ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩАЯ ПЛАСТИНА КОЖУХОПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА И КОЖУХОПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК С ТАКОЙ ПЛАСТИНОЙ Российский патент 2019 года по МПК F28D9/00 

Область техники

[0001] Различные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к теплопередающей пластине кожухопластинчатого теплообменника и к кожухопластинчатому теплообменнику.

Уровень техники

[0002] Типовой кожухопластинчатый теплообменник имеет корпус и множество теплопередающих пластин, уложенных одна на другую в полости этого корпуса. Конфигурация теплопередающих пластин выбрана такой, чтобы первые и вторые траектории потока, формирующиеся, соответственно, между соседними теплопередающими пластинами, поочередно располагались в направлении, перпендикулярном к этим пластинам. Корпус включает в себя: периферийную стенку; первый входной порт и первый выходной порт, выполненные в периферийной стенке; торцевую стенку; и второй входной порт и второй выходной порт, выполненные в торцевой стенке. Когда в корпус из первого входного порта поступает первая текучая среда, она стремится обтекать центральные участки теплопередающих пластин, на которых формируются траектории потока, и циркулировать от первого входного порта к первому выходному порту по периферийным участкам теплопередающих пластин, поскольку сопротивление потоку вдоль периферийных участков теплопередающих пластин меньше такового на центральных участках эти пластин, где формируются траектории потока, что приводит к неравномерному распределению первой текучей среды.

Раскрытие сущности изобретения

[0003] Предметом настоящего изобретения являются теплопередающая пластина кожухопластинчатого теплообменника и сам кожухопластинчатый теплообменник, выполненные таким образом, чтобы, по меньшей мере, частично устранить неравномерное распределение первой текучей среды.

[0004] В соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения, предложена теплопередающая пластина кожухопластинчатого теплообменника. Эта теплопередающая пластина имеет: тело пластины, имеющее первую и вторую стороны, противоположные по отношению друг к другу в направлении, перпендикулярном к телу пластины; и выступ, отходящий от тела пластины в направлении от первой стороны ко второй стороне, проходящий вдоль участка периферии тела пластины и имеющий первый конец и второй конец.

[0005] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, выступ содержит два выступа, каждый из которых проходит вдоль участка периферии тела пластины, а сама теплопередающая пластина дополнительно имеет: первый зазор, выполненный между первыми концами двух выступов, для формирования первого входа; и второй зазор, выполненный между вторыми концами двух выступов, для формирования первого выхода.

[0006] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, тело пластины имеет, по существу, круглую форму, а выступ проходит по изогнутой линии или дуге.

[0007] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, выступ отстоит от периферии тела пластины.

[0008] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, теплопередающая пластина дополнительно имеет: стопорный выступ, отходящий от тела пластины в направлении от первой стороны ко второй стороне и проходящий от выступа к периферии тела пластины.

[0009] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, каждое из расстояний - первого расстояния между первыми концами двух выступов и второго расстояния между вторыми концами двух выступов - меньше длины каждого из двух выступов или половину длины каждого из двух выступов.

[0010] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, тело пластины имеет, по существу, круглую форму, и центральный угол, соответствующий выступу, больше 90 или 120 градусов.

[0011] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, первое расстояние между первыми концами двух выступов больше второго расстояния между вторыми концами двух выступов.

[0012] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, теплопередающая пластина дополнительно имеет: первое отверстие, выполненное в теле пластины, для формирования второго входа; и второе отверстие, выполненное в теле пластины, для формирования второго выхода. Один из двух элементов - первого входа и первого выхода - и один из двух элементов - второго входа и второго выхода - помещены на одной из двух сторон, противоположных в направлении, параллельном телу пластины, тогда как другой из двух элементов - первого входа и первого выхода - и другой из двух элементов - второго входа и второго выхода - помещен на другой из двух сторон.

[0013] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, первый вход и второй вход помещены на одной из двух сторон, тогда как первый выход и второй выход помещены на другой из двух сторон.

[0014] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, каждый из двух выступов выполнен непрерывным.

[0015] В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения, предложен также кожухопластинчатый теплообменник. Этот кожухопластинчатый теплообменник содержит: корпус, ограничивающий собой полость; и множество рассмотренных выше теплопередающих пластин, которые уложены одна на другую в полости корпуса.

[0016] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, корпус имеет периферийную стенку, проходящую в окружном направлении вокруг множества теплопередающих пластин, а также первый входной порт и первый выходной порт, выполненные в периферийной стенке, при этом кожухопластинчатый теплообменник дополнительно содержит: стопорную деталь, находящуюся между внутренней поверхностью стенки периферийной стенки корпуса и телами пластин множества теплопередающих пластин и между первым входным портом и первым выходным портом в окружном направлении.

[0017] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, стопорная деталь упирается в выступ каждой из множества теплопередающих пластин.

[0018] В соответствии с вариантами осуществления изобретения, стопорная деталь выполнена из нержавеющей стали.

[0019] Эти и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения следуют из подробного описания вариантов его осуществления, проиллюстрированных на приложенных чертежах.

Краткое описание чертежей

[0020] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение кожухопластинчатого теплообменника в соответствии с одним из вариантов осуществления;

[0021] фиг. 2 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее теплопередающие пластины кожухопластинчатого теплообменника по фиг.1;

[0022] фиг. 3 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее внутреннюю конструкцию кожухопластинчатого теплообменника по фиг.1;

[0023] фиг. 4 представляет собой схематическое изображение теплопередающей пластины в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

[0024] фиг. 5 представляет собой схематическое изображение теплопередающей пластины в соответствии с другим вариантом осуществления.

Осуществление изобретения

[0025] Как видно из фиг. 1-3, кожухопластинчатый теплообменник 100 в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения содержит: корпус 50, ограничивающий собой полость 51; и множество теплопередающих пластин 10, которые уложены одна на другую в полости 51 корпуса 50. Корпус 50 может иметь цилиндрическую или любую другую подходящую форму.

[0026] Как показано на фиг. 1-3, корпус 50 имеет периферийную стенку 52, проходящую в окружном направлении вокруг множества теплопередающих пластин 10, а также первый входной порт 61 и первый выходной порт 62, выполненные в периферийной стенке 52. Кроме того, корпус 50 имеет торцевую стенку 53 типа крышки, а также второй входной порт 71 и второй выходной порт 72, выполненные в торцевой стенке 53. Конфигурация теплопередающих пластин 10 выбрана такой, чтобы первые траектории 81 потока и вторые траектории 82 потока, формирующиеся, соответственно, между соседними теплопередающими пластинами 10, поочередно располагались в направлении, перпендикулярном к теплопередающим пластинам 10, или в направлении по оси корпуса 50. Вокруг отверстий 21 и 22 теплопередающих пластин 10 предусмотрены уплотнительные детали 91, а вокруг периферий 115 теплопередающих пластин 10 предусмотрены уплотнительные детали 92, благодаря чему первая текучая среда 102 поступает на первые траектории 81 потока через первый входной порт 61 и вытекает из кожухопластинчатого теплообменника 100 через первый выходной порт 62, а вторая текучая среда 104 поступает на вторые траектории 82 потока через второй входной порт 71 и вытекает из кожухопластинчатого теплообменника 100 через второй выходной порт 72.

[0027] Как видно на фиг. 4 и 5, в соответствии с одним из вариантов осуществления, теплопередающая пластина 10 имеет: тело 11 пластины с первой и второй сторонами 111, 112, противоположными по отношению друг к другу в направлении, перпендикулярном к телу 11 пластины; и выступ 12, отходящий от тела 11 пластины в направлении от первой стороны 111 ко второй стороне 112, идущий вдоль участка 115S периферии 115 тела 11 пластины и имеющий первый конец 121 и второй конец 122. Выступ 12 может отстоять от периферии 115 тела 11 пластины.

[0028] Как показано на фиг. 4 и 5, выступ 12 состоит из двух выступов 12, каждый из которых проходит вдоль участка 115S периферии 115 тела 11 пластины, а теплопередающая пластина 10 дополнительно включает в себя: первый зазор 131, выполненный между первыми концами 121 двух выступов 12, для формирования первого входа 131Р для первой текучей среды 102; и второй зазор 132, выполненный между вторыми концами 122 двух выступов 12, для формирования первого выхода 132Р для первой текучей среды 102. Каждый из двух выступов 12 может быть выполнен непрерывным. При использовании выступов 12 согласно вариантам осуществления эти выступы 12 могут частично окружать центральный участок 101, формируя преграду вдоль этих периферийных участков теплопередающих пластин 10, когда они соединены друг с другом В результате предотвращается поступление большей части первой текучей среды 101 на участки между выступами 12 и периферией 115 тел 11 теплопередающих пластин 10, так что эта текучая среда принудительно направляется через центральный участок 101 от первого входа 131Р к первому выходу 132Р. В соответствии с одним из вариантов осуществления, имеет место обводной поток 102В по периферии 115 тел 11 теплопередающих пластин 10 или между одним или более выступов 12 и периферией 115 тел 11 теплопередающих пластин 10, однако этот обводной поток 102В будет способствовать повышению эффективности теплообмена кожухопластинчатого теплообменника 100.

[0029] Как видно на фиг. 4 и 5, в соответствии с одним из вариантов осуществления, тело 11 пластины имеет, по существу, круглую форму, а выступ 12 проходит по изогнутой линии или дуге. Однако тело 11 пластины может иметь также, по существу, форму эллипса, прямоугольника и пр., а выступ 12 может идти вдоль участка эллипса, по прямой линии и т.д.

[0030] Как показано на фиг. 4, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, теплопередающая пластина 10 может дополнительно включать в себя: стопорный выступ 15, отходящий от тела 11 пластины в направлении от первой стороны 111 ко второй стороне 112 и идущий от выступа 12 к периферии 115 тела 11 пластины. В соответствии с другими вариантами осуществления (см. фиг. 1-4), кожухопластинчатый теплообменник 100 может дополнительно содержать стопорную деталь 16, помещенную между внутренней поверхностью 56 стенки периферийной стенки 52 корпуса 50 и телами 11 теплопередающих пластин 10 и между первым входным портом 61 и первым выходным портом 62 в окружном направлении. Стопорная деталь 16 может упираться в выступ 12 каждой из множества теплопередающих пластин 10. Стопорная деталь 16 может быть выполнена из нержавеющей стали. По меньшей мере, часть стопорной детали 16 может иметь, например, гребнеобразную форму. Стопорная деталь 16 выполнена как элемент, отдельный от теплопередающей пластины 10. Стопорный выступ 15 и стопорная деталь 16 короче, чем выступ 12, в окружном направлении. Так, например, длины стопорного выступа 15 и стопорной детали 16 в окружном направлении меньше, чем 1/10, 15 и т.д. длина выступа 12 в окружном направлении.

[0031] В соответствии с одним из вариантов осуществления, теплопередающая пластина 10 имеет один выступ 12. Как показано на фиг. 1 и 3, кожухопластинчатый теплообменник 100 дополнительно содержит уплотнительный элемент 17, находящийся на той стороне теплопередающих пластин 10, где нет выступов 12.

[0032] Хотя на фиг. 5 показан лишь один стопорный выступ 15, находящийся на одной из сторон, и лишь одна стопорная деталь на другой стороне, можно разместить на обеих сторонах, соответственно, два стопорных выступа 15 и две стопорных детали 16. На обеих сторонах могут быть размещены, соответственно, один уплотнительный элемент 17 и один стопорный выступ 15, либо на обеих сторонах могут быть размещены, соответственно, один уплотнительный элемент 17 и одна стопорная деталь 16.

[0033] В соответствии с одним из вариантов осуществления, теплопередающая пластина 10 имеет один выступ 12. Как показано на фиг. 1 и 3, кожухопластинчатый теплообменник 100 дополнительно содержит уплотнительный элемент 17, находящийся на той стороне теплопередающих пластин 10, где нет выступов 12.

[0034] Как видно на фиг. 4 и 5, каждое из расстояний - первого расстояния между первыми концами 121 двух выступов 12 и второго расстояния между вторыми концами 122 двух выступов 12 - может быть меньше длины каждого из двух выступов 12 или длины каждого из двух выступов 12. Тело 11 пластины может иметь, по существу, например, круглую форму, а центральный угол, соответствующий выступу 12, больше 90 градусов, или 120 градусов, или еще какого-либо значения, благодаря чему длина выступа 12 оказывается достаточной для предотвращения обхода первой текучей средой 102 центрального участка 101 теплопередающей пластины 10. Первое расстояние между первыми концами 121 двух выступов 12 может быть больше второго расстояния между вторыми концами 122 двух выступов 12. Длина уплотнительного элемента 17 может быть, по существу, такой же, как у выступа 12. Так, например, центральный угол, соответствующий уплотнительному элементу 17, больше 90 градусов, или 120 градусов, или еще какого-либо значения, благодаря чему длина уплотнительного элемента 17 оказывается достаточной для предотвращения обхода первой текучей средой 102 центрального участка 101 теплопередающей пластины 10.

[0035] В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, стопорный выступ 15, стопорная деталь 16 и уплотнительный элемент 17 способны, по меньшей мере, частично ослабить обводной поток 102В по периферии 115 тел 11 теплопередающих пластин 10 или между одним или двумя выступами 12 и периферией 115 тел 11 теплопередающих пластин 10.

[0036] Как видно на фиг. 4 и 5, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, теплопередающая пластина 10 дополнительно имеет: первое отверстие 21, выполненное в теле 11 пластины, для формирования второго входа 21Р для второй текучей среды 103; и второе отверстие 22, выполненное в теле 11 пластины, для формирования второго выхода для второй текучей среды 103. Один из двух элементов - первого входа 131Р и первого выхода 132Р - и один из двух элементов - второго входа 21Р и второго выхода 22Р - помещены на одной из двух сторон 113, 114, противоположных в направлении, параллельном телу 11 пластины, тогда как другой из двух элементов - первого входа 131Р и первого выхода 132Р - и другой из двух элементов - второго входа 21Р и второго выхода 22Р - помещен на другой из двух сторон 113, 114. Так, например, первый вход 131Р и второй вход 21Р помещены на одной (например, верхней) из двух сторон 113, 114, тогда как первый выход 132Р и второй выход 22Р помещены на другой (например, нижней) из двух сторон 113, 114.

[0037] При использовании теплопередающей пластины 10 и кожухопластинчатого теплообменника 100 согласно вариантам осуществления настоящего изобретения достигается, по меньшей мере, частичное устранение неравномерного распределения первой текучей среды 102.

[0038] Выше описаны основные принципы настоящего изобретения, но специалистам в данной области должно быть понятно, что это описание было приведено лишь в качестве примера и не ограничивает собой объема правовой охраны изобретения.

В рамках этого объема могут быть предусмотрены, в дополнение к типовым вариантам осуществления, описанным выше и проиллюстрированным на чертежах, и иные варианты. Однако следует понимать, что любые модификации и замены, которые могут быть предприняты специалистом, не должны выходить за рамки правовой охраны настоящего изобретения. Сказанное означает, в том числе, что такие узлы, как тепло передающие пластины 10, уплотнительные элементы 17 и пр., могут быть изготовлены из любых подходящих для этой цели материалов, таких как нержавеющая сталь, титан и т.д.

Теплопередающая пластина (10) кожухопластинчатого теплообменника (100), причем теплопередающая пластина (10) имеет тело (11) пластины, имеющее первую и вторую стороны (111, 112), противоположные по отношению друг к другу в направлении, перпендикулярном к телу (11) пластины; и выступ (12), отходящий от тела (11) пластины в направлении от первой стороны (111) ко второй стороне (112), проходящий вдоль участка (115S) периферии (115) тела (11) пластины и имеющий первый конец (121) и второй конец (122). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Теплопередающая пластина (10) кожухопластинчатого теплообменника (100), содержащая:

тело (11) пластины, имеющее первую и вторую стороны (111, 112), противоположные по отношению друг к другу в направлении, перпендикулярном к телу (11) пластины; и

выступ (12), отходящий от тела (11) пластины в направлении от первой стороны (111) ко второй стороне (112), проходящий вдоль участка (115S) периферии (115) тела (11) пластины и имеющий первый конец (121) и второй конец (122).

2. Теплопередающая пластина (10) по п. 1, в которой:

выступ (12) содержит два выступа (12), каждый из которых проходит вдоль участка (115S) периферии (115) тела (11) пластины, при этом

теплопередающая пластина (10) дополнительно имеет:

первый зазор (131), выполненный между первыми концами (121) двух выступов (12), для формирования первого входа (131Р); и

второй зазор (132), выполненный между вторыми концами (122) двух выступов (12), для формирования первого выхода (132Р).

3. Теплопередающая пластина (10) по п. 1, в которой:

тело (11) пластины имеет, по существу, круглую форму, а выступ (12) проходит по изогнутой линии или дуге.

4. Теплопередающая пластина (10) по п. 1, в которой:

выступ (12) отстоит от периферии (115) тела (11) пластины.

5. Теплопередающая пластина (10) по п. 4, дополнительно имеющая:

стопорный выступ (15), отходящий от тела (11) пластины в направлении от первой стороны (111) ко второй стороне (112) и проходящий от выступа (12) к периферии (115) тела (11) пластины.

6. Теплопередающая пластина (10) по п. 2, в которой:

каждое из расстояний - первого расстояния между первыми концами (121) двух выступов (12) и второго расстояния между вторыми концами (122) двух выступов (12) - меньше длины каждого из двух выступов (12) или половины длины каждого из двух выступов (12).

7. Теплопередающая пластина (10) по п. 1, в которой:

тело (11) пластины имеет, по существу, круглую форму, и

центральный угол, соответствующий выступу (12), больше 90 или 120 градусов.

8. Теплопередающая пластина (10) по п. 2, в которой:

первое расстояние между первыми концами (121) двух выступов (12) больше второго расстояния между вторыми концами (122) двух выступов (12).

9. Теплопередающая пластина (10) по п. 2, дополнительно имеющая:

первое отверстие (21), выполненное в теле (11) пластины, для формирования второго входа (21Р); и

второе отверстие (22), выполненное в теле (11) пластины, для формирования второго выхода (22Р), при этом:

один из двух элементов - первого входа (131Р) и первого выхода (132Р) - и один из двух элементов - второго входа (21Р) и второго выхода (22Р) - расположены на одной из двух сторон (113, 114), противоположных в направлении, параллельном телу (11) пластины, тогда как другой из двух элементов - первого входа (131Р) и первого выхода (132Р) - и другой из двух элементов - второго входа (21Р) и второго выхода (22Р) - расположены на другой из двух сторон (113, 114).

10. Теплопередающая пластина (10) по п. 9, в которой:

первый вход (131Р) и второй вход (21Р) расположены на одной из двух сторон (113, 114), тогда как первый выход (132Р) и второй выход (22Р) расположены на другой из двух сторон (113, 114).

11. Теплопередающая пластина (10) по п. 2, в которой:

каждый из двух выступов (12) выполнен непрерывным.

12. Кожухопластинчатый теплообменник (100), содержащий:

корпус (50), ограничивающий собой полость (51); и

множество теплопередающих пластин (10) по п. 1, которые уложены одна на другую в полости (51) корпуса (50).

13. Кожухопластинчатый теплообменник (100) по п. 12, в котором:

корпус (50) имеет периферийную стенку (52), проходящую в окружном направлении вокруг множества теплопередающих пластин (10), а также первый входной порт (61) и первый выходной порт (62), выполненные в периферийной стенке (52), при этом

кожухопластинчатый теплообменник (100) дополнительно содержит:

стопорную деталь (16), расположенную между внутренней поверхностью (56) стенки периферийной стенки (52) корпуса (50) и телами (11) пластин множества теплопередающих пластин (10) и между первым входным портом (61) и первым выходным портом (62) в окружном направлении.

14. Кожухопластинчатый теплообменник (100) по п. 13, в котором:

стопорная деталь (16) упирается в выступ (12) каждой из множества теплопередающих пластин (10).

15. Кожухопластинчатый теплообменник (100) по п. 13, в котором:

стопорная деталь (16) выполнена из нержавеющей стали.