Пластинчатый теплообменник

Изобретение относится к пластинчатым теплообменникам, через которые происходит теплообмен между двумя средами (жидкостями или паром и жидкостью). Пластинчатый теплообменник включает несколько собираемых в блок совместно с герметизирующими прокладками посредством стягивающих элементов через прижимные пластины с фитингами теплообменных пластин, содержащих основную теплообменную часть, расположенную между двумя распределительно-коллекторными частями, и отверстия, расположенные в угловых частях распределительно-коллекторных частей, для обеспечения притока и оттока охлаждаемой или нагреваемой жидкости или пара, рифления: для расположения герметизирующих прокладок, теплообменной части, вблизи отверстий, распределительно-коллекторных частей, причем последние выполнены таким образом, чтобы обеспечить на входе в пространстве между соседними теплообменными пластинами по ширине пластины различное гидродинамическое сопротивление - с переменным шагом или пологостью. Технические результаты: выравнивание гидродинамических параметров элементарных объемов охлаждаемой или нагреваемой жидкости в пространстве между соседними теплообменными пластинами по ширине пластины при их подходе от входного отверстия через распределительно-коллекторную часть к основной теплообменной части и повышение эффективности теплообмена между двумя средами. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к пластинчатым теплообменникам, через которые происходит теплообмен между двумя средами (жидкостями или паром и жидкостью), собираемым в блок совместно с герметизирующими прокладками посредством стягивающих элементов через прижимные пластины с фитингами.

Уровень техники

Аналогом предлагаемого пластинчатого теплообменника можно считать изделие, описанное в патенте США №4678030, который опубликован 07.07.1987 г., МПК F28D 9/00. Аналог содержит собираемые в блок совместно с герметизирующими прокладками посредством стягивающих элементов через прижимные пластины с фитингами, теплообменные пластины, включающие основную теплообменную часть, расположенную между двумя распределительно-коллекторными частями, и отверстия, расположенные в угловых частях распределительно-коллекторных частей, для обеспечения притока и оттока охлаждаемой или нагреваемой жидкости или пара, рифления для расположения герметизирующих прокладок, рифления теплообменной части, рифления распределительно-коллекторных частей, рифления вблизи отверстий.

Недостатками аналога являются: недостаточно выровненные гидродинамические параметры элементарных объемов охлаждаемой или нагреваемой жидкости в пространстве между соседними теплообменными пластинами по ширине пластины при их подходе от входного отверстия через распределительно-коллекторную часть к основной теплообменной части, как следствие - недостаточно высокая эффективность теплообмена между двумя средами.

Наиболее близким аналогом для предлагаемого пластинчатого теплообменника можно считать изделие, описанное в патенте РФ №2110030, который опубликован 27.04.1998 г., МПК F28D 9/00, содержащее собираемые в блок совместно с герметизирующими прокладками посредством стягивающих элементов через прижимные пластины с фитингами, теплообменные пластины, включающие основную теплообменную часть, расположенную между двумя распределительно-коллекторными частями, и отверстия, расположенные в угловых частях распределительно-коллекторных частей, для обеспечения притока и оттока охлаждаемой или нагреваемой жидкости или пара, рифления для расположения герметизирующих прокладок, рифления теплообменной части, рифления распределительно-коллекторных частей, рифления вблизи отверстий.

Недостатками наиболее близкого аналога являются: недостаточно выровненные гидродинамические параметры элементарных объемов охлаждаемой или нагреваемой жидкости в пространстве между соседними теплообменными пластинами по ширине пластины при их подходе от входного отверстия через распределительно-коллекторную часть к основной теплообменной части, как следствие - недостаточно высокая эффективность теплообмена между двумя средами.

Раскрытие изобретения

Традиционно изготовляемые пластины для пластинчатых теплообменников обычно имеют рифления распределительно-коллекторных частей, не обеспечивающие различное гидродинамическое сопротивление. Такие пластины, собранные совместно с герметизирующими прокладками в теплообменник, обеспечивают недостаточно высокую эффективность теплообмена между двумя средами в связи с недостаточно выровненными гидродинамическими параметрами элементарных объемов охлаждаемой или нагреваемой жидкости в пространстве между соседними теплообменными пластинами по ширине пластины при их подходе от входного отверстия через распределительно-коллекторную часть к основной теплообменной части. В таких начальных условиях перемещение элементарных объемов охлаждаемой или нагреваемой жидкости по основной теплообменной части происходит с выравниванием гидродинамических параметров, в зависимости от расходов и давления, а также от направления движения жидкости в силовом поле тяжести, в различных пластинчатых теплообменниках от 1/3 до 1/2 длины пластины, что можно наблюдать при анализе отложений на пластинах, проработавших в теплообменниках достаточно длительное время. Анализ отложений на таких пластинах показывает более высокую интенсивность отложений в зоне основной теплообменной части со стороны входного отверстия и меньшую интенсивность с противоположной стороны. Ближе к выходному отверстию интенсивность отложений выравнивается. Неравномерность интенсивности отложений показывает недостаточно высокую эффективность использования основной теплообменной части у аналогов предлагаемого теплообменника.

Задача изобретения - повысить эффективность теплообмена между двумя средами.

Технические результаты изобретения: выравнивание гидродинамических параметров элементарных объемов охлаждаемой или нагреваемой жидкости в пространстве между соседними теплообменными пластинами по ширине пластины при их подходе от входного отверстия через распределительно-коллекторную часть к основной тепло-обменной части и повышение эффективности теплообмена между двумя средами.

Технические результаты достигаются тем, что пластинчатый теплообменник, включающий несколько собираемых в блок совместно с герметизирующими прокладками посредством стягивающих элементов через прижимные пластины с фитингами теплообменных пластин, содержащих основную теплообменную часть, расположенную между двумя распределительно-коллекторными частями, и отверстия, расположенные в угловых частях распределительно-коллекторных частей, для обеспечения притока и оттока охлаждаемой или нагреваемой жидкости или пара, рифления для расположения герметизирующих прокладок, рифления теплообменной части, рифления теплообменных пластин вблизи отверстий, рифления распределительно-коллекторных частей, расположенных в сборе своими отверстиями соосно с фитингами, по меньшей мере, одной прижимной пластины, причем рифления распределительно-коллекторных частей выполнены таким образом, чтобы обеспечить в пространстве между соседними теплообменными пластинами различное гидродинамическое сопротивление в области, близлежащей к отверстию, с увеличенным его значением в области наименьшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части и уменьшенным его значением в области наибольшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части с выравниванием гидродинамических параметров элементарных объемов охлаждаемой или нагреваемой жидкости при их подходе от входного отверстия через распределительно-коллекторную часть к основной теплообменной части.

Технические результаты достигаются также тем, что рифления распределительно-коллекторных частей теплообменных пластин выполнены с переменным шагом, увеличивающимся от области наименьшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части к области наибольшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части.

Технические результаты достигаются также тем, что рифления распределительно-коллекторных частей теплообменных пластин выполнены с переменной пологостью, уменьшающейся от области наименьшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части к области наибольшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части.

Технические результаты достигаются также тем, что рифления распределительно-коллекторных частей соседних теплообменных пластин эквидистантны.

Технические результаты достигаются также тем, что распределительно-коллекторная часть может содержать рифления для расположения герметизирующих прокладок с плавными обводами, части которых близки к эквидистантам к отверстиям.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схема пластины пластинчатого теплообменника с герметизирующей прокладкой для прямого потока. На фиг.2 представлена схема пластины пластинчатого теплообменника с герметизирующей прокладкой для диагонального потока. На фиг.3 представлена схема рифления распределительно-коллекторных частей, которые выполнены с переменным шагом. На фиг.4 представлена схема рифления распределительно-коллекторных частей, которые выполнены с переменной пологостью.

Осуществление изобретения

Пластинчатый теплообменник включает собираемые посредством стягивающих элементов через прижимные пластины с фитингами несколько пластин 1 совместно с герметизирующими прокладками 2 в единый блок. Пластина 1 включает основную теплообменную часть 3, расположенную между двумя распределительно-коллекторными частями 4 и 5, и отверстия 6, 7, 8 и 9, расположенные в угловых частях 10, 11, 12 и 13 распределительно-коллекторных частей соответственно, рифления для расположения герметизирующих прокладок 14, рифления теплообменной части 15, рифления распределительно-коллекторных частей 16 и 17, рифления вблизи отверстий 18. Рифление распределительно-коллекторной части для расположения герметизирующих прокладок может быть выполнено с частями с плавными обводами 19, которые близки к эквидистантам к отверстиям 6, 7, 8 и 9.

Пластинчатый теплообменник работает следующим образом. Среды, которые обмениваются теплом (жидкость-жидкость, жидкость-пар), поступают через фитинги прижимных пластин во входные каналы теплообменника, образованные отверстиями, например, 6 и 8, нескольких пластин 1 совместно с герметизирующими прокладками 2. В случае если охлаждаемая среда поступает в отверстие 6, а нагреваемая - в отверстие 8 и герметизирующие прокладки 2 для прямого тока, то охлаждаемая среда, например, жидкость, проходя в пространстве, ограниченном двумя близлежащими пластинами 1 и герметизирующей прокладкой 2 через распределительную часть 4 пластины 1, затем через основную теплообменную часть 3 пластины 1 и коллекторную часть 5 пластины 1, обменявшись теплом через пластину 1 с нагреваемой средой, поступает через отверстие 7 пластины 1 в выходной канал, образованный отверстиями 7 нескольких пластин 1 совместно с герметизирующими прокладками 2. В это же время нагреваемая среда, проходя в пространстве, ограниченном двумя близлежащими пластинами 1 и герметизирующей прокладкой 2 через распределительную часть 5 пластины 1, затем через основную теплообменную часть 3 пластины 1 и коллекторную часть 4 пластины 1, обменявшись теплом через ту же пластину 1 с охлаждаемой средой, поступает через отверстие 9 пластины 1 в выходной канал, образованный отверстиями 9 нескольких пластин 1 совместно с герметизирующими прокладками 2. При этом потоки обмениваемых теплом сред условно можно назвать параллельными противоточными.

В случае если охлаждаемая среда поступает в отверстие 6, а нагреваемая - в отверстие 9 и герметизирующие прокладки 2 для прямого тока, то охлаждаемая среда, например жидкость, проходя в пространстве, ограниченном двумя близлежащими пластинами 1 и герметизирующей прокладкой 2, через распределительную часть 4 пластины 1, затем через основную теплообменную часть 3 пластины 1 и коллекторную часть 5 пластины 1, обменявшись теплом через пластину 1 с нагреваемой средой, поступает через отверстие 7 пластины 1 в выходной канал, образованный отверстиями 7 нескольких пластин 1 совместно с герметизирующими прокладками 2. В это же время нагреваемая среда, проходя в пространстве, ограниченном двумя близлежащими пластинами 1 и герметизирующей прокладкой 2 через распределительную часть 4 пластины 1, затем через основную теплообменную часть 3 пластины 1 и коллекторную часть 5 пластины 1, обменявшись теплом через ту же пластину 1 с охлаждаемой средой, поступает через отверстие 8 пластины 1 в выходной канал, образованный отверстиями 8 нескольких пластин 1 совместно с герметизирующими прокладками 2. При этом потоки обмениваемых теплом сред условно можно назвать параллельными прямоточными.

Использование герметизирующих прокладок 2 для диагонального потока позволяет создавать пластинчатый теплообменник как для последовательного прямоточного типа движения охлаждаемой и нагреваемой сред, так и для последовательного противоточного типа движения охлаждаемой и нагреваемой сред.

Использование герметизирующих прокладок 2 для диагонального потока и прямого потока позволяет создавать пластинчатый теплообменник многоходовой с частями: последовательного прямоточного, последовательного противоточного, параллельного прямоточного, параллельного противоточного типа движения охлаждаемой и нагреваемой сред.

В процессе теплообмена элементарные объемы жидкости, двигаясь из отверстия, например, 6 вдоль пластины 1, получают большее сопротивление движению в области наименьшего пути от отверстия 6 к основной теплообменной части 3 и меньшее в области наибольшего пути от отверстия 6 к основной теплообменной части 3. При этом обеспечивается выравнивание гидродинамических параметров элементарных объемов жидкости по ширине пластины 1 в пространстве, ограниченном близлежащими пластинами 1 и герметизирующей прокладкой 2, при их подходе от отверстия 6 через распределительную часть 4 к основной теплообменной части 3.

Изготовление пластин для пластинчатого теплообменника может быть осуществлено из известных материалов, например из металлов, известными способами, например штамповкой.

Изготовление герметизирующих прокладок для пластинчатого теплообменника может быть осуществлено из известных материалов, например из резины, известными способами, например литьем и вулканизацией.

Изготовление стягивающих элементов и прижимных пластин с фитингами может быть осуществлено из известных материалов, например из металлов, известными способами.

Сборка пластинчатого теплообменника может быть осуществлена известными способами.

1. Пластинчатый теплообменник, включающий несколько собираемых в блок совместно с герметизирующими прокладками посредством стягивающих элементов через прижимные пластины с фитингами теплообменных пластин, содержащих основную теплообменную часть, расположенную между двумя распределительно-коллекторными частями, и отверстия, расположенные в угловых частях распределительно-коллекторных частей, для обеспечения притока и оттока охлаждаемой или нагреваемой жидкости или пара, рифления для расположения герметизирующих прокладок, рифления теплообменной части, рифления распределительно-коллекторных частей, рифления вблизи отверстий, отличающийся тем, что рифления распределительно-коллекторных частей теплообменных пластин, расположенных в сборе своими отверстиями соосно с фитингами, по меньшей мере, одной прижимной пластины, выполнены таким образом, чтобы обеспечить в пространстве между соседними теплообменными пластинами различное гидродинамическое сопротивление в области распределительно-коллекторных частей с увеличенным его значением в области наименьшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части и уменьшенным его значением в области наибольшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части с выравниванием гидродинамических параметров элементарных объемов охлаждаемой или нагреваемой жидкости при их подходе от входного отверстия через распределительно-коллекторную часть к основной теплообменной части.

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что рифления распределительно-коллекторных частей теплообменных пластин выполнены с переменным шагом - увеличивающимся от области наименьшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части к области наибольшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части.

3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что рифления распределительно-коллекторных частей теплообменных пластин выполнены с переменной пологостью - уменьшающейся от области наименьшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части к области наибольшего пути от входного отверстия к основной теплообменной части.

4. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что рифления распределительно-коллекторных частей соседних теплообменных пластин эквидистантны.

5. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что распределительно-коллекторная часть содержит рифления для расположения герметизирующих прокладок с плавными обводами, части которых близки к эквидистантам к отверстиям.