ТЕПЛООБМЕННИК ПЛАСТИНЧАТЫЙ РАЗБОРНЫЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к теплотехнике, к теплообменному оборудованию и может быть использована в системах отопления, горячего водоснабжения, вентиляции, в пищевой промышленности и в различных технологических теплообменных процессах.
Уровень техники
Известен пластинчатый противоточный теплообменник (авторское свидетельство на изобретение №1778484, кл. МПК F28D 9/00, опубл. 30.11.1992), содержащий соединенные попарно пластины с плоскими участками, чередующимися с гофрами, линии которых в каждой пластине расположены под заданным углом наклона относительно оси симметрии пластины, противоположным углу наклона линиям гофров в пластине своей пары для образования при их примыкании сетчатых каналов прохода теплоносителя. Линии гофров выполнены через одну равномерно относительно кромок пластины укороченными и имеют форму сопряженных между собой дуг, расположенных симметрично относительно упомянутой оси и загнутых в противоположные стороны, а угол наклона выполнен переменным, равномерно изменяющихся от минимального угла к максимальному вдоль упомянутой оси.
Недостатком этой конструкции является то, что не создается достаточной турбулентности потока в межпластинном канале, что отрицательно сказывается на теплопередающем эффекте теплообменника.
Известен теплообменник пластинчатый противоточный (публикация заявки на изобретение Германии DE 3903084, кл. МПК F28D 9/00, опубл. 09.08.1990), содержащий пакет пластин с гофрами, линии которых в каждой пластине расположены в виде рельефной «елочки», и выполненных на пластинах угловых отверстий с каждой стороны для подвода и отвода жидкости в теплообменную часть. Пакет пластин с гофрами установлен на направляющих штангах и стянут станиной и шпильками, а также содержит подводящие и отводящие патрубки.
Недостатком этого теплообменника является недостаточный теплообмен через гофрированные пластины между потоками горячей и холодной жидкости из-за низкой турбулентности жидкости, проходящей между смежными гофрами пластин.
Известен пластинчатый теплообменник (патент РФ на изобретение №2042911, кл. МПК F28D 9/00, опубл. 27.08.1995), содержащий корпус, состоящий из замкнутой стенки и двух днищ, и установленный в нем пакет пластин, пространство между которыми и отверстия в которых образуют каналы и проходы для теплоносителей, и содержащий внутри корпуса перегородки, параллельные пластинам, с соответствиями для прохода теплоносителей, причем корпус теплообменника имеет по меньшей мере один разъем, а также входные и выходные отверстия для двух или более теплоносителей, соединенные с коллекторными полостями теплоносителей, пакет пластин выполнен разборным, причем все пластины в пакете или их часть соединены между собой неразъемно по замкнутым контурам в не менее чем две группы, по меньшей мере по две пластины в каждой группе, в пакете пластин размещены перегородки, числом одна или более, перекрывающие все или отдельные проходы в направлении, перпендикулярном плоскости пластин, для любого числа теплоносителей, протекающих через теплообменник, при этом пакет пластин в направлении, перпендикулярном плоскости пластин, ограничен в каждой из двух сторон перегородкой или днищем корпуса, а в местах контакта пластин, крайних в неразъемных группах, с аналогичными пластинами других групп, перегородками или днищами корпуса установлены уплотнения по замкнутым контурам вокруг избранных отверстий или групп отверстий в пластинах, причем теплообменник оборудован устройством для зажатия пакета пластин и уплотнений между ними в направлении, перпендикулярном плоскости пластин.
Недостатком этой конструктивной схемы пластинчатого теплообменника является сложность конструкции, а также недостаточная эффективность теплообмена, обусловленная наличием перегородок.
Известен теплообменник пластинчатый противоточный разборный (патент РФ на полезную модель №87787, кл. МПК F28D 9/00, опубл. 20.10.2009), содержащий пакет пластин с гофрами с одинаковым или различным углом наклона гофр на поверхности пластины, линии которых в каждой пластине расположены в виде рельефной «елочки», и выполненных на пластинах угловых отверстий с каждой стороны для подвода-отвода жидкости в теплообменную часть, пакет пластин установлен на направляющих штангах и стянут станиной и шпильками, причем стяжные шпильки установлены с закладными шайбами, а плиты изготовлены на машине тепловой резки без дополнительной механической обработки контура и наружных нерабочих поверхностей.
Недостатком известного устройства является достаточно сложная технология изготовления плит теплообменника, а также относительно низкая эффективность теплообмена.
Известен пластинчатый теплообменник (патент РФ на полезную модель №17606, кл. МПК F28D 9/00, опубл. 10.04.2001), состоящий из корпуса, установленного в нем разборного пакета плоских продольных параллельных пластин, соединенных последовательно попарно по периферийным кромкам посредством уплотнительных элементов в теплообменные контуры с образованием каналов для теплообменных сред и создания противоточного направления потоков теплообменных сред, при этом каждая пластина имеет входное и выходное отверстия для соответствующей теплообменной среды, расположенные в нижних и верхних угловых частях пластин по разные стороны от продольной оси, и гофрированную поверхность в средней части пластины, выполненную с рисунком «в елочку», причем вершины гофр расположены на продольной оси пластины и направлены к входным отверстиям.
Недостатком такого устройства является относительно низкая надежность и эффективность процесса теплообмена.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, принятый авторами за является теплообменник пластинчатый противоточный (патент РФ на изобретение №2165571, кл. МПК F28D 9/00, опубл. 20.04.2001), содержащий пакет пластин с гофрами, линии которых в каждой пластине расположены в виде рельефной «елочки», и выполненных на пластинах угловых отверстий с каждой стороны для подвода-отвода жидкости в теплообменную часть, пакет пластин с гофрами установлен на направляющих штангах и стянут станиной и шпильками, на теплообменнике закреплены подводящие и отводящие патрубки.
Недостатком известного противоточного пластинчатого теплообменника является недостаточная надежность и эффективность теплообмена.
Раскрытие полезной модели
Задача полезной модели - создание надежного устройства, позволяющего с достаточной эффективностью осуществлять теплообменные процессы различного назначения. Конструкция устройства также должна обеспечивать удобство монтажа-демонтажа при его ремонте и обслуживании в процессе эксплуатации.
Технический результат, который может быть, достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к повышению надежности и эффективности процесса теплообмена.
Указанный технический результат достигается тем, что теплообменник пластинчатый разборный содержит пакет гофрированных теплообменных пластин с угловыми отверстиями с каждой стороны для подвода-отвода рабочей среды, который установлен на направляющих и стянут стяжными шпильками, патрубки для подключения входа и выхода рабочих сред, согласно полезной модели, теплообменные пластины выполнены из нержавеющей стали марки AISI; уплотнение представляет собой цельную прокладку, поперечное сечение которой имеет форму перевернутой равнобедренной трапеции, которая своим меньшим основанием устанавливается в уплотнительную канавку теплообменной пластины, имеющую аналогичную форму; причем уплотнение выполнено из резины EPDM.
Возможно крепление уплотнительной прокладки в уплотнительной канавке теплообменной пластины с помощью клея.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображена схема конструкции теплообменника пластинчатого разборного.
На фиг. 2 показано поперечное сечение изолирующего уплотнения теплообменных пластин: а) известный вариант уплотнения и б) заявленный вариант уплотнения в исходном состоянии и под давлением Ρ рабочей среды.
Осуществление полезной модели
На фигурах приняты следующие обозначения: передняя неподвижная плита 1, задняя подвижная плита 2, теплообменные пластины 3, уплотнение 4, направляющие 5, стяжные шпильки 6, патрубки 7 для подключения входа и выхода рабочих сред. На теплообменных пластинах 3 имеются угловые отверстия (на фиг. не показано) с каждой стороны для подвода-отвода рабочей среды.
Теплообменник пластинчатый разборный состоит из передней неподвижной плиты 1, задней подвижной плиты 2, между которыми с помощью направляющих 5 и стяжных шпилек 6 плотно зажаты теплообменные пластины 3 с уплотнениями 4.
Уплотнение 4 представляет собой цельную прокладку, поперечное сечение которой имеет форму перевернутой равнобедренной трапеции, которая своим меньшим основанием устанавливается в уплотнительную канавку теплообменной пластины 3 (см. фиг. 2). Возможно также клеевое крепление прокладки в уплотнительной канавке, например с помощью эпоксидного клея. Сечение уплотнительной канавки также имеет форму перевернутой равнобедренной трапеции. Такое конструктивное решение геометрических характеристик обеспечивает большую площадь контакта уплотнения 4 с прижимаемой теплообменной пластиной 3, по сравнению с известным вариантом уплотнения (см. фиг. 2), даже при очень значительном давлении протекающей рабочей среды.
Уплотнение 4 выполнено из резины EPDM (синтетический каучук), обладает благоприятными механическими свойствами и очень широким температурным диапазоном применения: от -50°C до +150°C (горячий пар до +180°C). Благодаря насыщенной структуре резина EPDM обладает очень хорошей устойчивостью к старению, окислению, к химическим агрессивным средам, органическим и неорганическим кислотам, солям, отличается высокими механическими свойствами, высокоэластична. Резина EPDM не имеет химических вредных примесей, экологична и безопасна.
Такая конструкция уплотнения в сочетании с выбранным материалом прокладки обеспечивают надежное и долговечное герметичное уплотнение проточных каналов, позволяющее выдерживать высокие давления рабочей среды.
Теплообменная пластина 3 представляет собой гофрированный лист толщиной 0,3-0,8 мм, выполненный из нержавеющей стали марки AISI (например, AISI 304 или AISI 316). Нержавеющая сталь марки AISI - это аустенитная сталь с низким содержанием углерода, особенно устойчива к коррозии и окислению, высоким температурам и агрессивным средам, имеет хорошие механические свойства, технологична. Гофрированная поверхность теплообменных пластин 3 усиливает турбулизацию потоков рабочих сред, за счет чего не только повышается коэффициент теплопередачи, но и уменьшается количество отложений и загрязнений на рабочих поверхностях устройства.
Технический процесс работы теплообменника пластинчатого разборного осуществляется следующим образом.
Теплообменные пластины 3 собирают в единый пакет таким образом, чтобы обеспечить чередование каналов с греющей и нагреваемой рабочей средой. Уплотнения 4 полностью изолируют контуры пластинчатого теплообменника, что исключает возможность перетечек. В результате между теплообменными пластинами 3 образуются две системы герметичных каналов, в которых движется турбулентный поток рабочей среды. В процессе теплообмена греющий и нагреваемый потоки рабочей среды движутся навстречу друг другу (в противотоке), и горячая рабочая среда передает тепло через стенку теплообменной пластины. Таким образом осуществляется процесс обмена тепловой энергией.
Монтаж и демонтаж теплообменника осуществляется достаточно быстро, очистка теплообменных пластин требует незначительных затрат труда. В случае появления протечек также можно произвести замену пластин и уплотнений.
Таким образом, предлагаемая полезная модель по сравнению с прототипами и известными техническими решениям, имеет необходимую надежность и эффективность процесса теплообмена.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели показал, что совокупность существенных признаков заявленного устройства не известна из уровня техники и значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».
Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного устройства в качестве теплообменного оборудования, которое может быть использовано в системах отопления, горячего водоснабжения, вентиляции, в пищевой промышленности, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».