ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
PLATE-TYPE HEAT EXCHANGER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к пластинчатому теплообменнику согласно преамбуле пункта 1 формулы изобретения.
В EP-B-608195 раскрыт подобный теплообменник, содержащий множество пластин, расположенных рядом и образующих пакет пластин с первыми промежутками между пластинами для первой среды и вторыми промежутками между пластинами для второй среды. Первый и второй промежутки между пластинами в пакете пластин чередуются. Некоторое количество каналов проходит через пакет пластин и образует первые и вторые впускные каналы, расположенные таким образом, чтобы подавать первую среду в промежутки между пластинами и выводить ее из упомянутых промежутков. В одном из каналов предусмотрена перепускная труба, в которой находится датчик температуры.
Во многих применениях, связанных с теплообменниками, существует необходимость в наличии различных вкладышей в каналах пластинчатого теплообменника. Такие вкладыши могут понадобиться для крепления различных функциональных устройств, например датчика температуры, как описано в EP-B-608195. В данном контексте проблема состоит в том, что трудно прочно закрепить вкладыш в канале эффективным способом.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача настоящего изобретения состоит в создании надежного и эффективного крепления вкладыша в канале пластинчатого теплообменника.
Данная техническая задача решается представленным теплообменником, который отличается тем, что его первая сторона содержит кольцевое углубление вблизи кольцевого корпуса, и, по меньшей мере, одно радиальное углубление продолжается от одного кольцевого углубления за пределы наружного края кольцевого фланца.
Такой кольцевой фланец может быть прочно и легким способом установлен в канале, если расположить его между двумя пластинами теплообменника при монтаже пластинчатого теплообменника. Когда пластины теплообменника затем прикрепляют одну к другой путем стягивания или соединяют с помощью расплавленного металлического материала, положение в канале фланца и, следовательно, вкладыша фиксируется.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения вкладыш предназначен для установки функционального элемента в упомянутом канале. Функциональный элемент может содержать устройство, направляющее поток, и/или датчик. Благодаря наличию вкладыша нужный функциональный элемент может быть расположен в канале в нужном положении.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения кольцевой корпус содержит крепежный элемент, предназначенный для крепления и удерживания функционального элемента в упомянутом канале. Крепежный элемент может быть предназначен для постоянного крепления функционального элемента во вкладыше. Крепежный элемент, в качестве альтернативы, может быть предназначен для съемного крепления функционального элемента к вкладышу. Предпочтительно, чтобы функциональный элемент был закреплен крепежным элементом вкладыша перед тем, как вкладыш установят в пластинчатый теплообменник.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения крепежный элемент содержит резьбу, предназначенную для взаимодействия с соответствующей резьбой функционального элемента, при этом упомянутые резьбы образуют резьбовое соединение. Предпочтительно, если крепежный элемент содержит внутреннюю резьбу, которая предназначена для взаимодействия с соответствующей наружной резьбой функционального элемента. При помощи такого резьбового соединения функциональный элемент может быть легко прикреплен к вкладышу съемным образом.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения крепежный элемент содержит первую часть байонетного соединения, предназначенную для взаимодействия с соответствующей второй частью байонетного соединения функционального элемента, при этом данные части образуют байонетное соединение. С помощью такого байонетного соединения функциональный элемент может быть легко прикреплен к вкладышу съемным способом.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения крепежный элемент содержит поверхность, предназначенную для взаимодействия с соответствующей поверхностью функционального элемента, в котором эти поверхности образуют прессовую посадку. Функциональный элемент, таким образом, может быть удержан прижимающей силой во вкладыше посредством прижатия двух поверхностей одна к другой. Функциональный элемент согласно этому варианту осуществления также может быть закреплен посредством вдавливания во вкладыш.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения функциональный элемент содержит устройство для направления потока. Предпочтительно, если пластинчатый теплообменник поделен на две части: первую часть теплообменника, которая содержит группу чередующихся пластин теплообменника, и вторую часть теплообменника, которая содержит группу пластин, расположенных рядом одна с другой, при этом между первой частью теплообменника и второй частью теплообменника находится вкладыш, предназначенный для направления первой среды, передаваемой в определенном направлении через первые промежутки в первой части теплообменника и в противоположном направлении через первые промежутки во второй части теплообменника.
Согласно одному из вариантов осуществления устройство, направляющее поток, содержит клапан, предназначенный для регулировки упомянутого, по меньшей мере, одного канала для предотвращения, по меньшей мере, частичного прохождения первой среды через упомянутый, по меньшей мере, один канал. В пластинчатых теплообменниках для охлаждения масла существует необходимость в возможности передачи, по меньшей мере, части масла непосредственно через канал, если температура масла низкая и, следовательно, потребность в охлаждении мала. Если все масло проходит через теплообменник, то получается достаточно высокое падение давления, и этого можно избежать при помощи такого клапана, через который масло передается, проходя, по меньшей мере, через часть промежутков. Предпочтительно, чтобы упомянутый клапан был термостатическим, то есть предназначенным для регулировки упомянутого канала в зависимости от температуры первой среды.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения упомянутые первая сторона и вторая сторона параллельны.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения пластины теплообменника и вкладыш постоянно соединены друг с другом посредством расплавления металлического материала, например пайкой, когда упомянутую первую сторону соединяют с одной из упомянутых двух пластин теплообменника, а вторую сторону соединяют с другой из упомянутых двух пластин теплообменника.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения кольцевое углубление и упомянутое радиальное углубление могут иметь такую глубину, что металлический материал после расплавления не полностью заполняет углубления.
Согласно одному из вариантов осуществления упомянутая вторая сторона гладкая.
Согласно одному из вариантов осуществления упомянутые каналы также образуют вторые впускной и выпускной каналы, предназначенные для передачи второй среды во вторые промежутки и наружу из них.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь настоящее изобретение будет более подробно разъяснено посредством описания различных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 схематично представлен вид спереди пластинчатого теплообменника согласно изобретению с вкладышем, содержащим первый вариант функционального элемента.
На фиг.2 схематично представлен вид в разрезе по линии II-II на фиг.1.
На фиг.3 схематично представлен вид спереди вкладыша пластинчатого теплообменника, представленного на фиг.1 и 2.
На фиг.4 схематично представлен вид в разрезе по линии IV-IV на фиг.3.
На фиг.5 схематично представлен вид спереди пластинчатого теплообменника по изобретению с вкладышем, содержащим второй вариант функционального элемента.
На фиг.6 схематично представлен вид в разрезе по линии VI-VI на фиг.5.
На фиг.7 схематично представлен вид спереди вкладыша пластинчатого теплообменника, представленного на фиг.5 и 6.
На фиг.8 схематично представлен вид в разрезе по линии VIII-VIII на фиг.7.
На фиг.9 схематично представлен вид спереди пластинчатого теплообменника по изобретению с вкладышем, содержащим третий вариант функционального элемента.
На фиг.10 схематично представлен вид в разрезе по линии X-X на фиг.9.
На фиг.11 схематично представлен вид спереди вкладыша пластинчатого теплообменника, представленного на фиг.9 и 10.
На фиг.12 схематично представлен вид в разрезе по линии XII-XII на фиг.11.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 и 2 представлен пластинчатый теплообменник, содержащий пакет 1 пластин, имеющий множество пластин 2 теплообменника, которые получены формовкой в пресс-форме известным способом и содержат поверхность теплопередачи, предпочтительно имеющую полученное формовкой в пресс-форме рифление, состоящее из выступов и углублений (не показанных на чертежах), и расположенный по периметру краевой фланец, который в представленных вариантах осуществления изогнут. Две наружные пластины 2', 2" теплообменника могут иметь другую конструкцию, отличную от конструкции остальных пластин 2 теплообменника, что касается, например, толщины и/или рифления. Они могут быть, например, гладкими или практически гладкими. Также можно обеспечить, чтобы две наружные пластины 2', 2" были плотно прижаты к соответствующим ближайшим к ним пластинам 2 теплообменника таким образом, чтобы между наружной пластиной 2', 2" теплообменника и ближайшей к ней пластиной 2 теплообменника не было промежутка.
Пластины 2 теплообменника обеспечены рядом друг с другом в пакете 1 пластин, образуя первые промежутки 3 для первой среды и вторые промежутки 4 для второй среды. Первые и вторые промежутки 3 и 4 чередуются в пакете 1 пластин, т.е. каждый второй промежуток представляет собой первый промежуток 3, а расположенный рядом с ним промежуток представляет собой второй промежуток 4 (см. фиг.2).
Пластинчатый теплообменник содержит некоторое количество каналов, продолжающихся через пакет 1 пластин. Каналы образуют первый впускной канал 5 для передачи первой среды в первые промежутки 3 и первый выпускной канал 6 для передачи первой среды наружу из первых промежутков 3. Каналы также образуют второй впускной канал для передачи второй среды во вторые промежутки 4 и второй выпускной канал для передачи второй среды наружу из вторых промежутков 3. Можно, например, обойтись без канала, образующего вторые впускной и выпускной каналы 7, 8 и обеспечить вход и выход во вторые промежутки 4 через стороны пакета 1 пластин.
Впускной и выпускной каналы 5-8 образованы соответствующим отверстием 9 (см. фиг.3) в каждой из пластин 2 теплообменника, возможно, за исключением одной или обеих внешних пластин 2', 2" теплообменника, как можно видеть более подробно ниже.
Пластинчатый теплообменник может использоваться для различных типов сред. Одним из примеров области применения является масляный радиатор, при этом первая среда представляет собой охлаждаемое масло, а вторая среда представляет собой охлаждающую среду, например, воду. Следует заметить, что пластинчатый теплообменник может быть использован и в других применениях, например, для локального или централизованного нагрева воды, например для нагрева горячей воды в кране, в теплонасосных установках, в промышленных процессах, для охлаждения и/или нагрева чего-либо в транспортных средствах и т.д.
В представленных вариантах осуществления пластины 2, 2', 2" пластинчатого теплообменника постоянно соединены друг с другом, например, с помощью пайки, склеивания или сварки. Однако следует заметить, что изобретение также применимо к пластинчатым теплообменникам, целостность которых поддерживается другим способом, например, посредством стяжных болтов.
Пластинчатый теплообменник также содержит вкладыш 10, который установлен в одном из каналов для первой среды. Назначение вкладыша 10 состоит в том, чтобы поместить в данный канал функциональный элемент 20. Функциональный элемент 20 обеспечивает дополнительные функции для теплообменника. Дополнительные функции могут быть активными, например направление потока, и/или пассивными, например чувствительность.
Вкладыш 10 содержит кольцо 11 и кольцевой фланец 12, который выступает из кольца 11. Кольцо 11 и кольцевой фланец 12 в представленных вариантах осуществления выполнены как единое целое. Эти два элемента могут представлять собой две отдельные детали, установленные на вкладыше 10.
Кольцевой элемент 10 содержит крепежный элемент, предназначенный для крепления и удерживания функционального элемента 20 в канале. В вариантах осуществления, представленных на фиг.1-4, крепежный элемент содержит резьбу, предназначенную для взаимодействия с соответствующей резьбой функционального элемента. Резьба на крепежном элементе образует вместе с упомянутой соответствующей резьбой резьбовое соединение 13, схематично показанное на фиг.3 и 4.
Кольцевой фланец 12 вкладыша установлен между двумя пластинами 2 теплообменника в пакете 1 пластин. В представленных вариантах осуществления кольцевой фланец 12 находится, по меньшей мере, частично, в одном из первых промежутков 3. Кольцевой фланец 12 имеет первую сторону 12a и соответствующую вторую сторону 12b, которая упирается в соответствующую одну из пластин 2 пластинчатого теплообменника, которая охватывает упомянутый промежуток 3.
Вкладыш 10 в представленных вариантах осуществления постоянно соединен с двумя соседними пластинами 2 теплообменника. При этом первая сторона 12а постоянно соединена с одной из двух пластин 2 теплообменника, а вторая сторона 12b постоянно соединена с другой пластиной 2 теплообменника из упомянутых двух. Постоянное соединение может быть получено при установке пластинчатого теплообменника, и его компоненты соединяют друг с другом посредством вышеупомянутого расплавления металлического материала. Если вместо этого пластинчатый теплообменник удерживать в целостном состоянии посредством стяжных болтов, то вкладыш может удерживаться на своем месте путем зажима кольцевого фланца между двумя соседними пластинами 2 теплообменника.
Функциональный элемент 20 предпочтительно может быть прикреплен к вкладышу 10 перед его установкой на пластину 2 теплообменника. Однако можно установить функциональный элемент 20 во вкладыш 10, когда он уже установлен в пластинчатом теплообменнике. Представленные варианты осуществления также позволяют заменять функциональный элемент 20 без демонтажа пластинчатого теплообменника или удаления вкладыша 10 с его места в канале.
Как видно на фиг.5, 3, 7 и 11, первая сторона 12a кольцевого фланца 12 содержит кольцевое углубление 15 рядом с кольцевым элементом 11, и шесть радиальных углублений 16 продолжаются наружу от кольцевой канавки 15 за пределы наружного края кольцевого фланца 12. Кольцевое углубление 15 таково или имеет такой радиус по отношению к центральной оси, проходящей сквозь вкладыш 10, что углубление 15 полностью или частично расположено в канале, при этом также могут быть обеспечены радиальные углубления 16 таким образом, что они расположены снаружи отверстия 9 между пластинами 2 теплообменника (см. фиг.3). Углубления 15 и 16 могут иметь одинаковую глубину. От кольцевого углубления 15 могут продолжаться более или менее чем шесть радиальных углублений 16. Вторая сторона 12b кольцевого фланца 12 в представленных вариантах осуществления гладкая.
В вариантах осуществления, представленных на фиг.1-4, функциональный элемент 20 содержит устройство, направляющее поток. В представленном в данном документе варианте осуществления пластинчатый теплообменник поделен на первую часть 1a и вторую часть 1b. Между первой частью 1a теплообменника и второй частью 1b теплообменника предусмотрен вкладыш 10, который образует ограничительное, или разделительное, устройство между первой частью 1a теплообменника и второй частью 1b теплообменника. Вкладыш 10 расположен таким образом, чтобы направлять первую среду таким образом, чтобы она передавалась в определенном направлении через первые промежутки 3 в первой части 1a теплообменника и в противоположном направлении через первые промежутки 3 во второй части 1b теплообменника.
Первый впускной канал 5 и первый выпускной канал 6, таким образом, могут быть расположены в одном канале, при этом впускной канал продолжается от одной стороны пластинчатого теплообменника сквозь первую наружную пластину 2' и пластины 2 первой части 1a теплообменника до самого вкладыша 10. Первый выпускной канал 6 продолжается от вкладыша 10 сквозь пластины 2 второй части 1b теплообменника, вторую наружную пластину 2" теплообменника и наружу, через вторую сторону теплообменника. Каналы также образуют первый внутренний канал 5a, соединяющий первые промежутки 3 в первой части 1a теплообменника с первыми промежутками 3 во второй части 1b теплообменника. Первый внутренний канал 5a продолжается через все пластины 2 теплообменника за исключением двух наружных пластин 2' и 2" теплообменника, как видно на фиг.2 и 6.
Первая среда, которая передается в первый впускной канал 5 и достигает вкладыша 10, может быть, таким образом, передана в кольцевое углубление 15, а оттуда - в радиальные углубления 16 и наружу. Это означает, что первая среда передается в первый промежуток 3, в котором находится кольцевой фланец 12 вкладыша 10. Таким образом обеспечивается гарантия, что ни один из промежутков 3, 4 не будет закупорен вкладышем 10.
В вариантах осуществления, представленных на фиг.1-4, функциональный элемент 20 содержит клапан 21, предназначенный для регулировки одного из каналов, в представленных вариантах осуществления - первого впускного канала 5, в результате чего предотвращается выход первой среды, по меньшей мере, частично, из данного канала. Клапан 21 может иметь подходящую конструкцию, и схематичный пример конструкции этого клапана представлен на фиг.4. Клапан 21 в данном примере может содержать корпус 22 клапана, который может открывать или закрывать отверстие 23 клапана. Пружина 24 действует на корпус 22 клапана, прижимая его в закрытое положение, как показано на фиг.4. Клапан 20 может быть термостатическим и может быть расположен таким образом, чтобы регулировать проходимость через канал в зависимости от температуры первой среды. Этот термостатический клапан может быть выполнен в виде пружины 24, чувствительной к воздействию температуры, и в приведенном примере эта пружина сжимается, приводя клапан в открытое положение, если температура первой среды опускается ниже заданного уровня. Пружина 24 может быть изготовлена из биметалла или металла с эффектом памяти формы.
Таким образом, посредством упомянутого клапана первая среда может передаваться через первую часть 1a теплообменника, а затем через вторую часть 1b теплообменника, если температура первой среды превышает определенный заданный уровень и если существует необходимость в охлаждении первой среды, путем закрытия клапана 20. Если температура первой среды опускается ниже заданного уровня, клапан 21 открывается и первая среда может быть передана непосредственно из первого впускного канала 5 в первый выпускной канал 6 без пропускания среды через первые промежутки 3.
Вариант осуществления, который представлен на фиг.5-8, отличается от варианта осуществления, представленного на фиг.1-4, тем, что функциональный элемент 20 имеет конструкцию напорной трубы 28. Эта напорная труба 28 прикреплена к вкладышу 10 посредством крепежного элемента с помощью прессовой посадки 29, т.е. кольцевой корпус 11 вкладыша 10 имеет внутреннюю кольцевую или коническую поверхность, которая взаимодействует с соответствующей наружной кольцевой или конической поверхностью напорной трубы 28. Упомянутые поверхности прижаты друг к другу таким образом, что напорная труба 28 прочно удерживается во вкладыше 10. Следует также заметить, что в варианте осуществления, представленном на фиг.5-8, крепежный элемент может содержать резьбу.
Таким образом, напорная труба 28 установлена в канале первого впускного канала 5. Первая среда течет в первый впускной канал 5 снаружи напорной трубы 28 и в первые промежутки 3 в первой части 1a теплообменника, т.е. в промежутки, расположенные сзади по ходу относительно вкладыша 10. Затем первая среда течет через первые промежутки 3 второй части 1b теплообменника в первый выпускной канал 6, а затем выходит наружу из пластинчатого теплообменника через вкладыш 10 и напорную трубу 28. В представленном варианте осуществления отверстие 9 в наружной пластине 2" теплообменника отсутствует в продолжении первого впускного канала 5.
Варианты осуществления, представленные на фиг.9-11, отличаются от вариантов осуществления, представленных на фиг.1-8, тем, что функциональный элемент 20 не содержит устройства, направляющего поток, но содержит пассивный чувствительный элемент. В представленных вариантах осуществления функциональный элемент 20 содержит датчик 31 температуры, предназначенный для измерения температуры первой среды. Измеряемая температура может использоваться для управления клапаном 32, который управляет потоком, текущим через вторые промежутки 4. Датчик 31 температуры удерживается во вкладыше 10 посредством втулки 32, которая, в свою очередь, удерживается посредством подходящего в данном случае количества спиц 33, каждая из которых присоединена к кольцу 34. Согласно данному варианту осуществления вкладыш 10 можно открывать и закрывать, т.е. первая среда может течь непосредственно через вкладыш 10.
Согласно варианту осуществления представленному на фиг.9-11, крепежный элемент содержит байонетное крепление 37, которое содержит первую часть 38 байонетного крепления, которая, например, может содержать две шпильки функционального элемента 20 и предназначена для взаимодействия с соответствующей второй частью 39 байонетного крепления, которая, к примеру, может содержать два углубления в кольцевом фланце 11. В представленных вариантах осуществления шпильки выступают из кольца 34. Следует заметить, что в варианте осуществления, представленном на фиг.9-11, крепежный элемент может, в качестве альтернативы, содержать резьбовое соединение 13 или прессовую посадку 29. Наружная пластина 2" теплообменника в данном варианте осуществления сплошная, т.е. не содержит каналов.
Данное изобретение не ограничено представленными вариантами осуществления, но может быть представлено в различных вариантах и модификациях в пределах формулы изобретения.