СРЕДСТВО ДЛЯ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
DEVICE FOR PLATE HEAT EXCHANGER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к средству для пластинчатого теплообменника, соответствующему ограничительной части п.1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к пластинчатому теплообменнику, содержащему средство согласно изобретению.
Уровень техники
В описании к японскому патенту JP 2002-081883 описан теплообменник, содержащий теплопередающие пластины, причем эти теплопередающие пластины являются аналогичными. В нижеследующем тексте термин «теплопередающая пластина» является синонимом термина «пластина». Пластины имеют структуру гребней и впадин, проходящих по диагонали через теплопередающую пластину. Укладка для формирования пакета пластин приводит к установке пластин друг на друга таким образом, что гребни и впадины одной пластины соединяются с гребнями и впадинами соседней пластины в точках контакта. Взаимная ориентация пластин такова, что существует взаимное несоответствие в протяженности гребней и впадин соседних пластин при их упоре друг в друга в упомянутых точках контакта. Взаимно соседние пластины соединяются в упомянутых точках контакта, образуя постоянно соединенный пакет пластин.
Проблема теплообменников, содержащих пластины, имеющие конфигурацию, соответствующую описанию к японскому патенту JP 2002-081883, заключается в том, что точки контакта вокруг областей каналов имеют тенденцию к разрыву. Термин «разрыв» означает, что постоянное соединение между двумя взаимно соседними пластинами разъединяется в точке контакта. Факторами, которые, среди прочих, влияют на степень риска разъединения в точке контакта, являются положение точки контакта на пластине и близость этой точки к другим точкам контакта. Что касается областей каналов в варианте осуществления, соответствующем описанию к японскому патенту JP 2002-081883, а также во многих обычных пластинах, то точки контакта предусмотрены вокруг каждой области канала на разных расстояниях от центра области канала. В результате механические напряжения, действующие в соответствующих точках контакта вокруг канала, оказываются разными, потому что некоторые из точек контакта располагаются ближе к определенным точкам контакта, чем к другим точкам контакта. Таким образом, точки контакта, находящиеся друг около друга, могут распределять механические напряжения между собой, в результате чего соответствующие точки контакта будут менее подвержены воздействию упомянутых механических напряжений. Это означает, что определенные другие точки контакта, которые расположены вокруг областей каналов и не близки к еще одной точке контакта, поэтому будут более склонными к разъединению, чем другие точки контакта вокруг областей каналов.
Известный способ создания точек контакта вокруг канала заключается в прижиме некоторого количества шипов в области вокруг канала. Упомянутые шипы располагаются на одинаковом радиальном расстоянии от центра канала. Недостатком такого варианта осуществления является то, что соответствующие шипы требуют большой поверхности для гарантии прижима их в пластине. Это означает, что поверхность теплопередающей пластины уменьшается на поверхность, уделяемую для прижима упомянутых шипов, с последующим уменьшением теплообмена через упомянутую пластину.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы исключить или, по меньшей мере, смягчить вышеупомянутые недостатки известного уровня техники. В соответствии с изобретением, эта задача решается с помощью средства для пластинчатого теплообменника, которое имеет отличительные признаки согласно п.1 формулы изобретения.
Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в том, что упомянутое средство должно поглощать механические напряжения, воздействию которых подвергаются пластины и пакет пластин.
Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в том, что конфигурация упомянутого средства должна приводить к уменьшению риска неправильной сборки средства с пакетом пластин.
Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в том, что упомянутое средство должно уплотнять некоторое количество впадин на соседней пластине в пакете пластин, чтобы уменьшить общее количество вещества, которое находится между упомянутым средством и пластиной во время работы.
Преимущество, достигаемое с помощью средства, соответствующего отличительной части п.1 формулы изобретения, заключается в том, что упомянутое средство может поглощать нагрузки из пакета пластин, тем самым увеличивая срок службы пластинчатого теплообменника и улучшая рабочие параметры усталости по сравнению с теми, которые имели бы место при отсутствии этого средства.
Дополнительное преимущество, достигаемое с помощью средства, соответствующего отличительной части п.1 формулы изобретения, заключается в том, что конфигурация упомянутого средства уменьшает риск неправильной сборки во время процесса изготовления. Причина заключается в том, что некоторое количество выступов упомянутого средства устанавливаются в соседнюю пластину в пакете пластин, в которую упирается это средство.
Дополнительное преимущество, достигаемое с помощью средства, соответствующего отличительной части п.11 формулы изобретения, заключается в том, что уменьшается количество вещества, которое во время работы теплообменника оказывается между упомянутым средством и крайней снаружи пластиной в пакете пластин, что приводит к уменьшению количества вещества, являющегося пассивным и не вносящим вклад в теплопередачу. Результат заключается в оптимизации общего потребления энергии в системе для теплообменника.
Предпочтительные варианты осуществления пластины также имеют отличительные признаки, указанные в зависимых пп.2-8 формулы изобретения.
В соответствии с вариантом осуществления средства, соответствующего изобретению, это средство представляет собой пластину с толщиной материала, которая больше, чем у теплопередающей пластины в пакете пластин, с которой она соседствует. Это гарантирует поглощение упомянутой пластиной нагрузок, которые возникают в пакете пластин, и тем самым предотвращение деформации пластин в пакете пластин.
В соответствии с вариантом осуществления средства, соответствующего изобретению, это средство представляет собой торцевую пластину.
Выражение «торцевая пластина» в этом описании означает пластину, которая упирается в первую пластину и/или последнюю пластину в пакете пластин. Это означает, что такие выражения, как «нажимная пластина», «рамная пластина», «пластина-крышка», «переходная пластина», «упрочняющая пластина», находящаяся рядом первой или последней пластиной в пакете пластин, и т.д., являются в этом описании синонимами выражения «торцевая пластина».
В соответствии с вариантом осуществления средства, соответствующего изобретению, упомянутый выступ устанавливается во впадину в структуре соседней пластины, а эта впадина проходит по диагонали от одной области канала пластины на одной длинной стороны до другой длиной стороны. Таким образом, риск неправильной установки упомянутого средства на пакет пластин уменьшается, поскольку упомянутое средство в случае неправильной установки относительно упомянутого пакета пластин будет немедленно обнаружено, так как тогда это средство и пакет пластин будут скользить или окажутся незакрепленными друг относительно друга.
Упомянутое средство содержит первую поверхность и вторую поверхность. Первая поверхность обращена по направлению от соседней пластины в пакете пластин. Вторая поверхность обращена по направлению к соседней пластине в пакете пластин. Упомянутое средство имеет внешний периметр, который, в принципе, соответствует периметру пластины в пакете пластин. Это означает, что при упоре между упомянутым средством и упомянутой пластиной в пакете пластин это средство будет, в принципе, покрывать всю теплопередающую поверхность пластины с соответствующими участками каналов.
В соответствии с вариантом осуществления средства, соответствующего изобретению, вторая поверхность имеет второй выступ, устанавливаемый в структуру соседней пластины. Тот факт, что упомянутое средство имеет второй выступ, делает возможной дополнительную впадину, которая сообщается с первой областью канала для блокировки ее от протекания вещества. Первая область канала сообщается с некоторым количеством впадин, в которых может протекать вещество. Их блокировка дает возможность уменьшить количество вещества, находящегося между упомянутым средством и соседней пластиной во время работы.
В соответствии с вариантом осуществления средства, соответствующего изобретению, выступ проходит вдоль второй поверхности упомянутого средства и является продолговатым по форме и имеющим длину, которая больше ширины впадины, в которой расположен упомянутый выступ. Таким образом, упомянутое средство закрепляется и при этом предотвращается возможность его поворота относительно соседней пластины.
В соответствии с вариантом осуществления средства, соответствующего изобретению, выступы проходят вдоль второй поверхности упомянутого средства, являются продолговатыми по форме и имеющими длину, которая больше ширины впадины, в которой расположен соответствующий выступ. Тот факт, что имеются, по меньшей мере, два выступа, дает возможность правильно устанавливать упомянутое средство на соседнюю пластину. Неправильная сборка стала бы очевидной, поскольку упомянутое средство и пластины скользили бы друг относительно друга и оказались бы незакрепленными.
В соответствии с вариантом осуществления средства, соответствующего изобретению, выступы устанавливаются во впадины в структуре соседней теплопередающей пластины и предотвращают протекание вещества через блокированные таким образом впадины. Как упоминалось ранее, эти выступы помогают гарантировать предотвращение протекания во впадине, в которую вставлен выступ, тем самым уменьшая количество вещества между упомянутым средством и пакетом пластин.
В соответствии с вариантом осуществления средства, соответствующего изобретению, выступы крепят упомянутое средство к соседней теплопередающей пластине таким образом, что предотвращаются взаимный поворот и взаимное скольжение упомянутого средства и соседней теплопередающей пластины. Выступы преимущественно соединены с впадинами посредством пайки. Возможными альтернативами упомянутой пайке являются другие способы соединения, такие как сварка, склеивание, соединение трением и соединение перемычками.
В соответствии с вариантом осуществления средства, соответствующего изобретению, упомянутое средство покрывает, по меньшей мере, одну из областей каналов соседней теплопередающей пластины и теплопередающую поверхность. Как упоминалось ранее, упомянутое средство и соседняя пластина имеют одинаковые периметры. Результатом является то, что упомянутое средство покрывает, в принципе, всю поверхность пластины на соседней пластине в пакете пластин, которая обращена в направлении от пакета пластин и в которую упирается упомянутое средство.
Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать теплообменник, содержащий пакет постоянно соединенных пластин, собранный из уложенных аналогичных пластин, при этом, по меньшей мере, одна торцевая пластина постоянно соединена с первой или последней пластиной в пакете пластин, так что упомянутый теплообменник будет стойким к давлению и стойким к усталости.
Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать теплообменник, который характеризуется малыми затратами на изготовление по сравнению с обычным теплообменником с постоянно соединенными пластинами, в котором, по меньшей мере, одна из торцевых пластин содержит прессованную структуру на больших частях пластины.
Вышеупомянутые и другие задачи решаются в соответствии с изобретением с помощью вышеописанного теплообменника, имеющего отличительные признаки, указанные в п.9 формулы изобретения.
Преимущество, достигаемое с помощью теплообменника в соответствии с п.9 формулы изобретения, заключается в том, что поскольку упомянутое средство содержит лишь немного выступов, идущих из плоской в остальных местах поверхности, теплообменник оказывается экономичным в изготовлении. Это возможно благодаря тому, что процесс изготовления не требует оборудования для выполнения выступов в упомянутом средстве, хоть сколько-нибудь усложненное по сравнению с необходимым для обычного средства, имеющего прессованную структуру и поэтому требующего усложненного прессующего инструмента.
Краткое описание чертежей
Ниже, со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, где изображены лишь части, необходимые для понимания изобретения, приводится более подробное описание предпочтительных вариантов осуществления устройства в соответствии с изобретением.
На фиг.1 изображен теплообменник со средством и пакетом пластин.
На фиг.2 изображена теплопередающая пластина.
На фиг.3 изображена часть структуры на теплопередающей пластине.
На фиг.4 изображено средство для использования на теплообменнике.
Осуществление изобретения
На фиг.1 изображен теплообменник (3), содержащий пакет (2) пластин и, по меньшей мере, одно средство (25). Теплообменник (3) снабжен некоторым количеством впускных и выпускных каналов с выемками (32-35) каналов для вещества. Пакет (2) пластин содержит некоторое количество пластин (1), постоянно соединенных друг с другом посредством известного способа соединения. Известными способами соединения являются, среди прочих, пайка, сварка, склеивание и соединение перемычками.
На фиг.2 изображена пластина (1) в соответствии с изобретением. Пластина (1) содержит первую и вторую длинные стороны (4 и 5), первую и вторую короткие стороны (6 и 7), теплопередающую поверхность (8) со структурой (9), содержащей гребни (10а-d) и впадины (11а-е). В соединении между первой короткой стороной (6) и первой длинной стороной (4) выполнен первый угловой участок (14). В соединении между первой короткой стороной (6) и второй длинной стороной (5) выполнен второй угловой участок (15). На первом угловом участке (14) находится первая область (12) канала. На втором угловом участке (15) находится вторая область (13) канала. В направлении поперек пластины (1) между двумя длинными сторонами (4 и 5) и перпендикулярно им проходит центральная ось (18). Центральная ось (18) делит пластину (1) на две равные половины. Эти половины по форме, структуре и контуру являются зеркальными изображениями друг друга. Это означает, что пластина (1) содержит во всех четырех угловых участках четыре области каналов и т.д. Поскольку пластина (1) симметрична относительно упомянутой центральной оси (18), это описание относится только к упомянутым техническим признакам, свойственным одной половине пластины.
Пластина (1) уложена в пакете (2) пластин (см. Фиг.1) вместе с аналогичными пластинами (1). Каждая вторая пластина (1) в упомянутом пакете (2) пластин повернута на 180° в плоскости, параллельной теплопередающей поверхности (8). Каждая пластина (1) содержит верхнюю сторону и нижнюю сторону. Все пластины (1) в пакете (2) пластин установлены одна на другую, причем соответствующие нижние стороны обращены в одном и том же направлении. Такая укладка приводит к тому, что верхняя сторона структуры (9) первой пластины (1) упирается в структуру (9) на нижней стороне повернутой аналогичной второй пластины (1).
Первая область (12) канала сообщается с некоторым количеством гребней (10а-d) и впадин (11а-е). Гребни (10а-d) и впадины (11а-е) на пластине (1) на соответствующих сторонах от центральной оси (18), в принципе, параллельны друг другу.
На концевом участке каждого из соответствующих гребней (10а-d), которые соседствуют с первой областью (12) канала, выполнена точка (16а-d) контакта. Упомянутые точки (16а-d) контакта, в принципе, располагаются на одинаковом радиальном расстоянии от центра первой области (12) канала. Точки (16а-d) контакта обеспечивают протяжение круговой дуги (17) вокруг области (12) канала.
Укладка двух взаимно соседних пластин (1) в упомянутом пакете (2) пластин (см. Фиг.1) приведет к получению первой точки (16а) контакта на первой пластине (1), упирающейся в дно первой впадины (11а) на повернутой аналогичной второй пластине (1), установленной на упомянутой первой пластине (1). Вторая, третья и четвертая точки (16b-d) контакта будут соответственно упираться в дно второй впадины (11b) тех же пластин (1), что и в случае первой точки (16а) контакта и первой впадины (11а).
Второй гребень (10b) соединен с третьим гребнем (10с) первым соединением (24). Вторая впадина (11b) соседствует со вторым гребнем (10b), третьим гребнем (10с), первым гребнем (10а) и второй областью (13) канала. Второй гребень (10b) проходит между упомянутым первым соединением (24) и первой областью (12) контакта. Результатом является образование упомянутой второй впадины (11b), которая не только проходит вокруг части второй области (13) канала, но и также соседствует с теплопередающей поверхностью (8) пластины (1). Вторая впадина (11b) следует сначала второму гребню (10b) от первой области (12) канала до первого соединения (24). У этого соединения (24) впадина (11b) вынуждена изменять направление, чтобы после этого следовать третьему гребню (10с) до второй длинной стороны (5). Тот факт, что вторая впадина (11b) проходит вокруг части второй области (13) канала, приводит к образованию на дне этой впадины удлиненной зоны вокруг части упомянутой второй области (13) канала. Упомянутая область (13) соединена со второй, третьей и четвертой точками (16b-d) контакта. В результате упомянутого соединения (24) гребни (10а-d) могут быть параллельны друг другу, а упомянутые точки контакта могут располагаться на гребнях (10b-d), в принципе, на одинаковом радиальном расстоянии от центра первой области (12) канала. Это делает возможным достижение равномерного распределения механических напряжений между точками (16а-d) контакта вокруг первой области (12) канала.
На Фиг.3 изображена часть структуры (9) на теплопередающей пластине (1) (см. Фиг.2) в соответствии с изобретением. На Фиг.3 изображены только один гребень (10) и одна впадина (11), тогда как пластина (1) в соответствии с изобретением содержит некоторое количество гребней и впадин. На Фиг.3 гребень (10) содержит участок (21) вершины и два боковых участка (22а, b). Соответствующие боковые участки (22а, b) соединены с участком (21) вершины. Впадина (11) соединена с участком (21) вершины боковыми участками (22а, b). Участок (21) вершины имеет такое же протяжение, как гребень (10) и впадина (11). Аркообразный краевой участок (23а, b), имеющий такое же протяжение, как гребень (10), соединяет на соответствующей ему стороне от участка (21) вершины соответствующий боковой участок (22а, b) с упомянутым участком (21) вершины. Первая осевая линия (30), которая имеет то же протяжение, что и гребень (10), расположена на участке (21) вершины и вдоль него. Вторая осевая линия (31), которая имеет то же протяжение, что и впадина (11), расположена во впадине (11) и вдоль нее.
Каждый гребень (10) изменяется по ширине вдоль своего протяжения таким образом, что чем меньше ширина гребня (10), тем меньше ширина участка (21) вершины. Радиус аркообразного краевого участка (23а, b) изменяется соответственно, так что чем меньше ширина участка (21) вершины, тем меньше радиус. Ширина соответствующей впадины (11) изменяется вдоль своего протяжения аналогично гребню (10) и его участку вершины (21).
Осевые линии (30, 31) каждого гребня (10) и каждой впадины (11) параллельны друг другу на соответствующих им сторонах от центральной оси (18) (см. Фиг.2).
Тот факт, что гребни (10) и впадины (11) изменяются по ширине, а значит, и по объему, на единицу ширины, дает возможность направлять вещество к частям теплопередающей поверхности пластины (1), на которые в обычных пластинах трудно вызвать воздействие вещества. Тот факт, что объем на единицу ширины увеличивается в областях, на которые трудно вызвать воздействие вещества, делает возможным использование большей поверхности на пластине (1) для теплопередачи.
На Фиг.4 изображено средство (25). Средство (25) имеет соответственно такой же периметр, как пластина (1) (см. Фиг.1), уложенная на аналогичные пластины (1) в пакете (2) пластин. Средство (25) содержит первую поверхность (26), вторую поверхность (27) (не показана) и выемки (32-35) каналов. Первый выступ (28) и второй выступ (29) прижаты в первой поверхности (26) на соответствующих сторонах от второй центральной оси (36). Положение этой второй центральной оси (36) соответствует центральной оси (18) пластины (1) (см. Фиг.2) в соответствии с изобретением. Соответствующие выступы (28, 29) выступают и из второй поверхности (27) (не показана).
Средство (25) установлено на первой и/или последней пластине (1) в пакете (2) пластин (см. Фиг.1). Выступы (28, 29) во второй поверхности (27) (не показана) имеют форму, обеспечивающую их посадку в структуру (9) (см. Фиг.2) на соседней пластине (1). При упоре, достигаемом между средством (25) и соседней пластиной (1), первый выступ (28) оказывается вставленным во второй впадине (11b) в пластине (1). Второй выступ (29) оказывается вставленным в пятой впадине (11е). Обе впадины - вторая (11b) и пятая (11е) - сообщаются с первой областью (12) канала.
В пакете (2) пластин в соответствии с изобретением желательно иметь возможность уменьшить количество вещества, которое накапливается во время работы между средством (25) и соседней пластиной (1). Вставление упомянутых выступов (28, 29) в некотором количестве впадин (11b, 11е), которые сообщаются с первой областью (12) канала, предотвращает течение вещества в этих впадинах (11b, 11е) из упомянутой первой области (12) канала ко второй длинной стороне (5). Результатом является оптимизация общей теплопередачи теплообменника (3), заключающаяся в том, что уменьшается количество вещества, которое не вносит вклад в теплопередачу.
Изобретение не ограничивается описанным вариантом осуществления, а может быть изменено и модифицировано в рамках объема притязаний нижеследующей формулы изобретения, которые частично были описаны выше.