ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
PLATE-TYPE HEAT EXCHANGER

Настоящее изобретение относится к пластинчатому теплообменнику согласно ограничительной части пункта 1.
EP 608195 B раскрывает такой пластинчатый теплообменник с измерительным устройством, содержащим температурный датчик вытянутой формы. Температурный датчик проходит в один из каналов отверстий пластинчатого теплообменника, который сообщается с некоторыми из теплопередающих каналов пакета пластин. Температурный датчик сообщается с клапаном для регулирования потока, например, районной тепловой воды, через пластинчатый теплообменник.
DK 9600205 U раскрывает аналогичный пластинчатый теплообменник, снабженный пространством, расположенным снаружи пластинчатого теплообменника и продолжающимся на внешней поверхности пластинчатого теплообменника. Вытянутый температурный датчик обеспечен в пространстве. Пространство сообщается с каналами для одной из текучих сред в пластинчатом теплообменнике. Пространство обеспечено вблизи впуска или выпуска теплообменника. Температурный датчик выполнен с возможностью взаимодействия с оборудованием, для регулирования потока одной из текучих сред через пластинчатый теплообменник.
Эти документы, таким образом, предлагают обеспечение отдельного датчика снаружи пластинчатого теплообменника или в любом из каналов отверстий пластинчатого теплообменника. Обеспечение такого отдельного датчика является сложным с производственной точки зрения. Более того, датчик в любом из каналов отверстий приводит к увеличенному сопротивлению потоку не только из-за самого датчика, но также из-за компонентов, требуемых для прикрепления датчика в канале отверстия. Известные конструкции также имеют недостаток в том, что постоянная времени велика, то есть пройдет относительно длительное время, прежде чем изменение температуры одной или обеих текучих сред приведет к достаточному воздействию на упомянутую среду и, таким образом, например, к требуемому изменению положения клапана.
US 7152663 B раскрывает аналогичный пластинчатый теплообменник, в котором эти проблемы по меньшей мере частично были решены. В одном из раскрытых вариантов выполнения замкнутое пространство измерительного устройства образовано двумя пластинами теплообменника в пакете пластин. Таким образом, замкнутое пространство может быть обеспечено в очень плотном теплопередающем контакте с одной или обеими средами. Следовательно, создаются возможности для обеспечения большой контактной поверхности измерительного устройства. С большой контактной поверхностью достигается большое приводное усилие для, например, регулирующего клапана, положение клапана которого регулируется посредством измерительной среды, и достигается малая постоянная времени при малом времени запаздывания, то есть очень быстрая реакция на изменение температуры любой из сред.
Одна проблема, которая не решена оптимальным образом, пластинчатого теплообменника, раскрытого в US 7152663 B, состоит в том, что измерительное устройство может привести к слишком большому отклонению регулирования на вспомогательной стороне, когда возникают изменения в работе. Решение, раскрытое в US 7152663 B, обеспечивает то, что замкнутое пространство измерительного устройства находится только под воздействием либо одной из сред только от одного смежного пространства между пластинами, либо возможно обеих сред. Для того чтобы обеспечить надлежащее регулирование, необходимо, чтобы измерительное устройство могло измерять температуру вспомогательных сред, которая является репрезентативной для требуемой температуры вспомогательных сред.
Дополнительная проблема в данном случае состоит в том, что температурный профиль вдоль пространств между пластинами может быть таким, что трудно достичь репрезентативного и надлежащего измерения температуры измерительного устройства. Если измерительная среда содержит, например, газообразную фазу и жидкую фазу, результат температурного воздействия на измерительное устройство будет различным в различных фазах. Вследствие того что граница между газообразной фазой и жидкой фазой расположена не на постоянном уровне, регулирование может быть проблематичным. Температурное воздействие на газообразную фазу приводит к относительно меньшему повышению давления измерительной среды, чем температурное воздействие на жидкую фазу. Если значительная часть газообразной фазы расположена в области, где вспомогательная среда имеет высокую температуру, эта температура может повыситься без обеспечения достаточного повышения давления измерительной среды и, таким образом, также без достаточного воздействия на дроссельный элемент.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является устранение проблем, упомянутых выше, и обеспечение пластинчатого теплообменника с усовершенствованным измерительным устройством, обеспечивающим надлежащее и постоянное регулирование температуры вспомогательной среды.
Эта задача достигается пластинчатым теплообменником, определенным вначале, который отличается тем, что пространство содержит первую часть пространства, которая ограничена одной из упомянутых пластин теплообменника, которая граничит с и находится в теплопередающем контакте с самым внешним вспомогательным пространством между пластинами, и вторую часть пространства, которая граничит с и находится в теплопередающем контакте со вспомогательным выпуском, который расположен дальше по потоку от вспомогательных пространств между пластинами.
Таким образом, измерительное устройство, то есть измерительная среда, содержащаяся в замкнутом пространстве, будет находиться под воздействием температуры вспомогательной среды с двух сторон или положений. Следовательно, достигается быстрое регулирование и регулирование, основанное на верной, или по меньшей мере по существу верной, температуре. Вспомогательная среда во вспомогательном выпуске, которая граничит со второй частью пространства, имеет постоянную, или по существу постоянную, температуру, соответствующую температуре вспомогательной среды на выходе. Поскольку вторая часть пространства измерительного устройства граничит со вспомогательным выпуском, измерительная среда будет по существу находиться под воздействием температуры, которую необходимо обеспечить регулированием.
Согласно варианту выполнения изобретения первая часть пространства граничит с, по существу, всей, или всей упомянутой пластиной теплообменника, ограничивающей самое внешнее вспомогательное пространство между пластинами. Таким образом, достигается большая контактная поверхность, обеспечивающая то, что большое и достаточное приводное усилие создается измерительной средой для воздействия на дроссельный элемент.
Согласно варианту выполнения изобретения вспомогательный выпуск содержит канал вспомогательного выпуска, продолжающийся через пакет пластин. Вспомогательный выпуск также может предпочтительно содержать первый канал выпуска, продолжающийся наружу на одной линии с каналом вспомогательного выпуска через переднюю сторону, для отведения по меньшей мере части вспомогательной среды с достигнутой температурой на выходе.
Согласно варианту выполнения изобретения вторая часть пространства обеспечена в канале вспомогательного выпуска. Предпочтительно вторая часть пространства может быть обеспечена таким образом, что она окружена вспомогательной средой в канале вспомогательного выпуска. Таким образом, обеспечено то, что измерительная среда во второй части пространства будет находиться в теплопередающем контакте со вспомогательной средой и находиться под воздействием температуры вспомогательной среды на выходе.
Согласно варианту выполнения изобретения вторая часть пространства ограничена одной из упомянутых пластин теплообменника, которая граничит с выпускным пространством между пластинами, образующим часть вспомогательного выпуска. Таким образом, измерительная среда во второй части пространства также может граничить с и находиться под воздействием температуры вспомогательной среды на выходе по большой поверхности, так чтобы достигалось значительное температурное воздействие. Предпочтительно вспомогательный выпуск тогда содержит второй канал выпуска, продолжающийся из выпускного пространства между пластинами наружу из задней стороны.
Согласно варианту выполнения изобретения канал вспомогательного выпуска расположен вблизи первого конца, и второй канал выпуска - вблизи второго конца. Таким образом, обеспечена длинная и большая контактная поверхность между второй частью пространства и выпускным пространством между пластинами. Предпочтительно выпускное пространство между пластинами сообщается со вспомогательными пространствами между пластинами только посредством канал вспомогательного выпуска. Таким образом, равномерное, или по существу равномерное, распределение температуры вспомогательной среды обеспечивается во всем выпускном пространстве между пластинами.
Согласно варианту выполнения изобретения выпускное пространство между пластинами имеет толщину, намного большую толщины вспомогательного пространства между пластинами. Тогда каналу вспомогательного выпуска необязательно продолжаться через переднюю сторону. Таким образом, весь поток вспомогательной среды может быть отведен через второй канал выпуска.
Согласно варианту выполнения изобретения канал основного впуска, канал основного выпуска и канал вспомогательного впуска продолжаются через переднюю сторону.
Согласно варианту выполнения изобретения дроссельный элемент содержит воздействующий элемент, который присоединен к первой части пространства и второй части пространства, и выполнен с возможностью воздействия на дроссельный элемент путем измерения изменения давления измерительной среды в первой части пространства и второй части пространства. Дроссельный элемент предпочтительно может быть выполнен с возможностью регулировки потока основной среды через основное пространство между пластинами в соответствие с (под действием) измерительной средой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение сейчас будет пояснено более подробно посредством описания различных вариантов выполнения и со ссылкой на сопровождающие чертежи.
Фиг.1 схематично показывает вид спереди пластинчатого теплообменника согласно первому варианту выполнения изобретения.
Фиг.2 схематично показывает вид сбоку в сечении пластинчатого теплообменника по линии II-II на фиг.1.
Фиг.3 схематично показывает вид сбоку в сечении пластинчатого теплообменника по линии III-III на фиг.1.
Фиг.4 схематично показывает вид спереди пластинчатого теплообменника согласно второму варианту выполнения изобретения.
Фиг.5 схематично показывает вид сбоку в сечении пластинчатого теплообменника по линии V-V на фиг.4.
Фиг.6 схематично показывает вид сбоку в сечении пластинчатого теплообменника по линии VI-VI на фиг.4.
Фиг.7 схематично показывает вид спереди пластинчатого теплообменника согласно третьему варианту выполнения изобретения.
Фиг.8 схематично показывает вид сбоку в сечении пластинчатого теплообменника по линии VII-VII на фиг.7.
Фиг.9 схематично показывает вид сбоку в сечении пластинчатого теплообменника по линии IX-IX на фиг.7.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1-3 показывает пластинчатый теплообменник согласно первому варианту выполнения изобретения. Пластинчатый теплообменник содержит пакет 1 пластин с множеством пластин 2 теплообменника, которые выполнены способом прямого прессования, который является известным, и содержат теплопередающую поверхность 2' с выполненным прямым прессованием гофрирование 2'' из выступов и впадин, схематично показанных на фиг.1. Пластины 2 теплообменника обеспечены рядом друг с другом в пакете 1 пластин таким образом, что они образуют основные пространства 3 между пластинами для основной среды и вспомогательные пространства 4' между пластинами для вспомогательной среды, см. фиг.2 и 3. Первое вспомогательное пространство между пластинами образует самое внешнее вспомогательное пространство 4' между пластинами. Основные и вспомогательные пространства 3 и 4, 4' между пластинами обеспечены чередующимися в пакете пластин, то есть каждое первое пространство между пластинами является основным пространством 3 между пластинами и каждое второе - вспомогательным пространством 4, 4' между пластинами.
Раскрытый пластинчатый теплообменник специально выполнен для применения в местной тепловой сети или районной тепловой сети, например для нагрева водопроводной воды, в котором основная среда является районной сетевой водой из центральной районной отопительной установки, и вспомогательная среда является водопроводной водой, которую необходимо нагреть районной сетевой водой в пластинчатом теплообменнике. В тепловой сети может быть использован любой нагревательный источник, например, тепловая установка, масляный нагреватель, установка на солнечной энергии и так далее. Однако отметим, что пластинчатый теплообменник согласно изобретению также может быть использован в других применениях, например, для охлаждения, в теплонасосных установках, в производственном процессе для охлаждения, в теплонасосных установках в производственном процессе, для охлаждения и/или нагрева в транспортных средствах и так далее.
Пакет пластин имеет первый конец 1' и второй противоположный конец 1'' и переднюю сторону 5 и противоположную заднюю сторону 6. Передняя пластина 7 обеспечена внешней на передней стороне 5 и может быть образована самой внешней пластиной 2 теплообменника или плоской пластиной, обеспеченной снаружи, но предпочтительно у самой внешней пластины 2 теплообменника. Пластинчатый теплообменник также может содержать соответствующую заднюю пластину 8, обеспеченную внешней на задней стороне 6, и которая может быть образована самой внешней пластиной 2 теплообменника или плоской пластиной, обеспеченной снаружи, но предпочтительно у самой внешней пластины 2 теплообменника.
В раскрытых вариантах выполнения пластины 2 теплообменника неразъемно присоединены друг к другу, например, пайкой, клейкой или сваркой. Предпочтительно также передняя пластина 7, и возможно задняя пластина 8, неразъемно присоединены к пластинам 2 теплообменника, например, пайкой, клейкой или сваркой. Тогда передняя пластина 7 и задняя пластина 8 могут образовывать часть пакета 1 пластин. Однако отметим, что изобретение также применимо к пластинчатым теплообменникам, которые удерживаются вместе любым другим способом, например посредством стяжных болтов.
Пластинчатый теплообменник содержит основной впуск 11 и основной выпуск 12 для основной среды, и вспомогательный впуск 21 и вспомогательный выпуск 22 для вспомогательной среды, см. фиг.1 и 3.
Основной впуск 11 выполнен с возможностью переноса основной среды в пакет 1 пластин к основным пространствам 3 между пластинами. Основной впуск 11 содержит канал 13 основного впуска, проходящий через по меньшей мере часть пакета 1 пластин. Канал 13 основного впуска образован отверстием через каждую из пластин 2 теплообменника за исключением некоторых пластин 2 теплообменника, как будет видно подробнее ниже.
Основной выпуск 12 выполнен с возможностью переноса основной среды от пакета 1 пластин из основных пространств 3 между пластинами. Основной выпуск 12 содержит канал 14 основного выпуска, проходящий через по меньшей мере часть пакета 1 пластин. Канал 14 основного выпуска образован отверстием через каждую из пластин 2 теплообменника за исключением некоторых пластин 2 теплообменника, как можно видеть подробнее ниже.
Вспомогательный впуск 21 выполнен с возможностью переноса вспомогательной среды в пакет 1 пластин к вспомогательным пространствам 4 между пластинами. Вспомогательный впуск 21 содержит канал 23 вспомогательного впуска, проходящих через по меньшей мере часть пакета 1 пластин. Канал 23 вспомогательного впуска образован отверстием через каждую из пластин 2 теплообменника за исключением некоторых пластин 2 теплообменника, как можно видеть подробнее ниже. Отметим, что вспомогательный впуск 21 может содержать более одного, например два, канала вспомогательного впуска.
Вспомогательный выпуск 22 выполнен с возможностью переноса вспомогательной среды от пакета 1 пластин из вспомогательных пространств 4, 4' между пластинами. Вспомогательный выпуск 22 содержит канал 24 вспомогательного выпуска, проходящий через по меньшей мере часть пакета 1 пластин. Канал 24 вспомогательного выпуска образован отверстием через каждую из пластин 2 теплообменника.
Пластинчатый теплообменник содержит измерительное устройство 30, которое содержит пространство 31, которое замкнуто относительно основных пространств 3 между пластинами и относительно вспомогательных пространств 4, 4' между пластинами. Пространство 31 содержит измерительную среду, которая обеспечена, чтобы находиться под воздействием температуры вспомогательной среды. Измерительная среда может предпочтительно содержать или состоять из вещества, которое находится в газообразном состоянии и жидком состоянии при температуре и давлении, преобладающими в пространстве 31. Измерительная среда может, например, содержать или состоять из двуокиси углерода и активированного угля или газожидкостной смеси.
Пространство 31 содержит первую часть 31' пространства и вторую часть 31'' пространства. Первая часть 31' пространства ограничена одной из пластин 2 теплообменника, которая граничит с и находится в теплопередающем контакте с самым внешним вспомогательным пространством 4' между пластинами. Вторая часть 31'' пространства граничит с и находится в теплопередающем контакте со вспомогательным выпуском 22, который расположен дальше по потоку от вспомогательного пространства 4, 4' между пластинами. Первая часть 31' пространства граничит по существу со всей упомянутой смежной пластиной 2 теплообменника, которая ограничивает самое внешнее вспомогательное пространство 4' между пластинами.
В первом варианте выполнения, показанном на фиг.1-3, пространство 31, то есть как первая часть 31' пространства, так и вторая часть 31'' пространства, ограничено двумя пластинами 2 теплообменника. Граница между первой частью 31' пространства и второй частью 31'' пространства обозначена пунктирной линией на фиг.2 и 3. Пространство 31 образовано замкнутым пространством между пластинами, смежным с первым самым внешним вспомогательным пространством 4' между пластинами и выпускным пространством 28 между пластинами. Выпускное пространство 28 между пластинами образует часть вспомогательного выпуска 22 и также ограничено двумя пластинами 2 теплообменника. Таким образом, пространство 31 разделено на первую часть 31' пространства, которая граничит с первым самым внешним вспомогательным пространством 4' между пластинами, и вторую часть 31'' пространства, которая граничит с выпускным пространством 28 между пластинами.
Вспомогательный выпуск 22 содержит первый канал 26 выпуска, который продолжается на одной линии с каналом 24 вспомогательного выпуска через переднюю сторону 5 и через переднюю пластину 7. Следовательно, канал 13 основного впуска, канал 14 основного выпуска, канал 23 вспомогательного впуска и канал 24 вспомогательного выпуска продолжаются через переднюю пластину 7, то есть наружу из передней стороны 5.
В первом варианте выполнения вспомогательный выпуск 22 также содержит второй канал 27 выпуска, продолжающийся из выпускного пространства 28 между пластинами наружу из задней стороны 6 и через заднюю пластину 8.
Второй канал 27 выпуска расположен на или вблизи второго конца 1'', тогда как канал 24 вспомогательного выпуска расположен на или вблизи первого конца 1'. Поскольку выпуск 28 между пластинами сообщается с первым самым внешним вспомогательным пространством 4' между пластинами и оставшимся вспомогательным пространством 4 между пластинами только через канал 24 вспомогательного выпуска, вспомогательная среда в канале 28 выпуска не будет находиться под воздействием основной среды. Пространство 31, а именно вторая часть 31'' пространства, следовательно, не будет находиться под воздействием температуры вспомогательной среды на выходе, или конечной температуры, перед тем, как она покинет пластинчатый теплообменник вдоль всей, или по существу всей, поверхности пластины теплообменника, расположенной между пространством 31, то есть второй частью 31'' пространства, и выпускным пространством 28 между пластинами.
Пластинчатый теплообменник присоединен к или содержит дроссельный элемент 35, присоединенный к измерительному устройству 30. Дроссельный элемент 35, раскрытый в вариантах выполнения, выполнен с возможностью регулировки потока основной среды через основное пространство 3 между пластинами в соответствие с (под действием) измерительной средой. Однако отметим, что дроссельный элемент 35 может быть выполнен с возможностью регулировки потока вспомогательной среды через вспомогательное пространство 4 между пластинами в соответствие с (под действием) измерительной средой. Дроссельный элемент 35 может быть выполнен в виде клапана подходящей конструкции. В раскрытых вариантах выполнения, дроссельный элемент 35 обеспечен на соединительной трубке 16 из основного выпуска 12, но он также может быть обеспечен на соединительной трубке 15 в основном впуске 11.
Дроссельный элемент 35 содержит воздействующий элемент 36, который соединен с пространством 31 через канал 37, например электропровод, или капиллярную трубку, выполненную с возможностью переноса изменения давления в пространстве 31 к воздействующему элементу 36. Воздействующий элемент 36 выполнен с возможностью воздействия на дроссельный элемент 35 путем измерения изменения давления измерительной среды в пространстве 31. Давление измерительной среды зависит от температуры. Повышение температуры вспомогательной среды ведет к повышению давления измерительной среды, что посредством воздействующего элемента 36 увеличивает регулирование дроссельного элемента 35, так чтобы поток основной среды уменьшался. Соответствующим образом, снижение температуры вспомогательной среды ведет к снижению давления измерительной среды, что посредством воздействующего элемента 36 уменьшает регулирование дроссельного элемента 35, так чтобы поток основной среды увеличивался. В охлаждающей области применения воздействующий элемент 36 изменен так, чтобы повышение температуры вспомогательной среды вело к повышению давления измерительной среды, что посредством воздействующего элемента 36 уменьшает регулирование дроссельного элемента 35, так чтобы поток основной среды увеличивался.
Фиг.4-6 раскрывает второй вариант выполнения пластинчатого теплообменника согласно изобретению. Отметим, что одинаковые или аналогичные элементы были снабжены одинаковыми ссылочными позициями в раскрытых вариантах выполнения. Второй вариант выполнения отличается от первого варианта выполнения тем, что канал 24 вспомогательного выпуска не продолжается через переднюю сторону 5 и переднюю пластину 7. Вспомогательный выпуск 22, таким образом, содержит только один второй канал 27 выпуска, который продолжается из выпускного пространства 28 между пластинами. Во втором варианте выполнения, этот второй канал 27 выпуска продолжается из задней стороны 6 через заднюю пластину 8. Отметим, что пластинчатый теплообменник согласно второму варианту выполнения может содержать несколько таких вторых каналов 27 выпуска, продолжающихся из выпускного пространства 28 между пластинами.
Как можно видеть на фиг.6, пластина 2 теплообменника, которая разделяет первое самое внешнее вспомогательное пространство 4' между пластинами и самое внешнее основное пространство 3 между пластинами, не имеет отверстий вдоль канала 13 основного впуска и канала 14 основного выпуска.
Как также можно видеть на фиг.6, выпускное пространство 28 между пластинами имеет толщину, значительно большую толщины вспомогательных пространств 4, 4' между пластинами. Например, выпускное пространство 28 между пластинами может иметь толщину, которая в два раза больше, или по существу в два раза больше, толщины вспомогательных пространств 4, 4' между пластинами.
Фиг.7-9 раскрывают третий вариант выполнения изобретения, который отличается от первого и второго вариантов выполнения тем, что пластинчатый теплообменник не имеет выпускного пространства 28 между пластинами, и тем, что вторая часть 31'' пространства обеспечена отдельно от первой части 31' пространства, но соединена с последней и воздействующим элементом 36 посредством канала 37'. Следовательно, одна та же измерительная среда распределена в и между двумя частями 31' и 31'' пространства.
В третьем варианте выполнения вторая часть 31'' пространства обеспечена во втором канале 24 выпуска, который является частью вспомогательного выпуска 22 и который расположен дальше по потоку от вспомогательных пространств 4, 4' между пластинами. Вторая часть 31'' пространства образована полым замкнутым элементом, например трубчатым элементом, который обеспечен в канале 24 вспомогательного выпуска таким образом, что вторая часть 31'' пространства граничит с и окружена вспомогательной средой. Вторая часть 31'' пространства в замкнутом элементе сообщается с первой частью 31' пространства посредством канала 37'. Следовательно, измерительная среда во второй части 31'' пространства будет находиться в теплопередающем контакте с вспомогательной средой и находиться под воздействием температуры вспомогательной среды на выходе перед тем, как она покинет пластинчатый теплообменник вдоль всей, или по существу всей, поверхности второй части 31'' пространства или трубчатого элемента, образующей и ограничивающей вторую часть 31'' пространства.
В третьем варианте выполнения первая часть 31' пространства 31, таким образом, будет граничить непосредственно с задней стороной 6 и возможно задней пластиной 8.
Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами выполнения, но может быть изменено и модифицировано в пределах объема следующей формулы изобретения.
В раскрытых вариантах выполнения пластинчатый теплообменник выполнен с возможностью течения основной среды и вспомогательной среды в противотоке. Возможно выполнить пластинчатый теплообменник согласно другим принципам течения, таким как параллельное течение или течение в одном направлении. Более того, канал 13 основного впуска и канал 14 основного выпуска могут быть расположены по диагонали, а не прямо друг над другом, как показано на фигурах. То же самое также применимо к каналу 23 вспомогательного впуска и каналу 24 вспомогательного выпуска.