Пластинчатый теплообменник

Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к устройству пластинчатого теплообменника, предназначенного для передачи тепла от одной жидкости к другой.
Известен аналог – пластинчатый теплообменник–RU2110030, 08.06.1993, содержащий несколько по существу прямоугольных теплообменных пластин, каждая из которых имеет входные и выходные отверстия для соответствующих жидкостей в угловых частях, теплообменную часть, расположенную посередине между соответствующими входными и выходными отверстиями, и две распределительные части, расположенные между теплообменной частью и соответствующими входными и выходными отверстиями и предназначенные для распределения соответствующих двух жидкостей, когда они текут от своих входных отверстий к теплообменным частям.
Недостатком аналога является отсутствие возможности контроля образования накипи внутри теплообменника и, как следствие, невозможность отследить процесс медленного снижения эффективности теплообменника. В некоторых типах технологического оборудования снижение эффективности теплообменника оказывает значительное влияние на технологический процесс и важно вовремя знать о степени покрытия внутренней поверхностью накипью.
Известен аналог – пластинчатый теплообменник – US7152663, 26.12.2006, принятый в качестве прототипа, содержащий пакет теплообменных пластин, которые образуют первые каналы для горячей жидкости и вторые каналы для холодной жидкости, каждая из пластин имеет входные и выходные отверстия для подвода жидкости в каналы между пластинами, каналы между пластинами образованы рельефом пластин, имеется сенсорное пространство, закрытое для первых каналов и вторых каналов, в котором размещен датчик температуры, сенсорное пространство выполнено с возможностью содержать среду, на которую может влиять температура, по крайней мере, одной из жидкостей, и может быть подключено к устройству для измерения изменения давления среды.
В прототипе степень образования накипи возможно определить по степени изменения температуры горячей жидкости, которая фиксируется датчиком температуры, размещенным в сенсорном пространстве. При увеличении слоя накипи на теплообменной поверхности разность температур горячей жидкости в теплообменнике и перед теплообменником будет меньше. Это является следствием снижения теплопроводности пластин теплообменника при образовании накипи и снижения эффективности теплообмена.
Недостатком прототипа является сложность устройства теплообменника, обусловленная применением датчиков температуры, необходимостью установки одного из датчиков внутрь теплообменника. Применение датчиков температуры подразумевает применение электронного устройства для считывания результатов измерений и сравнения температур. При небольшой разнице температур холодной и горячей жидкостей температурный градиент настолько мал, что отследить изменение можно только при большом слое накипи на поверхности и значительном снижении теплопроводности. Поэтому устройство не позволяет обеспечить оперативный контроль слоя накипи.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в создании простого устройства пластинчатого теплообменника с функцией контроля слоя накипи на поверхностях теплообмена, обеспечивающей возможность быстро и просто контролировать, что слой накипи достиг определенной величины.
Технический результат достигается в пластинчатом теплообменнике, содержащем пакет теплообменных пластин, пространства для жидкости между каждой парой прилегающих друг к другу пластин, которые связаны через одно так, что первые пространства предназначены для горячей жидкости, вторые для холодной жидкости, пространства между прилегающими пластинами содержат каналы для жидкости, сформированные рельефом пластин, каждая из пластин имеет входные и выходные отверстия для подвода жидкости в пространства между пластинами, рельеф поверхности двух прилегающих друг к другу пластин, расположенных в пакете с краю теплообменника, образует контрольный канал, максимальный размер проходного сечения которого равен величине слоёв накипи на его стенках, который необходимо контролировать, по ходу движения жидкости после контрольного канала размещён связанный с ним широкий канал, имеющий проходное сечение больше, чем у остальных каналов, и площадь которого в плане составляет не менее 25 квадратных сантиметров, широкий канал расположен вплотную к краю пластины, снаружи теплообменника поверхность пластины в зоне размещения широкого канала покрашена термохромной краской.
На фиг.1 изображен общий вид пластинчатого теплообменника.
На фиг.2 изображено сечение (А-А с фиг.3) пластинчатого теплообменника, с указанием пространства между прилегающими пластинами, выполненного в виде каналов для жидкости.
На фиг.3 изображен вид с торца пластинчатого теплообменника, на котором несколько впереди лежащих пластин условно скрыты.
На фиг.4 изображен вид сбоку пластинчатого теплообменника.
На фиг.5 изображена одна из крайних пластин пластинчатого теплообменника, имеющая рельеф, образующий контрольный канал и широкий канал.
На фиг.6 изображено сечение (Б-Б с фиг.5) крайних пластин теплообменника поперёк контрольного канала.
На фиг.7 изображен вариант исполнения пластинчатого теплообменника, пластины которого стянуты между собой фланцами.
Пластинчатый теплообменник содержит пакет 1 теплообменных пластин 2, как показано на фиг.1, пространства 3, 4для жидкости между каждой парой прилегающих пластин 2связаны через одно так, что первые пространства 3 предназначены для горячей жидкости, вторые 4 для холодной жидкости, пространства 3, 4 между прилегающими пластинами содержат каналы 5 для жидкости, как показано на фиг.2 и 3, сформированные рельефом пластин 2, как показано на фиг.2, каждая из пластин 2 имеет входные 6 и выходные 7 отверстия, как показано на фиг.3, для подвода жидкости в пространства 3, 4 между пластинами 2,прилегающие пластины 8, 9, расположенные в пакете 1 с краю теплообменника, как показано на фиг.4, имеют рельеф поверхности, который образует контрольный канал 10, как показано на фиг.5, максимальный размер проходного сечения которого равен величине слоёв накипи на его стенках, который необходимо контролировать, по ходу движения жидкости после контрольного канала 10 размещён связанный с ним широкий канал 11, имеющий проходное сечение больше, чем у остальных каналов 5,и площадь которого в плане составляет не менее 25 квадратных сантиметров, широкий канал 11 расположен вплотную к краю 12 пластины 2, снаружи теплообменника поверхность 13 пластины 8 в зоне размещения широкого канала 11 покрашена термохромной краской, как показано на фиг.1.
Рассмотрим пример конкретной реализации пластинчатого теплообменника. Пластины 2 изготавливают из листовой нержавеющей стали. Рельеф пластин 2, образующий каналы 5, формируют методом штамповки. Пластины складывают в пакет 1 таким образом, чтобы рельеф расположенных рядом пластин образовал каналы 5, как показано на фиг.2. Каналы 5 всех пластин, кроме крайних 8, 9 имеют форму ёлочки, как показано на фиг.3. На поверхность пластины 2 устанавливают резиновое уплотнение 14, как показано на фиг.3, которое при прижатии её к соседней пластине обеспечивает герметизацию пространства 3 (4)  для жидкости при её протекании от входного 6 к выходному 7 отверстию. Каналы 5 обеспечивают большую поверхность теплообмена и гарантируют отсутствие застойных зон. Благодаря им во всём пространстве 3 и 4 жидкость имеет движение, гарантируя тем самым теплообмен. Рельеф, формирующий контрольный10 и широкий 11 каналы, технологически выполнен аналогично остальным каналам 5. Для формирования контрольного 10 и широкого 11 каналов используются две крайние пластины 8 и 9. Ширина h, как показано на фиг.5, 6контрольного 10 канала равна 2 мм. Ширина контрольного канала выбрана исходя из того, что в примере реализации решено контролировать слой накипи равный 1 мм. При покрытии двух противолежащих стенок канала таким слоем канал будет полностью перекрыт.Пластины стягивают фланцами 15, как показано на фиг.7, с помощью резьбовых шпилек 16 и гаек 17. На фланцах 15 имеются патрубки 18 для подвода и отвода жидкостей. Поверхность 13 (фиг.1)пластины 8 в зоне размещения широкого канала 11 покрашена красной термохромной краской, которая при комнатной температуре имеет блёклый светлый оттенок, а при нагреве до 80 градусов Цельсия становится ярко красной. Площадь зоны покрашенной поверхности13 составляет 25 квадратных сантиметров, а именно это прямоугольная зона со стороной равной 5 сантиметров. При меньшей площади на температуру данной зоны значительное влияние оказывают близлежащие зоны, расположенные относительно неё с трех сторон, что мешает достижению технического результата. С четвертой стороны расположен край 12 (фиг.5, 6) теплообменника, который не вносит значительного влияния в температуру этой зоны, так как окружен воздушным пространством за теплообменником, теплопередача с которым меньше.
Рассмотрим пример работы пластинчатого теплообменника. Теплообменник применяется в составе оборудования пищевой промышленности. В исходном состоянии поверхность 13 имеет блёклый светлый оттенок. После включения оборудования в первые пространства 3 подают горячую жидкость, во вторые 4 холодную. Горячая жидкость имеет температуру 95 градусов. Сразу после подачи жидкости поверхность 13 окрашивается в ярко красный цвет. Это сигнализирует о том, что каналы 5 теплообменника не имеют накипи, или о том, что её слой ещё не достиг предельного значения. При достижении слоя накипи толщины 1 мм она перекрывает контрольный канал 10. Поток горячей жидкости к широкому каналу 11 прекращается и температура поверхности 13, покрашенной термохромной краской, снижается, так как канал 11 находится с краю 12 пластин, и его образуют крайние пластины 8, 9, что предотвращает его прогревание жидкостью, протекающей через остальные каналы 5. В результате этого покрашенная зона 13 становится светло блеклой. Это является сигналом для обслуживающего персонала о предельном уровне слоя накипи на поверхностях теплообменника. Теплообменник заменяется другим, а данный теплообменник разбирается для проведения работ по очистке накипи.
В одном из вариантов вместо термохромной краски или в дополнение к ней используется термодатчик, присоединенный к области (поверхность 13), температуру которой необходимо контролировать. Индикатор термодатчика выполнен в виде светодиода, который срабатывает при достижении температурой заранее заданного уровня, свечение светодиода показывает появление накипи в теплообменнике.
В другом варианте осуществления используется две термопары, одна термопара присоединена к области контроля накипи (поверхность 13), а другая – к симметрично расположенной противоположной стороне без такой области. Разность напряжений двух термопар характеризует разницу температур двух участков, которая в свою очередь характеризует наличие и уровень накипи.