую и вторую области соединения, присоединенные к угловой области основной наружной поверхности и к торцевой панели, углам теплообменных пластин и теплообменного узла предоставляется возможность деформации в направлении, перпендикулярном торцевой панели. Таким образом, предоставляется возможность проявления различий в тепловом расширении в поперечном направлении теплообменного узла и угловой стойки, имеющих место во время действия теплообменника пластинчатого типа, без возникновения постоянных повреждений гибкой угловой пластины или теплообменника в целом.
В еще одном дополнительном варианте осуществления гибкая угловая пластина механически присоединена к наружной теплообменной пластине вдоль области линии пересечения с угловой пластиной и механически присоединена к торцевой панели вдоль области периферической линии угловой пластины. Здесь расстояние в плоскости между самой отдаленной точкой в области линии пересечения с угловой пластиной и любой точкой в области периферической линии угловой пластины доведено до максимума для всех точек в области периферической линии угловой пластины.
Посредством доведения до максимума расстояния в плоскости для всех точек в области периферической линии угловой пластины, допустимая деформация между стойкой и ближайшим углом теплообменного узла, происходящая в результате различного теплового расширения в направлении, перпендикулярном к торцевым панелям, доведена до максимума.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже описаны варианты осуществления, приведенные только в качестве примеров, со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых соответствующими номерами позиций обозначены соответствующие части и на которых:
на фиг.1 схематически показывает вид в перспективе теплообменника пластинчатого типа согласно варианту осуществления;
на фиг.2A и 2B - виды в перспективе теплообменных пластин согласно варианту осуществления;
на фиг.3A и 3B - виды в перспективе теплообменных пластин согласно различным вариантам осуществления;
на фиг.4A и 4B - виды в перспективе наружной теплообменной пластины, отсоединенной и прикрепленной к торцевой теплообменной панели согласно варианту осуществления;
на фиг.5A и 5B - подробные виды областей соединения теплообменника согласно варианту осуществления.
Чертежи приведены только с целью иллюстрации, и не служат ограничением объема или степени защиты, продекларированных в формуле изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 схематически показан вид в перспективе одного варианта осуществления теплообменника 102 пластинчатого типа. Теплообменник 102 пластинчатого типа содержит теплообменный узел 104, торцевые панели 106 и соединительные элементы 107 торцевых панелей, с помощью которых присоединены торцевые панели 106. В общем, соединительные элементы 107 торцевых панелей для присоединения торцевых панелей 106 могут быть расположены в различных местах торцевых пластин 106. В варианте осуществления, представленном на фиг.1, соединительные элементы 107 торцевых панелей содержат угловые стойки 108, с помощью которых присоединены торцевые панели 106 в областях 118 присоединения угловых стоек.
Теплообменный узел 104 содержит комплект теплообменных пластин 112 и пару наружных теплообменных пластин 114, расположенных с противоположных сторон теплообменного узла 104. Теплообменные пластины 112 и наружные теплообменные пластины 114 показаны как отстоящие друг от друга и параллельные.
Дополнительно показаны торцевые панели 106, расположенные вблизи противоположных сторон теплообменного узла 104. Торцевые панели 106 изображены как расположенные параллельно наружным теплообменным пластинам 114. Торцевые панели 106 могут быть конструктивно армированными пластинами, защищающими наружные поверхности теплообменника 102. Соединительные элементы 107 торцевых панелей могут быть достаточно жесткими для поддержания веса узла и торцевых панелей 106 без существенной деформации (например, укорочения, прогиба или выпучивания). С помощью каждой угловой стойки 108, показанной на фиг.1, присоединены торцевые панели 106 в областях 118 присоединения угловых стоек, в результате чего образована рамная конструкция, в которой может быть установлен теплообменный узел.
По меньшей мере, одна из наружных теплообменных пластин 114 механически присоединена к смежной торцевой панели 106 и содержит часть 122 основной наружной поверхности, которая по существу полностью термически соединена с областью контакта 125 смежной торцевой панели 106. Тепловое расширение в плоскости части 122 основной наружной поверхности по существу одинаково с тепловым расширением в плоскости области контакта 125 торцевой панели. Во время действия теплообменника 102 наружная теплообменная пластина 114 и торцевая панель 106 находятся в тепловом контакте. Благодаря сравнимым показателям теплового расширения в плоскостях части 122 основной наружной поверхности и торцевой панели 106, ожидаемая деформация из-за нагрева во время действия этих элементов сравнима. Получающиеся в результате различия в тепловом расширении, т.е. различия в вызванных нагревом скоростях расширения двух отдельных объектов, таким образом, являются пренебрежимо малыми.
Термин «пренебрежимо малый» использован здесь для определения разницы в расширении в плоскости, составляющей вплоть до около 0,1%. Наружная теплообменная пластина 114 может при этом обладать существенной гибкостью для восприятия получающейся в результате малой деформации без повреждения.
На практике некоторое различие между рабочими температурами и/или тепловым расширением торцевой панели 106 и наружной теплообменной пластины 114 могут быть допустимыми. Обычными материалами для изготовления торцевых панелей 106, а также теплообменных пластин 112, 114 являются различные типы стали с коэффициентами теплового расширения, обычно составляющими в диапазоне от 1,3·10-5 K-1 до 1,8·10-5 K-1. Например, если торцевая панель 106 и наружная теплообменная пластина 114 (обе) обладают одинаковым коэффициентом теплового расширения, составляющим 1,8·10-5 K-1, то при температуре 50°C разница в тепловом расширении в плоскости между торцевой панелью 106 и наружной теплообменной пластиной 114 составит приблизительно 0,1%. Такая разница в тепловом расширении может обычно происходить в теплообменнике 102 с рабочей температурой выше 500°C.
Если соединенные торцевая панель 106 и наружная теплообменная пластина 114 обладают несколько различающимися коэффициентами теплового расширения, то максимальная рабочая температура может быть соответственно ограничена. Например, для торцевой панели 106 из углеродистой стали с коэффициентом теплового расширения 1,8·10-5·K-1 и наружной теплообменной пластины 114 из нержавеющей стали с коэффициентом теплового расширения 1,5·10-5·K-1, разница в тепловом расширении в плоскости может быть сохранена в допустимых пределах посредством ограничения максимальной рабочей температуры теплообменника 102. При рабочей температуре ниже 200°C разница температур торцевой панели 106 и наружной теплообменной пластины 114 обычно мала и составляет, например, 5-10°C.
Благодаря тому, что получающаяся в результате разница в тепловом расширении пренебрежимо мала, не требуются дополнительные, эластичные, уплотнительные элементы для обеспечения герметичного крепления наружной теплообменной пластины 114 к торцевой панели 106.
Уплотнение между частью 122 основной наружной поверхности наружной теплообменной пластины 114 и областью контакта 125 торцевой панели может быть достигнуто посредством приваривания части 122 основной наружной поверхности к торцевой панели 106.
Наружные теплообменные пластины 114 могут иметь форму, отличающуюся от формы других (внутренних) теплообменных пластин 112, хотя это не является обязательным требованием. Это дополнительно проиллюстрировано со ссылками на фиг.2A-3B. Для удобства теплообменные пластины в узле 104, являющиеся наиболее близко расположенными к наружным теплообменным пластинам 114, дополнительно обозначены как смежные теплообменные пластины 112′.
Как показано на фиг.1, теплообменник 102 может содержать множество каналов текучих сред, которые обмениваются тепловой энергией во время работы. Теплообменные пластины 112 образуют первые каналы 126 текучей среды и вторые каналы 128 текучей среды. Кроме того, наружная теплообменная пластина 114 и смежная теплообменная пластина 112', наиболее близко расположенная к теплообменной пластине 114, образуют наружный канал 129 текучей среды. Как было упомянуто, эти первые каналы 126 текучей среды, вторые каналы 128 текучей среды и наружные каналы 129 текучей среды образуют пространственно отделенные, и термически соединенные проходы текучих сред.
Теплообменный узел 104, показанный на фиг.1, называется теплообменный узел пластинчатого типа с поперечными потоками. Теплообменный узел пластинчатого типа с поперечными потоками содержит каналы 126 текучей среды, расположенные перпендикулярно вторым каналам 128 текучей среды, где сборка содержит отверстия каналов, которые попеременно расположены у смежных лицевых поверхностей теплообменного узла 104. Технические особенности, раскрытые здесь, не ограничены применением в проиллюстрированной конфигурации с поперечным потоком, но могут быть также применимы в других типах теплообменников, например основанных на принципах, отвечающих требованиям при совпадающих или встречных потоках, и/или имеющих конфигурацию U-образного типа или Z- образного типа.
В теплообменнике с поперечными потоками, показанном на фиг.1, первый и второй каналы 126, 128 текучих сред открыты с различных сторон теплообменного узла 104. Эти первый и второй каналы 126, 128 текучих сред можно классифицировать как две отдельные группы каналов, которые могут быть объединены в виде отдельных каналов для подачи и отвода потоков текучих сред, имеющих различные температуры. В конфигурации, показанной на фиг.1, наружные каналы 129 текучих сред, расположенные наиболее близко к торцевым панелям 106, могут принадлежать к группе каналов, соответствующей первым каналам 126 текучей среды. Альтернативно наружные каналы 129 текучих сред могут принадлежать к группе каналов, соответствующей вторым каналам 128 текучей среды. В обеих ситуациях тот же тип текучей среды пропускают через оба наружных канала 129 текучей среды.
Альтернативно один наружный канал 129 текучей среды может принадлежать к группе, соответствующей первым каналам 126 текучей среды, тогда как оставшийся наружный канал 129 текучей среды принадлежит группе, соответствующей вторым каналам 128 текучей среды. В теплообменнике с поперечными потоками, имеющем такую конфигурацию, два наружных канала 129 текучей среды расположены с различных сторон теплообменного узла 104 (не изображено).
Согласно варианту осуществления теплообменник пластинчатого типа 102 содержит уплотнительное средство 134, обеспеченное между угловой стойкой 108 и теплообменным узлом 104. Это уплотнительное средство 134 проходит между торцевыми панелями 106 вдоль угловой стойки 108. Назначением уплотнительных средств 134 является предотвращение утечки потоков текучих сред, имеющих различные температуры и протекающих в отдельных группах каналов. Таким образом, текучие среды остаются замкнутыми и протекают внутри предназначенных для них каналов 126, 128, 129 текучих сред.
Уплотнительные средства 134 могут быть обеспечены между каждой угловой стойкой 108 и особыми областями теплообменного узла 104. На фиг.1 показано уплотнительное средство 134, имеющее выпуклую гофрированную форму, где каждое уплотнительное средство 134 закреплено между угловой стойкой 108 и ребром теплообменного узла 104 коробчатой формы. Эти гофрированные средства направлены вдоль первых каналов 126 текучей среды и наружного канала 129 текучей среды, который на фиг.1 наиболее близко расположен к торцевой панели 106. В альтернативном варианте осуществления (не показан) выпуклые гофрированные средства могут быть направлены вдоль вторых каналов 128 текучей среды. Возможно использование и других типов уплотнительных средств 134.
Предпочтительный способ присоединения каналов 126, 128, 129 текучих сред к каналам для подачи и отвода горячей или холодной текучих сред, а также предпочтительную ориентацию уплотнительных средств 134 определяют, исходя из желаемых рабочих условий теплообменника и используя методы, известные специалистам в данной области.
Фиг.2
На фиг.2A и 2B показаны виды в перспективе теплообменных пластин 102 согласно варианту осуществления. В показанном варианте осуществления проиллюстрированы особые формы комплекта теплообменных пластин 112, 112' и наружной теплообменной пластины 114. Здесь теплообменные пластины 112, 112' выполнены из четырехугольных заготовок пластин. Четырехугольная заготовка пластины может содержать пару противоположных первых краев 204 пластины и пару противоположных вторых краев 206 пластины. Она может содержать первые части 208 поверхности, где каждая первая часть 208 поверхности расположена вдоль одного первого края 204 пластины и отогнута к первой стороне 212 теплообменной пластины. Отогнутые первые части 208 поверхности представляют первый частичный канал 216 текучей среды. Четырехугольная заготовка пластины может дополнительно содержать вторые части 210 поверхности, где каждая расположена вдоль одного второго края 206 пластины. Вторые части 210 поверхности могут быть отогнуты ко второй стороне теплопередающей пластины 112, образующей второй частичный канал 218 текучей среды. Например, можно использовать прямоугольные заготовки пластины с параллельными противоположными первыми краями 204 пластины и параллельными противоположными вторыми краями 206 пластины. В частности, дважды отогнутые первые части 208 поверхности могут содержать две прямоугольные продолговатые области с изгибом посередине и образовывать первые частичные каналы 216 текучей среды, которые проходят параллельно первым краям 204 пластины. Аналогичным образом, вторые части 210 поверхности и получившиеся в результате вторые каналы 128 текучей среды могут иметь сходную конфигурацию. Такая конфигурация проиллюстрирована на фиг.2A.
В альтернативных вариантах осуществления теплообменные пластины 112 могут быть скругленно отогнуты и/или могут быть неодинаково сформированными вдоль соответствующих краев 204, 206 пластины. Например, один или большее число краев 204, 206 теплообменные пластины 112 могут содержать первые и/или вторые части 208, 210 поверхности, которые не отогнуты к конкретной стороне пластины. Остальная часть поверхности может быть не изогнута и может лежать в одной плоскости относительно части 219 основной поверхности теплообменной пластины 112 (не изображена).
Кроме того, каждая наружная теплообменная пластина 114 может быть обеспечена наружными частями 220 поверхности, отогнутыми к наружной стороне теплообменной пластины, обращенной к смежной теплообменной пластине 112'. Отогнутые части 220 наружной поверхности образуют наружный частичный канал 224 текучей среды. На фиг.2A и 2B, наружный частичный канал 224 текучей среды проходит параллельно первому частичному каналу 216 текучей среды.
На фиг.2B, показан комплект, состоящий из трех теплообменных пластин 112, 112' и наружной теплообменной пластины 114. Этот комплект представляет только часть теплообменного узла 104 и изображен как плавающий над областью контакта 125 торцевой панели, к которой часть 122 основной наружной поверхности должна быть присоединена. Посредством соединения наружной теплообменной пластины 114 и смежной теплообменной пластины 112' образуют наружный канал 129 текучей среды, показанный на фиг.2B.
Благоприятно то, что теплообменный узел 104 согласно варианту осуществления, показанному на фиг.2A и 2B, содержит теплообменные пластины 112, 112' и наружные теплообменные пластины 114, для изготовления которых требуются только четырехугольные заготовки пластин.
В дополнительном варианте осуществления теплообменник 102 пластинчатого типа содержит, по меньшей мере, одну наружную теплообменную пластину 114, механически присоединенную к смежной торцевой панели 106 вдоль края 222 наружной пластины, который по существу компланарный с частью 122 основной наружной поверхности. Посредством механического соединения вдоль этого края 222 пластины и торцевой панели 106 обеспечивают крепление, которым может быть в достаточной степени уплотненное термическое соединение лицевых поверхностей части 122 основной наружной поверхности и области контакта 125 торцевой панели от текучих сред, протекающих через наружный канал 129 текучей среды. Альтернативно или дополнительно остальные края или части поверхности части 122 основной наружной поверхности могут быть механически присоединены к области контакта 125 торцевой панели. В общем, механические соединения могут быть выполнены различными обычными способами, например, привариванием и пайкой.
Фиг.3
На фиг.3A и 3B показаны виды в перспективе теплообменных пластин 112, 112', 114 102 согласно альтернативным вариантам осуществления. На фиг.3A проиллюстрирован вариант осуществления, дополнительный к варианту осуществления, показанному на фиг.2B. На фиг.3A смежная теплообменная пластина 112' является зеркальным отображением в плоскости смежной теплообменной пластины 112', показанной на фиг.2A. Как следствие, наружная часть 220 поверхности наружной теплообменной пластины 114, представленной на фиг.3A, расположена против второй части 210 поверхности смежной теплообменной пластины 112'. Аналогичным образом, край 222 наружной пластины расположен вблизи первой части 208 поверхности смежной теплообменной пластины 112'. В этом варианте осуществления также обеспечивается возможность изготовления теплообменных пластин 112, 112' и наружных теплообменных пластин 114 из четырехугольных заготовок пластин.
На фиг.3B проиллюстрирована часть теплообменника пластинчатого типа, в котором теплообменные пластины 112 содержат угловые части 302 поверхности, отогнутые внутрь относительно первых частичных каналов 216 текучей среды. Угловые части 302 поверхности двух соединенных теплообменных пластин 112 образуют первое отверстие четырехугольной формы (не показано) текучей среды. Кроме того, наружная теплообменная пластина 114 обеспечена наружными угловыми частями 306 поверхности многоугольной формы, отогнутые к наружному частичному каналу 224 текучей среды. Наружные угловые части 306 поверхности одной наружной теплообменной пластины 114 и угловые части 302 поверхности смежной теплообменной пластины 112' соединены с образованием наружного отверстия 305 текучей среды также четырехугольной формы. Набор из четырехугольных отверстий текучей среды представляет соединение, которое легко присоединять к каналу для подачи или отвода текучей среды. Подробное описание конфигурации отогнутых угловых частей 302 поверхности теплообменной пластины 112 представлено в голландской заявке на патент NL 2003983. Наружные теплообменные пластины 114 содержат наружные угловые части 306 поверхности многоугольной формы и их изготавливают не из четырехугольных заготовок пластин. Для получения требуемой многоугольной формы наружных угловых частей 306 поверхности требуется дополнительное снятие фасок и отрезание заготовок пластины до изгибания угловых частей 306 поверхности для образования наружного частичного канала 224 текучей среды с угловатой формой, показанной на фиг.3B.
В варианте осуществления теплообменника наружная часть 220 поверхности наружной теплообменной пластины 114 и первая или вторая части 208, 210 поверхности смежной теплообменной пластины 112' могут быть расположены как соприкасающиеся поверхности. Полученные в результате контактирующие части поверхности могут быть прикреплены по всей их длине с помощью зажимных элементов (не показаны). Альтернативно или дополнительно соприкасающиеся части 208, 210, 220 поверхности примыкающих теплообменных пластин 112, 112', 114 могут быть соединены известными способами, например сваркой или пайкой.
Фиг.4
На фиг.4A и 4B показаны виды в перспективе наружной теплообменной пластины 114, отсоединенные и прикрепленные к торцевой теплообменной пластине 106 102 согласно варианту осуществления. Несмотря на скорректированную разницу расширения в плоскости, разница в тепловом расширении между угловыми стойками 108 и теплообменным узлом 104 в направлении, перпендикулярном к торцевым панелям 106 и вдоль угловых стоек 108 может все же иметь место. Для предупреждения этой разницы в тепловом расширении в перпендикулярном направлении, проявление которой ожидается, в частности, между угловыми стойками 108 и ребрами теплообменного узла 104 (вертикальные ребра показаны на фиг.1), на фиг.4A и 4B показано, что торцевая панель 106 может быть обеспечена, по меньшей мере, одной гибкой угловой пластиной 402. В варианте осуществления, показанном на фиг.4A, две гибкие угловые пластины 402 расположены (каждая) вблизи области присоединения 118 угловой стойки. Гибкая угловая пластина 402 может содержать первую область присоединения 408 угловой пластины, механически присоединенную к торцевой панели 106 вблизи соответствующей области присоединения 118 угловой стойки. Гибкая угловая пластина 402 может дополнительно содержать вторую область присоединения 409 угловой пластины, механически присоединенную к угловой области 406 основной наружной поверхности наружной теплообменной пластины 114.
Для обеспечения возможности перемещения гибкой угловой пластины 402 в направлении, перпендикулярном к торцевой панели 106, первая область присоединения 408 угловой пластины и вторая область присоединения 409 угловой пластины не совмещены. Так как первая область присоединения 408 угловой пластины и вторая область присоединения 409 угловой пластины могут быть расположены с различных сторон гибкой угловой пластины 402, может быть достаточным, чтобы выступ первой области присоединения 408 угловой пластины и выступ второй области присоединения 409 угловой пластины, выступающие (обе) в плоскости, параллельной гибкой угловой пластине 402, были несовмещенными. Кроме того, может быть достаточным, чтобы область гибкой угловой пластины 402 была расположена между (выступами) первой и второй областями присоединения 408, 409 угловых пластин и/или чтобы (выступы) первой и второй областей присоединения 408, 409 угловых пластин содержали только самое большее одну точку наложения.
Благодаря добавлению гибких угловых пластин 402, используемых в качестве промежуточных средств крепления с несовмещенными областями присоединения 408, 409, углам теплообменного узла 104 предоставляется возможность свободного перемещения в направлении, перпендикулярном к торцевым панелям 106. Разница в тепловом расширении в поперечном направлении, перпендикулярном к торцевой панели 106, и между теплообменным узлом 104 и любой угловой стойкой 108, имеющая место во время действия теплообменника 102 пластинчатого типа, таким образом, предоставляется без повреждения любой из гибких угловых пластин 402, соответствующих механических соединений или теплообменника 102 в целом.
В варианте осуществления угловая область 406 основной наружной поверхности отогнута к стороне наружной теплообменной пластины 114, обращенной к торцевой панели 106. Эта сторона направлена к смежной теплообменной пластине 112', как это показано на фиг.2A - 3B. Этим изгибом создана тисненая часть, или защита 410 с противоположной стороны, обращенной к торцевой панели 106. Эта защита 410 пригодна для размещения, по меньшей мере, частей гибкой угловой пластины 402, в частности тогда, когда часть 122 основной наружной поверхности присоединена к области контакта 125 торцевой панели. Это изгибание угловой области 406 основной наружной поверхности не обязательно происходит в результате предварительной обработки наружной теплообменной пластины 114. В частности, заготовка пластины, из которой изготовлена наружная теплообменная пластина 114, может быть выполнена из листового металла, например из стали толщиной порядка 1-2 мм, обладающей существенной гибкостью (упругой и пластической деформацией) для получения защиты 410 при креплении наружной теплообменной пластины 114 к гибкой угловой пластине 402 и торцевой панели 106. Любые зазоры, образовавшиеся между угловой областью 406 основной наружной поверхности и гибкой угловой пластиной 402, могут быть впоследствии заполнены, например, сварочным материалом.
В варианте осуществления, показанном на фиг.4A и 4B, теплообменник 102 пластинчатого типа содержит первые области присоединения 408 угловых пластин, содержащие области 412 периферических линий угловых пластин, механически присоединенных к торцевой панели 106. На фиг.4B дополнительно показано, что вторая область присоединения 409 угловой пластины может содержать область 414 линии пересечения с угловой пластиной, механически присоединенной к угловой области 406 основной наружной поверхности. В частности, на фиг.4B показана линия пересечения с областью 414 угловой пластины, приваренной к угловой краевой части 415 наружной основной поверхности угловой области 406 основной наружной поверхности. Наружный край 222 пластины предпочтительно частично приварен к торцевой панели 106. В сочетании с приваренной угловой краевой частью 415 наружной основной поверхности, составляющей продолжение наружного края 222 пластины, весь наружный край 222 наружной теплообменной пластины 114, представленной на фиг.4B, приварен непрерывным сварным швом, продолжающимся от обоих углов части 122 основной наружной поверхности. Остальные края части 122 основной наружной поверхности, показанные на фиг.4A и 4B как проходящие перпендикулярно наружному краю 222 пластины, могут быть также приварены к области контакта 125 торцевой панели и/или к гибким угловым пластинам 402, хотя это и необязательно.
Фиг.5
На фиг.5A дополнительно проиллюстрированы ранее введенная область 412 периферической линии угловой пластины и область 414 линии пересечения угловой пластины. Согласно варианту осуществления расстояние d2 в плоскости между самой отдаленной точкой p области 414 линии пересечения с угловой пластиной и точкой q области 412 периферической линии угловой пластины доведено до максимума для всех точек q области 412 периферической линии угловой пластины. Эта самая отдаленная точка p совпадает с экстремальной точкой или с экстремальным углом части 122 основной наружной поверхности, и принято, что она расположена близко к угловой стойке 108. Таким образом, предоставляется возможность доведения до максимума перемещения гибкой угловой пластины 402 в направлении, перпендикулярном к торцевой панели 106 вблизи угловой стойки 108.
Обычно теплообменник 102 собирают в условиях, отличающихся от рабочих условий. В частности, температура теплообменника 102 в холодном состоянии равновесия может по существу отличаться от распределения температур, имеющего место в работающем теплообменнике 102. Для исправления этой ситуации теплообменник 102 пластинчатого типа может быть дополнительно обеспечен зазором 502 (см. фиг.5B) между гибкой угловой пластиной 402 и торцевой панелью 106. Посредством этого зазора 502, который создают во время изготовления теплообменника 102, обеспечивают возможность перемещения, по меньшей мере, части гибкой угловой пластины 402 в перпендикулярном направлении на расстояние d1 к торцевой панели 106. В холодном состоянии теплообменника 102 зазор 502 может иметь максимальный размер d1 в перпендикулярном направлении к гибкой угловой пластине 402 и торцевой панели 106. Этот максимальный размер зазора d1 соответствует наибольшему расстоянию между гибкой угловой пластиной 402 и торцевой панелью 106, механически соединенными, но не ориентированными полностью параллельно.
Установлено, что максимальный размер зазора d1, составляющий 2-3 мм, является достаточным для теплообменника 102 пластинчатого типа с поперечными потоками, с (наружными) теплообменными пластинами 112, 112', 114 с размерами до 1500 мм2 × 6000 мм2. Эти стальные теплообменной пластины установлены на торцевых панелях 106 с размерами до 1800 мм2 × 6300 мм2.
Приведенные выше описания предназначены для иллюстрации, а не для ограничения объема изобретения. Специалисту в данной области должно быть понятно, что могут быть предусмотрены альтернативные и эквивалентные варианты осуществления изобретения и подстроены под требования, отвечающие практическому применению, без отступления от объема изобретения, продекларированного в прилагаемой формуле изобретения.
ПЕРЕЧЕНЬ ЗНАЧЕНИЙ НОМЕРОВ ПОЗИЦИЙ, ПРИВЕДЕННЫХ НА ЧЕРТЕЖАХ
102 - Теплообменник пластинчатого типа
104 - Теплообменный узел
105 - Рама
106 - Торцевая панель
107 - Соединительные элементы торцевых панелей
108 - Угловая стойка
110 - Комплект
112 - Теплообменная пластина
113 - Смежная теплообменная пластина
114 - Наружная теплообменная пластина
116 - Противоположная сторона
118 - Область присоединения угловой стойки
122 - Часть основной наружной поверхности
124 - Наружная поверхность
125 - Область контакта торцевой панели
126 - Первый канал текучей среды
128 - Второй канал текучей среды
129 - Наружный канал текучей среды
134 - Уплотнительное средство
202 - Четырехугольная пластина
204 - Первый край пластины
206 - Второй край пластины
208 - Первая часть поверхности
210 - Вторая часть поверхности
212 - Первая сторона теплообменной пластины
214 - Вторая сторона теплообменной пластины
216 - Первый частичный канал текучей среды
218 - Второй частичный канал текучей среды
219 - Часть основной поверхности
220 - Наружная часть поверхности
222 - Край наружной пластины
223 - Сторона наружной теплообменной пластины
224 - Наружный частичный канал текучей среды
302 - Угловые части поверхности
303 - Первое отверстие текучей среды
304 - Второе отверстие текучей среды
305 - Наружное отверстие текучей среды
306 - Угловые части наружной поверхности
402 - Гибкая угловая пластина
404 - Угол торцевой панели
406 - Угловая область основной наружной поверхности
408 - Первая область присоединения угловой пластины
409 - Вторая область присоединения угловой пластины
410 - Защита
412 - Область периферической линии угловой пластины
414 - Область линии пересечения с угловой пластиной
415 - Угловая краевая часть наружной основной поверхности
418 - Гибкая часть
502 - Зазор
d1 - Расстояние в перпендикулярном направлении
d2 - Расстояние в плоскости
p - Самая отдаленная точка
q - Точка
A - Плоскость.
Изобретение относится к теплообменнику (102) пластинчатого типа, содержащему: теплообменный узел (104); торцевые панели (106) и соединительные элементы (107) торцевых панелей, посредством которых присоединены торцевые панели (106). Теплообменный узел (104) содержит комплект теплообменных пластин (112) и пару наружных теплообменных пластин (114), расположенных с противоположных сторон теплообменного узла (104). По меньшей мере, одна наружная теплообменная пластина (114) механически присоединена к смежной торцевой панели (106) и содержит часть (122) основной наружной поверхности, обращенную к смежной торцевой панели (106), присоединенной в тепловом отношении к области контакта (125) смежной торцевой панели (106). Тепловое расширение в плоскости части (122) основной наружной поверхности одинаково с тепловым расширением в плоскости области контакта (125) торцевой панели. 14 з.п. ф-лы, 9 ил.
1. Теплообменник (102) пластинчатого типа, содержащий: теплообменный узел (104); торцевые панели (106) и соединительные элементы (107), соединяющие торцевые панели (106); причем теплообменный узел (104) содержит комплект теплообменных пластин (112) и пару наружных теплообменных пластин (114), расположенных на противоположных сторонах теплообменного узла (104), причем торцевые панели (106) расположены вблизи указанных противоположных сторон теплообменного узла (104), и причем
по меньшей мере, одна наружная теплообменная пластина (114) механически присоединена к смежной торцевой панели (106) и содержит часть (122) основной наружной поверхности, обращенную к смежной торцевой панели (106), и по существу полностью термически присоединена к области контакта (125) смежной торцевой панели (106),
отличающийся тем, что
свойства плоскостного теплового расширения части (122) основной наружной поверхности по существу идентичны свойствам плоскостного теплового расширения области контакта (125) торцевой панели, и причем теплообменник пластинчатого типа обеспечен, по меньшей мере, одной гибкой угловой пластиной (402) с первой областью присоединения (408), механически присоединенной к торцевой панели (106) вблизи области присоединения (118) угловой стойки, причем гибкая угловая пластина (402) имеет вторую область присоединения (409), механически присоединенную к угловой области (406) основной наружной поверхности наружной теплообменной пластины (114), и причем первая область присоединения (408) угловой пластины и вторая область присоединения (409) угловой пластины не совмещены.
2. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.1, в котором теплообменные пластины (112) образуют первые каналы (126) текучей среды и вторые каналы (128) текучей среды, причем каждая наружная теплообменная пластина (114) и смежная теплообменная пластина (112'), расположенная наиболее близко к наружной теплообменной пластине (114), образует наружный канал (129) текучей среды, и причем первые каналы (126) текучей среды, вторые каналы (128) текучей среды и наружные каналы (129) текучих сред образуют пространственно отделенные, и термически соединенные проходы текучих сред.
3. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.1 или 2, в котором соединительные элементы (107) торцевых панелей содержат угловые стойки (108), соединяющие торцевые панели (106) в областях присоединения (118) угловых стоек, и причем уплотнительное средство (134) обеспечено между, по меньшей мере, одной угловой стойкой (108) и теплообменным узлом (104), причем уплотнительное средство (134) проходит между торцевыми панелями (106) и вдоль, по меньшей мере, одной угловой стойки (108), причем уплотнительное средство (134) установлено для предотвращения утечки текучих сред, протекающих внутри первых каналов (126) текучей среды, вторых каналов (128) текучей среды и наружных каналов (129) текучих сред при использовании.
4. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.1, в котором теплообменные пластины (112) выполнены из четырехугольных пластин, содержащих пару противоположных первых краев (204) пластины и пару противоположных вторых краев (206) пластины, и содержат первые части (208) поверхности, каждая из которых проходит вдоль одного первого края (204) пластины и отогнута к первой стороне теплообменной пластины, в результате чего получается первый частичный канал (216) текучей среды; и вторые части (210) поверхности, каждая из которых проходит вдоль одного второго края (206) пластины и отогнута ко второй стороне теплообменной пластины, в результате чего получается второй частичный канал (218) текучей среды.
5. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.1, в котором, по меньшей мере, одна наружная теплообменная пластина (114) обеспечена наружными частями (220) поверхности, отогнутыми к наружной стороне теплообменной пластины, обращенной от торцевой панели (106) и образующей наружный частичный канал (224) текучей среды.
6. Теплообменник пластинчатого типа (102) по п.5, в котором, по меньшей мере, одна наружная теплообменная пластина (114) механически присоединена к смежной торцевой панели (106) вдоль наружного края (222) пластины, который по существу компланарный с частью (122) основной наружной поверхности.
7. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.1, в котором, по меньшей мере, одна наружная теплообменная пластина (114) обеспечена наружными частями (220) поверхности, отогнутыми к наружной стороне теплообменной пластины, обращенной от торцевой панели (106) и образующей наружный частичный канал (224) текучей среды, причем смежная теплообменная пластина (112') содержит угловые части (302) поверхности, отогнутые внутрь относительно первого частичного канала (216) текучей среды, причем, по меньшей мере, одна наружная теплообменная пластина (114) обеспечена угловыми частями (306) наружной поверхности многоугольной формы, отогнутыми к наружному частичному каналу (224) текучей среды, и причем угловые части (306) наружной поверхности и угловые части (302) поверхности соединены с образованием наружного отверстия (305) четырехугольной формы для текучей среды.
8. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.6, в котором смежная теплообменная пластина (112') содержит угловые части (302) поверхности, отогнутые внутрь относительно первого частичного канала (216) текучей среды, причем, по меньшей мере, одна наружная теплообменная пластина (114) обеспечена угловыми частями (306) наружной поверхности многоугольной формы, отогнутыми к наружному частичному каналу (224) текучей среды, и причем угловые части (306) наружной поверхности и угловые части (302) поверхности соединены с образованием наружного отверстия (305) четырехугольной формы для текучей среды.
9. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.1, в котором угловая область (406) основной наружной поверхности отогнута к стороне наружной теплообменной пластины (114), обращенной от торцевой панели (106), с обеспечением защиты (410) со стороны наружной теплообменной пластины (114), обращенной к торцевой панели (106), причем защита (410) выполнена с возможностью размещения, по меньшей мере, части гибкой угловой пластины (402).
10. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.1, в котором обеспечен зазор (502) между гибкой угловой пластиной (402) и торцевой панелью (106), благодаря чему обеспечивается возможность перемещения части гибкой угловой пластины (402) в перпендикулярном направлении на расстояние d1 к торцевой панели (106).
11. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.1, в котором первая область присоединения (408) угловой пластины содержит область (412) периферической линии угловой пластины, механически присоединенную к торцевой панели (106).
12. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.1, в котором вторая область присоединения (409) угловой пластины содержит область (414) линии пересечения с угловой пластиной, механически присоединенную к угловой области (406) основной наружной поверхности.
13. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.11, в котором область (414) линии пересечения с угловой пластиной приварена к угловой краевой части (415) наружной основной поверхности угловой области (406) основной наружной поверхности.
14. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.11, в котором область (414) линии пересечения с угловой пластиной приварена к угловой краевой части (415) наружной основной поверхности угловой области (406) основной наружной поверхности, причем расстояние d-z между самой отдаленной точкой р в области (414) линии пересечения с угловой пластиной и точкой q в области (412) периферической линии угловой пластины доведено до максимума для всех точек q в области (412) периферической линии угловой пластины.
15. Теплообменник (102) пластинчатого типа по п.11, в котором расстояние d2 между самой отдаленной точкой р в области (414) линии пересечения с угловой пластиной и точкой q в области (412) периферической линии угловой пластины доведено до максимума для всех точек q в области (412) периферической линии угловой пластины.
| US 6892797 B2 (HONEYWELL INT INC) 17.05.2005 |
