СИЛЬФОННЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
BELLOWS-TYPE HEAT EXCHANGER

Общеизвестны пластинчатые теплообменники, широко распространенные в быту, энергетике, химической промышленности и других областях.
К пластинчатым теплообменникам относят бытовые обогреватели, выполненные из пластин, пластинчатые теплообменники с прокладками, сварные пластинчатые теплообменники и т.д. На наш взгляд, последние теплообменники наиболее близки по конструкции к предлагаемому в настоящей заявке изобретению и могут служить аналогом. Рассмотрим устройство сварного пластинчатого теплообменника "GEAShell" фирмы МАШИМПЭКС, следуя его описанию на сайте компании www. mashimpeks.ru/cat/geshell, опубликованному в 2007 году. В основу теплообменника положены одинаковые круглые пластины с двумя отверстиями. На фиг.1 пластина помечена цифрой 1. Поперечные сечения двух таких пластин, расположенных друг к другу выступами, помечены цифрой 2. Две пластины центруются по внутренним отверстиям и затем свариваются друг с другом по контурам этих отверстий (на фиг.1 это сварные швы с номерами 3). Полученные таким образом пары пластин соединяются друг с другом сваркой по наружным контурам (на фиг.1 это сварные швы с номером 4), образуя кассету (на фиг 1. кассета помечена цифрой 5), которая имеет внутренний объем. Кассета может состоять из произвольного количества пластин. Кассета представляет собой жесткую конструкцию, т.е. пластины ее составляющие не могут перемещаться друг относительно друга.
Сварной пластинчатый теплообменник «GEAShell» изображен на фиг.2. Кассета 5 устанавливается в кожух (на фиг.2 кожух помечен цифрой 6). Для простоты изложения показан теплообменник с одной кассетой. На самом деле кассет может быть несколько. Друг с другом они могут соединяться как параллельно, так и последовательно. В теплообменник поступает две среды. Одна поступает в кожух с наружи кассеты 5, а другая поступает внутрь кассеты. Из фиг.2 видно, что обе среды перед тем, как покинуть теплообменник, проходят только между одной какой-нибудь парой пластин. Здесь жирными стрелками показано движение среды снаружи кассеты, а тонкими стрелками - внутри кассеты.
Известен также сварной сильфон, у которого отсутствует сквозное отверстие. Описание этого сильфона приводится в реферате, опубликованном в журнале «Изобретения», №8, 1995 г., номер заявки на изобретение 92006729/29. Конструкция такого сильфона аналогична конструкции кассеты. Сварной сильфон для теплообменника выполняется из одинаковых круглых мембран с одним отверстием, которое располагается непосредственно у наружного контура мембраны. На фиг.3 мембрана помечена цифрой 7. Поперечные сечения двух таких мембран, расположенных друг к другу выступами, помечены цифрой 8. Две мембраны центрируются по внутреннему отверстию и затем свариваются по контуру этого отверстия (на фиг.3 это сварной шов 3). Образовавшаяся конструкция из двух мембран называется «гофром» сварного сильфона. Сварной сильфон (на фиг.3 сварной сильфон обозначен цифрой 9) состоит из произвольного количества гофров. При этом каждый последующий гофр в сильфоне располагается так, что его внутреннее отверстие диаметрально противоположно отверстию предыдущего гофра. Гофры соединяются вместе по наружным контурам сваркой (на фиг.3 это сварные швы 4), образуя сварной сильфон, который имеет внутренний объем. Сварной сильфон не является жесткой конструкцией - гофры сильфона способны перемещаться друг относительно друга.
Сильфонный теплообменник изображен на фиг.4. Сварной сильфон 9 устанавливается в кожух (на фиг.4. кожух обозначен цифрой 6). На фиг.4 показан для простоты изложения теплообменник с одним сильфоном. На самом деле сильфонов может быть несколько. Друг с другом они могут соединяться как параллельно, так и последовательно. В теплообменник поступает две среды. Одна в кожух с наружи сильфона 9, а другая в сильфон. Из фиг.4 видно, что среда снаружи сильфона перед тем, как покинуть теплообменник, проходит только между одной какой-нибудь парой мембран. Среда, протекающая внутри сварного сильфона, проходит все гофры (пары мембран). На фиг.4 жирными стрелками показано движение среды снаружи сильфона, а тонкими стрелками - внутри сильфона.
Изобретение направлено на достижение следующих технических результатов: улучшение теплообмена между средами; упрощение конструкции теплообменника; упрощение сборки теплообменника.
Это достигается тем, что в сварном пластинчатом теплообменнике, состоящем из кожуха и помещенных внутрь него кассет, выполненных из круглых мембран, сваренных друг с другом по внутренним и наружным контурам, кассеты выполнены в виде сварных сильфонов, а мембраны имеют одно отверстие, которое располагается непосредственно у наружного контура мембраны, при этом каждый последующий гофр сильфона, образованный из двух мембран, располагается так, что его внутреннее отверстие диаметрально противоположно отверстию предыдущего гофра.
Имеются следующие принципиальные отличия предлагаемого теплообменника от аналога.
1. В теплообменнике "GEAShell" передача тепла происходит за счет прохода сред только между какими-то двумя пластинами кассеты, в то время как в сварном сильфоне одна из сред проходит внутри всех гофров, за счет чего эта среда получает (или отдает) значительное количество теплоты (фиг.2, фиг.4).
2. В каждой мембране сварного сильфона только одно отверстие, поэтому технологический процесс изготовления сильфона проще по сравнению с аналогичным технологическим процессом изготовления кассеты, состоящей из пластин с двумя отверстиями (фиг.1, фиг.3).
3. Сварной сильфон не является жесткой конструкцией. Его гофры могут перемещаться друг относительно друга. Поэтому упрощается сборка деталей теплообменника в процессе его изготовления. Конструкция кассеты, являющейся составной частью аналога, такова, что не позволяет перемещаться пластинам друг относительно друга. Поэтому изготовление такого теплообменника предполагает для своей сборки достаточно жесткие допуски на размеры.
Приведем перечень чертежей с кратким пояснением того, что изображено на каждом из них.
Фиг.1 поясняет устройство кассеты 5. Кассета состоит из одинаковых пластин 1. Поперечные сечения двух таких пластин, расположенных друг к другу выступами, помечены цифрой 2. Цифрами 3 обозначены сварные швы по контурам двух отверстий пластин. Цифрой 4 обозначены сварные швы по наружным контурам пластин.
Фиг.2 поясняет устройство сварного теплообменника «GEAShell». Теплообменник состоит из кожуха 6, в который установлена кассета 5. Жирными стрелками показано движение среды снаружи кассеты, а тонкими стрелками - внутри кассеты.
Фиг.3 поясняет устройство и порядок изготовления сварного сильфона 9. Сильфон состоит из одинаковых мембран 7. Поперечные сечения двух таких мембран, расположенных друг к другу выступами, помечены цифрой
8. Цифрой 3 обозначены сварные швы по контуру отверстия мембраны. Цифрой 4 обозначены сварные швы по наружным контурам мембран.
Фиг.4 поясняет устройство сильфонного теплообменника. Теплообменник состоит из кожуха 6, в который установлен сварной сильфон 9. Жирными стрелками показано движение среды снаружи сильфона, а тонкими стрелками - внутри сильфона.
Фиг.5 представляет фотографию изготовленного сварного сильфона с присоединенными к нему трубами. Сильфон имеет десять гофров.
Для испытаний в соответствии с фиг.4 был изготовлен сильфонный теплообменник. Фотография фиг.5 изображает для этого теплообменника сильфон с присоединенными к нему трубами. Он состоит из десяти гофров. Наружный диаметр сильфона 80 мм, внутренний диаметр отверстия 6 мм, толщина стенки мембраны 0.15 мм. При испытании внутрь сильфона подавалась для охлаждения вода с температурой около 52°С. В кожух подавалась охлаждающая вода с температурой около 13°С. Снаружи и внутри сильфона поддерживалось одинаковое давление 0.5 бар. При работе в этих условиях теплообменник показал себя достаточно эффективно, снижая температуру охлаждаемой воды примерно на 10°С.