ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
PLATE HEAT EXCHANGER

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится в целом к пластинчатым теплообменникам, обеспечивающим возможность теплопередачи между двумя жидкостями при разных температурах для различных целей. В частности, изобретение относится к пластинчатому теплообменнику, содержащему первую торцевую пластину, вторую торцевую пластину и пакет теплообменных пластин, размещенных между рамной пластиной и прижимной пластиной. Множество затягивающих болтов с резьбой проходит между первой торцевой пластиной и второй торцевой пластиной и предназначено для удерживания с помощью гаек или подобных элементов этих пластин на желаемом расстоянии друг от друга для удерживания вместе теплообменных пластин пакета.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Пластинчатые теплообменники, как правило, обеспечиваются рамной пластиной, прижимной пластиной, так называемыми торцевыми пластинами и пакетом теплообменных пластин, расположенных рядом друг с другом и размещенных между рамной пластиной и прижимной пластиной. Прокладки расположены между теплообменными пластинами. Прокладки помещены в пазы для прокладок в теплообменной пластине, которые формируются в ходе формования путем прессования теплообменных пластин. Пластинчатые теплообменники также содержат впускной и выпускной каналы, которые проходят через пакет пластин для перемещения двух или нескольких сред в пластинчатом теплообменнике. Множество затягивающих болтов с резьбой проходит между рамной пластиной и прижимной пластиной и предназначено для удерживания с помощью гаек или подобных элементов этих пластин на желаемом расстоянии друг от друга для того, чтобы удерживать вместе теплообменные пластины пакета и для предотвращения протечек в пластинчатом теплообменнике.
Теплообменные пластины, как правило, изготавливаются путем формования способом прессования листового металла и располагаются в пакете таким образом, чтобы формировать первые промежуточные пространства между пластинами, которые сообщаются с первым впускным каналом и первым выпускным каналом, и вторые промежуточные пространства между пластин, которые сообщаются со вторым впускным каналом и вторым выпускным каналом. Первые и вторые промежуточные пространства расположены в пакете пластин чередующимся образом.
Задачей конструкции теплообменной пластины для пластинчатых теплообменников является использование как можно большей поверхности теплопередачи или теплообмена для теплообмена между двумя или несколькими средами, но также необходимо принимать во внимание, как прокладки могут быть нанесены на теплообменную пластину для прочного закрепления и для выполнения своей уплотняющей функции. Расположение затягивающих болтов с резьбой предпочтительно выбирается так, чтобы получить пластинчатый теплообменник, не подверженный большим нагрузкам.
В SE-C-171499 показан пластинчатый теплообменник с рамной пластиной, прижимной пластиной и пакетом теплообменных пластин, двумя стягивающими планками и специальным опорным устройством. Рамная пластина и опорное устройство оборудованы ножками. Из-за воздействия, прежде всего, хомутов в прижимной пластине создается давление, и пластины пакета поддерживаются вместе. Данная конструкция обладает недостатком, заключающимся в том, что как опорное устройство, так и прижимная пластина обязательно должны иметь форму очень прочной конструкции. Более того, вспомогательная поддерживающая планка для поддержания пластин в соединенном состоянии при монтаже и демонтаже теплообменника представляет ненужное усложнение.
В EP-B1-1027571 показан другой теплообменник, в котором затягивающие болты встроены в поддерживающую планку и направляющую планку и используется направляющий элемент для прижимной пластины и теплообменных пластин. Расположение затягивающих болтов, таким образом, наиболее оптимально для сопротивления нагрузкам, оказываемым на пластинчатый теплообменник в ходе работы. Направляющий элемент окружен защитной муфтой, проходящей от рамной пластины до прижимной пластины и защищающей резьбу направляющего элемента от зацепления с теплообменными пластинами. Направляющий элемент также предназначен для соединения с опорным устройством, расположенным на существенном расстоянии от прижимной пластины.
Недостатки вышеописанных решений заключаются в том, что нагрузки и усилия слишком высоки при применении для больших пластинчатых теплообменников.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание конструкции пластинчатого теплообменника, которая обеспечивает оптимальное распределение нагрузки по пластинчатому теплообменнику и является более дешевой и менее сложной в производстве, чем описанные выше.
Преимущества настоящего изобретения достигаются путем использования по меньшей мере одного направляющего элемента, предназначенного для направления первой торцевой пластины и теплообменных пластин относительно второй торцевой пластины и расположенного с возможностью снятия на по меньшей мере одном из затягивающих болтов с резьбой. Направляющий элемент проходит через отверстие, снабжен сквозным отверстием для размещения по меньшей мере одного из затягивающих болтов с резьбой и имеет наружную геометрическую форму, соответствующую вырезу в теплообменных пластинах и первой торцевой пластине.
В соответствии с другим аспектом изобретения пластинчатый теплообменник снабжен двумя направляющими элементами, при этом первый направляющий элемент расположен на верхнем участке пластинчатого теплообменника, а второй направляющий элемент расположен на нижнем участке пластинчатого теплообменника. Первый и второй направляющие элементы могут иметь идентичный профиль поперечного сечения.
Согласно еще одному аспекту изобретения второй направляющий элемент дополнительно оборудован направляющим рельсом для размещения с возможностью перемещения второго направляющего элемента.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения направляющий рельс для размещения с возможностью перемещения второго направляющего элемента полностью или частично опирается на землю.
Согласно другому аспекту изобретения по меньшей мере один направляющий элемент включает в себя две отдельные части, и по меньшей мере один направляющий элемент и направляющий рельс изготовлены из экструдируемого материала.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения опорное устройство с возможностью снятия расположено на значительном расстоянии от первой торцевой пластины на верхнем конце верхнего и нижнего затягивающих болтов и проходит между верхним и нижним затягивающими болтами.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения по меньшей мере один направляющий элемент способен перемещаться вдоль затягивающих болтов, при этом одна часть направляющего элемента может быть удалена, когда теплообменные пластины прижимаются друг к другу при помощи первой торцевой пластины для формирования действующего пластинчатого теплообменника, при этом после удаления одна часть направляющего элемента может быть расположена на свободном участке затягивающего болта снаружи пластинчатого теплообменника.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения цель достигается при помощи пластинчатого теплообменника, в котором теплообменные пластины опираются на по меньшей мере один направляющий элемент и первая торцевая пластина опирается на направляющий рельс, предназначенный для размещения с возможностью перемещения по меньшей мере одного направляющего элемента.
Дополнительные аспекты изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение далее описано более подробно при помощи описания различных воплощений со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
Фиг.1 изображает вид в перспективе пластинчатого теплообменника в соответствии с одним воплощением изобретения.
Фиг.2 изображает вид сбоку пластинчатого теплообменника в соответствии с одним воплощением изобретения.
Фиг.3 изображает частичный вид пластинчатого теплообменника в соответствии с одним воплощением изобретения.
Фиг.4 изображает поперечное сечение по линии А-А на фиг.2 пластинчатого теплообменника в соответствии с одним воплощением изобретения.
Фиг.5 изображает первый частичный фрагментарный вид В на фиг.4 пластинчатого теплообменника в соответствии с одним воплощением изобретения.
Фиг.6 изображает второй частичный фрагментарный вид С на фиг.4 пластинчатого теплообменника в соответствии с одним воплощением изобретения.
Фиг.7а-b изображают различные виды направляющего элемента в соответствии с изобретением.
Фиг.8а-b изображают различные виды направляющего рельса в соответствии с изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВОПЛОЩЕНИЙ
Теплообменники используются для передачи тепла между двумя жидкостями, разделенными твердым корпусом. Теплообменники могут быть нескольких типов, наиболее распространены спиральные теплообменники, трубчатые теплообменники и пластинчатые теплообменники. Пластинчатые теплообменники используются для передачи тепла между холодной и горячей жидкостями, которые протекают по альтернативным путям потока, сформированным между рядом теплообменных пластин. Теплообменные пластины расположены между торцевыми пластинами, которые относительно толще, чем теплообменные пластины. Внутренняя поверхность каждой торцевой пластины обращена к теплообменным пластинам.
Фиг.1-2 изображают схематичный вид пластинчатого теплообменника 1, содержащего ряд теплообменных пластин 4, выполненных путем формования при помощи прессования, при этом пластины 4 расположены параллельно друг другу и последовательно так, чтобы формировать пакет пластин. Пакет пластин расположен между первой торцевой пластиной 2, также называемой прижимной пластиной, и второй торцевой пластиной 3, также называемой рамной пластиной. Между теплообменными пластинами 4 сформированы первые промежуточные пространства и вторые промежуточные пространства. Торцевые пластины 2 и 3 прижимаются к пакету пластин и друг к другу при помощи затягивающих болтов или стягивающих планок 5а-с, которые проходят через торцевые пластины 2 и 3, при этом затягивающие болты 5а-с поддерживаются на месте при помощи гаек 6, 20.
Пластинчатый теплообменник 1 содержит первый впускной канал и первый выпускной канал для первой среды и второй впускной канал и второй выпускной канал для второй среды. Впускной и выпускной каналы проходят через вторую торцевую пластину 3 и пакет пластин. Возможно, чтобы впускной и выпускной каналы были расположены с обеих сторон пластинчатого теплообменника 1, т.е. на обеих торцевых пластинах 2 и 3. Две среды могут протекать в одном или в противоположных направлениях друг относительно друга.
Теплообменные пластины 4 в показанном воплощении расположены таким образом в пакете, чтобы формировать первые промежуточные пространства между пластинами, которые сообщаются с первым впускным каналом и первым выпускным каналом, и вторые промежуточные пространства между пластинами, которые сообщаются со вторым впускным каналом и вторым выпускным каналом. Первые и вторые промежуточные пространства между пластинами расположены в пакете пластин чередующимся образом. Разделение промежуточных пространств между пластинами может быть осуществлено при помощи прокладок, расположенных в пазах, выполненных в ходе формования прессованием теплообменных пластин. Прокладки, как правило, изготавливаются из резины или полимерного материала. Теплообменные пластины 4 снабжены волнистым рисунком для улучшения теплообмена между двумя жидкостями.
Для направления пластин 4, для защиты затягивающих болтов 5а, 5b с резьбой от износа пластин 4, для упрощения и удешевления конструкции использованы направляющие элементы 7, 7а, 7b на самом верхнем и самом нижнем из затягивающих болтов 5а, 5b.
По сравнению с известным теплообменником самый верхний и самый нижний из затягивающих болтов 5а, 5b заменяют традиционные несущую и направляющую планку, при этом остальные служат для обеспечения открытия/закрытия пластинчатого теплообменника путем обеспечения возможности первой торцевой пластине 2 и теплообменным пластинам 4 перемещаться вдоль несущей планки и направляющей планки в то время, когда пластинчатый теплообменник стоит. Путем обеспечения верхнего и нижнего направляющих элементов 7а, 7b, которые расположены на затягивающих болтах 5а, 5b соответственно и имеют геометрическую форму внешнего поперечного сечения (см. фиг.7а-b), идентичную традиционной несущей планке пластин 4, имеющей вырезанный профиль 11, соответствующий нижнему участку направляющего элемента 7а, 7b, имеющего внешнюю геометрическую форму 10, может направляться вдоль верхнего направляющего элемента 7а. Затягивающие болты 5а, 5b помещаются в отверстие или сквозное отверстие 9 направляющего элемента 7а, 7b, при этом сквозное отверстие 9 проходит по всей продольной длине направляющего элемента 7а, 7b. Направляющий элемент 7а, 7b изготовлен из экструдируемого материала для удешевления производства и для облегчения конструкции. Экструдируемый материал может представлять собой пластик, алюминий или любой другой подходящий строительный материал.
Прочие затягивающие болты 5с размещены традиционным образом между второй торцевой пластиной 3 и первой торцевой пластиной 2 и помещены в вырезы или углубления в гранях второй торцевой пластины 3 и первой торцевой пластины 2.
Поскольку направляющий элемент 7а, 7b изготовлен из экструдируемого материала, он не может выдерживать такие же нагрузки, что и соответствующая металлическая конструкция. Таким образом, нагрузка теплообменных пластин 4 и первой торцевой пластины 2 будет передаваться на землю через второй или нижний направляющий элемент 7b и направляющий рельс 12. Верхний направляющий элемент 7а и нижний направляющий элемент 7b предпочтительно идентичны для снижения стоимости производства, но также допустимы и разные формы. В показанном воплощении, например, на фиг.6, нижняя наружная геометрическая форма 10 направляющего элемента 7b соответствует внутренней форме 16 направляющего рельса 12, что позволяет закрепить направляющий элемент 7b в направляющем рельсе 12 и перемещать его вдоль рельса 12. В некоторых применениях пластинчатый теплообменник 1 расположен на раме, которая полностью или частично поддерживает направляющий рельс 12.
Верхний направляющий элемент 7а проходит через отверстие 8 в самом верхнем участке первой торцевой пластины 2 так, что первая торцевая пластина 2 может быть подвижна относительно верхнего направляющего элемента 7а. Подобным образом нижний направляющий элемент 7b проходит через отверстие 17 в самом нижнем участке первой торцевой пластины 2. Как нижний направляющий элемент 7b, так и верхний направляющий элемент 7а направляют только первую торцевую пластину 2, при этом нагрузка от первой торцевой пластины 2 переносится направляющим рельсом 12, на который опирается первая торцевая пластина 2. Теплообменные пластины 4 опираются на нижний направляющий элемент 7b и направляются в боковом направлении верхним направляющим элементом 7а.
Каждый направляющий элемент 7а, 7b содержит две части 13а, 13b; 14a, 14b (фиг.3) для обеспечения направления теплообменных пластин 4 в процессе открытия и закрытия пластинчатого теплообменника 1, таким образом, обеспечивая возможность удаления наружных частей 14а, 14b направляющего элемента, когда теплообменные пластины 4 и первая торцевая пластина 2 прижаты друг к другу для формирования действующего пластинчатого теплообменника 1, и гайки 6 применяются к затягивающим болтам 5а, 5b для поддержания первой торцевой пластины 2 на месте и пластин 4 прижатыми друг к другу между первой торцевой пластиной 2 и второй торцевой пластиной 3. Длина внутренней части 13а, 13b направляющего элемента, предпочтительно, слегка меньше, чем длина, соответствующая общей толщине всех пластин 4 в пакете пластин и первой торцевой пластины 2. Длина наружной части 14а, 14b направляющего элемента предпочтительно слегка меньше, чем оставшийся свободный конец затягивающего болта 5а, 5b, когда внутренняя часть 13а, 13b направляющего элемента была расположена на затягивающих болтах 5а, 5b.
Верхний направляющий элемент 7а может быть оборудован приспособлением для защиты от износа для снижения износа от пластин 4. Приспособление для защиты от износа может быть из пластика или резинового материала или любого другого подходящего материала и предпочтительно защелкивается на верхнем направляющем элементе 7а.
Направляющий элемент 7а, 7b имеет верхний участок, имеющий наружную геометрическую форму 19, ширина которой соответствует ширине отверстия выреза 11 в теплообменных пластинах 4 и отверстий 8, 17 первой торцевой пластины 2. Таким образом, как верхний направляющий элемент 7а, так и нижний направляющий элемент 7b могут направлять первую торцевую пластину 2 в боковом направлении, при этом нагрузка первой торцевой пластины 2 передается на направляющий рельс 12. Верхний направляющий элемент 7а и нижний направляющий элемент 7b также направляют пластины 4 в боковом направлении при помощи наружной геометрической формы 19 направляющих элементов 7а, 7b, и нижний направляющий элемент 7b принимает нагрузку пластин 4. Нагрузка передается напрямую на направляющий рельс 12 и далее на землю. Наружная геометрическая форма 10 нижнего участка верхнего направляющего элемента 7а направляет теплообменные пластины 4 и служит в качестве защиты от наклона для пластин 4, когда пластинчатый теплообменник 1 открыт.
Также возможно, что верхний направляющий элемент 7а полностью или частично принимает нагрузку теплообменных пластин 4 при помощи наружной геометрической формы 10.
На фиг.5-6 направляющий элемент 7а, 7b и направляющий рельс 12 показаны более подробно, в частичном увеличении В и С на фиг.4, когда они расположены в пластинчатом теплообменнике 1. Одним из преимуществ предложенного направляющего элемента 7а, 7b является то, что один и тот же компонент может быть использован в качестве несущей и направляющей планки на верхнем участке пластинчатого теплообменника 1, а также в качестве несущей и направляющей планки на нижнем участке пластинчатого теплообменника 1. Направляющий рельс 12 служит в качестве элемента, передающего вес, который также позволяет удалить наружную часть 14b направляющего элемента, когда теплообменные пластины 4 и первая торцевая пластина 2 прижаты друг к другу, так чтобы гайку 6 можно было расположить на самом нижнем затягивающем болте 5b в зацеплении с первой торцевой пластиной 2 для поддержания пластинчатого теплообменника 1 в закрытом рабочем состоянии.
Как показано на фиг.1-2, пластинчатый теплообменник 1 может также быть оборудован опорным устройством 15 для обеспечения возможности легкого открытия пластинчатого теплообменника 1, при этом опорное устройство 15 расположено на свободном конце затягивающих болтов 5а, 5b и удерживается на месте при помощи гаек 20. Опорное устройство 15 проходит между двумя затягивающими болтами 5а, 5b и обеспечивает постоянное расстояние между двумя затягивающими болтами 5а и 5b и передачу сил, воздействующих на верхний затягивающий болт 5а, на землю. Дополнительные подробности действия опорного устройства 15 будут описаны совместно с описанием процесса открытия и закрытия пластинчатого теплообменника.
Далее будет описано открытие пластинчатого теплообменника 1. На фиг.1 и 2 пластинчатый теплообменник 1 показан в рабочем состоянии. Для выполнения обслуживания, такого как очистка, ремонт, замена теплообменных пластин и т.д., пластинчатый теплообменник 1 можно открыть. Гайки 20 отвинчиваются, и опорное устройство 15 и наружные направляющие элементы 14а, 14b снимаются с затягивающих болтов 5а, 5b. Гайки 6, расположенные на затягивающих болтах 5а, 5b, отвинчиваются, и наружные направляющие элементы 14а, 14b вновь помещаются на свободные части затягивающих болтов 5а, 5b и упираются на внутренние направляющие элементы 13а, 13b. Пакет теплообменных пластин 4 и первая торцевая пластина 2 все еще поддерживаются вместе при помощи дополнительных затягивающих болтов 5с. Опорное устройство 15 заново крепится на свободные части верхнего и нижнего затягивающих болтов 5а, 5b. Опорное устройство 15 опирается на землю при помощи наружной части 14b направляющего элемента и направляющего рельса 12. Гайки 20 помещаются на затягивающие болты 5а, 5b и затягиваются. Дополнительные болты 5с демонтируются. После того как затягивающие болты 5с ослабляются, первая торцевая пластина 2 и теплообменные пластины 4 могут быть перемещены вдоль направляющих элементов 7а, 7b. Таким образом, достигается открытое состояние для обслуживания пластинчатого теплообменника 1, при этом теплообменные пластины 4, расположенные между торцевыми пластинами 2 и 3, могут быть отделены для очистки, и одна или несколько пластин 4 могут быть извлечены, при желании новые пластины могут быть введены без необходимости в демонтаже остальных пластин 4. Закрытие или стягивание вместе пластинчатого теплообменника 1 в рабочее состояние осуществляется аналогичным образом в обратном порядке.
Опорное устройство 15 представляет собой планку, лист железа или подобный элемент с достаточной длиной для обеспечения возможности удерживания самого верхнего и самого нижнего затягивающих болтов 5а, 5b на надлежащем расстоянии друг относительно друга и, в открытом состоянии для обслуживания пластинчатого теплообменника 1, для обеспечения возможности выполнения функции опорного устройства 15 для всего пластинчатого теплообменника 1 вместе со второй торцевой пластиной 2. Это дополнительно обеспечивает передачу сил, воздействующих на верхний затягивающий болт 5а, на землю через нижний затягивающий болт 5а.
Направляющий элемент 7а, 7b и направляющий рельс 12, предпочтительно, изготовлены из экструдируемого материала, такого как пластиковый или алюминиевый профиль, но могут также быть изготовлены из любого другого подходящего материала или при помощи другого подходящего способа производства.
Изобретение не ограничивается воплощениями, описанными выше и показанными на чертежах, но может быть дополнено и модифицировано любым образом в пределах изобретения, определенных в прилагаемой формуле изобретения.