ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК И ТЕПЛОНАСОСНОЕ УСТРОЙСТВО
PLATE HEAT EXCHANGER AND HEAT PUMP DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к пластинчатому теплообменнику, включающему в себя множество теплопередающих пластин, которые уложены стопой.
Предшествующий уровень техники
Каждая из теплопередающих пластин, входящих в состав пластинчатого теплообменника, имеет вход и выход, а также гофреный участок, предусмотренный между входом и выходом и извивающийся в направлении, в котором теплопередающие пластины уложены стопой. В таком пластинчатом теплообменнике верхние части гофреного участка, предусмотренного в одной теплопередающей пластине, которая находится на нижней стороне, и нижние пластины гофреного участка, предусмотренного на другой теплопередающей пластине, которая находится на верхней стороне, перекрывают друг друга, если рассматривать их в направлении укладки стопой, образуя перекрывающиеся части, и скреплены друг с другом в перекрывающихся частях посредством пайки твердым припоем.
Если гофры гофреного участка, предусмотренного в каждой из теплопередающих пластин, не имеют неизменную высоту, между соседними из теплопередающих пластин даже в перекрывающихся частях могут появляться зазоры, то есть могут возникать нескрепленные части, где теплопередающие пластины не скреплены друг с другом. В общем случае, гофреный участок теплопередающей пластины формируют посредством штамповки. Один из гофров гофреного участка, предусмотренный рядом с каждым из входа и выхода (именуемый далее «первым гофром»), расположен далеко коленчатого вала пресса и поэтому, вероятно, имеет погрешность высоты гофра. Следовательно, первый гофр склонен иметь нескрепленную часть и иметь низкую прочность скрепления.
Помимо этого область около каждого из входа и выхода является планарной поверхностью, не имеющей гофреного участка, а ее площадь, которая подвергается воздействию давления, велика. Следовательно, механическое напряжение, действующее на скрепленной части первого гофра, предусмотренного рядом с каждым из входа и выхода, больше, чем механическое напряжение, действующее на площадь поверхности теплопередачи, в пределах которой предусмотрен гофреный участок. Поэтому, в частности, перекрывающаяся часть первого гофра, который предусмотрен рядом с каждым из входа и выхода, должна иметь высокую прочность скрепления.
В патентном первоисточнике 1 описан пластинчатый теплообменник, включающий в себя стенки, предусмотренные вокруг входа и выхода. В патентном первоисточнике 2 описан пластинчатый теплообменник, включающий в себя стенки (канавки, придающие жесткость), предусмотренные на площади поверхности теплопередачи.
Список публикаций, использованных при экспертизе заявки
Публикация № 6-109394 не проходившего экспертизу патента Японии.
Публикация № 7-260386 не проходившего экспертизу патента Японии.
Сущность изобретения
Техническая задача
Если стенка в качестве меры придания прочности предусмотрена вокруг каждого из входа и выхода, как в пластинчатом теплообменнике, описанном посредством патентного документа 1, то каждая теплопередающая пластина имеет усложненную форму, что затрудняет обеспечение высокой точности по высоте стенки. Более того, стенка, которая скреплена с соседней теплопередающей пластиной, имеет нескрепленные части в некоторых ее областях и поэтому подвержена нагружению давлением.
Что касается пластинчатого теплообменника, описанного посредством патентного первоисточника 2, то стенка (канавка, придающая жесткость), предусмотренная на поверхности теплообмена, подвержена деформации, могущей возникнуть в направлении, в котором теплопередающие пластины уложены стопой. Следовательно, площадь, которая подвергается воздействию давления, велика, а стенка не повышает прочность в области около каждого из входа и выхода, которая склонна к повреждению. Более того, если стенка предусмотрена на поверхности теплопередачи, увеличивается потеря давления текучей среды.
Задачей изобретения является увеличение прочности пластинчатого теплообменника на сжатие.
Решение задачи
Задача решается пластинчатым теплообменником по настоящему изобретению, которая представляет собой
пластинчатый теплообменник, в котором множество пластин, каждая из которых имеет вход и выход для текучей среды, уложены стопой, а между каждыми соседними двумя из пластин предусмотрен канал, по которому текучая среда, втекшая в него с входа, течет к выходу,
причем каждая из пластин имеет гофреный участок, предусмотренный между входом и выходом и извивающийся в направлении укладки пластин стопой, при этом гофреный участок имеет множество верхних частей и множество нижних частей, выполненных попеременно от стороны, на которой предусмотрен вход, к стороне, на которой предусмотрен выход,
при этом соседние две пластины скреплены друг с другом в своих областях, где верхние части гофреного участка, предусмотренного в нижней из пластин, которая находится на нижней стороне, и нижние части гофреного участка, предусмотренного на верхней из пластин, которая находится на верхней стороне, перекрывают друг друга, если рассматривать их в направлении укладки стопой, и
при этом соседняя верхняя часть из числа верхних частей гофреного участка нижней пластины, являющаяся соседней с одним из входа и выхода, имеет планарную форму.
Поскольку в пластинчатом теплообменнике, соответствующем данному изобретению, верхняя часть первого гофра (которая является соседней с упомянутой частью) имеет планарную форму, а прочность скрепления посредством пайки твердым припоем является высокой. Соответственно, прочность скрепления в первом гофре является высокой и прочность пластинчатого теплообменника на сжатие является высокой.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен вид сбоку пластинчатого теплообменника 30.
На фиг. 2 представлен вид спереди упрочняющей боковой пластины 1.
На фиг. 3 представлен вид спереди теплопередающей пластины 2.
На фиг. 4 представлен вид спереди теплопередающей пластины 3.
На фиг. 5 представлен вид спереди упрочняющей боковой пластины 4.
На фиг. 6 представлен чертеж, иллюстрирующий состояние, в котором теплопередающая пластина 2 и теплопередающая пластина 3 уложены стопой.
На фиг. 7 представлено перспективное изображение с пространственным разделением деталей пластинчатого теплообменника 30.
На фиг. 8 представлен чертеж теплопередающей пластины 2, соответствующей варианту 1 осуществления.
На фиг. 9 представлен чертеж теплопередающей пластины 3, соответствующей варианту 1 осуществления.
На фиг. 10 представлен чертеж, иллюстрирующий состояние, в котором теплопередающая пластина 2 и теплопередающая пластина 3, соответствующие варианту 1 осуществления, уложены стопой.
На фиг. 11 представлено сечение, проведенное по линии A-A', изображенной на фиг. 8.
На фиг. 12 представлено сечение, проведенное по линии B-B', изображенной на фиг. 8.
На фиг. 13 представлено сечение, проведенное по линии C-C', изображенной на фиг. 9.
На фиг. 14 представлено сечение, проведенное по линии D-D', изображенной на фиг. 9.
На фиг. 15 представлено сечение, проведенное по линии E-E', изображенной на фиг. 10.
На фиг. 16 представлено сечение, проведенное по линии F-F', изображенной на фиг. 10.
На фиг. 17 представлен чертеж, иллюстрирующий соседнюю верхнюю часть 18, соответствующую варианту 3 осуществления.
На фиг. 18 представлен чертеж, иллюстрирующий перекрывающуюся часть 20, соответствующую варианту 3 осуществления.
На фиг. 19 представлен чертеж, иллюстрирующий скрепленную верхнюю часть 19, соответствующую варианту 4 осуществления.
На фиг. 20 представлен чертеж, иллюстрирующий соседнюю верхнюю часть 18, соответствующую варианту 4 осуществления.
На фиг. 21 представлен чертеж, иллюстрирующий перекрывающуюся часть 20, соответствующую варианту 4 осуществления.
На фиг. 22 представлен чертеж, иллюстрирующий перекрывающуюся часть 20 в случае, когда не предусматривается ни вогнутость, ни выпуклость.
На фиг. 23 представлен чертеж, иллюстрирующий перекрывающуюся часть 20 в случае, когда вогнутость и выпуклость предусматриваются.
На фиг. 24 представлен чертеж теплопередающей пластины 3, соответствующей варианту 5 осуществления.
На фиг. 25 представлено сечение, проведенное по линии G-G', изображенной на фиг. 24.
На фиг. 26 представлен чертеж, иллюстрирующий угол наклона гофра, присущий гофру, не имеющему ни соседней верхней части 18, ни скрепленной нижней части 19.
На фиг. 27 представлен чертеж, иллюстрирующий угол наклона гофра, присущий гофру, имеющему соседнюю верхнюю часть 18 или скрепленную нижнюю часть 19.
На фиг. 28 представлен чертеж, иллюстрирующий возможный случай, когда угол наклона гофра, присущий гофру, имеющему соседнюю верхнюю часть 18 или скрепленную нижнюю часть 19, увеличен в некоторых областях.
На фиг. 29 представлена принципиальная схема теплонасосного устройства 100, соответствующего варианту 7 осуществления.
На фиг. 30 представлена диаграмма Молье, иллюстрирующая состояние хладагента в теплонасосном устройстве 100, изображенном на фиг. 29.
Описание вариантов осуществления изобретения
Вариант 1
Ниже будет описана базовая конфигурация пластинчатого теплообменника 30, соответствующего варианту 1 осуществления.
На фиг. 1 представлен вид сбоку пластинчатого теплообменника 30. На фиг. 2 представлен вид спереди упрочняющей боковой пластины 1. На фиг. 3 представлен вид спереди теплопередающей пластины 2. На фиг. 4 представлен вид спереди теплопередающей пластины 3. На фиг. 5 представлен вид спереди упрочняющей боковой пластины 4. На фиг. 6 представлен чертеж, иллюстрирующий состояние, в котором теплопередающая пластина 2 и теплопередающая пластина 3 уложены стопой. На фиг. 7 представлено перспективное изображение с пространственным разделением деталей пластинчатого теплообменника 30.
Как показано на фиг. 1, пластинчатый теплообменник 30 включает в себя теплопередающие пластины 2 и теплопередающие пластины 3, которые уложены стопой в чередующемся порядке. Пластинчатый теплообменник 30 дополнительно включает в себя упрочняющую боковую пластину 1, предусмотренную на передней стороне теплообменника, и упрочняющую боковую пластину 4, предусмотренную на задней стороне теплообменника.
Как показано на фиг. 2, упрочняющая боковая пластина 1 имеет, по существу, прямоугольную форму пластины. Упрочняющая боковая пластина 1 снабжена первой приточной трубой 5, первой отточной трубой 6, второй приточной трубой 7 и второй отточной трубой 8 в четырех соответствующих углах ее, по существу, прямоугольной формы.
Как показано на фиг. 3 и 4, каждая из теплопередающих пластин 2 и 3 имеет, по существу, прямоугольную форму пластины, как и упрочняющая боковая пластина 1, а также имеет первый вход 9, первый выход 10, второй вход 11 и второй выход 12 в четырех соответствующих углах ее. Кроме того, теплопередающие пластины 2 и 3 имеют соответствующие гофреные участки 15 и 16, извивающиеся в направлении укладки пластин стопой. Каждый из гофреных участков 15 и 16 имеет, по существу, V-образную форму, если рассматривать его в направлении укладки стопой, причем два конца V-образной формы находятся на двух соответствующих сторонах в направлении короткой стороны соответствующей одной из теплопередающих пластин 2 и 3, и при этом точка загиба V-образной формы находится в положении соответствующей из теплопередающих пластин 2 и 3, которое смещено в направлении длинной стороны от обоих концов. Отметим, что, по существу, V-образная форма гофреного участка 15, предусмотренного в теплопередающей пластине 2, и, по существу, V-образная форма гофреного участка 16, предусмотренного в теплопередающей пластине 3, являются обратными друг другу.
Как показано на фиг. 5, упрочняющая боковая пластина 4 имеет, по существу, прямоугольную форму пластины, как и упрочняющая боковая пластина 1 и другие пластины. Упрочняющая боковая пластина 4 не снабжена ни одной из первой приточной трубы 5, первой отточной трубы 6, второй приточной трубы 7 и второй отточной трубы 8. На фиг. 5 положения упрочняющей боковой пластины 4, которые соответствуют первой приточной трубе 5, первой отточной трубе 6, второй приточной трубе 7 и второй отточной трубы 8, представлены пунктирными линиями. Это не означает, что упрочняющая боковая пластина 4 снабжена упомянутыми трубами.
Как показано на фиг. 6, когда теплопередающую пластину 2 и теплопередающую пластину 3 укладывают стопой, гофреные участки 15 и 16, имеющие соответствующие, по существу, V-образные формы, у которых ориентации отличаются друг от друга, согласованы друг с другом, вследствие чего между теплопередающей пластиной 2 и теплопередающей пластиной 3 обеспечивается канал, который создает сложный поток.
Как показано на фиг. 7, теплопередающие пластины 2 и 3 уложены стопой так, что соответствующие первые входы 9 согласованы друг с другом, соответствующие первые выходы 10 согласованы друг с другом, соответствующие вторые входы 11 согласованы друг с другом и соответствующие вторые выходы 12 согласованы друг с другом. Упрочняющая боковая пластина 1 и одна из теплопередающих пластин 2 уложены стопой так, что первая приточная труба 5 и первый вход 9 согласованы друг с другом, первая отточная труба 6 и первый выход 10 согласованы друг с другом, вторая приточная труба 7 и второй вход 11 согласованы друг с другом, а также вторая отточная труба 8 и второй выход 12 согласованы друг с другом. Теплопередающие пластины 2 и 3 и упрочняющие боковые пластины 1 и 4 уложены стопой так, что их внешние окружные края согласованы друг с другом и скреплены друг с другом посредством сварки твердым припоем. Теплопередающие пластины 2 и 3 скреплены не только на их внешних окружных краях, но и в положениях, где - если смотреть в направлении укладки стопой - нижние части гофреного участка одной из каждой пары теплопередающих пластин, которая находится на верхней стороне (передней стороне), и верхние части гофреного участка другой теплопередающей пластины, которая находится на нижней стороне (задней стороне), согласованы друг с другом.
Таким образом, между задней стороной каждой передающей пластины 2 и передней стороной соответствующей одной из теплопередающих пластин 3 предусмотрен первый канал 13, по которому первая текучая среда (такая, как вода), вытекшая из первой приточной трубы 5, выпускается из первой отточной трубы 6. Точно так же между задней стороной каждой передающей пластины 3 и передней стороной соответствующей одной из теплопередающих пластин 2 предусмотрен второй канал 14, по которому вторая текучая среда (такая, как хладагент), вытекшая из второй приточной трубы 7, выпускается из второй отточной трубы 8.
Первая текучая среда, притекшая снаружи в первую приточную трубу 5, течет через отверстие канала, образованное первыми входами 9 соответствующих теплопередающих пластин 2 и 3, которые согласованы друг с другом, и втекает в первый канал 13. Первая текучая среда, втекшая в первый канал 13, течет в направлении длинной стороны, постепенно растекаясь в направлении короткой стороны, и вытекает из первого выхода 10. Первая текучая среда, втекшая в первый выход 10, течет через отверстие канала, обеспечиваемое первыми выходами 10, которые согласованы друг с другом, и выпускается из первой отточной трубы 6 наружу.
Точно так же, вторая текучая среда, притекшая снаружи во вторую приточную трубу 7, течет через отверстие канала, образованное вторыми входами 11 соответствующих теплопередающих пластин 2 и 3, которые согласованы друг с другом, и втекает во второй канал 14. Вторая текучая среда, втекшая во второй канал 14, течет в направлении длинной стороны, постепенно растекаясь в направлении короткой стороны, и вытекает из второго выхода 12. Вторая текучая среда, втекшая во второй выход 12, течет через отверстие канала, обеспечиваемое вторыми выходами 12, которые согласованы друг с другом, и выпускается из второй отточной трубы 8 наружу.
Первая текучая среда, которая течет по первому каналу 13, и вторая текучая среда, которая течет по второму каналу 14, обмениваются теплом между собой посредством теплопередающих пластин 2 и 3, когда протекают через зоны, где предусмотрены гофреные участки 15 и 16. Зоны первого канала 13 и второго канала 14, где предусмотрены соответствующие гофреные участки 15 и 16, называются теплообменными каналами 17 (см. фиг. 3, 4 и 6).
Теперь будут описаны признаки пластинчатого теплообменника 30, соответствующего варианту 1 осуществления.
На фиг. 8 представлен чертеж теплопередающей пластины 2, соответствующей варианту 1 осуществления. На фиг. 9 представлен чертеж теплопередающей пластины 3, соответствующей варианту 1 осуществления. На фиг. 10 представлен чертеж, иллюстрирующий состояние, в котором теплопередающая пластина 2 и теплопередающая пластина 3, соответствующие варианту 1 осуществления, уложены стопой. На фиг. 11 представлено сечение, проведенное по линии A-A', изображенной на фиг. 8. На фиг. 12 представлено сечение, проведенное по линии B-B', изображенной на фиг. 8. На фиг. 13 представлено сечение, проведенное по линии C-C', изображенной на фиг. 9. На фиг. 14 представлено сечение, проведенное по линии D-D', изображенной на фиг. 9. На фиг. 15 представлено сечение, проведенное по линии E-E', изображенной на фиг. 10. На фиг. 16 представлено сечение, проведенное по линии F-F', изображенной на фиг. 10.
Как показано на фиг. 9 и 13, среди верхних частей гофреного участка 16, предусмотренного в теплопередающей пластине 3, соседняя верхняя часть 18 в качестве одной верхней части (первого гофра) гофреного участка 16, которая соседствует с первым выходом 10 и вторым входом 11, имеет планарную (по существу, плоскую) форму. Как показано на фиг. 8 и 11, среди нижних частей гофреного участка 15, предусмотренного в теплопередающей пластине 2, каждая из скрепленных нижних частей 19 в качестве нижних частей, которые скреплены с упомянутой соседней верхней частью 18, имеет планарную форму.
Поэтому, как показано на фиг. 10 и 15, каждая из перекрывающихся частей 20 (обведенных зон на фиг. 10), где соседняя верхняя часть 18 и скрепленные нижние части 19 перекрывают друг друга, выполнены в форме поверхности, а не точки. Соответственно, предусмотрена большая зона скрепления, где соседняя верхняя часть 18 и скрепленные нижние части 19 скреплены друг с другом посредством пайки твердым припоем, и обеспечивается высокая прочность скрепления. То есть высокая прочность скрепления обеспечивается между первым гофром, который находится на стороне теплопередающей пластины 3 - стороне, имеющей первый выход 10 и второй вход 11, и теплопередающей пластиной 2.
В общем случае, гофреный участок пластины сформирован посредством прессования. Области около входов и выходов гофреных участков 15 и 16 расположены далеко от коленчатого вала пресса и поэтому имеют погрешности высоты гофра (длины «a» на фиг. 11 и 13) с большей вероятностью, чем области гофреных участков 15 и 16, которые находятся в центральных областях теплопередающих пластин 2 и 3. Если длина «a», соответствующая высоте гофра, меньше, чем расчетное значение, в положениях между теплопередающими пластинами 2 и 3, где теплопередающие пластины 2 и 3 должны находиться в тесном контакте друг с другом, появляются зазоры. Вследствие этого скрепление посредством пайки твердым припоем может оказаться безуспешным.
Вместе с тем, поскольку соседняя верхняя часть 18 и каждая из скрепленных нижних частей 19 имеют планарную форму, скрепление посредством пайки твердым припоем оказывается успешным даже в случае, если между соседней верхней частью 18 и скрепленными нижними частями 19 существуют какие-либо зазоры.
Кстати, как показано на фиг. 9 и 14, среди верхних частей гофреного участка 16, предусмотренного в теплопередающей пластине 3, каждая из других верхних частей 21 в качестве верхних частей, за исключением соседней верхней части 18, имеет выпуклую форму. Точно так же как показано на фиг. 8 и 12, среди нижних частей гофреного участка 15, предусмотренного в теплопередающей пластине 2, каждая из других нижних частей 22 в качестве нижних частей, за исключением скрепленных нижних частей 19, имеет выпуклую форму.
Следовательно, как показано на фиг. 16, каждая из перекрывающихся частей 23, где упомянутые другие верхние части 21 и соответствующие другие нижние части 22 перекрывают друг друга, предусмотрена в форме точки. Соответственно, зона, где каждая из упомянутых других верхних частей 21 и соответствующая из упомянутых других нижних частей 22 скреплены друг с другом посредством пайки твердым припоем, является малой. Поэтому эффективная площадь теплообмена в каждом из теплообменных каналов 17 не является малой. Более того, потеря давления снижается.
Вышеизложенное описание касается лишь той стороны каждой из теплопередающих пластин 2 и 3, на которой предусмотрены первый выход 10 и второй вход 11. Другая сторона, на которой предусмотрены первый вход 9 и второй выход 12, может иметь такую же конфигурацию, как указанная выше.
То есть среди верхних частей гофреного участка 16, предусмотренного в теплопередающей пластине 3, одна верхняя часть (первый гофр) гофреного участка 16, которая является соседней с первым входом 9 и вторым выходом 12, может иметь планарную форму. Кроме того, каждая из нескольких нижних частей гофреного участка 15, предусмотренного в теплопередающей пластине 2, которые скреплены с верхней частью (первым гофром) гофреного участка 16, предусмотренного в теплопередающей пластине 3 и являющегося соседним с первым входом 9 и вторым выходом 12, может иметь планарную форму. Таким образом, как и в случае конфигурации на стороне, имеющей первый выход 10 и второй вход 11, между первым гофром, предусмотренным на стороне теплопередающей пластины 3, имеющей первый вход 9 и второй выход 12, и теплопередающей пластиной 2 обеспечивается высокая прочность скрепления.
Вышеизложенное описание касается лишь конфигурации между задней стороной теплопередающей пластины 2 и передней стороной теплопередающей пластины 3. Вместе с тем, в альтернативном варианте конфигурация между задней стороной теплопередающей пластины 3 и передней стороной теплопередающей пластины 2 может быть такой же, как описанная выше.
То есть среди верхних частей гофреного участка 15, предусмотренного в теплопередающей пластине 2, каждая из одной верхней части (первого гофра) гофреного участка 15, которая является соседней с первым выходом 10 и вторым входом 11, и одной верхней части (первого гофра) гофреного участка 16, которая является соседней с первым входом 9 и вторым выходом 12, может иметь планарную форму. Кроме того, каждая из нескольких нижних частей гофреного участка 16, предусмотренного в теплопередающей пластине 3, которые скреплены с верхней частью (первым гофром) гофреного участка 15, предусмотренного в теплопередающей пластине 2, которые скреплены с верхней частью, и являющегося соседним с первым выходом 10 и вторым входом 11, а также с верхней частью (первым гофром) гофреного участка 15, предусмотренного в теплопередающей пластине 2 и являющегося соседним с первым входом 9 и вторым выходом 12, может иметь планарную форму. Таким образом, в конфигурации между задней стороной теплопередающей пластины 3 и передней стороной теплопередающей пластины 2 также обеспечивается высокая прочность скрепления между первым гофром теплопередающей пластины 2 и теплопередающей пластиной 3, как и в случае конфигурации между задней стороной теплопередающей пластины 2 и передней стороной теплопередающей пластины 3.
В вышеизложенном описании указано, что только верхняя часть первого гофра, которая является соседней с входом и выходом, имеет планарную форму. В альтернативном варианте, каждая из верхних частей двух или более гофров, которые являются соседними с входом и выходом, может иметь планарную форму. Более того, каждая из нижних частей соседних теплопередающих пластин 2 и 3, которые скреплены с их планарными верхними частями, может иметь планарную форму.
Как описано выше, в пластинчатом теплообменнике 30, соответствующем варианту 1 осуществления, между областями гофреных участков 15 и 16, которые являются соседними с входами и выходами, обеспечивается высокая прочность скрепления. Поэтому пластинчатый теплообменник 30 имеет высокую прочность на сжатие.
Даже если длина «a», соответствующая высоте гофра областей гофреных участков 15 и 16, которые являются соседними с входами и выходами, мала, скрепление посредством твердого припоя возможно. Поэтому пластинчатый теплообменник 30, имеющий стабильную прочность, обеспечивается даже в массовом производстве.
Если пластинчатый теплообменник 30 обладает высокой прочностью, то упрочняющие боковые пластины 1 и 4 и теплопередающие пластины 2 и 3 можно сделать толще. Вследствие этого, затраты на материалы пластинчатого теплообменника 30 снижаются.
2
Помимо этого, если пластинчатый теплообменник 30 обладает высокой прочностью и вследствие этого обладает высокой надежностью, то подавляется появление утечки хладагента. Поэтому можно использовать CO, являющийся хладагентом высокого давления. Более того, можно также использовать огнеопасный хладагент, такой, как углеводородный хладагент, или хладагент, обеспечивающий низкий потенциал глобального потепления (ПГП).
Вариант 2
Вариант 1 осуществления описан применительно к случаю, в котором соседняя верхняя часть 18 и каждая из скрепленных нижних частей 19 имеют планарную форму. Теперь вариант 2 осуществления будет описан применительно к случаю, в котором соседняя верхняя часть 18 и каждая из скрепленных нижних частей 19 имеют планарную поверхность с заранее определенной шириной.
Ширина соседней верхней части 18 или скрепленных нижних частей 19 соответствует ширине b, изображенной на фиг. 11 и 13. Ширина b соответствует ширине каждой верхней части или нижней части в направлении, перпендикулярном гребням соответствующего одного из гофреных участков 15 и 16.
Ширина b желательно составляет от 1-го миллиметра или более до 2-х миллиметров или менее. Если ширина b составляет от 1-го миллиметра или более до 2-х миллиметров или менее, то высокая прочность скрепления обеспечивается при одновременном предотвращении потери давления.
Если ширина b меньше чем 1 миллиметр, то зона скрепления может оказаться слишком малой, что приводит к слишком низкой прочности сцепления. Если, например, теплопередающие пластины 2 и 3 сформированы с наименьшей допустимой точностью прессования, а в любой из перекрывающихся частей 20 между теплопередающими пластинами 2 и 3 получается зазор примерно 0,1 миллиметра, то скрепление посредством твердого припоя может оказаться безуспешным.
В отличие от этого, если ширина b больше чем 2 миллиметра, то зона пайки твердым припоем может оказаться слишком большой, увеличивая потерю давления. Более того, в зависимости от ситуаций зона пайки твердым припоем может оказаться настолько большой, что припой в любой из перекрывающихся частей сможет соединиться с припоем в еще одной перекрывающейся части, соседней с упомянутой, тем самым блокируя канал.
Ширину b можно регулировать в пределах вышеупомянутого диапазона так, что обеспечивается зона пайки твердым припоем, соответствующая требуемой прочности скрепления.
Вариант 3
Вариант 2 осуществления описан применительно к случаю, в котором соседняя верхняя часть 18 и каждая из скрепленных нижних частей 19 имеют планарную поверхность с заранее определенной шириной. Теперь вариант 3 осуществления будет описан применительно к случаю, в котором соседняя верхняя часть 18 и каждая из скрепленных нижних частей 19 имеют плавно криволинейную форму, которая является почти планарной.
На фиг. 17 представлен чертеж, иллюстрирующий соседнюю верхнюю часть 18, соответствующую варианту 3 осуществления, и представлено сечение, проведенное по линии C-C', изображенной на фиг. 9. На фиг. 18 представлен чертеж, иллюстрирующий перекрывающуюся часть 20, соответствующую варианту 3 осуществления, и представлено сечение, проведенное по линии E-E', изображенной на фиг. 10.
Как показано на фиг. 17, соседняя верхняя часть 18 имеет криволинейную поверхность с радиусом R кривизны, составляющим от 2-х миллиметров или более до 10-ти миллиметров или менее. Точно так же скрепленная верхняя часть 19 имеет криволинейную поверхность с радиусом R кривизны, составляющим от 2-х миллиметров или более до 10-ти миллиметров или менее. В случае соседней верхней части 18 и скрепленной нижней части 19, каждая из которых имеет криволинейную поверхность с радиусом R кривизны, составляющим от 2 миллиметров или более до 10 миллиметров или менее, прочность скрепления увеличивается, а увеличение потери давления предотвращается.
Если радиус R кривизны меньше чем 2 миллиметра зона скрепления может оказаться слишком малой, что приводит к низкой прочности скрепления. Если, например, теплопередающие пластины 2 и 3 сформированы с наименьшей допустимой точностью прессования, а в любой из перекрывающихся частей 20 между теплопередающими пластинами 2 и 3 получается зазор примерно 0,1 миллиметра, то скрепление посредством твердого припоя может оказаться безуспешным.
В отличие от этого, если радиус R кривизны больше чем 10 миллиметров, то зона пайки твердым припоем может оказаться слишком большой, увеличивая потерю давления. Более того, в зависимости от ситуаций зона пайки твердым припоем может оказаться настолько большой, что припой в любой из перекрывающихся частей сможет соединиться с припоем в еще одной перекрывающейся части, соседней с упомянутой, тем самым блокируя канал.
Радиус R кривизны можно регулировать в пределах вышеупомянутого диапазона так, что обеспечивается зона пайки твердым припоем, соответствующая требуемой прочности скрепления.
Вариант 4
Варианты 1-3 осуществления описаны применительно к случаю, в котором соседняя верхняя часть 18 и каждая из скрепленных нижних частей 19 имеют планарную форму. Теперь вариант 4 осуществления будет описан применительно к случаю, в котором соседняя верхняя часть 18 и каждая из скрепленных нижних частей 19 имеют вогнутую и выпуклую формы, соответственно, которые сопрягаются друг с другом.
На фиг. 19 представлен чертеж, иллюстрирующий скрепленную верхнюю часть 19, соответствующую варианту 4 осуществления, и представлено сечение, проведенное по линии A-A', изображенной на фиг. 8. На фиг. 20 представлен чертеж, иллюстрирующий соседнюю верхнюю часть 18, соответствующую варианту 4 осуществления, и представлено сечение, проведенное по линии C-C', изображенной на фиг. 9. На фиг. 21 представлен чертеж, иллюстрирующий перекрывающуюся часть 20, соответствующую варианту 4 осуществления, и представлено сечение, проведенное по линии E-E', изображенной на фиг. 10.
Как показано на фиг. 19 и 20, скрепленная нижняя часть 19 имеет выпуклый участок 24, а соседняя верхняя часть 18 имеет вогнутый участок 25. В состоянии, в котором теплопередающие пластины 2 и 3 уложены стопой, выпуклый участок 24 и вогнутый участок 25 сопрягаются друг с другом, как показано на фиг. 21.
Поскольку соседняя верхняя часть 18 и скрепленная нижняя часть 19 имеют такие выпуклость и вогнутость, как у выпуклого участка 24 и вогнутого участка 25 соответственно, зона скрепления, получающаяся, когда теплопередающие пластины 2 и 3 уложены стопой, является большой, и поэтому прочность скрепления оказывается высокой.
На фиг. 22 представлен чертеж, иллюстрирующий перекрывающуюся часть 20 в случае, когда не предусматривается ни вогнутость, ни выпуклость. На фиг. 23 представлен чертеж, иллюстрирующий перекрывающуюся часть 20 в случае, когда вогнутость и выпуклость предусматриваются.
Как показано на фиг. 22, в случае, когда не предусматривается ни вогнутость, ни выпуклость, материал 26 припоя широко растекается в перекрывающейся части 20, и возникает зона 27 отсутствия течения, где текучая среда не течет к находящейся ниже по течению стороне. Следовательно, возникает потеря давления. В отличие от этого, как показано на фиг. 23, в случае, когда вогнутость и выпуклость предусматриваются, материал 26 припоя растекается между вогнутостью и выпуклостью в перекрывающейся части 20. Поэтому зона, по которой растекается материал 26 припоя, мала. Соответственно, зона 27 отсутствия течения, возникающая ввиду присутствия материала 26 припоя, мала. Вследствие этого, увеличение потери давления предотвращается. Кроме того, поскольку зона 27 отсутствия течения мала, эффективная зона теплообмена увеличивается. Следовательно, обеспечивается высокая способность к теплообмену.
При наличии вышеупомянутых полезных эффектов количество теплопередающих пластин 2 и 3, входящих в состав пластинчатого теплообменника 30, можно уменьшать в соответствии с требуемой способностью к теплообмену. Более того, предотвращается оставление остаточного вещества, такого как масло для холодильных машин, в пластинчатом теплообменнике 30. Поэтому надежность пластинчатого теплообменника 30 увеличивается, а стоимость материалов пластинчатого теплообменника 30 снижается.
Вышеизложенное описание касается случая, в котором соседняя верхняя часть 18 и скрепленная нижняя часть 19 имеют вогнутость и выпуклость соответственно. То есть в вышеописанном случае каждый из первых гофров, входящих в состав соответствующих гофреных участков 15 и 16 и являющихся соседними с входом и выходом, и гофров, скрепленных с вышеупомянутыми гофрами, имеет верхнюю часть или нижняя часть, имеющую вогнутость и выпуклость. В альтернативном варианте, верхние части и нижние части каждого из всех гофров, входящих в состав соответствующих гофреных участков 15 и 16, могут иметь вогнутость или выпуклость.
Помимо этого вогнутость и выпуклость можно обеспечить на всем протяжении соседней верхней части 18 и всем протяжении скрепленной нижней части 19, или только в областях соседней верхней части 18 и областях скрепленной нижней части 19, остающихся в перекрывающейся части 20.
Вариант 5 осуществления
Варианты 1-3 осуществления описаны применительно к случаю, в котором каждая из соседней верхней части 18 и скрепленной нижней части 19 имеет планарную форму. Теперь вариант 5 осуществления будет описан применительно к случаю, в котором высоты гофров соседней верхней части 18 и скрепленной нижней части 19 больше, чем высоты гофров, присущие другим гофрам.
На фиг. 24 представлен чертеж теплопередающей пластины 3, соответствующей варианту 5 осуществления. На фиг. 25 представлено сечение, проведенное по линии G-G', изображенной на фиг. 24.
Как показано на фиг. 25, высота гофра (длина «с» на фиг. 25) соседней верхней части 18 больше, чем высота гофра (длина «a» на фиг. 25) каждой из других верхних частей 21. Хотя это и не показано, высота гофра скрепленной нижней части 19 тоже больше, чем высота гофра каждой из других нижних частей 22.
Поскольку высоты гофров соседней верхней части 18 и скрепленной нижней части 19 больше, чем высоты гофров, присущие другим гофрам, соседняя верхняя часть 18 и скрепленная нижняя часть 19 расплющиваются и сжимаются нагрузкой, прикладываемой при пайке твердым припоем, в результате чего упомянутые части приобретают планарные формы. Таким образом, обеспечиваются такие же эффекты, как те, которые обеспечиваются в варианте 1 осуществления.
Для сформирования пластинчатого теплообменника 30, соответствующего варианту 1 осуществления, соседнюю верхняя часть 18 и скрепленную нижнюю часть 19 нужно обработать таким образом, чтобы они имели планарные формы. В отличие от этого, для формирования пластинчатого теплообменника 30, соответствующего варианту 5 осуществления, нужно лишь увеличить высоты гофров соседней верхней части 18 и скрепленной нижней части 19. То есть пластинчатый теплообменник 30, соответствующий варианту 5 осуществления, получают путем простого изменения размеров участков пресс-формы, которые определяют высоты гофров соседней верхней части 18 и скрепленной нижней части 19. Поэтому пластинчатый теплообменник 30, соответствующий варианту 5 осуществления, может быть изготовлен при меньших затратах, чем пластинчатый теплообменник 30, соответствующий варианту 1 осуществления.
Вариант 6
Варианты 1-5 осуществления описаны применительно к случаю, в котором формы соседней верхней части 18 и скрепленной нижней части 19 являются изменяющимися. Теперь вариант 6 осуществления будет описан применительно к случаю, в котором изменяется угол наклона гофра, имеющего соседнюю верхнюю часть 18 или скрепленную нижнюю часть 19.
На фиг. 26 представлен чертеж, иллюстрирующий угол наклона гофра, присущий гофру, не имеющему ни соседней верхней части 18, ни скрепленной нижней части 19. На фиг. 27 представлен чертеж, иллюстрирующий угол наклона гофра, присущий гофру, имеющему соседнюю верхнюю часть 18 или скрепленную нижнюю часть 19.
Угол наклона гофра - это угол, образованный между линией 28a, которая параллельна длинной стороне каждой из теплопередающих пластин 2 и 3, и гребнем 28b каждого гофра. Как показано на фиг. 26 и 27, угол θ1 наклона гофра, присущий гофру, не имеющему ни соседней верхней части 18, ни скрепленной нижней части 19, составляет, например, 65 градусов, а угол θ2 наклона гофра, присущий гофру, имеющему соседнюю верхнюю часть 18 или скрепленную нижнюю часть 19, составляет, например, 75 градусов. То есть угол θ2 наклона гофра больше, чем угол θ1 наклона гофра. Иными словами, угол загиба каждого из V-образных гофров больше для гофра, имеющего соседнюю верхнюю часть 18 или скрепленную нижнюю часть 19, чем для гофра, не имеющего ни соседней верхней части 18, ни скрепленной нижней части 19.
Как показано на фиг. 26 и 27, когда угол наклона гофра увеличивается, зона перекрывающейся части 20 увеличивается. То есть увеличение угла наклона гофра, присущего гофру, имеющему соседнюю верхнюю часть 18 или скрепленную нижнюю часть 19, увеличивает зону скрепления, а значит - и прочность скрепления.
На фиг. 28 представлен чертеж, иллюстрирующий возможный случай, когда угол наклона гофра, присущий гофру, имеющему соседнюю верхнюю часть 18 или скрепленную нижнюю часть 19, увеличен в некоторых областях.
Как показано на фиг. 28, предусмотрены изогнутые участки 29, на которых некоторые области гофра, имеющего соседнюю верхнюю часть 18 или скрепленную нижнюю часть 19, изогнуты в направлении длинной стороны. Таким образом, угол наклона гофра в некоторых областях гофра, имеющего соседнюю верхнюю часть 18 или скрепленную нижнюю часть 19, увеличивается. В таком случае, когда угол наклона гофра увеличивается в некоторых областях, зона скрепления и прочность скрепления в этих областях тоже увеличиваются.
Вариант 7
Теперь будет описан вариант 7 осуществления, касающийся возможной конфигурации схемы теплонасосного устройства 100, включающего в себя пластинчатый теплообменник 30.
2
2
В теплонасосном устройстве 100 используется хладагент, такой как СО, R410A, HC или аналогичный. Некоторые хладагенты, такие как CO, имеют свои сверхкритические диапазоны на стороне высокого давления. Здесь будет описан возможный случай, в котором в качестве хладагента используется R410A.
На фиг. 29 представлена принципиальная схема теплонасосного устройства 100, соответствующего варианту 7 осуществления.
На фиг. 30 представлена диаграмма Молье, иллюстрирующая состояние хладагента в теплонасосном устройстве 100, изображенном на фиг. 29. На фиг. 30 по горизонтальной оси отложена удельная энтальпия, а по вертикальной оси отложено давление хладагента.
Теплонасосное устройство 100 включает в себя основной контур 58 хладагента, по которому циркулирует хладагент. Основной контур 58 хладагента включает в себя компрессор 51, теплообменник 52, расширительный механизм 53, сборник 54, внутренний теплообменник 55, расширительный механизм 56 и теплообменник 57, которые последовательно соединены трубами. В основном контуре 58 хладагента - на выпускной стороне компрессора 51 - предусмотрен четырехходовой клапан 59, позволяющий переключать направление циркуляции хладагента. Кроме того, около теплообменника 57 предусмотрен вентилятор 60. Теплообменник 52 соответствует пластинчатому теплообменнику 30 в соответствии с любым из вышеописанных вариантов осуществления.
Теплонасосное устройство 100 дополнительно включает в себя нагнетательный контур 62, который соединяет точку между сборником 54 и внутренним теплообменником 55 и нагнетательную трубу компрессора 51 посредством труб. В нагнетательном контуре 62 последовательно соединены расширительный механизм 61 и внутренний теплообменник 55.
Теплообменник 52 соединен с контуром 63 воды, по которому циркулирует вода. Контур 63 воды соединен с устройством, которое использует воду, таким как нагреватель воды, излучающее устройство в качестве радиатора либо для нагревания пола, либо для аналогичных целей.
Сначала будет описана операция нагревания, проводимая теплонасосным устройством 100. На операции нагревания четырехходовой клапан 59 подключен так, как показано сплошными линиями. Операция нагревания, о которой здесь идет речь, включает в себя нагревание для кондиционирования воздуха и нагревание воды для подготовки горячей воды путем сообщения тепла воде.
Находящийся в газовой фазе хладагент (точка 1 на фиг. 30), имеющий высокую температуру и высокое давление в компрессоре 51, выпускается из компрессора 51 и совершает теплообмен в теплообменнике 52, функционирующем в качестве конденсатора и радиатора, вследствие чего находящийся в газовой фазе хладагент сжижается (точка 2 на фиг. 30). На этом этапе тепло, которое передано из хладагента, нагревает воду, циркулирующую по контуру 63 воды. Нагретая вода используется для нагревания воздуха или нагревания воды.
Находящийся в жидкой фазе хладагент, полученный посредством сжижения в теплообменнике 52, подвергается редуцированию давления в расширительном механизме 53 и переходит в двухфазное состояние «газ-жидкость» (точка 3 на фиг. 30). Хладагент, находящийся в двухфазном состоянии «газ-жидкость», полученный в расширительном механизме 53, обменивается теплом в сборнике 54 с хладагентом, который всасывается в компрессор 51, за счет чего хладагент, находящийся в двухфазном состоянии «газ-жидкость», охлаждается и сжижается (точка 4 на фиг. 30). Находящийся в жидкой фазе хладагент, полученный посредством сжижения в сборнике 54, разделяется и течет в основной контур 58 хладагента и нагнетательный контур 62.
Находящийся в жидкой фазе хладагент, протекающий по основному контуру 58 хладагента, обменивается во внутреннем теплообменнике 55 теплом с хладагентом, находящимся в двухфазном состоянии «газ-жидкость», полученным посредством редуцирования давления в расширительном механизме 61 и протекающим по нагнетательному контуру 62, за счет чего находящийся в жидкой фазе хладагент дополнительно охлаждается (точка 5 на фиг. 30). Находящийся в жидкой фазе хладагент, охлажденный во внутреннем теплообменнике 55, подвергается редуцированию давления в расширительном механизме 56 и переходит в двухфазное состояние «газ-жидкость» (точка 6 на фиг. 30). Хладагент, находящийся в двухфазном состоянии «газ-жидкость», полученный в расширительном механизме 56, обменивается теплом с наружным воздухом в теплообменнике 57, функционирующем как испаритель, и поэтому нагревается (точка 7 на фиг. 30). Хладагент, нагретый таким образом в теплообменнике 57, дополнительно нагревается в сборнике 54 (точка 8 на фиг. 30) и всасывается в компрессор 51.
Кстати, как описано выше, хладагент, протекающий по нагнетательному контуру 62, подвергается редуцированию давления в расширительном механизме 61 (точка 9 на фиг. 30) и совершает теплообмен во внутреннем теплообменнике 55 (точка 10 на фиг. 30). Хладагент, находящийся в двухфазном состоянии «газ-жидкость» (нагнетаемый хладагент), полученный посредством теплообмена во внутреннем теплообменнике 55, остается в двухфазном состоянии «газ-жидкость» и протекает по нагнетательной трубе компрессора 51 в этот компрессор 51.
В компрессоре 51 хладагент (точка 8 на фиг. 30), всосанный из основного контура 58 хладагента, сжимается до промежуточного давления и нагревается (точка 11 на фиг. 30). Хладагент, сжатый до промежуточного давления и нагретый (точка 11 на фиг. 30), сливается с нагнетаемым хладагентом (точка 10 на фиг. 30), за счет чего температура падает (точка 12 на фиг. 30). Хладагент, имеющий упавшую температуру (точка 12 на фиг. 30), дополнительно сжимается и нагревается до тех пор, пока не оказывается имеющим высокую температуру и высокое давление, а потом выпускается (точка 1 на фиг. 30).
В случае, когда операцию нагнетания не проводят, степень открывания расширительного механизма 61 делают такой, что этот механизм оказывается полностью закрытым. То есть в случае, когда операцию нагнетания проводят, степень открывания расширительного механизма 61 больше, чем заранее определенная степень открывания. В отличие от этого, в случае, когда операцию нагнетания не проводят, степень открывания расширительного механизма 61 делают меньшей, чем упомянутая заранее определенная степень открывания. Это предотвращает втекание хладагента из нагнетательной трубы компрессора 51.
Степенью открывания расширительного механизма 61 электронным способом управляет контроллер, такой как микропроцессор.
Теперь будет описана операция охлаждения, проводимая теплонасосным устройством 100. На операции охлаждения четырехходовой клапан 59 подключен так, как показано пунктирными линиями. Операция охлаждения, о которой здесь идет речь, включает в себя охлаждение для кондиционирования воздуха и охлаждение воды путем отвода тепла из воды, охлаждения и т.п.
Находящийся в жидкой фазе хладагент (точка 1 на фиг. 30), имеющий высокую температуру и высокое давление в компрессоре 51, выпускается из компрессора 51 и совершает теплообмен в теплообменнике 57, функционирующем в качестве конденсатора и радиатора, вследствие чего находящийся в газовой фазе хладагент сжижается (точка 2 на фиг. 30). Находящийся в жидкой фазе хладагент, полученный посредством сжижения в теплообменнике 52, подвергается редуцированию давления в расширительном механизме 56 и переходит в двухфазное состояние «газ-жидкость» (точка 3 на фиг. 30). Хладагент, находящийся в двухфазном состоянии «газ-жидкость», полученный в расширительном механизме 56, совершает теплообмен во внутреннем теплообменнике 55, за счет чего охлаждается и сжижается (точка 4 на фиг. 30). Во внутреннем теплообменнике 55, хладагент, находящийся в двухфазном состоянии «газ - жидкость», полученный в расширительном механизме 56, и еще один хладагент, находящийся в двухфазном состоянии «газ-жидкость» (точка 9 на фиг. 30), полученный посредством осуществленного в расширительном механизме 61 редуцирования давления находящегося в жидкой фазе хладагента, сжиженного во внутреннем теплообменнике 55, совершают теплообмен между собой. Находящийся в жидкой фазе хладагент (точка 4 на фиг. 30), совершивший теплообмен во внутреннем теплообменнике 55, разделяется и течет в основной контур 58 хладагента и нагнетательный контур 62.
Находящийся в жидкой фазе хладагент, протекающий по основному контуру 58 хладагента, обменивается в сборнике 54 теплом с хладагентом, который всасывается в компрессор 51, за счет чего находящийся в жидкой фазе хладагент дополнительно охлаждается (точка 5 на фиг. 30). Находящийся в жидкой фазе хладагент, охлажденный в сборнике 51, подвергается редуцированию давления в расширительном механизме 53 и переходит в двухфазное состояние «газ-жидкость» (точка 6 на фиг. 30). Хладагент, находящийся в двухфазном состоянии «газ-жидкость», полученный в расширительном механизме 53 совершает теплообмен в теплообменнике 52, функционирующем как испаритель, и поэтому нагревается (точка 7 на фиг. 30). На этом этапе, поскольку хладагент получает тепло, вода, циркулирующая по контуру 63 воды, охлаждается и используется для охлаждения или замораживания.
Хладагент, нагретый в теплообменнике 52, дополнительно нагревается в сборнике 54 (точка 8 на фиг. 30) и всасывается в компрессор 51.
Кстати, как описано выше, хладагент, протекающий по нагнетательному контуру 62, подвергается редуцированию давления в расширительном механизме 61 (точка 9 на фиг. 30) и совершает теплообмен во внутреннем теплообменнике 55 (точка 10 на фиг. 30). Хладагент, находящийся в двухфазном состоянии «газ-жидкость» (нагнетаемый хладагент), полученный посредством теплообмена во внутреннем теплообменнике 55, остается в двухфазном состоянии «газ-жидкость» и протекает по нагнетательной трубе компрессора 51.
Операция сжатия в компрессоре 51 является такой же, как операция сжатия для операции нагревания.
В случае, когда операцию нагнетания не проводят, степень открывания расширительного механизма 61 делают такой, что этот механизм оказывается полностью закрытым, как и в случае операции нагревания, так что хладагент не втекает в нагнетательную трубу компрессора 51.
Перечень позиций чертежей
1 Упрочняющая боковая пластина
2 и 3 Теплопередающие пластины
4 Упрочняющая боковая пластина
5 Первая приточная труба
6 Первая отточная труба
7 Вторая приточная труба
8 Вторая отточная труба
9 Первый вход
10 Первый выход
11 Второй вход
12 Второй выход
13 Первый канал
14 Второй канал
15 и 16 Гофреные участки
17 Теплообменный канал
18 Соседняя верхняя часть
19 Скрепленная нижняя часть
20 Перекрывающаяся часть
21 Другая верхняя часть
22 Другая нижняя часть
23 Перекрывающаяся часть
24 Выпуклый участок
25 Вогнутый участок
26 Материал припоя
27 Зона отсутствия течения
28 Линия, параллельная нижней стороне
29 Изогнутый участок
30 Пластинчатый теплообменник
51 Компрессор
52 Теплообменник
53 Расширительный механизм
54 Сборник
55 Внутренний теплообменник
56 Расширительный механизм
57 Теплообменник
58 Основной контур хладагента
59 Четырехходовой клапан
60 Вентилятор
61 Расширительный механизм
62 Нагнетательный контур
100 Теплонасосное устройство