ПЛАСТИНА ТЕПЛООБМЕННИКА С УСИЛЕННОЙ ДИАГОНАЛЬНОЙ ОБЛАСТЬЮ Российский патент 2020 года по МПК F28F3/10 

Уровень техники

Типовая конструкция пластинчатого теплообменника содержит множество теплопроводящих пластин, установленных в стопку друг над другом. Теплопроводящие пластины сформированы с такой структурой, что между каждым комплектом соседних теплопроводящих пластин сформированы проточные каналы. В теплопроводящих пластинах сформированы отверстия, для формирования впуска и выпуска для жидкостей к этим проточным каналам. В прокладочных канавках, сформированных в теплопроводящих пластинах, размещены прокладки между теплопроводящими пластинами. Прокладка расположена на краевом участке теплопроводящей пластины для изоляции проточных каналов и в области вокруг отверстий для изоляции пар отверстий, так что только два из них имеют доступ по потоку к проточному каналу, сформированному на одной стороне теплопроводящей пластины, а два другие от него изолированы.

Особенно в областях отверстий давления велики, но прокладка расположена только на одной стороне теплопроводящей пластины, а другая сторона не имеет опоры, в результате чего образуется ослабленный сегмент, при этом эти ослабленные сегменты в областях высоких давлений могут быть деформированы. Кроме того, прокладка может быть вытолкнута из своего положения под воздействием давления в этих областях.

Раскрытие сущности изобретения

Согласно настоящему изобретению предложена теплопроводящая пластина для пластинчатого теплообменника и пластинчатый теплообменник, где по меньшей мере частично уменьшена деформация теплопроводящей пластины в прокладочной канавке в процессе эксплуатации.

Согласно настоящему изобретению дополнительно предложена теплопроводящая пластина для пластинчатого теплообменника и пластинчатый теплообменник, где по меньшей мере частично уменьшено смещение прокладки, размещенной в этих областях.

Настоящее изобретение относится к теплопроводящей пластине для пластинчатого теплообменника, содержащей:

корпус пластины, образующий узорчатый сегмент и имеющий первую сторону и вторую сторону, противоположную первой стороне;

прокладочную канавку, выдавленную в корпусе пластины в направлении от первой стороны ко второй стороне и имеющую нижнюю стенку, причем нижняя стенка имеет корпус нижней стенки;

при этом прокладочная канавка включает в себя по меньшей мере первый сегмент с первым углублением, сформированным на корпусе нижней стенки и выдавленным из корпуса нижней стенки в направлении от первой стороны ко второй стороне, и второй сегмент со вторым углублением, сформированным на корпусе нижней стенки и выдавленным из корпуса нижней стенки в направлении от второй стороны к первой стороне, причем упомянутый второй сегмент выполнен с возможностью вмещения прокладки.

В одном из вариантов осуществления упомянутая пластина содержит пары отверстий, при этом упомянутый первый сегмент расположен так, чтобы отделять упомянутую первую пару от упомянутого узорчатого сегмента, а упомянутый второй сегмент расположен так, чтобы отделять упомянутую вторую пару от упомянутого узорчатого сегмента, причем, если в упомянутом втором сегменте размещена прокладка, то упомянутая вторая пара изолирована от упомянутого первого узорчатого сегмента, а если в упомянутом первом сегменте не размещена прокладка, упомянутая первая пара образует соответственно впуск и выпуск к первой стороне.

В одном из вариантов осуществления прокладочная канавка дополнительно включает в себя третий сегмент с плоским корпусом нижней стенки, соединяющим первый сегмент, соответственно, впуска с выпуском упомянутой первой пары отверстий и второй сегмент, соответственно, впуска с выпуском упомянутой второй пары отверстий.

В одном из вариантов осуществления теплопроводящая пластина снабжена структурами в корпусе пластины, образующими проточные каналы при соединении с верхней соседней теплопроводящей пластиной, и отверстиями, образующими впуски и выпуски к проточным каналам, при этом прокладка расположена на первой стороне упомянутого второго сегмента, соприкасается со второй стороной первого сегмента соседней пластины, в результате чего упомянутая прокладка образует уплотнение между проточными каналами первой стороны упомянутой теплопроводящей пластины и второй парой отверстий.

В одном из вариантов осуществления упомянутая теплопроводящая пластина соединена с нижней соседней теплопроводящей пластиной, при этом первая сторона упомянутого первого сегмента пуста, что означает, что в упомянутом первом сегменте нет прокладки, но при этом ее нижняя поверхность, поверхность второй стороны, соприкасается с прокладкой, расположенной во втором сегменте упомянутой нижней соседней теплопроводящей пластины.

В одном из вариантов осуществления прокладка отформована на верхней и/или нижней поверхности с верхним и/или нижним углублением для вмещения второго углубления теплопроводящей пластины и/или первого углубления соседней верхней теплопроводящей пластины. Это приводит к тому, что углубления «зацепляются» в прокладке, удерживая ее на месте.

В одном из вариантов осуществления прокладка не отформована на верхней и нижней поверхностях в соответствии с формами второго углубления и первого углубления верхней соседней теплопроводящей пластины, но деформируется соответственно первым и вторым углублениями при сжатии между двумя теплопроводящими пластинами. Это приводит к тому, что первое и второе углубление вжимаются в материал прокладки, который, например, за счет трения и эластичности прокладки помогает удерживать прокладку на месте. Кроме того, если возникнет необходимость в некоторой небольшой деформации теплопроводящей пластины в упомянутой области, эластичность материала прокладки обеспечила бы соприкосновение, если деформация пластин меньше, чем деформация прокладки.

В одном из вариантов осуществления первое углубление и второе углубление имеют различную форму.

В одном из вариантов осуществления первое углубление и второе углубление имеют различные ширины.

В одном из вариантов осуществления первый сегмент имеет первую ширину, а второй сегмент имеет вторую ширину, отличную от упомянутой первой ширины.

В одном из вариантов осуществления первая ширина меньше, чем вторая ширина, так что, если верхняя теплопроводящая пластина установлена в стопку сверху на упомянутую теплопроводящую пластину, внешние участки верхней теплопроводящей пластины располагаются на части корпуса пластины на стороне второго сегмента упомянутой теплопроводящей пластины. Это обеспечивает усиление области, где прокладка расположена только в каждой второй теплопроводящей пластине.

Настоящее изобретение в одном из вариантов осуществления дополнительно относится к теплопроводящей пластине для пластинчатого теплообменника, содержащей:

корпус пластины, образующий узорчатый сегмент и имеющий первую сторону и вторую сторону, противоположную первой стороне;

прокладочную канавку, выполненную на корпусе пластины, выдавленную из корпуса пластины в направлении от первой стороны ко второй стороне и имеющую нижнюю стенку, причем нижняя стенка имеет корпус нижней стенки;

при этом прокладочная канавка включает в себя по меньшей мере первый сегмент с первой шириной и второй сегмент со второй шириной, причем первая ширина меньше, чем вторая ширина, так что, если верхняя теплопроводящая пластина установлена сверху упомянутой теплопроводящей пластины, внешние участки верхней теплопроводящей пластины расположены на части корпуса пластины на стороне второго сегмента упомянутой теплопроводящей пластины.

Краткое описание чертежей

Фиг.1. Стопка теплообменника в соответствии с предшествующим уровнем техники.

Фиг.2. Деформация стопки теплообменника в соответствии с предшествующим уровнем техники.

Фиг.3 Диагональная область теплопроводящей пластины с выдавленными первым и вторым сегментами прокладочной канавки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Рис.4A, B Поперечные сечения двух различных конструкций прокладки, для использования в теплопроводящих пластинах согласно настоящему изобретению.

Рис.5A, B Иллюстрации двух различных вариантов осуществления упомянутых, соответственно, первого и второго сегментов упомянутых прокладочных канавок, установленных в стопку друг над другом.

Осуществление изобретения

Следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, хотя и указывают варианты осуществления настоящего изобретения, приведены только в качестве иллюстрации, поскольку различные изменения и модификации в пределах сущности и объема изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники из подробного описания.

На фиг.1 показана типовая конструкция пластинчатого теплообменника 1'. Пластинчатый теплообменник 1' содержит множество теплопроводящих пластин 10', установленных в стопку друг над другом. Теплопроводящие пластины 10′ сформированы со узорчатым сегментом 11, так что между каждым набором соседних теплопроводящих пластин 10’ сформированы проточные каналы. В теплопроводящих пластинах 10' сформированы отверстия 41 и 42 для формирования впусков и выпусков для жидкостей к этим проточным каналам. Прокладки 60 расположены между теплопроводящими пластинами 10' в прокладочных канавках 20', сформированных в теплопроводящих пластинах. Прокладка 60 размещена на краевом участке теплопроводящей пластины для изоляции проточных каналов и в области вокруг отверстий для изоляции пар отверстий 41, 42, так что только два 41 из них имеют доступ к проточному каналу, сформированному на одной стороне теплопроводящей пластины, а два другие 42 изолированы от него. Стрелки с пунктирными линиями иллюстрируют поток жидкости вдоль первой стороны 111 узорчатого сегмента 11 от впуска к выпуску 31.

Особенно в областях отверстий давления высоки, но прокладка 60 расположена только на одной стороне теплопроводящей пластины 10', а другая сторона не поддерживается, образуя, таким образом, ослабленный сегмент.

Как показано на фиг.2, эти ослабленные сегменты в областях высоких давления могут быть деформированы.

В варианте осуществления, показанном на фиг.3, 4A и 4B, теплопроводящая пластина 10 содержит корпус 11 пластины, имеющий первую сторону 111 и вторую сторону 112, противоположную первой стороне 111. Теплопроводящая пластина 10 дополнительно содержит прокладочную канавку 20, сформированную на корпусе 11 пластины, которая выдавлена в корпусе 11 пластины в направлении от первой стороны 111 ко второй стороне 112 и имеет нижнюю стенку 120 с корпусом 121 нижней стенки.

Прокладочная канавка 20 включает в себя по меньшей мере первый сегмент 21 с первым углублением 31, сформированным на корпусе 121 нижней стенки и выдавленным из корпуса 121 нижней стенки в направлении от первой стороны 111 ко второй стороне 112, и второй сегмент 22 со вторым углублением 32, сформированным на корпусе 121 нижней стенки и выдавленным из корпуса 121 нижней стенки в направлении от второй стороны 111 к первой стороне 112. Соответственно, первый сегмент 21 и второй сегмент 22 расположены так, что упомянутый первый сегмент 31 отделяет первую пару 41 отверстий, а второй сегмент 22 отделяет вторую пару 42 отверстий от теплообменных сегментов проточных каналов, сформированных объединяемыми узорчатыми сегментами 12 соединяемых соседних пластин.

В одном из вариантов осуществления первый сегмент 21 снабжен первым углублением 31, сформированным на корпусе 121 нижней стенки, выдавленном из корпуса 121 нижней стенки в направлении от первой стороны 111 ко второй стороне 112. Второй сегмент 22 снабжен вторым углублением 32, сформированным на корпусе 121 нижней стенки и выдавленным из корпуса 121 нижней стенки в направлении от второй стороны 111 к первой стороне 112. Таким образом, первое углубление 31 и второе углубление 32 выступают в противоположных направлениях по отношению к корпусу 11 пластины и друг к другу. При взгляде с одной стороны корпуса 11 пластины первое углубление 31 и второе углубление 32, разумеется, будут углублениями, тогда как с другой стороны они будут выглядеть как выступы.

Первое и второе углубления 31, 32 сами по себе обеспечивают некоторую жесткость материала теплопроводящей пластины 10 в областях отверстий (часто называемых диагональными областями), который способен лучше выдерживать давления в этих областях, делая их менее подверженными изгибу или деформации, а также помогает удерживать прокладку на месте, что будет также обсуждаться позже.

В одном из вариантов осуществления прокладочная канавка 20 дополнительно включает в себя третий сегмент 23, сформированный на краевом участке на периферии теплопроводящей пластины 10, возможно, также имеющей сегменты, частично или полностью окружающие отверстия 41, 42.

Если теплообменник 1 сформирован установленными в стопку пластинами 10 теплообменника в соответствии с любым вариантом осуществления, прокладка 60 расположена в прокладочной канавке 20, за исключением первого сегмента 21.

Третий сегмент 23 формирует уплотнение для внешней стороны теплообменника 1 и расположен таким образом, чтобы комбинироваться с третьими сегментами 23 верхней и нижней соединенных теплопроводящих пластин 10, так что прокладка 60 оказывается сжата между нижней стенкой первой стороны 111 третьего сегмента 23 и второй стороной 112 третьего сегмента 23 верхней соседней теплопроводящей пластины 10.

В первом сегменте 21 отсутствует прокладка 60, так что имеется доступ из первой пары 41 отверстий к узорчатому сегменту 12, и эта пара будет формировать впуск и выпуск к проточному каналу, сформированному на первой стороне 111 теплопроводящей пластины 10.

Второй сегмент 22 содержит прокладку 60, герметично изолирующую жидкость от второй пары 42 к первой стороне 111 проточного канала.

Как также указано в отношении фиг.1, при укладке теплопроводящих пластин 10 для формирования теплообменника 1 первый сегмент 21 будет выровнен со вторым сегментом 22 как верхней, так и нижней соседних теплопроводящих пластин 10, и, соответственно, второй сегмент 22 будет выровнен с первым сегментом 21 как верхней, так и нижней соседних теплопроводящих пластин 10. Следовательно, в этих областях, диагональных областях, каждая вторая пластина 10 теплообменника не поддерживается прокладкой 60.

Третий сегмент 23 может иметь любую форму корпуса 121 нижней стенки, например, плоскую, и может дополнительно соединять первый сегмент 21, соответственно, впуска с выпуском упомянутой первой пары 41 отверстий и второй сегмент 22, соответственно, впуска с выпуском упомянутой второй пары 42 отверстий.

Каждый из первого 21, второго 22 и третьего сегментов 23 может быть только одним сегментом или каждый из них может быть множеством сегментов прокладочной канавки 20. Они могут быть извилистыми или разветвленными сегментами, открытыми или закрытыми сегментами.

В одном из вариантов осуществления прокладка 60 отформована с верхним углублением 61 и/или нижним углублением 62 на верхней и нижней поверхности, как показано на фиг.4А, для вмещения второго углубления 32 теплопроводящей пластины 10 и/или первого углубления 31 верхней соседней теплопроводящей пластины 10.

В варианте осуществления, показанном на фиг.4В, прокладка 60 не отформована в соответствии с первым 31 и вторым 32 углублениями, а может иметь верхнюю и нижнюю поверхности любой формы, например, как показано, плоской. В этом варианте осуществления прокладка 60 деформируется первым 31 и вторым 32 углублениями, соответственно, при сжатии между двумя теплопроводящими пластинами 10. Это следует понимать так, что вся прокладка 60 может быть слегка сжата, обеспечивая первичную общую деформацию прокладки 60, а первое 31 и/или второе 32 углубления вдавливаются в материал прокладки 60 при вторичной деформации.

В одном из вариантов осуществления, объединяющем признаки с фиг.4A и 4B, прокладка 60 содержит верхнее 61 или нижнее углубление 62 в прокладке, а другая из верхней или нижней поверхностей прокладки 60 не отформована в соответствии с первым 31 или вторым углублением 32, как показано на фиг. 4В.

В любом из вариантов осуществления первое 31 и второе углубление 32, таким образом, помогает удерживать прокладку 60 на месте.

В одном из вариантов осуществления первое углубление 31 и второе углубление 32 имеют различную форму, что может означать, что они имеют различную ширину или просто форма углублений 31, 32 различается, например, одно имеет плоские вершины, как у прямоугольника, другое имеет треугольную форму с острыми концами и т.д.

На фиг.5А показаны выровненные, соответственно, первый 21 и второй 22 сегменты, где четыре теплопроводящие пластины 10 установлены друг над другом и где прокладка расположена внутри каждой второй пластины.

На фиг.5В показан вариант осуществления, в котором первый сегмент 21 имеет первую ширину, а второй сегмент 22 имеет вторую ширину, отличную от упомянутой первой ширины. В одном из вариантов осуществления, как показано, первая ширина меньше, чем вторая ширина, так что, когда верхняя теплопроводящая пластина 10 установлена в стопку сверху на упомянутую теплопроводящую пластину 10, внешние участки верхней теплопроводящей пластины 10 располагаются на части корпуса 11 пластины на стороне второго углубления 22 упомянутой теплопроводящей пластины 10.

Следует понимать, что для любого из вариантов осуществления, первый 21 и второй 22 сегменты обычно не будут иметь «сплошных» стенок, хотя из иллюстраций это может выглядеть именно так, но будет иметь ряд открытых сегментов в стенках, образующих проход для жидкости между впуском и выпуском 41, 42 и узорчатыми сегментами 12. Применительно, соответственно, к первой ширине и второй ширине это, таким образом, подразумевает общую ширину сегментов 21, 22, такой, например, когда она содержит стенки, противоположные одна другой. Следует также понимать, что в любом из вариантов осуществления первая и вторая ширины могут изменяться вдоль продольных протяженностей первого и второго сегментов 21, 22 так же, как могут изменяться ширины первого и второго углублений 31, 32.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплопроводящей пластине для пластинчатого теплообменника, причем теплопроводящая пластина содержит: корпус пластины, образующий узорчатый сегмент и имеющий первую сторону и вторую сторону, противоположную первой стороне; прокладочную канавку, выдавленную в корпусе пластины в направлении от первой стороны ко второй стороне и имеющую нижнюю стенку, причем нижняя стенка имеет корпус нижней стенки; при этом прокладочная канавка включает в себя по меньшей мере первый сегмент с первым углублением, сформированным на корпусе нижней стенки и выдавленным из корпуса нижней стенки в направлении от первой стороны ко второй стороне, и второй сегмент со вторым углублением, сформированным на корпусе нижней стенки и выдавленным из корпуса нижней стенки в направлении от второй стороны к первой стороне, причем упомянутый второй сегмент выполнен с возможностью вмещения прокладки. Настоящее изобретение также относится к теплообменнику, сформированному из таких теплопроводящих пластин. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Теплопроводящая пластина (10) для пластинчатого теплообменника (1), содержащая:

корпус (11) пластины, образующий узорчатый сегмент (12) и имеющий первую сторону (111) и вторую сторону (112), противоположную первой стороне (111);

прокладочную канавку (20), сформированную выдавленной из корпуса (11) пластины в направлении от первой стороны (111) ко второй стороне (112) и имеющую нижнюю стенку (120), причем нижняя стенка (120) имеет корпус (121) нижней стенки;

при этом прокладочная канавка (20) включает в себя по меньшей мере первый сегмент (21) с первым углублением (31), сформированным на корпусе (121) нижней стенки и выдавленным из корпуса (121) нижней стенки в направлении от первой стороны (111) ко второй стороне (112), и второй сегмент (22) со вторым углублением (32), сформированным на корпусе (121) нижней стенки и выдавленным из корпуса (121) нижней стенки в направлении от второй стороны (112) к первой стороне (111), при этом упомянутый второй сегмент (22) выполнен с возможностью вмещения прокладки (60).

2. Теплопроводящая пластина (10) по п. 1, причем упомянутая пластина содержит пары отверстий (41, 42), причем упомянутый первый сегмент (21) расположен так, чтобы отделять упомянутую первую пару (41) от упомянутого узорчатого сегмента (12), а упомянутый второй сегмент (22) расположен так, чтобы отделять упомянутую вторую пару (42) от упомянутого узорчатого сегмента (12), при этом, если в упомянутом втором сегменте (22) размещена прокладка, упомянутая вторая пара (42) изолирована от упомянутого узорчатого сегмента (12) первой стороны (111), а если в упомянутом первом сегменте (21) не размещена прокладка, упомянутая первая пара (41) образует, соответственно, впуск и выпуск к первой стороне (111).

3. Теплопроводящая пластина (10) по п. 1 или 2, в которой прокладочная канавка (20) дополнительно включает в себя третий сегмент (23) с плоским корпусом (121) нижней стенки, соединяющим первый сегмент (21), соответственно, впуска с выпуском упомянутой первой пары отверстий (41) и второй сегмент (22), соответственно, впуска с выпуском упомянутой второй пары отверстий (42).

4. Теплопроводящая пластина (10) по пп. 1, 2 или 3, причем теплопроводящая пластина (10) снабжена структурами в корпусе (11) пластины, формирующими проточные каналы при соединении с верхней соседней теплопроводящей пластиной (10), и отверстиями (41, 42), образующими впуски и выпуски для проточных каналов, причем прокладка (60) расположена на первой стороне (111) упомянутого второго сегмента (22) и в соприкосновении со второй стороной (112) первого сегмента (21) соседней пластины (10).

5. Теплопроводящая пластина (10) по п. 4, в которой, если упомянутая теплопроводящая пластина (10) соединена с нижней соседней теплопроводящей пластиной (10), упомянутая первая сторона (111) упомянутого первого сегмента (21) является пустой, но соприкасается с прокладкой (60), расположенной во втором сегменте (22) упомянутой нижней соседней теплопроводящей пластины (10).

6. Теплопроводящая пластина (10) по п. 4 или 5, причем упомянутая прокладка (60) отформована на верхней и/или нижней поверхности с верхним углублением (61) и/или нижним углублением (62) для вмещения второго углубления (32) теплопроводящей пластины (10) и/или первого углубления (31) верхней соседней теплопроводящей пластины (10).

7. Теплопроводящая пластина (10) по п. 4 или 5, причем прокладка (60) не отформована на верхней и нижней поверхности в соответствии с формой второго углубления (32) и первого углубления (31) верхней соседней теплопроводящей пластины (10), но деформирована первым (31) и вторым (32) углублениями, соответственно, когда сжата между двумя теплопроводящими пластинами (10).

8. Теплопроводящая пластина (10) по любому из пп. 1-7, в которой первое углубление (31) и второе углубление (32) имеют различную форму.

9. Теплопроводящая пластина (10) по любому из пп. 1-8, в которой первое углубление (31) и второе углубление (32) имеют различные ширины.

10. Теплопроводящая пластина (10) по любому из пп. 1-9, в которой первый сегмент (21) имеет первую ширину, а второй сегмент (22) имеет вторую ширину, отличную от упомянутой первой ширины.

11. Теплопроводящая пластина (10) по п. 10, в которой первая ширина меньше, чем вторая ширина, так что, если верхняя теплопроводящая пластина (10) установлена в стопку сверху на упомянутую теплопроводящую пластину (10), внешние участки верхней теплопроводящей пластины (10) расположены на части корпуса (11) пластины на стороне второго сегмента (22) упомянутой теплопроводящей пластины (10).

12. Теплопроводящая пластина (10) для пластинчатого теплообменника (1), причем теплопроводящая пластина (10) содержит:

корпус (11) пластины, образующий узорчатый сегмент (12) и имеющий первую сторону (111) и вторую сторону (112), противоположную первой стороне (111);

прокладочную канавку (20), выдавленную из корпуса (11) пластины в направлении от первой стороны (111) ко второй стороне (112) и имеющую нижнюю стенку (120), причем нижняя стенка (120) имеет корпус нижней стенки (121);

при этом прокладочная канавка (20) включает в себя по меньшей мере первый сегмент (21) с первой шириной и второй сегмент (22) со второй шириной, причем первая ширина меньше, чем вторая ширина, так что, если верхняя теплопроводящая пластина (10) установлена в стопку сверху на упомянутую теплопроводящую пластину (10), наружные участки верхней теплопроводящей пластины (10) расположены на части корпуса (11) пластины на стороне второго сегмента (22) упомянутой теплопроводящей пластины (10).