ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2021 года по МПК F28F3/08 

Настоящее изобретение относится к пластинчатому теплообменнику, содержащему набор пластин теплообменника, образующих первый проточный путь и второй проточный путь, при этом каждая пластина теплообменника содержит отверстие в области отверстия, причем область отверстия соединена с одним из двух проточных путей и герметизирована относительно другого из двух проточных путей с помощью системы прокладок.

В таком теплообменнике пластины теплообменника образуют средство для передачи тепла от первого проточного пути ко второму проточному пути или наоборот. Таким образом, каждое второе пространство между пластинами теплообменника принадлежит первому проточному пути, а оставшиеся пространства принадлежат второму проточному пути.

Во многих случаях каждая пластина теплообменника содержит четыре отверстия, при этом одна пара отверстий используется для подачи и возврата текучей среды к первому проточному пути, а другая пара отверстий используется для подачи и возврата текучей среды ко второму проточному пути. В большинстве случаев отверстия располагаются около углов пластин теплообменника. Каждое отверстие расположено в области отверстия.

Когда пластины теплообменника сложены вместе, четыре отверстия пластин теплообменника образуют четыре проходящих насквозь канала. Для того чтобы соединить каждый канал только с соответствующим проточным каналом, две области отверстий соединены с соответствующим проточным каналом, а две другие области отверстий герметизированы относительно данного проточного пути, точнее, относительно соответствующей области теплообмена данного проточного пути.

В некоторых случаях, в частности, когда теплообменник используется с высокими давлениями, это приводит к ситуации, когда герметизированная область отверстия испытывает давление, отличное от давления в негерметизированной области на другой стороне пластины теплообменника. Это может привести к деформации пластины теплообменника, что приведет к выталкиванию системы прокладок в этой области из места расположения.

Задачей настоящего изобретения является создание пластинчатого теплообменника, подходящего для высоких давлений, без увеличения риска утечек.

Данная задача решается с помощью описанного выше пластинчатого теплообменника, в котором в герметизированной области отверстия расположен опорный элемент.

Опорный элемент способен предотвращать деформацию пластины теплообменника из-за разницы давлений или ограничивать такую деформацию до такой степени, чтобы свести к минимуму риск выталкивания прокладки из ее местоположения. Таким образом, теплообменник может оставаться герметичным даже при более высоких давлениях.

В варианте осуществления изобретения система прокладок содержит первую прокладку между путем для текучей среды и областью отверстия и вторую прокладку между опорным элементом и отверстием. В таком варианте осуществления пространство между двумя прокладками не соединено ни с одним из двух проточных путей и, следовательно, не получает более высокого давления. В этом случае риск деформации особенно велик. Таким образом, в таком варианте осуществления опорный элемент является преимуществом.

В варианте осуществления изобретения первая прокладка и вторая прокладка соединены. Это упрощает установку системы прокладок на пластину теплообменника.

В варианте осуществления изобретения опорный элемент имеет толщину, соответствующую расстоянию между двумя смежными пластинами теплообменника. Таким образом, опорный элемент контактирует с двумя смежными пластинами теплообменника, когда пластины теплообменника сложены вместе. Таким образом, можно надежно предотвратить деформацию пластин теплообменника в области отверстия.

В варианте осуществления изобретения опорный элемент поддерживает систему прокладок против сил, создаваемых давлением в проточном пути. Прокладка упирается в опорный элемент так, что предотвращается выталкивание прокладки из местоположения из-за сил текучей среды, протекающей в секции теплообмена, то есть в проточном пути.

В варианте осуществления изобретения область отверстия содержит множество канавок, и опорный элемент содержит множество секций, которые расположены в канавках. Опорный элемент удерживается на месте с помощью принудительной блокировки. Таким образом, опорный элемент не может быть вытолкнут из положения силами, создаваемыми давлениями в одном из проточных путей.

В варианте осуществления изобретения канавки расположены под острым углом к более длинной стороне пластины теплообменника и под острым углом к более короткой стороне пластины теплообменника. Таким образом, канавки являются диагональными канавками.

В варианте осуществления изобретения секции соединяются посредством первого соединителя и границы области отверстия на стороне пути для текучей среды и/или посредством второго соединителя в отверстии. Секции вместе с первым и/или вторым соединителем образуют единый элемент, который облегчает монтирование опорного элемента к пластине теплообменника.

В варианте осуществления изобретения опорный элемент изготовлен из пластикового материала. Опорный элемент не контактирует с текучей средой в одном из проточных путей. Таким образом, он может быть изготовлен из дешевого материала, не устойчивого к воздействию текучей среды.

В варианте осуществления изобретения опорный элемент представляет собой элемент, напечатанный на 3D-принтере. Это простой способ создания опорного элемента.

В варианте осуществления изобретения отверстие представляет собой первое отверстие в первой области отверстия, и пластина теплообменника содержит второе отверстие во второй области отверстия, при этом первая область отверстия соединена с, а вторая область отверстия герметизирована относительно одного из проточных путей, и первая область отверстия герметизирована относительно, и вторая область отверстия соединена с другим из двух проточных путей, при этом во второй области отверстия расположен второй опорный элемент. Второй опорный элемент выполняет ту же функцию, что и упомянутый первый опорный элемент. За счет этого предотвращается деформация пластины теплообменника в области отверстия.

В варианте осуществления изобретения второй опорный элемент является проницаемым для текучих сред. Таким образом, он не создает значительного гидравлического сопротивления для потока, протекающего по одному из проточных путей.

В варианте осуществления изобретения второй опорный элемент содержит по меньшей мере один канал. Канал позволяет проходить текучей среде.

В альтернативном или дополнительном варианте осуществления второй опорный элемент является пористым. Пористый опорный элемент также позволяет пропускать текучую среду.

Изобретение будет описано более подробно ниже со ссылкой на чертежи, на которых:

на фиг. 1 схематично показан пластинчатый теплообменник,

на фиг. 2 показаны две пластины теплообменника, чтобы продемонстрировать проблему, лежащую в основе изобретения,

на фиг. 3 показана пластина теплообменника, включающая опорный элемент, и

на фиг. 4 показан вид в разрезе схематического изображения опорного элемента и прокладки.

На фиг. 1 показан вид сбоку пластинчатого теплообменника 1, имеющего набор пластин 2 теплообменника между верхней пластиной 3 и нижней пластиной 4. Теплообменник 1 содержит четыре прохода 5, 6 (показаны только два из них).

Теплообменник 1 задает первый путь для текучей среды и второй путь для текучей среды, которые расположены с возможностью теплопередачи. Теплообмен осуществляется через пластины 2 теплообменника. Таким образом, каждое второе пространство между пластинами 2 теплообменника принадлежит первому пути для текучей среды, а остальные пространства принадлежат второму пути для текучей среды.

На фиг. 2 схематично показаны две пластины 2а, 2b теплообменника, которые также называются «верхняя пластина теплообменника» (2а) и «нижняя пластина теплообменника» (2b).

Каждая пластина 2a, 2b теплообменника содержит первое отверстие 7a, 7b в первой области 8a, 8b отверстия и второе отверстие 9a, 9b во второй области 10a, 10b отверстия.

Пластины 2а, 2b теплообменника идентичны. Однако нижняя пластина 2b теплообменника повернута примерно на 180° вокруг оси, проходящей между двумя отверстиями 7b, 9b.

Когда пластины 2a, 2b теплообменника сложены вместе, отверстия 7a, 7b образуют сквозной канал через набор пластин 2 теплообменника, соединенный с одним из проходов 5, 6. Другие отверстия 9а, 9b также образуют канал, соединенный с другим проходом теплообменника 1.

Текучая среда, протекающая через отверстия 7a, 7b, может попадать в пространство над верхней пластиной 2a теплообменника, но не должна попадать в пространство между верхней пластиной 2a теплообменника и нижней пластиной 2b теплообменника. Аналогично, текучая среда, протекающая через отверстия 9a, 9b, не должна попадать в пространство над верхней пластиной 2a теплообменника, но может попадать в пространство между верхней пластиной 2a теплообменника и нижней пластиной 2b теплообменника.

Для того чтобы направлять текучую среду требуемым образом в соответствующие пространства, первая система 11а прокладок предусмотрена на верхней пластине 2а теплообменника, а аналогичная система 11b прокладок предусмотрена на нижней пластине 2b теплообменника. Первая система 11a прокладок содержит первую прокладку 12a между первой областью 10a отверстия и областью 13 теплопередачи. Кроме того, первая система 11а прокладок содержит вторую прокладку 14а, окружающую отверстие 9а. Вторая система 11b прокладок имеет аналогичную форму и имеет первую прокладку 12b и вторую прокладку 14b. Обе системы 11а, 11b прокладок выполнены как единое целое, то есть первая прокладка 12а и вторая прокладка 14а соединены.

Однако это приводит к проблеме, поскольку вторая область 10a отверстия не соединена ни с одним из проточных путей и, таким образом, не находится под давлением. Таким образом, давление, действующее между верхней пластиной 2a теплообменника и нижней пластиной 2b теплообменника, может деформировать верхнюю пластину 2a теплообменника в области второй области 10a отверстия. То же самое верно для первой области 8b отверстия нижней пластины 2b теплообменника.

Для того чтобы предотвратить такую деформацию, используется опорный элемент 15, который показан только на фиг. 3 и 4.

На фиг. 3 показаны только нижняя пластина 2b теплообменника, первое отверстие 7b и первая область 8b отверстия. Тот же опорный элемент 15 может быть использован во второй области 10а отверстия верхней пластины 2а теплообменника.

Опорный элемент 15 имеет толщину, соответствующую расстоянию между двумя смежными пластинами, то есть расстоянию между верхней пластиной 2а теплообменника и нижней пластиной 2b теплообменника. Это означает, что опорный элемент в установленном состоянии контактирует с обеими смежными пластинами теплообменника.

Первая область 8b отверстия содержит множество канавок 16 (фиг. 2), а опорный элемент 15 содержит множество секций 17, которые расположены в канавках 16. Это обеспечивает посадку по форме между опорным элементом 15 и пластиной 2b теплообменника. Канавки 16 проходят по диагонали, т.е. они расположены под острым углом к более длинной стороне 18 пластины 2b теплообменника и под острым углом к более короткой стороне 19 пластины теплообменника.

Тем не менее, участки 17 опорного элемента 15 соединены посредством первого соединителя 20 на границе первой области 8b отверстия на стороне пути для текучей среды или области 13 теплопередачи и/или посредством второго соединителя 21 на первом отверстии 7b. Таким образом, опорный элемент 15 может быть выполнен как одна деталь, облегчающая монтирование опорного элемента 15.

На фиг. 4 схематично показано, что опорный элемент 15 поддерживает систему 11b прокладок против сил F, создаваемых давлением текучей среды в секции 13 теплопередачи. Система 11b прокладок упирается в поверхность опорного элемента 15. Опорный элемент 15 предотвращает выталкивание системы 11b прокладок из ее местоположения силами F, создаваемыми давлением текучих сред в секции 13 теплопередачи.

В варианте осуществления, не показанном на чертеже, второй опорный элемент может использоваться в области отверстия, не изолированной от секции 13 теплопередачи, то есть в первой области 8a отверстия в верхней пластине 2a теплообменника и во второй области 10b отверстия в нижней пластине теплообменника 2b.

В этом случае второй опорный элемент проницаем для текучих сред. Этого можно достичь, снабдив второй опорный элемент по меньшей мере одним каналом или сделав второй опорный элемент пористым.

В любом случае опорный элемент 15 или второй опорный элемент может быть изготовлен, например, путем литья или 3D-печати.

Изобретение относится к области энергетики. Пластинчатый теплообменник содержит набор пластин теплообменника, образующих первый проточный путь и второй проточный путь, при этом каждая пластина теплообменника содержит отверстие в области отверстия, при этом область отверстия соединена с одним из двух проточных путей и герметизирована относительно другого из двух проточных путей посредством системы прокладок. В герметизированной области отверстия расположен опорный элемент (15). Опорный элемент (15) имеет толщину, соответствующую расстоянию между двумя смежными пластинами теплообменника. Область (8b) отверстия содержит множество канавок, и опорный элемент (15) содержит множество секций (17), расположенных в канавках. Изобретение позволяет создать пластинчатый теплообменник, подходящий для высоких давлений, без увеличения риска утечек. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пластинчатый теплообменник (1), содержащий набор пластин (2, 2a, 2b) теплообменника, образующих первый проточный путь и второй проточный путь, при этом каждая пластина (2a, 2b) теплообменника содержит отверстие (7b, 9a) в области (8b, 10a) отверстия, при этом область отверстия соединена с одним из двух проточных путей и герметизирована относительно другого из двух проточных путей посредством системы (11a, 11b) прокладок, отличающийся тем, что в герметизированной области (8b, 10a) отверстия расположен опорный элемент (15).

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что система (11a, 11b) прокладок содержит первую прокладку (12a, 12b) между путем для текучей среды и областью (8b, 10a) отверстия и вторую прокладку (14a, 14b) между опорным элементом (15) и отверстием (7b, 9a).

3. Теплообменник по п.2, отличающийся тем, что первая прокладка (12а, 12b) и вторая прокладка (14а, 14b) соединены.

4. Теплообменник по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что опорный элемент (15) имеет толщину, соответствующую расстоянию между двумя смежными пластинами теплообменника.

5. Теплообменник по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что опорный элемент (15) поддерживает систему (11а, 11b) прокладок против сил, создаваемых давлением в проточном пути.

6. Теплообменник по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что область (8b) отверстия содержит множество канавок (16), и опорный элемент (15) содержит множество секций (17), расположенных в канавках (16)

7. Теплообменник по п.6, отличающийся тем, что канавки (16) расположены под острым углом к более длинной стороне (18) пластины теплообменника и под острым углом к более короткой стороне (19) пластины теплообменника.

8. Теплообменник по п.7, отличающийся тем, что секции (17) соединены посредством первого соединителя (20) на границе области (8b) отверстия на стороне пути для текучей среды и/или посредством второго соединителя (21) на отверстии (7b).

9. Теплообменник по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что опорный элемент (15) изготовлен из пластикового материала.

10. Теплообменник по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что опорный элемент (15) представляет собой элемент, напечатанный на 3D-принтере.

11. Теплообменник по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что отверстие (7b, 9a) является первым отверстием (7b) в первой области (8b) отверстия, и пластина (2, 2a, 2b) теплообменника содержит второе отверстие (9a) во второй области (10a) отверстия, при этом первая область (8b) отверстия соединена с одним из двух проточных путей, и вторая область (10a) отверстия герметизирована относительно одного из проточных путей, и первая область (8b) отверстия герметизирована относительно другого из двух проточных путей, и второе отверстие (9a) соединено с другим из двух проточных путей, при этом во второй области (10а) отверстия расположен второй опорный элемент.

12. Теплообменник по п.11, отличающийся тем, что второй опорный элемент выполнен проницаемым для текучих сред.

13. Теплообменник по п.12, отличающийся тем, что второй опорный элемент содержит по меньшей мере один канал.

14. Теплообменник по п.12 или 13, отличающийся тем, что второй опорный элемент является пористым.