ПЛАСТИНА ТЕПЛООБМЕННИКА И ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
HEAT EXCHANGE PLATE AND PLATE HEAT EXCHANGER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к пластине теплообменника в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения. Изобретение также относится к пластинчатому теплообменнику согласно ограничительной части пункта 10 формулы изобретения. Такая пластина теплообменника и пластинчатый теплообменник раскрыты в WO 2005/119197.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Существует возможность возникновения желания устанавливать различные виды устройств, такие как датчики, зонды, электронные устройства и т.д., на большом количестве теплообменных пластин пластинчатого теплообменника. Примерами таких устройств могут быть устройства для измерения температуры, давления, для посыла любых видов импульсов или сигналов, а также для широкого диапазона других применений.
В WO 2005/119197 раскрыт пластинчатый теплообменник с множеством теплообменных пластин. Устройства типа датчиков обеспечены на соответствующих пластинах вблизи прокладки для уплотнения промежутков между пластинами. Обеспечены датчики, позволяющие наблюдать за сжатием материала прокладки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Проблема, связанная с такими или подобными пластинчатыми теплообменниками, состоит в том, что пластинчатый теплообменник часто содержит очень большое количество теплообменных пластин, в некоторых случаях - до 700 штук и даже больше. Если несколько или больше пластин оборудованы таким устройством, соединение между ними может представлять затруднения. Трудно подобрать правильные положения и достаточные промежутки для установки обычных соединительных кабелей для всех сигналов.
Кроме того, монтажные работы могут занимать очень много времени. Во многих случаях применения пластинчатые теплообменники с такими устройствами и соединениями могут подвергаться агрессивной очистке, возможно, под высоким давлением, что может привести к отказу устройств. Большое количество соединений создает высокие требования к электронным соединениям без помех.
Одна из задач настоящего изобретения состоит в решении проблем, описанных выше, и в создании надежного теплообменника, имеющего большое количество пластин с таким устройством, установленным на большом количестве пластин теплообменника или на всех пластинах.
Данная задача решается посредством пластины теплообменника, определенной ранее, которая отличается тем, что пластина теплообменника содержит модуль связи, содержащий электронную схему, соединенную с упомянутым устройством, при этом модуль связи также содержит средство связи, дающее возможность обмена упомянутым сигналом с устройством управления посредством, по меньшей мере, одного модуля связи еще одной пластины теплообменника в пакете пластин.
С помощью такой пластины теплообменника можно получить теплообменник с надежным соединением с упомянутым устройством также и в случаях наличия большого числа пластин теплообменника. Теплообменник может быть изготовлен легким способом, так как для связи с каждым из устройств не требуется соединительных кабелей. Обеспечивается большая свобода в позиционировании модуля связи, так как нет необходимости в том, чтобы обеспечить доступность подключения к нему соединительных кабелей. Данный модуль связи может быть расположен на том месте, где обеспечивается надлежащая защита для модуля, и которое не подвергается агрессивной очистке.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения модуль связи образован шиной связи, работающей по подходящему протоколу связи, такому как протокол последовательной шины.
Согласно дополнительному варианту осуществления средство связи содержит, по меньшей мере, один главный контактный элемент, расположенный на главной стороне пластины теплообменника, и, по меньшей мере, один вспомогательный контактный элемент, расположенный на противолежащей вспомогательной стороне пластины теплообменника. Такие контактные элементы дают возможность связи между упомянутым устройством и устройством управления, проходящей от одного модуля связи к соседнему и так далее.
Согласно еще одному варианту осуществления упомянутое устройство содержит датчик, предназначенный для измерения, по меньшей мере, одного параметра и для выдачи сигнала в зависимости от данного параметра. Такой датчик может содержать, по меньшей мере, один из следующих видов сенсоров: сенсор давления, температурный сенсор, сенсор для измерения влажности и т.д.
Согласно другому варианту осуществления упомянутое устройство содержит генератор напряжения, предназначенный для выработки напряжения, которое можно подавать на пластину теплообменника. Такой генератор напряжения может быть обеспечен для подачи напряжения на пластину теплообменника, чтобы избежать загрязнений пластины теплообменника, уменьшить их или даже совсем устранить.
Согласно одному из дополнительных вариантов осуществления, модуль связи обеспечен в краевой зоне. В краевой зоне модуль связи надлежащим образом защищен от среды, текущей в промежутках между пластинами пластинчатого теплообменника. Модуль связи в данном положении также может быть легко доступен снаружи.
Согласно другому варианту осуществления пластина теплообменника содержит гнездо прокладки, которое продолжается вокруг зоны теплопередачи между зоной теплопередачи и краевой зоной, и предназначено для размещения прокладки, а также дополнительное гнездо прокладки, которое заходит на краевую зону и в котором установлена дополнительная прокладка, причем между гнездом прокладки и дополнительным гнездом прокладки имеется промежуток, в котором установлен модуль связи. С таким расположением прокладки модуль связи хорошо защищен от внешних влияний, таких как влияние жидкостей для очистки. Согласно дополнительному варианту осуществления пластина теплообменника содержит несколько отверстий, которые проходят через пластину теплообменника и расположены внутри краевой зоны, предпочтительно внутри гнезда прокладки, и вблизи краевой зоны.
Согласно еще одному варианту осуществления пластина теплообменника содержит прорезь в краевой зоне, причем модуль связи установлен в прорези. Такая прорезь, в виде отверстия или углубления, обеспечивает положение для модуля связи, дающее преимущество, в частности, позволяющее обеспечить главный контактный элемент на главной стороне пластины теплообменника и вспомогательный контактный элемент на противолежащей вспомогательной стороне пластины теплообменника. Прорезь может продолжаться до самого края или находиться внутри края пластины теплообменника.
Задача изобретения также решается с помощью определенного ранее пластинчатого теплообменника, включающего в себя множество пластин теплообменника, определенных выше и расположенных рядом друг с другом, образуя несколько первых промежутков между пластинами для первой среды и несколько вторых промежутков для второй среды.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, модули связи и устройство управления образованы шиной связи, работающей по подходящему протоколу связи.
Согласно еще одному варианту осуществления шина связи представляет собой последовательную шину. Такая последовательная шина подходит для обеспечения связи между упомянутым устройством и устройством управления посредством последовательно расположенных модулей связи, сообщающихся друг с другом посредством главного контакта на одной стороне пластины теплообменника и вспомогательного контакта на другой стороне пластины теплообменника.
Согласно другому варианту осуществления модули связи расположены шлейфом.
Согласно еще одному варианту осуществления модули связи последовательно расположены в шине связи и имеют соответствующие адреса в шине связи, соответствующие положению модуля связи в пластинчатом теплообменнике. Другими словами, порядок расположения модулей связи и, следовательно, пластин в пластинчатом теплообменнике определяет адрес соответствующего модуля связи.
Согласно другому варианту осуществления каждый модуль связи содержит переключатель, который предназначен для того, чтобы принимать разомкнутое или замкнутое положение, когда модуль связи обнуляют, тем самым соединяя соседние последовательно расположенные модули связи с шиной связи и устройством управления. Таким образом, модули связи расположены шлейфом.
Каждый модуль связи содержит переключатель, который предназначен для того, чтобы принимать разомкнутое или замкнутое положение, при этом установку модуля связи в начальное положение (обнуление) производят, когда переключатель переключен в замкнутое положение, тем самым соединяя соседние последовательно расположенные модули связи с шиной связи и устройством управления. Переключатель модуля связи предпочтительно может быть обеспечен в замкнутом положении для соединения модуля связи с шиной связи и устройством управления, что позволяет устройству управления передавать обнуляющий сигнал посредством данного модуля связи к соседнему последовательно расположенному модулю связи таким образом, что данный соседний модуль связи соединяется с шиной связи и устройством управления.
Согласно еще одному варианту осуществления устройство управления установлено на пластинчатом теплообменнике. Устройство управления может содержать дополнительные средства связи с другими системами, например с системой централизованного управления или наблюдения, посредством подходящих кабелей или беспроводным способом. Устройство управления может также содержать дисплей или другое аналогичное устройство для отображения информации для пользователя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь настоящее изобретение будет разъяснено более подробно с помощью описания различных вариантов осуществления и со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 раскрыт вид спереди пластинчатого теплообменника, содержащего множество пластин, согласно первому варианту осуществления.
На фиг.2 раскрыт вид сбоку пластинчатого теплообменника по линии II-II на фиг.1.
На фиг.3 раскрыт вид спереди пластины пластинчатого теплообменника, представленного на фиг.1.
На фиг.4 раскрыт вид спереди части пластины теплообменника, представленной на фиг.3.
На фиг.5 раскрыт вид в разрезе по линии V-V на фиг.4.
На фиг.6 схематично показан модуль связи пластины теплообменника, представленной на фиг.3.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 и 2 показан пластинчатый теплообменник, содержащий множество пластин 1, образующих пакет пластин. Пластины 1 теплообменника расположены рядом друг с другом, образуя несколько первых промежутков 2 между пластинами для первой среды и несколько вторых промежутков 3 для второй среды. Первые промежутки 2 между пластинами и вторые промежутки 3 между пластинами в пакете пластин чередуются. Пластины 1 теплообменника прижаты одна к другой между корпусной пластиной 4 и прижимной пластиной 5 посредством стяжных болтов 6. В раскрытых вариантах осуществления пластина теплообменника содержит четыре канала 7, образующих впускное и выпускное отверстия для первой среды и впускное и выпускное отверстия для второй среды.
Одна из пластин 1 теплообменника раскрыта на фиг.3. Пластина 1 теплообменника содержит зону 10 теплопередачи, а также краевую зону 11, которая проходит вокруг и снаружи зоны 10 теплопередачи. Краевая зона 11 содержит замкнутый наружный край пластины 1 теплообменника. Пластина 1 теплообменника также содержит гнездо 12 прокладки, которое продолжается вокруг зоны 10 теплопередачи, между зоной 10 теплопередачи и краевой зоной 11. Прокладка 13 установлена в гнезде 12 и продолжается вокруг зоны 10 теплопередачи, окружая ее.
Пластина 1 теплообменника также может содержать дополнительное гнездо 12' прокладки, которое заходит на краевую зону 11. Дополнительная прокладка 13' установлена в дополнительном гнезде 12' прокладки (см. фиг.4). Как видно на фиг.4, между прокладкой 13 и дополнительной прокладкой 13' имеется промежуток 14. Промежуток 14 закрыт для окружающей среды и по отношению к промежуткам 2, 3 между пластинами.
В раскрытых вариантах осуществления обеспечено четыре отверстия 15 для прохождения среды, которые проходят сквозь пластину 1 теплообменника. Отверстия 15 для прохождения среды расположены внутри, вблизи краевой зоны 11. Отверстия 15 для прохождения среды выровнены относительно каналов 7.
В раскрытых вариантах осуществления пластинчатый теплообменник установлен и собран вышеописанным образом с помощью стяжных болтов 6 и прокладок 13, 13'. Однако следует отметить, что изобретение применимо и к пластинчатым теплообменникам других типов. Пластины 1 теплообменника могут быть, например, неразъемным образом соединены друг с другом посредством сварки, например лазерной сварки или сварки пучком электронов, склеивания или даже пайки. Примером альтернативного способа установки пластин 1 теплообменника является так называемый полусварной пластинчатый теплообменник, в котором пластины приварены одна к другой парами, при этом пары пластин теплообменника могут быть прижаты одна к другой посредством стяжных болтов, и между пластинами обеспечена прокладка.
Каждая пластина 1 теплообменника содержит модуль 20 связи, содержащий электронную схему 21 (см. фиг.5), например, в виде чипа. Электронная схема 21 заключена или встроена в оболочку 22, которая защищает электронную схему 21 от воздействия газов и жидкостей внешней среды.
Модуль 20 связи в представленных вариантах осуществления обеспечен в краевой зоне 11. В краевой зоне 11 модуль 20 связи надлежащим образом защищен от среды, текущей в промежутках 2, 3 между пластинами пластинчатого теплообменника. Кроме того, сборку модуля 20 связи в этом положении легко осуществлять снаружи, как видно на фиг.3. Однако в варианте, представленном на фиг.4, модуль 20 связи обеспечен в промежутке 14. В промежутке 14 модуль 20 связи покрыт прокладкой 13 и дополнительной прокладкой 13' и, тем самым, отделен от внешней среды. Пластина 1 теплообменника содержит прорезь 23 в виде отверстия или углубления. Прорезь 23 обеспечена в краевой зоне 11, например, в промежутке 14, как видно на фиг.4. Модуль 20 связи обеспечен в прорези 23, которая обеспечивает положение модуля 20 связи, дающее определенные преимущества. Прорезь 23 может продолжаться до самого края или находиться внутри края пластины 1 теплообменника.
Каждая пластина 1 содержит устройство 25, которое предназначено для приема или передачи сигнала. Согласно раскрытым вариантам осуществления, устройство 25 содержит или представляет собой датчик для измерения определенного параметра, например, датчик температуры, датчик давления или датчик влажности, и выдает сигнал в зависимости от значения измеряемого параметра. Данный датчик или сенсор датчика может быть изготовлен из электропроводного материала в виде, по меньшей мере, проволоки, ленты, фольги или сетки. Датчик или сенсор может быть прикреплен к пластине 1 теплообменника или выполнен на ней в том месте, где нужно измерить заданный параметр, например, в зоне 10 теплопередачи. Датчик или сенсор датчика может содержать изоляционный слой, который изолирует датчик или сенсор от электрического контакта с пластиной 1 теплообменника.
Устройство 25 взаимодействует, а в раскрытых вариантах осуществления соединено, с электронной схемой 21 модуля 20 связи таким образом, чтобы можно было передавать сигнал от устройства 25 или к нему. В случае с датчиком сигнал передается в модуль 20 связи.
Модуль 20 связи также содержит средство связи, позволяющее обмениваться сигналом с устройством управления посредством, по меньшей мере, модуля 20 связи другой пластины теплообменника, содержащейся в данном пакете. Устройство 30 управления содержит процессор любого подходящего типа. Согласно раскрытому варианту осуществления устройство 30 управления установлено на пластинчатом теплообменнике, например на корпусной пластине 4, как показано на фиг.1 и 2.
Средство связи модулей 20 связи пластин 1 теплообменника и устройство 30 управления образуют или содержат шину связи, работающую по подходящему протоколу связи. В раскрытых вариантах осуществления шина связи представляет собой последовательную шину. Связь в шине связи запускается, отслеживается и управляется устройством 30 управления.
Согласно первому варианту осуществления каждый модуль 20 связи также содержит подходящее количество главных контактных элементов 31, расположенных на главной стороне 20' модуля 20 связи и на главной стороне пластины 1 теплообменника, и вторичных контактных элементов 32, расположенных на противолежащей вспомогательной стороне 20" модуля 20 связи и на вспомогательной стороне пластины 1 теплообменника. В варианте осуществления, раскрытом на фиг.5 и 6, модуль 20 связи содержит три главных контактных элемента 31 и три вспомогательных контактных элемента 32. Когда пластины 1 теплообменника прижаты одна к другой, главный контактный элемент 31 одной из пластин 1 теплообменника находится в электрическом контакте со вспомогательными контактными элементами 32 соседней пластины 1, как видно на фиг.5. Согласно первому варианту осуществления главные контактные элементы 31 представляют собой пружинные элементы, обеспечивающие надлежащий электрический контакт с соответствующими вспомогательными контактными элементами 32, когда пластины 1 теплообменника прижимают одну к другой.
Устройство 30 управления может содержать соответствующие вспомогательные контактные элементы 32, которые обеспечены на внутренней стороне корпусной пластины 4 или идут к ней. Данные вспомогательные контактные элементы 32 можно приводить в электрический контакт с главными контактами 31 самого наружного модуля 20 связи при сборке пластинчатого теплообменника.
В раскрытых вариантах осуществления первая пара главных контактов 31 и вспомогательных контактов 32 модуля 20 связи обеспечена для линии 33 электропередачи, предназначенной для подачи электроэнергии в модуль 20 связи. Вторая пара из главного контакта 31 и вспомогательных контактов 32 обеспечена для линии 34 передачи сигналов с целью передачи различных сигналов. Третья пара из главного контакта 31 и вспомогательных контактов 32 обеспечена для заземления 35 с целью соединения модуля 20 связи с землей.
Модуль 20 связи может содержать только один главный контактный элемент 31 и только один вспомогательный контактный элемент 32, при этом электрическое соединение с землей может быть обеспечено через пластины 1 теплообменника. Линии электропередачи и передачи сигнала могут быть соединены в одну линию, например, с использованием разных уровней по току для передачи электроэнергии и сигнала. Модуль 20 связи также может содержать два, четыре или более главных контактных элементов 31 и вспомогательных контактных элементов 32.
Модули 20 связи предназначены для крепления или присоединения друг к другу, когда пластины теплообменника расположены одна за другой в пакете пластин. Оболочка 22 каждого модуля 20 связи содержит замкнутый фланец 36, продолжающийся от главной стороны 20', и замкнутое углубление 37 на вспомогательной стороне 20". Когда пластины 1 теплообменника сжимают, углубление 37 модуля 20 связи позволяет установить вспомогательную сторону 20" модуля 20 связи в замкнутый фланец 36 примыкающего к нему модуля 20 связи, как видно на фиг.5. Таким образом, между главной стороной 20' модуля связи и вспомогательной стороной 20" соседнего с ним модуля 20 связи образуется закрытый промежуток 38. Таким образом, главные контактные элементы 31 и вспомогательные контактные элементы 32, находящиеся в электрическом контакте друг с другом, заключены в закрытом промежутке 38 и защищены от воздействия внешней среды. Посадку между соседними модулями 20 связи предпочтительно делают плотной, чтобы воспрепятствовать проникновению любых жидкостей в замкнутый промежуток 38. Предпочтительно, чтобы между замкнутым углублением 37 и замкнутым фланцем 36 была обеспечена прокладка 39 или любой другой подходящий уплотнительный элемент, чтобы получить достаточное уплотнение закрытого промежутка. Согласно дополнительной альтернативе оболочка 22 модуля 20 связи может быть изготовлена из мягкого гибкого материала, такого как эластичный полимерный материал, который обеспечивает уплотнение между углублением 37 и фланцем 36.
Таким образом, сигналы от каждого из устройств 25 могут быть переданы в устройство 30 управления посредством соответствующего модуля 20 связи и шины связи. Устройство 30 управления, таким образом, имеет конструкцию, позволяющую принимать и обрабатывать сигналы от устройств 23 всех пластин 1 теплообменника. Устройство 30 управления может содержать дисплей 40 для отображения информации для пользователя (см. фиг.1). Устройство 30 управления может также содержать средства связи с другими системами, например с системой централизованного управления или наблюдения.
Шина связи, работающая в соответствии с подходящим последовательным протоколом связи, предназначена для обеспечения возможности связи между устройством 25 и устройством 30 управления посредством модулей 20 связи. Модули 20 связи расположены последовательно друг за другом таким образом, что сигнал передается между устройством 30 управления, модулем связи и рассматриваемым устройством 25 посредством модулей связи, обеспеченных между устройством 30 управления и рассматриваемым устройством 20.
Модули 20 связи, таким образом, последовательно образованы шиной связи и имеют соответствующие адреса в шине связи, соответствующие положению модуля 20 связи в пластинчатом теплообменнике. Другими словами, порядок расположения модулей 20 связи в пластинчатом теплообменнике определяет адрес соответствующего модуля 20 связи.
Каждый модуль 20 связи содержит переключатель 41 (см. фиг.6), который предназначен для того, чтобы принимать разомкнутое положение перед установкой шины связи в начальное положение и ее запуском и принимать замкнутое положение, когда модуль связи обнуляют посредством сигнала от устройства 30 управления. Модули 20 связи или электронные схемы 21 модулей 20 связи подключены шлейфом.
Когда один из модулей 20 связи обнуляют, переключатель 41 модуля 20 связи замыкается таким образом, чтобы модуль 20 связи был подсоединен к шине связи и устройству 30 управления. Затем устройство 30 управления передает сигнал обнуления через модуль 20 связи к соседнему последовательно расположенному модулю 20 связи таким образом, что данный соседний модуль 20 связи присоединяется к шине связи и устройству 30 управления. Это повторяется, пока не останется ни одного не обнуленного модуля 20 связи, отвечающего на сигнал обнуления. Теперь устройство 30 управления "знает", в каком порядке расположены модули 20 связи, и каждый модуль 20 связи может быть опознан устройством 30 управления для обращения к нему с помощью его положения в пакете пластин. Следовательно, не требуется уникального идентификационного кода для каждого модуля 20 связи, так как шина связи и отдельные модули 20 связи автоматически настраиваются во время приведения в исходное состояние и запуска.
Это означает, что все модули 20 связи могут быть одинаковыми. Кроме того, это дает преимущество, состоящее в том, что любая пластина 1 теплообменника с модулем 20 связи может быть обеспечена в любом положении в пластинчатом теплообменнике, так как ее адрес в шине связи автоматически дается во время установки в исходное состояние.
Как упомянуто выше, устройство 30 управления запускает шину связи и дает адреса модулям 20 связи. Основная часть работы с логическими сигналами и аварийными сигналами может осуществляться устройством 30 управления. Это позволяет уменьшить сложность и стоимость модулей 20 связей и, таким образом, также и пластин 1 теплообменника. Это также позволяет уменьшить количество информации, посылаемой через шину связи. Например, датчик устройства 25 может передавать только фактическое значение измеряемого параметра, в то время как предел сигнала тревоги и идентификация аварийного сигнала определяются устройством 30 управления. Таким образом, легко менять пределы сигнала тревоги. Благодаря уникальному адресу каждого модуля 20 связи устройство 30 управления может сообщать оператору, например, посредством дисплея 40 или через систему централизованного управления или наблюдения, не только о случаях, когда сработал аварийный сигнал, но также указывать, на какой именно пластине он сработал.
Согласно другому варианту осуществления устройство 25 содержит генератор напряжения, предназначенный для выработки напряжения, которое можно подавать на пластину 1 теплообменника. Данное напряжение может быть подано, чтобы избежать загрязнений на пластинах 1 теплообменника или устранить их, особенно в зоне 10 теплопередачи. Согласно данному варианту осуществления шина связи предназначена для передачи напряжения от устройства 30 управления или любого другого подходящего источника напряжения, присоединенного к устройству 30 управления, к отдельным модулям 20 связи на соответствующих пластинах 1 теплообменника.
Согласно другому варианту осуществления пластины 1 теплообменника представляют собой пластины с двойными стенками, выполненными между двумя соседними пластинами, которые прижимают друг к другу. При использовании такой двойной стенки устройство 25, например в виде датчика вышеупомянутого типа, может быть обеспечено между соседними пластинами пластины 1 теплообменника.
Настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, но может быть изменено и модифицировано в рамках объема приведенной ниже формулы изобретения.