Пластинчатый теплообменник Российский патент 2020 года по МПК F28F3/10 

Настоящее изобретение относится к пластинчатому теплообменнику, содержащему множество теплообменных пластин, собранных стопкой друг на друге, причем между соседними пластинами расположены прокладки, причем каждая прокладка расположена в прокладочной канавке, образованной в теплообменной пластине, а донная часть прокладочной канавки определяет уровень основания, причем прокладочная канавка содержит усиливающую структуру, имеющую первую выемку на уровне первой выемки, проходящую в продольном направлении прокладочной канавки.

Такой пластинчатый теплообменник известен, например, из EP 0 604 499 B1.

Пластинчатый теплообменник такого типа содержит множество теплообменных пластин, собранных стопкой друг на друге. Теплообменные пластины выполнены с такими структурами, что между каждым набором соседних теплообменных пластин образованы проточные каналы. В теплообменных пластинах выполнены отверстия для образования входов и выходов для текучих сред в эти проточные каналы. Как правило, пара отверстий предусмотрена для первичной стороны теплообменника, а другая пара отверстий предусмотрена для вторичной стороны теплообменника. Прокладки расположены между теплообменными пластинами. Часть прокладки используется для герметизации пространства между двумя теплообменными пластинами относительно наружного пространства. Другая часть (или другая прокладка) используется для герметизации области отверстий первичной стороны относительно вторичной стороны. Таким образом, прокладки расположены в краевой части теплообменных пластин, чтобы герметизировать проточные каналы относительно наружного пространства, и в области вокруг отверстий, чтобы герметизировать пары отверстий, так чтобы только два из них были соединены по текучей среде с проточным каналом, образованным с одной стороны теплообменной пластины, тогда как другие два отверстия были изолированы относительно него.

Давление особенно велико в областях отверстий, но прокладка расположена только с одной стороны теплообменной пластины, тогда как другая сторона не поддерживается, чтобы обеспечить поток текучей среды из соответствующего отверстия в соответствующий проточный канал. Таким образом, эта часть образует ослабленный участок, и эти ослабленные участки в областях высокого давления могут быть деформированы. Кроме того, прокладка может быть вытолкнута из занимаемого ею положения давлением в этих областях, что приводит к риску протечки наружу и к риску протечки между первичной стороной и вторичной стороной.

Проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании пластинчатого теплообменника, приспособленного для высоких давлений без увеличения риска протечек.

Эта проблема решается с помощью описанного в настоящем описании пластинчатого теплообменника, благодаря тому, что усиливающая структура содержит вторую выемку на уровне второй выемки, проходящую в продольном направлении прокладочной канавки.

Вторая выемка может использоваться для приспособления усиления канавки за счет выемок к специальным требованиям в определенных частях теплообменной пластины.

В одном из вариантов осуществления изобретения уровень основания определен дном прокладочной канавки в краевой части, проходящей вдоль кромки теплообменной пластины. Выемки в краевой части канавки не являются абсолютно необходимыми, хотя они могут быть предусмотрены как раз в краевой части канавки. Краевая часть канавки определяет уровень, от которого проходят выемки.

В одном из вариантов осуществления изобретения вторая выемка проходит от первой выемки в направлении, противоположном первой выемке. Таким образом, первая выемка может содержать на первом уровне по меньшей мере две параллельные углубленные части. Другими словами, первая выемка образует две "рельсы" в донной части канавки. Соответственно, имеются две дополнительные секции теплообменных пластин, проходящие под углом, предпочтительно перпендикулярно плоскости теплообменной пластины.

В одном из вариантов осуществления изобретения первая часть прокладочной канавки окружает отверстие теплообменной пластины, причем первая часть на первом уровне содержит две параллельные углубленные части. Область вокруг отверстия представляет собой область, подвергающуюся воздействию наиболее высокого давления. Выемка, имеющая на первом уровне две параллельные углубленные части, то есть, вторую выемку в противоположном направлении, дает отличное усиление канавки.

В одном из вариантов осуществления изобретения прокладочная канавка содержит вторую часть, проходящую по диагонали к краевой части теплообменной пластины и соединенную с первой частью. Вторую часть также может быть названа "диагональной частью". Диагональная часть используется попеременно, то есть, каждый второй промежуток, примыкающий к теплообменным пластинам, заполнен прокладкой, тогда как диагональная часть в других промежутках прокладкой не заполнена, так что может быть образовано соединение по текучей среде между отверстием и каналами для текучей среды.

В одном из вариантов осуществления изобретения вторая часть проходит в краевую часть. Прокладка может продолжаться от второй части в краевую часть.

В одном из вариантов осуществления изобретения вторая выемка проходит от первой выемки вниз. Это означает, что выполнена канавка, имеющая дно, которое по меньшей мере дважды собрано стопкой. Это увеличивает прочность канавки.

В одном из вариантов осуществления изобретения первая выемка имеет первую высоту, а вторая выемка имеет вторую высоту, причем первая высота отличается от второй высоты. Это позволяет изменять усиление прокладочной канавки.

В одном из вариантов осуществления изобретения теплообменная пластина содержит гофры, имеющие впадины и гребни, причем впадины продолжаются в прокладочную канавку. Это предпочтительно в том отношении, что прокладка при зажатии между двумя теплообменными пластинами может быть сжата во впадинах, что увеличивает уплотняющую способность прокладки и обеспечивает удержание прокладки на месте.

В одном из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере одна из выемок продолжается во впадину. Впадины таким же образом усилены в области выемок.

В одном из вариантов осуществления изобретения первая выемка и вторая выемка проходят от уровня основания в разных направлениях. Это означает, что одна выемка проходит от уровня основания вниз, а другая выемка проходит от уровня основания вверх.

В одном из вариантов осуществления изобретения первая выемка проходит вдоль первого участка прокладочной канавки, а вторая выемка проходит вдоль второго участка прокладочной канавки, причем первый участок отличается от второго участка. Другими словами, две выемки не расположены на одном и том участке или области канавки.

В одном из вариантов осуществления первый участок расположен в одной половине теплообменной пластины, а второй участок расположен в другой половине теплообменной пластины. Этот вариант осуществления предпочтителен в частности, если соседние теплообменные пластины собраны стопкой друг на друге с обратной ориентацией. В этом случае одна половина теплообменной пластины и вторая половина другой теплообменной пластины расположены друг над другом, что создает возможность сжатия прокладки между первой выемкой и второй выемкой.

В одном из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере одна выемка доходит в краевую часть прокладочной канавки. Это не обязательно означает, что выемка проходит вдоль всей краевой части. Однако выемка создает усиление сопрягающего участка между краевой частью прокладочной канавки и другой частью прокладочной канавки.

Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи более подробно описан предпочтительный вариант осуществления изобретения. На чертежах изображено следующее:

фиг. 1 - вид сбоку теплообменника,

фиг. 2 - вид сверху стопки теплообменных пластин,

фиг. 3 - чертеж, иллюстрирующий проблему в области вокруг отверстия теплообменной пластины,

фиг. 4 - вид снизу теплообменной пластины,

фиг. 5 - несколько поперечных разрезов прокладочной канавки,

фиг. 6 - вид снизу другой теплообменной пластины.

На фиг. 1 схематично показан теплообменник 1, содержащий множество теплообменных пластин 10, собранных стопкой друг на друге. Стопка теплообменных пластин расположена между верхней плитой 4 и нижней плитой 5.

Теплообменник 1 содержит четыре отверстия для входа и выхода текучих сред. Два отверстия 2, 3, показанные на фиг. 1, используются для текучей среды, проходящей через первичную сторону теплообменника 1. Два других отверстия 6, 7 (показаны только на фиг. 2) используются для входа и выхода текучей среды, проходящей через вторичную сторону теплообменника.

На фиг. 2 схематично показана стопка из четырех теплообменных пластин 10. Теплообменные пластины 10 смещены в поперечном направлении относительно друг друга, чтобы показать некоторые детали.

Каждая теплообменная пластина 10 снабжена прокладкой 8. Прокладка 8 во всех теплообменных пластинах проходит вдоль кромки 9 теплообменных пластин. Однако в половине общего числа теплообменных пластин 10 прокладка 8 оставляет открытым соединение между отверстиями 2, 3 и внутренним пространством между двумя соседними пластинами, а (что не видно фиг. 2) в другой половине общего числа теплообменных пластин, то есть, в каждой второй пластине, прокладка 8 оставляет открытым соединение между отверстиями 6, 7 и внутренним пространством между соседними пластинами 10, чтобы сделать возможным поток текучей среды через вторичную сторону теплообменника.

Прокладка 8 установлена в канавке.

Как видно на фиг. 2, каждая теплообменная пластина 10 содержит часть 11 канавки, не заполненную прокладкой. Следовательно, дно части 11 канавки, свободной от прокладки 8, не поддерживается относительно давления, действующего между соседними теплообменными пластинами. Это может привести к деформации теплообменной пластины в области части 11 канавки и, в результате, к протечке. Это также может привести в этих областях к эффекту выдавливания давлением прокладки 8 из ее положения.

Этот эффект схематично показан на фиг. 3, где показана ситуация, при которой между прокладкой 8 и нижней стороной дна части 11 канавки следующей пластины 10, расположенной над прокладкой 8, появился зазор 12.

Для решения этой проблемы теплообменная пластина 10 теплообменника 1 снабжена усиленной канавкой 20, которая показана на нескольких видах в разрезе на фиг. 5. Разрезы сделаны через теплообменную пластину 10, показанную на фиг. 4. На фиг. 4 теплообменная пластина 10 показана снизу.

На фиг. 5A показана канавка 20 в области, проходящей вдоль кромки 9.

Канавка 20 содержит донную часть 21, определяющую уровень основания. Уровень 22 основания обозначен на фиг. 5B-5D пунктирной линией.

Как видно на фиг. 5B, на которой показан разрез вдоль линии B с фиг. 4 канавка 20 содержит первую выемку, содержащую две параллельные углубленные части 23, 24. Углубленные части 23, 24 имеют уровень первой выемки, расположенный ниже уровня 22 основания. Углубленные части 23, 24 разделены второй выемкой 25, проходящей от дна первой выемки в противоположном относительно первой выемки направлении.

На фиг. 5С, представляющей собой разрез вдоль линии C с фиг. 4, показана первая выемка 20 на уровне 22 первой выемки и вторая выемка 25 на уровне второй выемки, ниже уровня первой выемки 23.

Первая выемка 23, 24 и вторая выемка 25 проходят вдоль продольного направления прокладочной канавки 20.

На фиг. 5D показан разрез по линии D с фиг. 4.

Из фиг. 4 видно, что теплообменная пластина 10 содержит гофры, имеющие гребни 26 и впадины 27. Следует отметить, что на фиг. 4 теплообменная пластина 10 показана снизу, так что гребни 26 и впадины 27 кажутся перевернутыми.

Канавка 20 проходит в гребни 27, а первая выемка 23 также проходит во впадины 27.

Как видно на чертежах, в частности, на фиг. 4, прокладочная канавка 20 окружает отверстие 2 теплообменной пластины 10, причем форма прокладочной канавки 20 в этой области показана на фиг 5B, то есть, прокладочная канавка 20 содержит две первые выемки 23, 24, проходящие ниже уровня 22 основания до уровня первой выемки.

На фиг. 6 показана снизу слегка модифицированная теплообменная пластина 10, в которой прокладочная канавка 20 содержит кольцеобразную часть 28, окружающую отверстие 2, и диагональную часть 29. Диагональная часть 29 проходит в краевую часть 30 канавки. Первая выемка 23 также проходит, по меньшей мере частично, в краевую части 30 канавки.

Как видно на фиг. 5C, первая выемка 23 имеет первую высоту, а вторая выемка имеет вторую высоту. Первая высота отличается от второй высоты. В примере, показанном на фиг. 5C, вторая высота меньше первой высоты. Несмотря на это, первая высота также может быть меньше второй высоты.

Как показано на чертежах, также возможно, что первая выемка 23 проходит вниз от уровня 22 основания на первом участке прокладочной канавки 20. Это показано на фиг. 5B-5D. Второй участок прокладочной канавки 20 таким образом, который не показан, может иметь вторую выемку, проходящую вверх от уровня 22 основания. Если теплообменные пластины 10 собраны стопкой друг на друге, то прокладка 8, расположенная в прокладочной канавке 20, сжата сильнее, поскольку пространство, имеющееся для прокладки 8, а именно его высота, было уменьшено.

Это имеет место, в частности, если первый участок расположен в одной половине теплообменной пластины 10, а второй участок расположен в другой половине теплообменной пластины 10, а каждая вторая теплообменная пластина 10 повернута на 180° перед укладкой на предыдущую пластину 10.

Настоящее изобретение относится к пластинчатому теплообменнику, содержащему множество теплообменных пластин 10, собранных стопкой друг на друге, причем между соседними теплообменными пластинами 10 расположены прокладки, причем каждая прокладка расположена в прокладочной канавке 20, образованной в теплообменной пластине 10, а донная часть прокладочной канавки 20 определяет уровень 22 основания, причем прокладочная канавка 20 содержит усиливающую структуру, имеющую первую выемку 23 на уровне первой выемки, проходящую в продольном направлении прокладочной канавки 20, причем усиливающая структура на уровне второй выемки содержит вторую выемку 25, проходящую в продольном направлении прокладочной канавки 20. Технический результат – повышение прочности теплообменника при высоких давлениях, обеспечение герметичности. 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Пластинчатый теплообменник (1), содержащий множество теплообменных пластин (10), собранных стопкой друг на друге, причем между соседними теплообменными пластинами (10) расположены прокладки (8), причем каждая прокладка (8) расположена в прокладочной канавке (20), образованной в теплообменной пластине (10), при этом донная часть (21) прокладочной канавки (20) определяет уровень (22) основания, причем прокладочная канавка (20) содержит усиливающую структуру, имеющую первую выемку (23, 24) на уровне первой выемки, проходящую в продольном направлении прокладочной канавки (20), отличающийся тем, что усиливающая структура на уровне второй выемки содержит вторую выемку (25), проходящую в продольном направлении прокладочной канавки (20).

2. Пластинчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что уровень (22) основания определен дном (21) прокладочной канавки (20) в краевой части (30), проходящей вдоль кромки (9) теплообменной пластины (10).

3. Пластинчатый теплообменник по п. 1 или 2, отличающийся тем, что вторая выемка (25) проходит от первой выемки в направлении, противоположном первой выемке (23, 24).

4. Пластинчатый теплообменник по п. 3, отличающийся тем, что первая часть (28) прокладочной канавки (20) окружает отверстие (2) теплообменной пластины (10), причем первая часть на уровне первой выемки содержит две параллельные углубленные части (23, 24).

5. Пластинчатый теплообменник по п. 3, отличающийся тем, что прокладочная канавка (20) содержит вторую часть (29), проходящую по диагонали к краевой части (9) теплообменной пластины (10) и соединенную с первой частью (28).

6. Пластинчатый теплообменник по п. 5, отличающийся тем, что вторая часть (29) проходит в краевую часть (30).

7. Пластинчатый теплообменник по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что вторая выемка (25) проходит от первой выемки (23, 24).

8. Пластинчатый теплообменник по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что первая выемка (23, 24) имеет первую высоту, а вторая выемка (25) имеет вторую высоту, причем первая высота отличается от второй высоты.

9. Пластинчатый теплообменник по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что теплообменная пластина (10) содержит гофры (26, 27), имеющие впадины (27) и гребни (26), причем впадины (27) продолжаются в прокладочную канавку (20).

10. Пластинчатый теплообменник по п. 9, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из выемок (23-25) продолжается во впадины (27).

11. Пластинчатый теплообменник по одному из пп. 1-10, отличающийся тем, что первая выемка (23, 24) и вторая выемка (25) проходят от уровня (22) основания в разных направлениях.

12. Пластинчатый теплообменник по п. 11, отличающийся тем, что первая выемка (23, 24) проходит вдоль первого участка прокладочной канавки (20), а вторая выемка (25) проходит вдоль второго участка прокладочной канавки (20), причем первый участок отличается от второго участка.

13. Пластинчатый теплообменник по п. 12, отличающийся тем, что первый участок расположен в одной половине теплообменной пластины (10), а второй участок расположен в другой половине теплообменной пластины (10).

14. Пластинчатый теплообменник по п. 13, отличающийся тем, что по меньшей мере одна выемка (23-25) доходит в краевую часть (30) прокладочной канавки (20).