МНОГОХОДОВОЙ ТЕПЛООБМЕННИК
MULTI-PASS HEAT EXCHANGER

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к пластинчатому теплообменнику и способу создания множества проходов в пластинчатом теплообменнике. Такой тип пластин и кожухов часто состоит из набора узорчатых пластин теплопередачи, установленных внутри кожуха. Пластины теплопередачи могут быть плотно приварены или спаяны друг с другом по окружности образованных в них отверстий и по их периметру. Это вместе с узорами, сформированными на пластинах теплопередачи, задает первый проточный путь между соединениями кожуха, окружающими набор пластин, и второй проточный путь между отверстиями в пластинах. Это позволяет теплообменной среде течь по первому проточному пути, сформированному на одной стороне пластин теплопередачи, находящейся в соединении по текучей среде с периметром пластины, и на второй стороне пластин теплопередачи, находящейся в соединении по текучей среде с отверстиями.
Было обнаружено, что рабочие характеристики теплообменника могут быть улучшены за счет создания многоходового теплообменника, в котором теплообменные среды проходят друг через друга несколько раз. Это может быть реализовано путем включения перегородок или барьеров, разводящих среду вперед и назад через набор пластин множество раз.
Если перегородки приварены к теплообменнику, то последующие изменения конфигурации теплообменника, например, изменение требований или просто регулировка для оптимизации теплообменника, запрещены.
Кроме того, поскольку кожухи часто не являются полностью круглыми, а могут быть слегка овальными, необходимо сформировать регулируемую перегородку, которая может плотно прилегать к неровной или некруглой стенке кожуха. Например, если кожух имеет овальную форму, было бы преимуществом, если бы перегородку можно было регулировать так, чтобы она соответствовала любому положению внутри кожуха.
Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание теплообменника, конфигурация которого является регулируемой и даже заменяемой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данные задачи решаются с помощью изобретения согласно представленной формуле.
Изобретение включает пластинчатый теплообменник, содержащий: - набор пластин узорчатых пластин теплопередачи, установленных друг над другом и расположенных внутри кожуха и задающих первый проточный путь и второй проточный путь между пластинами, причем в пространстве между другими краями пластин теплопередачи и внутренней стенкой кожуха сформированы внешние распределительные камеры, сообщающиеся по текучей среде с первым проточным каналом и первым пропускными соединениями, при этом во внешней распределительной камере расположена с возможностью регулировки перегородка, разделяющая ее на две внешние подкамеры, с формированием барьера для потока.
В одном варианте осуществления термин «регулируемый» относится к перегородке, размещенной таким образом, чтобы она не фиксировалась неразъемным образом в данном положении, а фиксировалась разъемным или съемным образом, что позволяет ее снимать и, возможно, устанавливать иным образом. Это позволяет сделать теплообменник более адаптируемым, причем одна или более перегородок могут быть вставлены или удалены в любое время как во время изготовления, так и на месте.
В альтернативном или дополнительном варианте осуществления термин «регулируемый» относится к перегородке, которая является гибкой таким образом, что при толкании ее к внутренней поверхности внешней распределительной камеры она адаптируется к кривизне указанной внутренней поверхности.
В одном варианте осуществления перегородка выполнена с возможностью регулировки так, чтобы ее можно было соединить с любой из множества указанных пластин теплопередачи или дополнительно или альтернативно с уплотнительной пластиной (пластинами), расположенной между любыми пластинами теплопередачи. В дальнейшем термин «пластина» относится либо к пластине теплопередачи, либо к уплотняющей пластине.
Перегородка может быть соединена с указанной пластиной с помощью разъемных крепежных средств, являющихся вставляемым отдельным устройством. В качестве альтернативы они встроены в перегородку или как часть возможных специализированных пластин.
Регулируемое соединение может означать, что перегородка разъемно соединена с пластиной.
Перегородка может быть расположена так, чтобы первая часть находилась в контакте только с указанной пластиной теплопередачи через крепежные средства, расположенные между указанной первой частью и ободом пластины.
Крепежные средства могут содержать или действовать на смещающее средство, толкающее перегородку к внутренней поверхности кожуха. Таким образом, позиционирование осуществляется путем фиксации перегородки на пластине (пластинах) и в то же время стабилизации путем зажатия ее между пластиной (пластинами) и внутренней поверхностью корпуса.
Первая часть может быть выполнена с множеством гибких створок, образующих смещающее средство, при небольшом изгибе толкающее перегородку к внутренней поверхности кожуха.
Перегородка может содержать вторую часть, соединенную с первой частью, причем указанная вторая часть расположена напротив внутренней поверхности кожуха и выполнена гибкой с возможностью адаптации к кривизне поверхности внутреннего кожуха.
Перегородка может содержать третью часть, соединенную с поверхностью обода указанной пластины, проходящей до пространства указанной внешней распределительной камеры, с формированием части барьера для потока. Указанная третья часть может быть соединена с указанной первой частью.
Между указанной первой частью и указанной третьей частью может быть зажата четвертая часть.
Первые пропускные соединения и перегородка могут быть расположены в том же месте, что и первая или вторая из указанных внешних распределительных камер, причем указанная перегородка расположена между первым и вторым из указанных первых пропускных соединений.
В варианте осуществления по меньшей мере одна перегородка расположена в указанной первой внешней распределительной камере, и по меньшей мере одна перегородка расположена во второй указанной внешней распределительной камере.
Настоящее изобретение также относится к способу сборки перегородки в пластинчатом теплообменнике, содержащем
- набор пластин узорчатых пластин теплопередачи, установленных друг над другом и расположенных внутри кожуха, задающих первый проточный путь и второй проточный путь между пластинами, причем в пространстве между другими краями пластин теплопередачи и внутренней стенкой кожуха сформированы внешние распределительные камеры, сообщающиеся по текучей среде с первым проточным путем и первыми пропускными соединениями, причем указанный способ включает размещение указанной перегородки во внешней распределительной камере с разделением ее на две внешние под-камеры и формированием барьера для потока между указанными двумя внешними подкамерами, и закрепление ее с возможностью снятия и регулировки путем приведения в действие крепежных средств, толкающих перегородку к внутренней поверхности кожуха.
Крепежные средства могут содержать или воздействовать на смещающее средство, толкающее перегородку к внутренней поверхности кожуха.
Способ может быть использован в теплообменнике согласно любому варианту осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - вид сбоку многоходового кожухного теплообменника согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 - вид сбоку соединенных ободов секции уложенных друг на друга пластин теплопередачи.
Фиг. 3 - вид сверху пластины теплопередачи в кожухе и соединенной с перегородкой согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 - перегородка для соединения с пластиной теплопередачи согласно первому варианту осуществления.
Фиг. 5 - перегородка, соединенная с пластиной теплопередачи согласно первому варианту осуществления.
Фиг. 6 - перегородка для соединения с пластиной теплопередачи согласно второму варианту осуществления.
Фиг. 7 - перегородка, соединенная с пластиной теплопередачи согласно второму варианту осуществления.
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 вариант осуществления теплообменника (1) кожухного типа, в котором множество узорчатых пластин (10) теплопередачи установлены друг над другом, с образованием набора (2) пластин. Набор (2) пластин расположен внутри кожуха (300), который может представлять собой трубку, например, с круглым поперечным сечением, при этом пластины (10) теплопередачи могут быть соответственно круглыми, как показано, например, на фиг. 3.
Торцевые крышки (310) могут быть соединены с открытыми концами кожуха (300), чтобы полностью закрыть набор пластин (2) внутри герметичным образом.
При соединении по рисункам пластин (10) теплопередачи соответственно формируется первый проточный путь между одной стороной и ее соединенной соседней пластиной (10) теплопередачи, а второй проточный путь формируется между второй стороной и ее соединенной соседней пластиной (10) теплопередачи.
Пластины (10) теплопередачи содержат отверстия (11) и соединены с одной стороны с краем отверстий (11), например, путем пайки или сварки. Первая текучая среда, подлежащая течению по первому проточному пути, входит и выходит на ободе пластин (10) теплопередачи.
На второй стороне пластины (10) теплопередачи соединены их ободом (15), например, путем пайки или сварки. Вторая текучая среда, подлежащая течению по второму проточному пути, входит и выходит через отверстия (11). Вместе отверстия (11) соединенных пластин (10) теплопередачи задают внутренние выходные и выходные распределительные камеры для отдельных проточных путей.
Первые пропускные соединения (6а, 6b) могут быть сформированы в кожухе (300) и/или торцевых крышках (310), образующих соединение с, например, внешними системами проточных трубопроводов и действующих как вход и выход текучей среды для внешних распределительных камер (4, 5) и, следовательно, первого проточного пути.
Вторые пропускные соединения (7а, 7b) могут быть сформированы в кожухе (300) и/или в торцевых крышках (310), образующих соединение с, например, системами внешних проточных трубопроводов и действующих как вход и выход текучей среды для внутренних распределительных камер и, следовательно, второго проточного пути.
Было обнаружено, что рабочие характеристики теплообменника могут быть улучшены путем формирования многоходового теплообменника, в котором теплообменные среды проходят друг через друга несколько раз. Это может быть реализовано путем включения перегородок или стопоров, разводящих среду вперед и назад через набор пластин множество раз. Количество проходов зависит от количества и расположения перегородок. Преимуществом является, если перегородка образует плотные барьеры, даже когда основная форма перегородки (100) не соответствует форме внутренней стенки кожуха (100).
В настоящем изобретении предложена перегородка (100), расположенная во внешней распределительной камере (4, 5) и разделяющая ее на две внешние подкамеры (4а, 4b), с формированием барьера для потока между указанными внешними подкамерами (4а, 4b). На чертеже с фиг. 1 показан простейший вариант осуществления с одной перегородкой (100), расположенной в первой внешней распределительной камере (4), и оба соединения (6а, 6b) первого порта расположены в сообщении по текучей среде с одной и той же первой внешней распределительной камерой (4). Текучая среда, поступающая во вход (6а), распределяется в первой внешней подкамере (4а) по всем соединенным первым проточным путям, образованным между пластинами (10) теплопередачи. По первым проточным путям текучая среда течет во вторую внешнюю распределительную камеру (5), где она распределяется по оставшимся из первых проточных путей, соединенных со вторыми внешними подкамерами (4b). Наконец, поток достигает второй внешней подкамеры (4b) перед тем, как выйти через выход (6b). Это проиллюстрировано белыми стрелками.
Таким образом, данная перегородка (100) обеспечивает два прохода потока текучей среды. В данном варианте осуществления первые пропускные соединения (6а, 6b) и перегородка (100) расположены в одном месте с первой (4) или второй (5) из указанных внешних распределительных камер, причем указанная перегородка (100) расположена между первым (6а) и вторым (6b) указанными первыми пропускными соединениями.
Третий путь может быть введен путем добавления перегородки (100) во второй внешней распределительной камере (5) к той, что показана на фиг. 1, с разделением таким образом ее также на две внешние подкамеры, и перемещением выходного пропускного соединения (6b) для соединения со второй внешней распределительной камерой (5).
Любое такое количество проходов в принципе может быть введено путем добавления перегородок (100) и соответствующего расположения входных и выходных пропускных соединений (6а, 6b).
Однако, если перегородка (100), например, приварена или припаяна к теплообменнику (1), ее будет трудно отрегулировать или заменить.
Таким образом, в настоящем изобретении заявлена перегородка (100), которая является регулируемой и разъемной таким образом, чтобы она, например, могла быть соединена с любой из множества указанных пластин (10) теплообменника, или в любом положении между ними, так чтобы она легко снималась, но под "регулируемой" также подразумевается, что она может быть выполнена так, чтобы она плотно прилегала к внутренней стенке кожуха (300).
За счет этого получается широкий спектр преимуществ. Во-первых, это упрощает производство теплообменника, так как можно использовать стандартные компоненты, просто добавляя нужное количество перегородок (100) в соответствии с требованиями. Во-вторых, позже легко обновить теплообменник (1) путем добавления или удаления перегородок (100). В одном варианте осуществления первые пропускные соединения (6а, 6b) расположены в одной или обеих торцевых крышках (310), в противном случае они являются симметричными, и внешние распределительные камеры (4, 5) расположены симметрично в кожухе (300). Соединение, например, первое выходное пропускное соединение (6b), можно просто изменить между первой (4) и второй (5) внешними распределительными камерами путем поворота соответствующей торцевой крышки (310).
Фиг. 2 представляет собой увеличенный вид области сечения обода (15) соединенных пластин (10) теплопередачи, кожух (300) и перегородка (100) в показанном варианте осуществления соединены с уплотнительной пластиной (20), например с ее ободом (25). В качестве альтернативы перегородка (100) может быть соединена с ободом (ободами) (15) пластины (пластин) (10) теплопередачи. Уплотнительная пластина (20) в данном варианте осуществления проходит дальше в соответствующую внешнюю распределительную камеру (4, 5), чем пластины (10) теплопередачи. В качестве альтернативы, обод (25) уплотнительной пластины (20) выровнен с ободами (15) пластины (10) теплопередачи или может даже меньше проходить во внешнюю распределительную камеру (4, 5), чем они. У плотните л ьная пластина (20) может быть существенно толще пластин (10) теплопередачи, как проиллюстрировано, и может, например, не иметь рисунков. В качестве альтернативы, уплотнительная пластина (20) представляет собой просто пластину (20) теплопередачи или даже пару пластин (10, 20) теплопередачи, соединенных их ободами (15, 25), проходящими дальше, чем другие пластины (10) теплопередачи. Таким образом, уплотнительная пластина (20) как таковая образует часть барьера.
В данном варианте осуществления уплотнительная пластина (20) может быть вставлена с возможностью снятия между любой из пластин (10) теплопередачи.
Фиг. 3 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий пластину (10) теплопередачи или, в качестве альтернативы, уплотнительную пластину (20) внутри кожуха (300). Боковые уплотнения (350) расположены для разделения пространства между краями пластин (10) теплопередачи и внутренней поверхностью кожуха (300), с разделением пространства на первую (4) и вторую (5) внешние распределительные камеры.
Видно, что перегородка (100) расположена в первой внешней распределительной камере (4), закрепленной на месте крепежными средствами (150).
Фиг. 4 иллюстрирует один такой вариант осуществления присоединяемой и разъемной перегородки (100), подлежащей расположению в соединении с пластиной (10) теплопередачи. В проиллюстрированном варианте осуществления перегородка (100) расположена так, чтобы первая часть (105) контактировала с указанной пластиной (10, 20) либо непосредственно, например, ее ободом (15, 25), либо, как показано на чертеже, контактировала с ободом (15, 25) только через крепежные средства (150). В данном последнем варианте крепежные средства (150) расположены между указанной первой частью (105) и ободом (15, 25) пластины (10, 20). В дальнейшем «пластина» относится к любой пластине (10) теплопередачи или уплотнительной пластине (20).
В любом варианте осуществления может быть предпочтительным, если перегородка (100) прижимается к внутренней поверхности кожуха (300) для стабилизации ее положения в распределительных камерах (4, 5) под действием сил потока текучей среды. Одна сторона перегородки (100) соединена непосредственно с ободом (15, 25) пластины (10, 20) или опосредованно через крепежные средства (150), а другая сторона удерживается на месте с помощью толкающей силы и трения.
Для обеспечения такой толкающей силы можно включить смещающее средство (130), толкающее перегородку (100) к внутренней поверхности кожуха (300), когда крепежные средства (150) приведены в действие. Смещающее средство (130) может быть частью крепежных средств (150), или, как проиллюстрировано, встроено в перегородку (150) или вставлено отдельно. В проиллюстрированном варианте осуществления смещающее средство (130) сформировано в виде множества гибких створок (130) в первой части (105), например, закрепленных вырезами. Створки (130) обладают некоторой эластичностью, так что, когда они изгибаются под действием силы, створки (130) отталкиваются с той же силой. В проиллюстрированном варианте осуществления данный эффект используется путем введения крепежных средств (150), выполненных в виде сформированного болта между одной или более створок (130) и ободом (15, 25) пластины (10, 20). На одной стороне крепежные средства (150) содержат первый элемент (155), расположенный на поверхности первого обода (15, 25), например, гайку, соединенную с одним концом специально сформированного болта (160) крепежных средств (150). Болт (160) имеет такую форму, что в одном видимом положении поворота он образует первый диаметр, видимый на расстоянии между концом пластины (10, 20) и внутренней поверхностью кожуха (300), тогда как при втором повороте он образует второй диаметр, который больше первого диаметра. Таким образом, первое положение поворота позволяет вставлять и снимать перегородку (100) и крепежные средства (150), а при повороте во второе положение больший диаметр толкает створки (130), чтобы толкать перегородку (100) к внутренней поверхности кожуха (300).
Крепежные средства (150) могут содержать, на противоположной стороне от первого элемента (155), второй элемент (165), контактирующий со второй поверхностью обода (15, 25). Поверхности первого и второго обода (15, 25) могут быть соответствующими внешними поверхностями (15, 25) обода пластин (10, 20), соединенных их ободом (15, 25). Первый элемент (155) и второй элемент (165) дополнительно контактируют с концом первой части (105) с обеих сторон (например, с концом контактирующей створки (створок) (30)), с креплением тем самым перегородки (100) и крепежных средств (150) к ободу (15, 25) пластины (пластин) (10, 20).
В одном варианте осуществления навинчиваемое соединение, например, болта (160) с первым элементом (155), например гайкой, гарантирует, что поворот уменьшает расстояние между первым элементом (155) и вторым элементом (165) для затягивания фиксации.
Перегородка (100), такая как первая часть (105), также может содержать гибкие отверстия для введения крепежных средств (150). Они могут быть закрытыми в обычном состоянии, но открываться для вставления крепежных средств (150). Данные гибкие отверстия могут быть просто смещающими средствами (130), такими как проиллюстрированные створки (130), позволяющие сгибаться.
В одном другом варианте осуществления крепежные средства (150), такие как болт, не имеют первого и второго диаметров, а просто приводятся в действие, будучи вставленными через гибкие отверстия. В проиллюстрированном варианте осуществления створки (130) могут работать как гибкие отверстия, позволяющие вставлять крепежные средства (150), которое сгибает створки (130).
В одном варианте осуществления первая часть (105) не расположена на расстоянии от пластин (10, 20), а расположена у поверхности обода (15, 25) согласно любому варианту осуществления и прикреплена к ней.
В любом из вариантов осуществления ширина перегородки (100) или по меньшей мере первой части (105) такова, что перегородка (100) и крепежные средств (150) установлены относительно свободно в распределительных камерах (4, 5), облегчая их вставление или снятие. Затем фиксация выполняется путем приведения в действие крепежных средств (150), как в раскрытых вариантах осуществления.
Перегородка (100) в варианте осуществления, показанном на фиг. 4, дополнительно включает в себя вторую часть (110), соединенную с первой частью (105), расположенную напротив внутренней поверхности кожуха (300). Это увеличивает устойчивость перегородки (100), а также улучшает соединение и, следовательно, трение перегородки (100) о внутреннюю поверхность кожуха (300).
Вторая часть (110) может быть сформирована так, чтобы соответствовать некоторой средней кривизне внутренней поверхности кожуха (300). Кроме того, она может быть гибкой, так что ее кривизна может изменяться. В этой ситуации, когда крепежные средства (150) действуют на первую часть (105), она и вторая часть (110) прижимаются к внутренней поверхности кожуха (300), причем гибкость обеспечивает адаптацию по меньшей мере второй части (110) к форме внутренней поверхности кожуха (300). Вторая часть (110) за счет гибкости образует первую часть барьера для потока, герметизирующую перегородку (100) по направлению к кожуху (300).
В проиллюстрированном варианте осуществления с прорезями в первой части (105), образующими створки (130), обеспечивается достаточная гибкость первой части (105), позволяя ей следовать адаптации второй части (110). В качестве альтернативы, первая часть (105) может быть изготовлена из гибкого материала, например из эластичного материала.
В проиллюстрированном варианте осуществления перегородка (100) дополнительно включает третью часть (115), проходящую в пространство указанной внешней распределительной камеры (4, 5), с образованием второй части барьера для потока. Третья часть (115) герметично прикреплена к ободу (15, 25) пластины (10, 20), предотвращая прохождение потока текучей среды через перегородку (100) в данной секции. В проиллюстрированном варианте осуществления две третьи части (115) включены между ободом (15, 25), первой частью (105) и четвертой частью (120) перегородки (100).
Четвертая часть (120) представляет собой уплотнение, расположенное между первой частью (105) и второй частью (115), с предотвращением прохождения текучей среды через данное соединение.
В одном варианте осуществления третья часть (115) и вторая часть (120) могут содержать выемки или отверстия, позволяющие вставлять крепежные средства (150). В данном варианте осуществления сами крепежные средства (150) формируют часть барьера, образующего уплотнения отверстий или выемок при вставлении.
На фиг. 5 показан вид сверху первой части (105), соединенной с пластиной (10) теплопередачи с помощью крепежных средств (150), изгибающих одно или более смещающих средств (130) или створок.
Настоящее изобретение также относится к способу сборки перегородки (100) в кожухном теплообменнике (1), указанный способ включает размещение указанной перегородки (100) во внешней распределительной камере (4, 5), разделяющей ее на две внешних подкамеры (4а, 4b), образующие барьер для потока между указанными двумя внешними подкамерами (4а, 4b), и фиксирующей ее разъемным образом путем приведения в действия крепежных средств (150), толкающих перегородку (100) к внутренней поверхности кожуха (300) при приведении в действие.
Фиг. 6 иллюстрирует другой вариант осуществления присоединяемой и разъемной перегородки (100'), действующей как в варианте осуществления, например, с фиг. 2 и 4, но в данном случае вторая часть (110') приспособлена для толкания перегородки (100') к внутренней поверхности кожуха (300') вместо крепежных средств (150). Вторая часть (110') в варианте осуществления действует как пружинный элемент, смещенный в наружном направлении. По меньшей мере секции второй части (110') могут быть смещены, чтобы проходить дальше, чем внутренняя часть кожуха (300'). В данном случае секции смещены таким образом, что при вставлении они изгибаются внутрь внутренней поверхностью кожуха (300'). В варианте осуществления с фиг. 6 вся окружность второй части (110') проходит с большим диаметром, чем диаметр внутренней поверхности кожуха (300'), и образована в виде створок, изгибающихся относительно первой части (105') под углом более 90 градусов, так что при установке створки деформируются внутрь, прижимаясь к внутренней поверхности кожуха (300').
В данном варианте осуществления первая часть (105') может быть образована со створками (130') или без них.
Два таких элемента, содержащих первую часть (105') и вторую часть (110'), могут быть вставлены с каждой стороны четвертой части (120'), каждый из которых может быть зажат между четвертой частью (120'), уплотнительной частью и третьей частью (115').
Как проиллюстрировано на фиг. 7, где вставленная перегородка (100') показана сбоку, две вторые части (110') соприкасаются по меньшей мере при установке, взаимодействуя друг с другом для фиксации перегородки (100') внутри кожуха.