ВКЛАДЫШ ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 2021 года по МПК F28F3/02 F28F3/10 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Традиционная конструкция пластинчатого теплообменника включает множество пластин теплопередачи, установленных друг на друга. Пластины теплопередачи сформированы таким образом, что пути потока образуются между каждым набором соседних пластин теплопередачи. В пластинах теплопередачи выполнены отверстия, задающие входы и выходы текучих сред в данных путях потока. В некоторых теплообменниках пластины спаяны вместе, тогда как в других теплообменниках между пластинами теплопередачи расположены прокладки в канавках под прокладки, образованных в пластинах теплопередачи. Прокладка размещается на краевой части пластины теплопередачи для уплотнения путей потока и в области вокруг отверстий для уплотнения пар отверстий так, что только две из них имеют доступ для потока к каналу потока, сформированному с одной стороны пластины теплопередачи, а две другие изолированы от нее.

Рамные пластины могут быть соединены и прикреплены к набору пластин теплообменника, например, вверху и внизу, и имеют значительную толщину по сравнению с пластинами теплопередачи, чтобы воспринимать большие нагрузки. Если пластины теплопередачи обычно изготавливаются из материалов, устойчивых к потоку среды через теплообменники, например нержавеющей стали, титана и т. д., это было бы дорого для относительно толстых рамных пластин. За исключением отверстий, рамные пластины обычно изолированы от протекающей среды, и поэтому в них можно вставлять вкладыши.

Проблема со многими конструкциями таких вкладышей из уровня техники заключается в том, что они часто требуют нескольких различных элементов в конструкции и часто должны быть специально разработаны для соответствующих пластин теплопередачи, рамных пластин и т.д. Таким образом, задачей настоящего изобретения является упрощение вкладышей и выполнение их более универсальными, чтобы одни и те же вкладыши можно было использовать в различных конструкциях пластин теплопередачи и т.д.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение решает указанные задачи с помощью вкладыша, описанного в формуле изобретения.

Оно относится к вкладышу, предназначенному для расположения в рамной пластине теплообменника, причем указанный теплообменник содержит набор пластин теплопередачи, каждая из которых расположена параллельно рамной пластине, при этом указанный вкладыш содержит трубчатую часть с первым концом, сформированным с первым фланцем, отличающемуся тем, что на расстоянии от второго конца расположен второй фланец, с разделением таким образом трубчатой части на среднюю секцию и внешнюю секцию, при этом средняя секция образована между первым фланцем и вторым фланцем, при этом второй фланец и внешняя секция вместе образуют платформу для размещения уплотнительного элемента, предназначенного для расположения между вторым фланцем и соседней пластиной теплопередачи в наборе пластин теплопередачи к рамной пластине.

Таким образом, первый и второй фланцы проходят параллельно рамной пластине и пластинам теплопередачи.

Соседняя пластина теплопередачи - это пластина в наборе, находящаяся в контакте с рамной пластиной.

Рамная пластина на своей внутренней поверхности может быть сформирована с выемкой, окружающей отверстие, и граничить с выемкой, окружая отверстие, причем первый фланец приспособлен для размещения так, что «внутренняя» поверхность образует секцию контакта первого фланца с внешней поверхностью рамной пластины, при этом выемка приспособлена для размещения второго фланца так, что внутренняя поверхность второго фланца образует контакт с поверхностью выемки.

Уплотнительный элемент может быть приспособлен для размещения на втором фланце, заключенном между краем выемки, или только внутренней поверхностью рамной пластины, вторым фланцем и внешней секцией и соседней пластиной теплопередачи в наборе пластин теплопередачи.

В варианте осуществления соседняя пластина теплопередачи сформирована с выступом, формирующим контакт с уплотнительным элементом, причем выступ может контактировать только с частью поверхности уплотнительного элемента.

Внешняя секция может быть образована при соединении второго фланца с трубчатой частью, например, путем пайки или сварки.

Внешняя секция и второй фланец могут быть образованы путем сгиба внешней секции трубчатой части.

Трубчатая часть может быть образована из двух отдельных секций, одной, включающей второй фланец, и одной, включающей первый фланец, причем они приспособлены для перекрытия друг с другом при расположении их внутри отверстия рамной пластины с соединением простым прижатием друг к другу и внутренней стенке отверстия рамной пластины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - общий вид варианта осуществления пластинчатого теплообменника согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 - вид секции рамной пластины с вкладышами, вставленными в отверстия рамной пластины.

Фиг. 3 - вид вкладыша согласно настоящему изобретению.

Фиг. 4 - вид сбоку отверстия рамной пластины со вставленным вкладышем и уплотнительным элементом, контактирующим с соседней пластиной.

Фиг. 5A, 5B - вид сбоку отверстия рамной пластины со вставленным вкладышем и уплотнительным элементом, контактирующим с соседней пластиной в двух разных местах.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следует понимать, что подробное описание изобретения и конкретные примеры предпочтительных вариантов осуществления изобретения приведены только в иллюстративных целях, поскольку различные изменения и модификации в рамках сущности и объема изобретения будут очевидны для специалиста в данной области техники из данного подробного описания изобретения.

На фиг.1 показан один из примеров пластинчатого теплообменника (10), образованного из набора или комплекта структурированных пластин (11) теплопередачи. Каждая из пластин (11) теплопередачи снабжена четырьмя отверстиями, образующими два впускных (12, 13) и два выпускных (14, 15) канала через набора пластин. В проиллюстрированном примере пластины (11) теплопередачи на участке обода приспособлены для размещения прокладки для соответственно герметизации путей потока, образованных между каждыми двумя соседними пластинами (11), с внешней стороны, и для герметизации набора, соответственно, входного отверстия (12) и выходного отверстия (14), причем на противоположной стороне пластины (11) соответствующие вход (13) и выход (15) герметизированы. Кроме того, набор пластин расположен между двумя рамными пластинами (20), удерживаемыми вместе стержнями (30), удерживающими пластины (11) теплопередачи плотно вместе при сжатии. По меньшей мере одна из рамных пластин (20) включает отверстия (21), выровненные с отверстиями (12, 13, 14, 15) пластины теплопередачи и предназначенные для соединения с внешними трубами для текучей среды.

Пластины (11) теплопередачи, находящиеся в непосредственном контакте с текучими средами, обычно достаточно тонкие, чтобы обеспечить быстрый обмен теплом между соответственно горячей и холодной текучей средой, и изготовлены из материалов, стойких к среде.

Рамные пластины (20) относительно толстые по сравнению с пластинами (11) теплопередачи, чтобы выдерживать как внутренние силы от сжатого набора пластин (11) теплопередачи, так и внешние воздействия, с которыми они могут столкнуться. Чтобы снизить стоимость, они обычно изготавливаются из более дешевых материалов, которые не обязательно подходят для текучих сред.

Таким образом, вкладыши (100) вставляются в отверстия (21) рамной пластины (фиг. 2) для защиты рамных пластин (20) от текучих сред, где они могут быть относительно тонкими и изготовлены из материалов, стойких к текучим средам, например таких же как пластины (11) теплопередачи.

Фиг.3 иллюстрирует вариант вкладыша (100) согласно настоящему изобретению. Вкладыш (100) образован трубчатой частью (101), приспособленной для размещения в отверстиях (20) рамной пластины. Первый конец трубчатой части (101) сформирован с первым фланцем (102), а второй фланец (103) расположен на расстоянии от второго конца, с разделением таким образом трубчатой части (101) на среднюю секцию (104) и внешнюю секцию (105), причем средняя секция (104) образована между первым фланцем (102) и вторым фланцем (103).

Второй фланец (103) и внешняя секция (105) вместе образуют платформу для размещения уплотнительного или прокладочного элемента (200) и приспособлены для того, чтобы иметь внутреннюю поверхность второго фланца (103) (обращенную к первому фланцу (102)), расположенную вместе в соединении с рамной пластиной (20), и соответствующая внешняя поверхность расположена так, что уплотнительный элемент (200) зажат между внешней поверхностью и соседней пластиной (11) теплопередачи. Внутренняя поверхность второго фланца (103), таким образом, образует контакт (103a) с рамной пластиной (20).

Таким образом, уплотнительный элемент (200) приспособлен для обращения непосредственно к соседней пластине (11) теплопередачи.

В одном варианте осуществления внешняя секция (105) образуется при соединении второго фланца (103) с трубчатой частью (101), например, путем пайки или сварки. В альтернативном варианте осуществления, также показанном на фиг. 4, 5A и 5B, внешняя секция (105) и второй фланец (103) образованы путем сгиба внешней секции трубчатой части (101). В этом или любом другом варианте осуществления трубчатая часть (101) может быть образована из двух отдельных секций, одна из которых включает второй фланец (103), и одна из которых включает первый фланец (102), причем они вводятся в отверстие (21) рамной пластины с каждой стороны рамной пластины (20). В одном варианте осуществления две секции трубчатой части (101) перекрываются внутри отверстия (21) рамной пластины с соединением простым прижатием друг к другу и внутренней стенке отверстия (21) рамной пластины.

На фиг.4 показан вид сбоку рамной пластины (20) с отверстием (21) со вставленным вкладышем (100). Первый фланец (102) расположен так, что «внутренняя» поверхность образует секцию контакта (102а) первого фланца с внешней поверхностью рамной пластины (20). Рамная пластина (20) на ее внутренней поверхности сформирована с выемкой (22), окружающей отверстие, и граничит с отверстием (21), окружая и ограничивая в показанном варианте осуществления отверстие (21). В качестве альтернативы она также может окружать отверстие (21) на расстоянии.

Выемка (22) приспособлена для размещения второго фланца (103), так что внутренняя поверхность второго фланца (103) образует контакт (103а) с поверхностью выемки (22).

В варианте осуществления, где выемка (22) окружает отверстие (21) на расстоянии, второй фланец (103) будет иметь соответствующую форму с «внутренней» частью, выходящей за краевую часть отверстия (21) рамы, и контактом (103a) части, изгибающейся, чтобы попасть в выемку (22).

При установке уплотнительный элемент (200) располагается на платформе второго фланца (103), и он ограничен краем (23) выемки (22), вторым фланцем (103) и внешней секцией (105) и соседней пластиной (11) теплопередачи в наборе. Таким образом, уплотнительный элемент (200) обращен непосредственно к пластине (11) теплопередачи.

Уплотнительный элемент (200) обеспечивает герметичное крепление вкладыша (100) в отверстии (21) рамы в том смысле, что текучие среды изолируются изнутри теплообменника (10) (пути потока, образованные между набором пластин (11) теплопередачи), и области между внутренней поверхностью отверстия (21) рамы и внешней поверхностью средней секции (104) вкладыша (100).

Толщина уплотнительного элемента (200) в одном варианте осуществления больше, чем высота края (23), соответствующая глубине выемки (2), и, следовательно, соседний уплотнительный элемент (200) является пластиной (11) теплопередачи и сжимает уплотнительный элемент (200). Это имеет множество эффектов. Во-первых, соединение второго фланца (103) и соседней пластины (11) теплопередачи с уплотнительным элементом (200) является герметичным, даже при некоторой деформации соседней пластины (11) теплопередачи. Во-вторых, уплотнение (200) удерживается на месте за счет трения, что позволяет, например, уплотнительному элементу (200) иметь меньшую толщину поперечного сечения, чем длина выемки (22). Это позволяет использовать стандартные уплотнительные элементы (200) во множестве различных теплообменников (10), где они могут не полностью подходить к отверстию (21) рамы.

В одном варианте осуществления прокладка содержит гофрированный или «волнистый» узор на одной или обеих поверхностях, обращенных к соседней пластине (11) теплопередачи или второму фланцу (103).

В одном варианте осуществления соседняя пластина (11) теплопередачи сформирована с выступом (50), образующим контакт с уплотнительным элементом (200), причем данный выступ касается только части поверхности уплотнительного элемента (200). Это может быть так, что выступ окружает соответствующее входное или выходное отверстие (12, 13, 14, 15) - возможно на расстоянии - таким образом, контактируя с уплотнительным элементом (200) по всей окружности, но имеет верхнюю ширину, контактирующую только с частью уплотнительного элемента (200), таким образом сжимаясь в нем. В одном варианте осуществления выступ (50) имеет заостренный контакт, в другом - плоскую контактную часть. В одном варианте осуществления контактная поверхность уплотнительного элемента (200) сформирована с выемкой, совпадающей с выступом (50) или немного меньшей, чтобы выступ по-прежнему вжимался в уплотнительный элемент (200). В одном варианте осуществления выступ (50) представляет собой выступ, приспособленный для размещения прокладочного элемента на противоположной стороне, как также показано на чертеже.

Следует отметить, что хотя указано, что вкладыш (100) имеет трубчатые части (101, 104, 105), оно может иметь некруглые поперечные сечения, чтобы соответствовать форме отверстия (21) рамы.

На фиг. 5A и 5B показана секция отверстия (21) рамной пластины, причем контактный выступ (50) соседней пластины (11) контактирует с уплотнительным элементом (200) в двух различных местах, что демонстрирует преимущество настоящего изобретения.

Изобретение относится к вкладышу, предназначенному для расположения в рамной пластине теплообменника, который содержит набор пластин теплопередачи. Вкладыш содержит трубчатую часть с первым концом, сформированным с первым фланцем, и на расстоянии от второго конца расположен второй фланец, при этом второй фланец образует платформу для размещения уплотнительного элемента, расположенного на платформе второго фланца, заключенного между краем выемки, вторым фланцем, внешней секцией и соседней пластиной теплопередачи в наборе пластин теплопередачи. Техническим результатом является упрощение конструкции вкладышей для теплообменника. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Вкладыш (100), предназначенный для расположения в рамной пластине (20) теплообменника (10), причем указанный теплообменник (10) содержит набор пластин (11) теплопередачи, каждая из которых расположена параллельно рамной пластине (20), при этом указанный вкладыш (100) содержит трубчатую часть (101) с первым концом, сформированным с первым фланцем (102), отличающийся тем, что на расстоянии от второго конца расположен второй фланец (103) с разделением таким образом трубчатой части (101) на среднюю секцию (104) и внешнюю секцию (105), причем средняя секция (104) образована между первым фланцем (102) и вторым фланцем (103), при этом второй фланец (103) и внешняя секция (105) вместе образуют платформу для размещения уплотнительного элемента (200), предназначенного для расположения между вторым фланцем (103) и соседней пластиной (11) теплопередачи в наборе пластин (11) теплопередачи к рамной пластине (20).

2. Вкладыш (100) по п.1, отличающийся тем, что вкладыш (100) приспособлен для размещения в соединении с рамной пластиной (20), которая на ее внутренней поверхности сформирована с выемкой (22), окружающей отверстие, и граничит с отверстием (21), окружая отверстие (21), причем первый фланец (102) расположен так, что внутренняя поверхность образует секцию контакта (102a) первого фланца с внешней поверхностью рамной пластины (20), при этом выемка (22) приспособлена для размещения второго фланца (103) так, что внутренняя поверхность второго фланца (103) образует контакт (103а) с поверхностью выемки (22).

3. Вкладыш (100) по п.2, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (200) приспособлен для расположения на втором фланце (103), заключенном между краем (23) выемки (22), вторым фланцем (103), внешней секцией (105) и соседней пластиной (11) теплопередачи в наборе пластин (11) теплопередачи.

4. Вкладыш (100) по п.2, отличающийся тем, что соседняя пластина (11) теплопередачи сформирована с выступом (50), формирующим контакт с уплотнительным элементом (200).

5. Вкладыш (100) по п.4, отличающийся тем, что выступ (50) контактирует только с частью поверхности уплотнительного элемента (200).

6. Вкладыш (100) по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что внешняя секция (105) образуется при соединении второго фланца (103) с трубчатой частью (101), например, путем пайки или сварки.

7. Вкладыш (100) по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что внешняя секция (105) и второй фланец (103) образованы путем сгиба внешней секции трубчатой части (101).

8. Вкладыш по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что трубчатая часть (101) образована из двух отдельных секций, одной, включающей второй фланец (103), и одной, включающей первый фланец (102), причем они приспособлены для введения в отверстие (21) рамной пластины с каждой стороны рамной пластины (20).

9. Вкладыш по п.8, отличающийся тем, что указанные две секции трубчатой части (101) приспособлены для перекрытия друг с другом при расположении их внутри отверстия (21) рамной пластины с соединением простым прижатием друг к другу и внутренней стенке отверстия (21) рамной пластины.