ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩАЯ ПЛАСТИНА
HEAT TRANSFER PLATE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к теплопередающей пластине и ее конструкции.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Пластинчатые теплообменники, ПТО, в типичных случаях состоят из двух торцевых плит, в промежутке между которыми располагается некоторое количество выровненных теплопередающих пластин в виде стопы или пакета. Возможны теплопередающие пластины ПТО одного и того же или разных типов, и их можно укладывать стопой разными способами. В некоторых ПТО теплопередающие пластины укладывают стопой так, что передняя сторона и задняя сторона одной теплопередающей пластины оказываются обращенными к задней стороне и передней стороне, соответственно, других теплопередающих пластин, а каждая вторая теплопередающая пластина перевернута по отношению к остальным теплопередающим пластинам. В типичных случаях это называют теплопередающими пластинами, «повернутыми» по отношению друг к другу. В других ПТО теплопередающие пластины уложены стопой так, что передняя сторона и задняя сторона одной теплопередающей пластины оказываются обращенными к передней стороне и задней стороне, соответственно, других теплопередающих пластин, и каждая другая теплопередающая пластина перевернута по отношению к остальным теплопередающим пластинам. В типичных случаях, это называют теплопередающими пластинами, «зеркально отраженными» по отношению друг к другу.
В ПТО одного хорошо известного типа - так называемых ПТО с прокладкой, между теплопередающими пластинами расположены прокладки. Торцевые плиты, а значит - и теплопередающие пластины, прижаты друг к другу затягивающими средствами некоторого типа, вследствие чего прокладки осуществляют герметизацию между теплопередающими пластинами. Между теплопередающими пластинами образованы параллельные проточные каналы, по одному каналу между соседними теплопередающими пластинами каждой пары. По каждому второму каналу могут протекать в чередующемся порядке две текучие среды с изначально разными температурами для передачи тепла от одной текучей среды к другой, причем эти текучие среды попадают в каналы и выходят из них через впускные и выпускные  отверстия в теплопередающих пластинах, сообщающиеся со впусками и выпусками ПТО.
В типичных случаях, теплопередающая пластина содержит два концевых участка и промежуточный участок теплопередачи. Концевые участки содержат  отверстия входа и выхода и области распределения, зажатые распределительным рисунком гребней и впадин. Аналогично этому, участок теплопередачи содержит область теплопередачи, зажатую теплопередающим рисунком гребней и впадин. Гребни и впадины распределительного и теплопередающего рисунков одной теплопередающей пластины могут располагаться в контакте в областях контакта с гребнями и впадинами распределительного и теплопередающего рисунков соседних теплопередающих пластин в пластинчатом теплообменнике. Основной задачей областей распределения теплопередающих пластин является распространение текучей среды, попадающей в канал, по ширине теплопередающих пластин прежде, чем текучая среда достигнет областей теплопередачи, а также сбор текучей среды и направление ее из канала после прохождения ею областей теплопередачи. И наоборот, основной задачей области теплопередачи является теплопередача.
Поскольку области распределения и области теплопередачи имеют разные основные задачи, распределительный рисунок обычно отличается от теплопередающего рисунка. Распределительный рисунок может быть таким, который обеспечивает относительно слабое сопротивление потоку и низкое падение давления, что в типичных случаях связано с дизайном, предусматривающим более «открытый» распределительный рисунок, такой, как так называемый рисунок шоколада, обеспечивающий относительно немного - но больших - областей контакта между соседними теплопередающими пластинами. Теплопередающий рисунок может быть таким, который обеспечивает относительно интенсивное сопротивление потоку и высокое падение давления, что в типичных случаях связано с дизайном, предусматривающим более «плотный» теплопередающий рисунок, такой, как так называемый рисунок «в елочку», который позволяет получить больше - но меньших - областей контакта между соседними теплопередающими пластинами. Таким образом, расстояние между соседними областями контакта в пределах областей распределения в типичных случаях может быть больше, чем расстояние между соседними областями контакта в пределах области теплопередачи.
Пакет выровненных теплопередающих пластин в типичных случаях менее прочен там, где расстояние между соседними областями контакта относительно велико. Кроме того, на переходе между областями распределения и теплопередачи, т.е., там, где рисунок пластин изменяется, области контакта в типичных случаях являются относительно рассеянными, что может негативно воздействовать на прочность пакета теплопередающих пластин на переходе. В местах, где пакет пластин менее прочен, он более подвержен деформации, которая может привести неправильному функционирования пластинчатого теплообменника.
Выданный Заявителю шведский патент SE 528879, который настоящим включен сюда посредством ссылки, имеет целью разработку условий повышенной прочности на переходе между областями распределения и теплопередачи пакета пластин, в котором теплопередающие пластины «повернуты на 180 градусов» по отношению друг к другу. Это получают, предусматривая узкие полосы между областями распределения и теплопередачи, причем узкие полосы снабжают рисунком «в елочку», а конкретнее - плотно расположенными «крутыми» гребнями и впадинами, допускающими плотно расположенные области контакта. Хотя в патенте SE 528879 раскрыто решение, которое работает очень хорошо, оно ограничивается теплопередающими пластинами, «повернутыми на 180 градусов» по отношению друг к другу, и не работает для теплопередающих пластин, «зеркально отраженных» по отношению друг к другу. Причина заключается в том, что пересечения рисунков, а значит - и точечные области контакта, получаются, когда пластины «поворачивают на 180 градусов», а не когда они «зеркально отражены» по отношению друг к другу.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать теплопередающую пластину, которая, по меньшей мере, частично решает проблему известного уровня техники, о которой говорилось выше. Основной идеей изобретения является разработка решения, обуславливающего упрочнение на переходах, оказывающегося более гибким, чем известное техническое решение, о котором говорилось выше, в том, что подходит для пакета теплопередающих пластин с теплопередающими пластинами, «повернутыми на 180 градусов», а также «зеркально отраженными» по отношению друг к другу. Теплопередающая пластина, также именуемая здесь просто «пластиной» и предназначенная для решения вышеупомянутой задачи, охарактеризована в прилагаемой формуле изобретения и обсуждается ниже.
Теплопередающая пластина, соответствующая данному изобретению, содержит первый концевой участок, центральный участок и второй концевой участок, расположенные в этой последовательности вдоль продольной центральной оси теплопередающей пластины. Первый концевой участок содержит первое и второе  отверстия и первую область распределения, снабженную первым распределительным рисунком. Второй концевой участок содержит третье и четвертое  отверстия и вторую область распределения, снабженную вторым распределительным рисунком. Центральный участок содержит область теплопередачи, снабженную теплопередающим рисунком, отличающимся от первого и второго распределительных рисунков. Первый концевой участок примыкает к центральному участку вдоль первой пограничной линии, а второй концевой участок примыкает к центральному участку вдоль второй пограничной линии. Каждый из первого и второго распределительных рисунков содержит распределительные гребни и распределительные впадины. Соответственный верхний участок распределительных гребней простирается в первой плоскости, а соответственный нижний участок распределительных впадин простирается во второй плоскости. Первая и вторая плоскости отделены друг от друга и параллельны друг другу. Распределительные гребни продольно простираются вдоль некоторого количества отделенных друг от друга воображаемых линий гребней, простирающихся от первой пограничной линии к первому  отверстию в первой области распределения и от второй пограничной линии к третьему  отверстию во второй области распределения. Распределительный гребень вдоль каждой из воображаемых линий гребней, расположенный ближе всего к центральному участку, образует концевой гребень. Распределительные впадины продольно простираются вдоль некоторого количества отделенных друг от друга воображаемых линий впадин, простирающихся от первой пограничной линии ко второму  отверстию в первой области распределения и от второй пограничной линии к четвертому  отверстию во второй области распределения. Распределительная впадина вдоль каждой из воображаемых линий впадин, расположенная ближе всего к центральному участку, образует концевую впадину. Воображаемые линии гребней и воображаемые линии впадин образуют сетку в пределах каждой из первой и второй областей распределения. Распределительные впадины и распределительные гребни, ограничивающие каждую ячейку сеток, огораживают некоторую область. В пределах этой области теплопередающая пластина простирается на некотором расстоянии >0 от первой плоскости и некотором расстоянии >0 от второй плоскости, т.е., отделена от первой и второй плоскостей. Ширину распределительных гребней и распределительных впадин, а также их верхних и нижних участков, измеряют перпендикулярно воображаемым линиям гребней и линиям впадин. Теплопередающая пластина отличается тем, что верхний участок, по меньшей мере, одного множества концевых гребней - которое может представлять собой большинство их или даже все их - вдоль, по меньшей мере, части своей продольной протяженности имеет вторую ширину, превышающую первую ширину верхнего участка остальных распределительных гребней. Кроме того, нижний участок, по меньшей мере, одного множества концевых впадин - которое может представлять собой большинство их или даже все их - вдоль, по меньшей мере, части своей продольной протяженности имеет четвертую ширину, превышающую третью ширину нижнего участка остальных распределительных впадин. Первая и третья ширины могут быть или не быть равными, и вторая и четвертая ширины могут быть или не быть равными.
Если в данном документе не сказано иное, гребни и впадины теплопередающей пластины являются гребнями и впадинами, если смотреть на переднюю сторону теплопередающей пластины. Естественно, то, что является гребнем, как видно с передней стороны пластины, является впадиной, как видно с противоположной задней стороны пластины, а то, что является впадиной, как видно с передней стороны пластины, является гребнем, как видно с задней стороны пластины, и наоборот.
По всему тексту ссылки, например, на некоторую линию, простирающуюся от чего-то к «чему-то еще», не означают, что линия должна простираться непосредственно, а может простираться к «чему-то еще» неявным образом
Теплопередающая пластина может дополнительно содержать внешний краевой участок, огораживающий первый и второй концевые участки и центральный участок. Внешний краевой участок содержит гофры, простирающиеся между первой и второй плоскостями и в них. Весь внешний краевой участок или только один или несколько его участков может или могут содержать гофры. Гофры могут быть равномерно или неравномерно распределены вдоль краевого участка, и все они могут выглядеть одинаково или неодинаково. Гофры ограничивают гребни и впадины, которые могут придавать краевому участку волнообразный дизайн.
Гофры могут быть расположены на передней стороне теплопередающей пластины, упираясь в первую соседнюю теплопередающую пластину, и на противоположной задней стороне теплопередающей пластины, упираясь во вторую соседнюю теплопередающую пластину, когда теплопередающая пластина расположена в пластинчатом теплообменнике. Теплопередающая пластина, а также первая и вторая соседние теплопередающие пластины, могут все быть пластинами одного и того же типа. В альтернативном варианте, теплопередающая пластина, а также первая и вторая соседние теплопередающие пластины могут быть пластинами разных типов, при условии, что все они имеют конфигурацию по п.1 формулы изобретения.
Первый и второй распределительные рисунки представляют собой так называемые рисунки шоколада. По меньшей мере, некоторые из гребней и впадин первого и второго распределительных рисунков, расположенных ближе всего к центральному участку теплопередающей пластины, т.е., концевые гребни и концевые впадины, имеют конфигурацию, отличающуюся от конфигурации остальных гребней и впадин тем, что они, в частности - их верхние и нижние участки, шире, по меньшей мере, вдоль части их длины. Вследствие этого, они могут предлагать бóльшие области контакта, чем остальные гребни и впадины. Кроме того, они могут предлагать расстояние между соседними областями контакта, меньшее, чем могли бы иметь без расширения. Большие и близкие к ним области контакта могут вносить положительный вклад в прочность пакета пластин, содержащего предлагаемую теплопередающую пластину. Также, поскольку расширение представляют именно концевые гребни и концевые впадины, прочность увеличивается вблизи тех мест, где это нужнее всего, т.е., вблизи перехода между первым и вторым концевыми участками и центральным участком. Как будет показано позже, изобретение с успехом применимо как в пакете пластин, содержащем пластины, «повернутые на 180 градусов» по отношению друг к другу, так и в пакете пластин, содержащем пластины, «зеркально отраженные» по отношению друг к другу. Естественно, успешное применение зависит от дизайна остальных теплопередающих пластин в пакете пластин.
Первое и третье отверстия могут быть расположены с одной стороны продольной центральной оси, а второе и четвертое отверстия могут быть расположены с другой стороны продольной центральной оси. Вследствие этого, теплопередающая пластина может оказаться подходящей для применения в пластинчатом теплообменнике так называемого прямоточного типа (пластинчатом теплообменнике с параллельным потоком). Такой прямоточный теплообменник может содержать пластины только одного типа. Если бы вместо этого первое и четвертое отверстия были расположены с одной и той же стороны, а второе и третье отверстия были расположены с одной и той же, но другой, стороны продольной центральной оси, пластина могла бы оказаться подходящей для применения в пластинчатом теплообменнике так называемого диагонального типа (с диагональным потоком). Такой теплообменник с диагональным потоком в типичных случаях может содержать пластины более одного типа.
Упомянутое, по меньшей мере, одно множество концевых гребней может содержать соответственный выступ, такой, как пята, для получения второй ширины соответственного верхнего участка. Кроме того, упомянутое, по меньшей мере, одно множество концевых впадин может содержать соответственный выступ, такой, как пята, для получения четвертой ширины соответственного нижнего участка. Снабжение соответственными выступами представляет собой простой способ получения желательных расширений концевых гребней и впадин, а в особенности - их верхних и нижних участков.
В альтернативном варианте упомянутое, по меньшей мере, одно множество концевых гребней и упомянутое, по меньшей мере, одно множество концевых впадин могли бы включать в себя два соответственных противоположных выступа для получения расширений.
Соответственные выступы упомянутого, по меньшей мере, одного множества концевых гребней могут выступать, так, чтобы быть обращенными к первому краю, такому, как край длинной стороны теплопередающей пластины. Кроме того, соответственные выступы упомянутого, по меньшей мере, одного множества концевых впадин могут выступать, так, чтобы быть обращенными к противоположному второму краю, такому, как край противоположной длинной стороны теплопередающей пластины.
В альтернативном варианте, соответственные выступы упомянутого, по меньшей мере, одного множества концевых гребней и упомянутого, по меньшей мере, одного множества концевых впадин могли бы выступать, так, чтобы быть обращенными одному и тому же краю теплопередающей пластины.
Теплопередающая пластина может быть такой, что каждый из верхнего участка упомянутого, по меньшей мере, одного множества концевых гребней и нижнего участка упомянутого, по меньшей мере, одного множества концевых впадин будет содержать первую часть и вторую часть, а эти первая и вторая части будут расположены последовательно вдоль воображаемых линий гребней и впадин. Вторая часть, по меньшей мере, вдоль части своей продольной протяженности может быть шире, чем первая часть. Вторая часть может находиться ближе к первой пограничной линии, чем первая часть, в первой области распределения. Аналогично, вторая часть может находиться ближе ко второй пограничной линии, чем первая часть, во второй области распределения. Вследствие этого, теплопередающая пластина может обеспечивать как можно бóльшую прочность первой и второй пограничны линиям, т.е., там, где прочность необходима больше всего.
Первая и вторая части могут быть выполнены как единое целое.
Упомянутое, по меньшей мере, одно множество концевых гребней могут быть перевертышами упомянутого, по меньшей мере, одного множества концевых впадин. Иными словами, упомянутое, по меньшей мере, одно множество концевых гребней, рассматриваемых с передней стороны пластины, могут иметь, по существу, такие же форму или профиль и размер, но не обязательно такую же ориентацию, как упомянутое, по меньшей мере, одно множество концевых гребней, рассматриваемых с задней стороны пластины (которые представляют собой упомянутое, по меньшей мере, одно множество концевых впадин, рассматриваемых с передней стороны пластины). Вследствие этого, размер областей контакта можно максимизировать.
Верхний участок, по меньшей мере, одного множества, которое может представлять собой большинство распределительных гребней, не включенных в упомянутое, по меньшей мере, одно множество концевых гребней, или даже все их, и нижний участок, по меньшей мере, одного множества, которое может представлять собой большинство распределительных впадин, не включенных в упомянутое, по меньшей мере, одно множество концевых впадин, могут иметь, по существу, одну и ту же ширину и, по существу, неизменную ширину вдоль своей продольной протяженности. Это может облегчить образование областей контакта, имеющих максимальный размер, в случае «поворота на 180 градусов» пластин, а также «зеркального отражения» пластин.
Длину распределительных гребней и распределительных впадин и их верхних и нижних участков измеряют параллельно воображаемым линиям гребней и линиям впадин. Верхний участок, по меньшей мере, одного множества, которое может представлять собой большинство распределительных гребней, не являющихся концевыми гребнями, или даже все их, и нижний участок, по меньшей мере, одного множества, которое может представлять собой большинство распределительных впадин, не являющихся концевыми впадинами, или даже все их, могут иметь, по существу, одну и ту же длину. Это может облегчить образование областей контакта, имеющих максимальный размер, в случае «поворота на 180 градусов» пластин, а также «зеркального отражения» пластин.
Множество распределительных гребней могут быть расположены вдоль каждой из, по меньшей мере, одного множества воображаемых линий гребней, которое может представлять собой большинство их или даже все их. Кроме того, множество распределительных впадин могут быть расположены вдоль каждой из, по меньшей мере, одного множества воображаемых линий впадин, которое может представлять собой большинство их или даже все их. Это может облегчить образование множества отделенных друг от друга областей контакта вдоль, по меньшей мере, одного множества воображаемых линий гребней и линий впадин.
Первая и вторая пограничные линии могут быть не прямыми, т.е., простирающимися не перпендикулярными к продольной центральной оси. Вследствие этого, можно повысить прочность теплопередающей пластины на изгиб по сравнению с ситуацией, если бы первая и вторая пограничные линии вместо этого были прямыми, и в этом случае первая и вторая пограничные линии могли бы служить линиями изгиба теплопередающей пластины.
Первая и вторая пограничные линии могут быть изогнутыми или дугообразными или выпуклыми, выпучиваясь к области теплопередачи. Такие кривые первая и вторая пограничные линии длиннее, чем были бы соответствующие прямые первая и вторая пограничные линии, и это приводит к большему «выпуску» и большему «впуску» областей распределения. В свою очередь, это вносит вклад в распределение текучей среды по ширине теплопередающей пластины и сбор текучей среды, прошедшей область теплопередачи. Вследствие этого, области распределения могут оказаться меньшими при сохраненной эффективности распределения и сбора.
Каждый из упомянутого, по меньшей мере, одного множества концевых гребней может быть расположенным так, что будет полностью примыкать к соответственной из упомянутого, по меньшей мере, одного множества концевых впадин, т.е., будет находиться на нулевом расстоянии от нее. Выступы концевого гребня и концевой впадины каждой пары полностью примыкающих друг к другу концевых гребней и концевых впадин могут быть обращены друг от друга. Полностью примыкающие друг к другу концевые гребни и концевые впадины могут быть комплектными, т.е., не перекрывающимися. За счет наличия концевых гребней, непосредственно переходящих в концевые впадины, можно избежать плоского участка пластины, который сможет функционировать как гибкое соединение, между концевыми гребнями и концевыми впадинами, за счет чего прочность пластины окажется приемлемой.
Верхний участок каждого из концевых гребней может простираться только снаружи воображаемой окружности в первой плоскости, а эта окружность будет иметь центр, совпадающий с ближайшей точкой на верхнем участке соседнего из концевых гребней, и радиус, равный длине воображаемой линии, проведенной от центра перпендикулярно соответствующей воображаемой линии гребня до края верхнего участка упомянутого каждого из концевых гребней. Вследствие этого, можно гарантировать, что расстояние между соседними распределительными гребнями не уменьшится, становясь меньше между соседними концевыми гребнями, что могло бы привести к сужению потока текучей среды в теплообменнике, содержащем теплопередающую пластину, о которой идет речь.
Некоторое количество воображаемых линий гребней в пределах первой области распределения, расположенных ближе всего ко второму отверстию, могут быть изогнутыми, выпучиваясь, как видно от второго отверстия. Аналогично, некоторое количество воображаемых линий гребней в пределах второй области распределения, расположенных ближе всего к четвертому отверстию, могут быть изогнутыми, выпучиваясь, как видно от четвертого отверстия. Кроме того, некоторое количество воображаемых линий впадин в пределах первой области распределения, расположенных ближе всего к первому отверстию, могут быть изогнутыми, выпучиваясь, как видно от первого отверстия. Аналогично, количество воображаемых линий впадин в пределах второй области распределения, расположенных ближе всего к третьему отверстию, могут быть изогнутыми, выпучиваясь, как видно от третьего отверстия. Это может вносить вклад в распределение текучей среды по ширине теплопередающей пластины и сбор текучей среды, прошедшей область теплопередачи.
Второй распределительный рисунок, вторая пограничная линия, а также третье и четвертое отверстия, могут быть зеркальными отражениями вдоль поперечной центральной оси теплопередающей пластины, простирающейся перпендикулярно продольной центральной оси, по отношению к первому распределительному рисунку, первой пограничной линии, а также первым и вторым отверстиям, соответственно. Это может дать возможность оптимизированного образования областей контакта между теплопередающей пластиной и еще одной теплопередающей пластиной, имеющей дизайн, аналогичный этому, независимо от того, «повернуты» они «на 180 градусов» или «зеркально отражены» по отношению друг к другу.
Теплопередающая пластина может быть такой, что первый объем, огораживаемый теплопередающей пластиной и первой плоскостью, будет отличаться от второго объема, огораживаемого теплопередающей пластиной и второй плоскостью, в пределах первой и второй областей распределения и области теплопередачи. Это может дать возможность формирования трех разных объемов каналов посредством теплопередающей пластины и еще одной теплопередающей пластины, имеющий дизайн аналогичный этой. Конкретнее, одна из теплопередающих пластин может быть «зеркально отражена» по отношению к другой теплопередающей пластине, при этом расположение обеих теплопередающих пластин их передними сторонами, обращенными друг к другу, приводит к первому объему канала, а расположение обеих теплопередающих пластин их задними сторонами, обращенными друг к другу, приводит ко второму объему канала. В альтернативном варианте, одна из теплопередающих пластин может быть «повернута на 180 градусов» по отношению к другой теплопередающей пластине, что приводит к обращенности передней стороны одной из теплопередающих пластин к задней стороне другой теплопередающей пластины и третьему объему канала. Таким образом, «зеркальное отражение» теплопередающих пластин в пакете пластин, содержащем теплопередающие пластины подобной структуры, может привести к асимметричным каналам, при этом каждый второй канал будет иметь больший объем, чем остальные каналы, что может оказаться желательным в некоторых приложениях. Кроме того, «поворот на 180 градусов» теплопередающих пластин в пакете пластин, содержащем теплопередающие пластины подобной структуры, может привести к симметричным каналам, причем все они будут иметь один и тот же объем, что может оказаться желательным в других приложениях.
В пределах упомянутой области, огораживаемой распределительными гребнями и распределительными впадинами, теплопередающая пластина может, по меньшей мере, частично простираться в третьей плоскости, смещенной от центральной плоскости, простирающийся на полпути между первой и второй плоскостями. Это может быть одним способом получения отличающихся первого и второго объемов для теплопередающей пластины.
Теплопередающий рисунок может содержать теплопередающие гребни и теплопередающие впадины, расположенные в чередующемся порядке по отношению к центральной плоскости. Соответственный верхний участок распределительных гребней может простираться в первой плоскости, а соответственный нижний участок распределительных впадин может простираться во второй плоскости. Распределительные гребни могут быть более острыми, чем распределительные впадины. Иными словами, как видно от сечения теплопередающего рисунка, которое проведено перпендикулярно продольной протяженности теплопередающих гребней и впадин, протяженность нижних участков теплопередающих впадин может превышать протяженность верхних участков теплопередающих гребней. Это может быть одним способом получения отличающихся первого и второго объемов для теплопередающей пластины.
Следует подчеркнуть, что преимущества согласно большинству рассмотренных выше признаков (если не всем им) предлагаемой теплопередающей пластины проявляются, когда теплопередающую пластину объединяют с другими надлежащим образом выполненными теплопередающими пластинами в пакете пластин.
Из нижеследующего подробного описания, а также из чертежей, станут очевидными также иные задачи, признаки, аспекты и преимущества изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь, со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, будет приведено более подробное описание изобретения, и при этом:
на фиг.1 представлен схематический вид в плане теплопередающей пластины;
на фиг.2 иллюстрируется упор внешних краев соседних теплопередающих пластин в пакете пластин, если смотреть снаружи пакета пластин;
на фиг.3 схематически иллюстрируется сечение через область теплопередачи теплопередающей пластины, представленной на фиг.1;
на фиг.4а представлено укрупненное изображение первой области распределения теплопередающей пластины, представленной на фиг.1;
на фиг.4b представлено укрупненное изображение второй области распределения теплопередающей пластины, представленной на фиг.1;
на фиг.5a схематически иллюстрируется сечение через первую или вторую область распределения теплопередающей пластины, представленной на фиг.1;
на фиг.5b схематически иллюстрируется еще одно сечение через первую или вторую область распределения теплопередающей пластины, представленной на фиг.1;
фиг.6 содержит укрупненное изображение участка первой области распределения теплопередающей пластины, представленной на фиг.1; и
фиг.7 содержит укрупненное изображение согласно фиг.6 и иллюстрирует ограничение протяженности концевых гребней первой и второй областей распределения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг.1 показана теплопередающая пластина 2a пластинчатого теплообменника с прокладкой, как описано во введении. ПТО с прокладкой, который не иллюстрируется полностью, содержит пакет теплопередающих пластин 2, подобных теплопередающей пластине 2a, т.е., пакет аналогичных теплопередающих пластин, разделенных прокладками, которые также аналогичны и которые не проиллюстрированы. Обращаясь к фиг.2, отмечаем, что в пакете пластин передняя сторона 4 (проиллюстрированная на фиг.1) пластины 2a обращена к соседней пластине 2b, а задняя сторона 6 (невидимая на фиг.1, но обозначенная на фиг.2) пластины 2а обращена к еще одной соседней пластине 2c.
Обращаясь к фиг.1, отмечаем, что теплопередающая пластина 2а представляет собой, по существу, прямоугольный лист нержавеющей стали. Пластина содержит первый концевой участок 8, который, в свою очередь, содержит первое отверстие 10, второе отверстие 12 и первую область 14 распределения. Пластина 2a дополнительно содержит второй концевой участок 16, который, в свою очередь, содержит третье отверстие 18, четвертое отверстие 20 и вторую область 22 распределения. Пластина 2a дополнительно содержит центральный участок 24, который, в свою очередь, содержит область 26 теплопередачи и внешний краевой участок 28, простирающийся вокруг первого и второго концевых участков 8 и 16 и центрального участка 24. Первый концевой участок 8 примыкает к центральному участку 24 вдоль первой пограничной линии 30, а второй концевой участок 16 примыкает к центральному участку 24 вдоль второй пограничной линии 32. Первая и вторая пограничные линии 30 и 32 являются дугообразными, выпучиваясь друг к другу. Как видно от фиг.1, первый концевой участок 8, центральный участок 24 и второй концевой участок 16 расположены в этой последовательности вдоль продольной центральной оси L пластины 2a, которая простирается перпендикулярно поперечной центральной оси T пластины 2a. Как тоже видно из фиг.1, первое и третье отверстия 10 и 18 расположены с одной и той же стороны продольной центральной оси L, а второе и четвертое отверстия 12 и 20 расположены с одной и той же другой стороны продольной центральной оси L. Теплопередающая пластина 2a также содержит видимую с передней стороны 4 переднюю канавку 34 для прокладки и видимую с задней стороны 6 заднюю канавку для прокладки (не изображена). Передняя и задняя канавки для прокладок частично выровнены друг с другом и выполнены с возможностью приема соответственной прокладки.
Теплопередающую пластину 2a зажимают обычным способом в некотором зажимном инструменте, придавая желаемую структуру, а конкретнее - разные рисунки гофров в пределах разных участков теплопередающей пластины. Как описано во введении, рисунки гофров оптимизируют для выполнения соответственными участками пластины конкретных функций. Соответственно, первая область 14 распределения снабжена распределительным рисунком, вторая 22 область распределения снабжена вторым распределительным рисунком, а область 26 теплопередачи снабжена теплопередающим рисунком. Кроме того, внешний краевой участок 28 содержит гофры 36, которые делают внешний краевой участок 28 жестче, так что теплопередающая пластина 2a оказывается более стойкой к деформации. Кроме того, гофры 36 образуют опорную структуру, в которой они расположены так, что упираются в гофры соседних теплопередающих пластин в пакете пластин ПТО. Снова обращаясь к фиг.2, иллюстрирующей периферийный контакт между теплопередающей пластиной 2a и обеими соседними теплопередающими пластинами 2b и 2c пакета пластин, отмечаем, что гофры 36 простираются между первой плоскостью 38 и второй плоскостью 40, которые параллельны плоскости чертежа согласно фиг.1, и в них. Центральная плоскость 42 простирается на полпути между первой и второй плоскостями 38 и 40, а соответственные поверхности дна передней канавки 34 для прокладки и задней канавки для прокладки простираются в этой центральной плоскости 42, т.е., в так называемой находящейся на полпути плоскости.
Распределительный рисунок представляет собой так называемую структуру типа «в елочку» и содержит V-образные теплопередающие гребни 44 и теплопередающие впадины 46, расположенные в чередующемся порядке вдоль продольной центральной оси L. Обращаясь к фиг.3, схематически иллюстрирующей сечение пластины 2a в пределах области 26 теплопередачи, проведенное перпендикулярно продольной протяженности теплопередающих гребней и впадин 44 и 46, отмечаем, что теплопередающие гребни 44 и впадины 46 простираются между первой плоскостью 38 и второй плоскостью 40 и в них. Как изображено на фиг.3, теплопередающие гребни и впадины 44 и 46 не симметричны по отношению к центральный плоскости 42. Вместо этого, теплопередающие впадины 46 являются более широкими или менее заостренными, чем теплопередающие гребни 44. Следовательно, в пределах области 26 теплопередачи первый объем V1, огораживаемый пластиной 2a и первой плоскостью 38, будет больше, чем второй объем V2, огораживаемый пластиной 2a и второй плоскостью 40.
Обращаясь к фиг.4a и 4b, где показаны укрупненные изображения частей пластины 2a, отмечаем, что каждый из первого и второго распределительные рисунков, которые аналогичны, содержит продолговатые распределительные гребни 50 и продолговатые распределительные впадины 52. Распределительные гребни 50 разделены на группы. Распределительные гребни 50 каждой группы выполнены продольно простирающимися вдоль одной из некоторого количества отделенных друг от друга воображаемых линий 54 гребней, лишь немногие из которых иллюстрируются пунктирными линиями на фиг.4a и 4b. Аналогично, распределительные впадины 52 разделены на группы. Распределительные впадины 52 каждой группы выполнены продольно простирающимися вдоль одной из некоторого количества отделенных друг от друга воображаемых линий 56 впадин, лишь немногие из которых иллюстрируются пунктирными линиями на фиг.4a и 4b. Как изображено на фиг.4a, в первой области 14 распределения воображаемые линии 54 гребней простираются от первый пограничной линии 30 к первому  отверстию 10, а воображаемые линии 56 впадин простираются от первой пограничной линии 30 ко второму  отверстию 12. Аналогично, как изображено на фиг.4b, во второй области 22 распределения воображаемые линии 54 гребней простираются от второй пограничной линии 32 к третьему  отверстию 18, а воображаемые линии 56 впадин простираются от второй пограничной линии 32 к четвертому  отверстию 20. Как показано на фиг.4a и 4b, воображаемые линии 54 и 56 гребней и впадин с наибольшими группами распределительных гребней и впадин являются изогнутыми, выпучиваясь к соответственной из первой и второй пограничных линий 30 и 32, а остальные, т.е., воображаемые линии 54 и 56 гребней и впадин с наименьшими группами распределительных гребней и впадин, являются, по существу, прямыми. Воображаемые линии 54 и 56 гребней и впадин пересекают друг друга, образуя воображаемую сетку в пределах каждой из первой и второй областей 14 и 22 распределения. Эти сетки содержат ячейки, при этом ячейки непосредственно соседних первой и второй пограничных линий 30 и 32 являются разомкнутыми, а остальные ячейки - замкнутыми.
На фиг.5a схематически иллюстрируется сечение первой и второй областей 14 и 22 распределения, проведенное между двумя соседними воображаемыми линиями 56 впадин, а на фиг.5b схематически иллюстрируется сечение первой и второй областей 14 и 22 распределения, проведенное между двумя соседними воображаемыми линиями 54 гребней. Как видно от фиг.5a и 5b, соответственный верхний участок 58 распределительных гребней 50 простирается в первой плоскости 38, а соответственный нижний участок 60 распределительных впадин 52 простирается во второй плоскости 40. Кроме того, распределительные гребни 50 и распределительные впадины 52, ограничивающие каждую ячейку сеток, огораживают (полностью в случае замкнутой ячейки и частично в случае разомкнутой ячейки) треугольную или четырехугольную область 62, как иллюстрируется также на фиг.4a и 4b. Эта область 62 простирается в третьей плоскости 64, расположенной между второй плоскость 40 и центральной плоскостью 42. Поскольку третья плоскость 64 смещена от центральной плоскости 42, первый объем V1, огораживаемый пластиной 2a и первой плоскостью 38, будет больше, чем второй объем V2, огораживаемый пластиной 2a и второй плоскостью 40, в пределах первой и второй областей 14 и 22 распределения.
Между двумя соседними распределительными гребнями 50 вдоль одной и той же из воображаемых линий 54 гребней и между двумя соседними распределительными впадинами 52 вдоль одной и той же из воображаемых линий 56 впадин, пластина 2a в данном случае простирается в центральной плоскости 42 (но это может быть и не так в других вариантах осуществления).
Распределительный гребень 50 вдоль каждой из воображаемых линий 54 гребней, который расположен ближе всего к первой пограничной линии 30 в первой области 14 распределения, и ближе всего ко второй пограничной линии 32 во второй область 22 распределения, образует соответственный концевой гребень 66. Соответствующим образом, распределительная впадина 52 вдоль каждой из воображаемых линий 56 впадин, которая расположена ближе всего ко второй пограничной линии 30 в первой области 14 распределения и ближе всего ко второй пограничной линии 32 во второй области 22 распределения, образует соответственную концевую впадину 68. Концевые гребни 66, как видно с передней стороны 4 пластины 2a, и концевые впадины 68, как видно с противоположной задней стороны пластины 2a, где они образуют концевые впадины, имеют один и тот же профиль. Это означает, что концевые гребни 66 являются перевертышами концевых впадин 68. Каждый из концевых гребней 66 расположен рядом с соответственной из концевых впадин 68.
Ширину распределительных гребней 50 и распределительных впадин 52, и в особенности их верхних и нижних участков 58, 60, измеряют перпендикулярно воображаемым линиям 54 гребней и воображаемым линиям 56 впадин, соответственно. Верхний участок 58 распределительных гребней 50, не являющихся концевыми гребнями 66, и нижний участок 60 распределительных впадин 52, не являющихся концевыми впадинами 68, имеют одну и ту же ширину w1=w3 (фиг.5a и 5b), и эта ширина постоянна, по существу, вдоль всей их продольной протяженности. Длина верхнего участка 58 распределительных гребней 50 и нижнего участка 60 распределительных впадин 52 является их продольной протяженностью и измеряется параллельно соответственным воображаемым линиям 54 и 56 гребней и впадин. Как видно от фиг.4a и 4b, верхние и нижние участки 58, 60 большинства распределительных гребней 50 и распределительных впадин 52 (не ближе всего примыкающих к отверстиям 10, 12, 18 и 20), не являющихся концевыми гребнями 66 и концевыми впадинами 68, имеют, по существу, одну и ту же длину.
Концевые гребни 66 и концевые впадины 68 имеют профиль, отличающийся от профиля остальных распределительных гребней 50 и распределительных впадин 52. Фиг.6 содержит укрупненное изображение участка первой области 14 распределения теплопередающей пластины в пределах прямоугольной рамки, обозначенной пунктирными линиями на фиг.1. Как видно на фиг.6, каждый верхний участок 58 концевых гребней 66 и нижний участок 60 концевых впадин 68 содержит первую часть 70 и вторую часть 72, расположенные последовательно вдоль соответствующей из воображаемых линий 54 и 56 гребней и впадин. В пределах первой области 14 распределения вторая часть 72 является частью, ближе всего примыкающей к первой пограничной линии 30, а в пределах второй области 22 распределения вторая часть 72 является частью, ближе всего примыкающей ко второй пограничной линии 32 (пограничным линиям 30 и 32, изображенным на фиг.1). Ширина первый части w1=w3. Каждая вторая часть 72 содержит внешнюю пяту или соответственный выступ, обозначенную или обозначенный позицией 74 для концевых гребней 66 и позицией 76 для концевых впадин 68, что приводит к локальному расширению соответствующего концевого гребня 66 или соответствующей концевой впадины 68, а также их верхних и нижних участков 58, 60. Таким образом, вдоль части своей продольной протяженности, вторые части имеют ширину w2=w4, которая больше, чем w1=w3.
Как видно от чертежей, соответственные выступы 74 концевых гребней 66 выступают, так, чтобы быть обращенными к первому краю 73 (фиг.1) теплопередающей пластины 2, а соответственные выступы 76 концевых впадин 68 выступают, так, чтобы быть обращенными к противоположному второму краю 75 (фиг.1) теплопередающей пластины 2.
Как показано посредством фиг.1, первое отверстие 10, второе отверстие 12, первая пограничная линия 30 и первая область 14 распределения, включающая в себя первый распределительный рисунок, с одной стороны, и третье  отверстие 18, четвертое  отверстие 20, вторая пограничная линия 32 и вторая область 22 распределения, включающая в себя второй распределительный рисунок, с другой стороны, являются симметричными, или зеркальными отражениями друг друга, относительно поперечной центральной оси T.
Как упоминалось ранее, пластина 2a в пакете пластин расположена между пластинами 2b и 2c. Пластины 2b и 2c можно расположить либо «зеркально отражая», либо «поворачивая на 180 градусов» по отношению к пластине 2a.
Если пластины 2b и 2c расположены, будучи «зеркально отраженными» по отношению к пластине 2a, передняя сторона 4 и задняя сторона 6 пластины 2a оказываются обращенными к передней стороне 4 пластины 2b и задней стороне 6 пластины 2c, соответственно. Это означает, что гребни пластины 2a будут упираться в гребни пластины 2b, а впадины пластины 2a будут упираться во впадины пластины 2c. Конкретнее, теплопередающие гребни 44 и теплопередающие впадины пластины 2a будут упираться - в точечных областях контакта - в теплопередающие гребни 44 пластины 2b и теплопередающие впадины 46 пластины 2c, соответственно. Кроме того, верхние участки 58 распределительных гребней 50 и нижние участки 60 распределительных впадин 52 пластины 2a будут упираться - в продолговатых областях контакта - в верхние участки 58 распределительных гребней 50 пластины 2b и нижние участки 60 распределительных впадин 52 пластины 2c, соответственно. Поскольку ввиду наличия пят 74 и 76 концевых гребней 66 и концевых впадин, области контакта, ближайшие к первой и второй пограничным линиям 30 и 32, будут локально расширенными, придавая пакету пластин дополнительную прочность вблизи переходов между областью 26 теплопередачи и областями 14 и 22 распределения. Пластины 2a и 2b будут образовывать канал объемом 2×V1, а пластины 2a и 2c будут образовывать канал объемом 2xV2, т.е., два асимметричных канала, поскольку V1˃V2.
Если пластины 2b и 2c расположены, будучи «повернутыми на 180 градусов» по отношению к пластине 2a, передняя сторона 4 и задняя сторона 6 пластины 2a обращены к задней стороне 6 пластины 2b и передней стороне 4 пластины 2c, соответственно. Это означает, что гребни 60 пластины 2a будут упираться во впадины пластины 2b, а впадины 62 пластины 2a будут упираться в гребни пластины 2c. Конкретнее, теплопередающие гребни 44 и теплопередающие впадины пластины 2a будут упираться - в точечных областях контакта - в теплопередающие впадины 46 пластины 2b и теплопередающие гребни 44 пластины 2c, соответственно. Кроме того, верхние участки 58 распределительных гребней 50 и нижние участки 60 распределительных впадин 52 пластины 2a будут упираться - в продолговатых областях контакта - в нижние участки 60 распределительных впадин 52 пластины 2b и верхние участки 58 распределительных гребней 50 пластины 2c, соответственно. Поскольку пяты 74 и 76 концевых гребней и концевых впадин в областях контакта, ближайших к первой и второй пограничным линиям 30 и 32, будут локально расширенными, придавая пакету пластин дополнительную прочность вблизи переходов между областью 26 теплопередачи и областями 14 и 22 распределения. Пластины 2a и 2b будут образовывать канал объемом V1+V2 и пластины 2a и 2c будут образовывать канал объемом V1+V2, т.е., два симметричных канала.
Вышеописанный вариант осуществления данного изобретения следует рассматривать лишь в качестве примера. Специалист в данной области техники поймет, что рассмотренный вариант осуществления можно изменять некоторым количеством способов в рамках изобретательского замысла.
Например, область теплопередачи может содержать теплопередающие рисунки, как симметричные, так и асимметричные, и как типа «в елочку», так и других типов, отличающиеся от вышеописанного.
Аналогично, первая и вторая области распределения могут содержать распределительные рисунки, отличающиеся от вышеописанного. Например, третью плоскость можно было бы расположить ближе к - или дальше от - первой плоскости, чем изображено на чертежах. В качестве еще одного примера, отметим, что первый и второй распределительные рисунки не обязательно должны быть асимметричными, т.е., третья плоскость могла бы совпадать с центральной плоскостью.
Вышеописанный пакет пластин содержит лишь пластины одного типа. Пакет пластин мог бы вместо этого содержать пластины двух или более отличающихся типов, такие, как пластины, имеющие теплопередающие рисунки с отличающимися конфигурациями.
Концевые гребни и концевые впадины не обязательно должны быть все снабжены пятами. Пяты некоторых или всех концевых гребней могут отличаться формой и/или размером от пят некоторых или всех концевых впадин. Кроме того, возможны чередующиеся дизайны распределительных гребней и распределительных впадин. Например, все распределительные гребни и впадины могли бы быть прямыми и/или они могли бы иметь варьируемый дизайн, такой, как предусматривающий отличающиеся длины и ширины.
Пяты не обязательно должны быть выполнены так, как проиллюстрировано на чертежах, а бы быть, например, больше или меньше. На фиг.7 иллюстрируется возможная максимальная протяженность пят. В предпочтительном варианте верхний участок 58 первого концевого гребня 66a не обязательно должен простираться внутри некоторой воображаемой окружности 78 (лишь сектор 78ʽ круга которой изображен) в первой плоскости 38. Эта воображаемая окружность 78 имеет центр C, совпадающий с точкой P на верхнем участке 58 соседнего второго концевого края 66b, которая ближе всего к первому концевому гребню 66а. Кроме того, воображаемая окружность 78 имеет радиус r, равный длине воображаемой линии, проведенной от центра C воображаемой окружности 78 перпендикулярно воображаемой линии 54 гребня, вдоль которой расположен второй концевой край 66b, к краю 80 верхнего участка 58 первого концевого гребня 66a.
Первая и вторая пограничные линии не обязательно должны быть изогнутыми, а могли бы иметь другие формы. Например, они могли бы быть прямыми или зигзагообразными.
Теплопередающая пластина могла бы дополнительно содержать полосу перехода, подобную описанным в документах EP 2957851, EP 2728292 или EP 1899671, между областями теплопередачи и распределения. Такая пластина не может быть «зеркально отражаемой», а также «поворачиваемой на 180 градусов».
Данное изобретение не ограничивается пластинчатыми теплообменниками с прокладкой, а применимо также в сварных, полусварных, паяных (твердым припоем) и наплавляемых пластинчатых теплообменниках.
Теплопередающая пластина не обязательно должна быть прямоугольной, а может иметь другие формы, такие, как, по существу, прямоугольная со скругленными углами вместо прямых углов, круглая или овальная. Теплопередающая пластина не обязательно должна быть изготовлена из нержавеющей стали, а может быть изготовлена из других материалов, таких, как титан или алюминий.
Треугольная и четырехугольная области, огораживаемые распределительными гребнями и впадинами, не обязательно должны быть плоскими и простираться полностью в третьей плоскости.
Следует подчеркнуть, что определения «передняя», «задняя», «первая», «вторая», «третья», и т.д., употребляются здесь просто для того, чтобы охарактеризовать различия между деталями, а не выразить какой-либо вид ориентации или взаимный порядок между деталями.
Кроме того, следует подчеркнуть, что описание деталей, не имеющих отношения к данному изобретению, опущено и что чертежи являются лишь схематическими, а не выполненными в масштабе. Следует также помнить, что некоторые из чертежей упрощены больше, чем другие. Поэтому некоторые компоненты могут быть изображены на одном чертеже, но опущены на другом чертеже.