Теплообменник

Настоящее изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплообменникам для теплообмена между двумя теплоносителями, в частности теплоносителями, находящимися под давлением. Теплообменник для теплообмена между первым и вторым носителями, состоящий из множества собранных в пакет плоских кожухов заданной ширины с воздушным объемом между смежными кожухами в пакете. Каждый кожух образован двумя полукорпусами, сваренными один с другим по периферийной дорожке, упомянутые кожухи связаны один с другим по потоку через соответствующие отверстия, открывающиеся в упомянутый воздушный объем, и также содержащий в упомянутом воздушном объеме, по меньшей мере, одну проставку типа втулки, выполненную вокруг соответствующих отверстий, открывающихся в упомянутый воздушный объем, и в верхней части объединено с упомянутыми смежными кожухами. На вышеупомянутой, по меньшей мере, одной проставке имеются выступы, представляющие собой радиальные спицы, радиально отходящие от нее в упомянутый воздушный объем, чтобы придать жесткость полукорпусам. Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности теплообмена и прочности теплообменника при сохранении компактной конструкции. 1 н. и 24 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Область применения

Настоящее изобретение, в его самом общем аспекте, относится к теплообменникам для теплообмена между первым и вторым носителями.

В частности, но не исключительно, изобретение касается теплообменника для теплообмена между находящимися под давлением носителями, состоящего из множества собранных в пакет плоских кожухов заданной ширины с воздушным объемом между смежными кожухами в пакете, где каждый кожух образован двумя полукорпусами, сваренными один с другим по периферийной дорожке, и кожухи связаны один с другим по потоку через соответствующие отверстия, открывающиеся в упомянутый воздушный объем.

Известный уровень

Известны состоящие из множества кожухов или сплюснутых труб теплообменники для теплообмена между двумя носителями.

Каждый кожух образован двумя полукорпусами с расположенными в определенных местах соответствующими отверстиями, через которые смежные кожухи соединяются коллекторами.

При таком построении каждая пара смежных кожухов образует воздушный объем, в котором идет первый поток носителя, тогда как второй поток носителя, имеющий иную температуру, обтекает множество кожухов.

Таким способом между потоками происходит теплообмен, эффективность которого повышают турбулизацией потоков за счет применения небольших гофрированных пластин, или турбулизаторов, установленных, соответственно, в воздушных объемах и внутри кожухов.

Согласно известному уровню, вышеупомянутые соединительные коллекторы между смежными кожухами - это отрезки труб, сопрягающиеся с полукорпусами и обжатые за счет пластической деформации вокруг соответствующих конических кромок, предусмотренных у отверстий, открывающихся в кожухи.

Реализованные таким образом теплообменники, хотя и имеют преимущества, но не лишены недостатков, главный из которых - низкая механическая стойкость, что ограничивает их применение, в частности, в случаях теплообмена между потоками носителей, находящихся под высоким давлением.

Эта низкая механическая стойкость проявляется как в местах соединений между смежными кожухами, где пластическая деформация не обеспечивает адекватную герметизацию, так и в полукорпусах, которые, в целях эффективности теплообмена между носителями, должны быть выполнены весьма тонкими.

Из этого следует, что реализованные таким образом теплообменники не могут быть применимы, или, в любом случае, они не представляют большого промышленного интереса в случае теплообмена между потоками носителей, когда, по крайней мере, один из них находится под большим давлением; под большим давлением мы понимаем давление выше 10-13 бар.

В US 4379486 описан теплообменник вышеупомянутого типа, состоящий из коллекторов (4а, 4в), у которых имеется одно или более отверстий и которые имеют выступы на боковых сторонах.

В DE 7115268 U описан теплообменник, в котором кожухи (21) зафиксированы стяжками (47) между крайними элементами (29, 36) и в котором на коллекторах (27) имеются удлиненные отверстия.

Сущность изобретения

Технической задачей, лежащей в основе настоящего изобретения, является создание теплообменника для теплообмена между первым и вторым носителями, состоящего из множества собранных в пакет плоских кожухов заданной ширины с воздушным объемом между смежными кожухами в пакете, где каждый кожух образован двумя полукорпусами, сваренными один с другим по периферийной дорожке, и кожухи связаны один с другим по потоку через соответствующие отверстия, открывающиеся в упомянутый воздушный объем, и имеющего такие конструктивные и функциональные характеристики, чтобы преодолеть вышеупомянутые недостатки, другими словами, чтобы обеспечить необычную прочность и механическую стойкость.

Вышеупомянутая задача решается, согласно изобретению, теплообменником описанного выше типа, содержащим в вышеупомянутом воздушном объеме, по меньшей мере, одну проставку типа втулки вокруг соответствующих отверстий, открывающихся в упомянутый воздушный объем, смыкающуюся в верхней части и выполненную объединенно с упомянутыми смежными кожухами.

Выгодным образом в теплообменнике на вышеупомянутой проставке имеются выступы, которые отходят в воздушный объем, чтобы придать жесткость полукорпусам.

Предпочтительно, вышеупомянутые выступы представляют собой радиальные спицы, радиально отходящие от упомянутой проставки.

Выгодным образом вышеупомянутые радиальные спицы практически равномерно разнесены по углу.

Опять предпочтительно, когда вышеупомянутые радиальные спицы выполнены объединенно с проставкой, и еще более предпочтительно, когда радиальные спицы и проставка представляют собой отрезок экструдированного профиля.

Выгодным образом вышеупомянутый экструдированный профиль изготовлен из металлического материала, выбранного из группы, состоящей из алюминия, алюминиевых сплавов, меди, медных сплавов и подобных металлических материалов.

Характеристики и особенности теплообменника по настоящему изобретению станут более ясными из нижеследующего описания со ссылками на приложенные чертежи, которые даны для пояснения и не носят ограничительного характера.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 - схематический фронтальный разрез по линии I-I теплообменника согласно настоящему изобретению;

Фигура 2 - вид в плане по стрелке II теплообменника, изображенного на фигуре 1;

Фигура 3 - укрупненный вид детали теплообменника, изображенного на фигуре 1;

Фигура 4 - вид в разрезе по линии IV- IV на фигуре 3 детали теплообменника, изображенного на фигуре 1;

Фигура 5 - перспективное изображение с пространственным распределением деталей части конструкции теплообменника, изображенного на фигуре 1;

Фигура 6 - часть конструкции теплообменника, изображенного на фигуре 5, по вариантному осуществлению изобретения;

Фигура 7 - деталировка части теплообменника, изображенного на фигуре 5, по иному вариантному осуществлению изобретения;

Фигура 8 - деталь, изображенная на фигуре 4, по иному вариантному осуществлению изобретения.

Подробное описание

Теплообменник для теплообмена между первым носителем, например маслом, и вторым носителем, например воздухом, выполненный согласно настоящему изобретению, обозначен на вышеупомянутых фигурах цифрой 1.

Теплообменник 1 по сути состоит из множества плоских кожухов 2, объединенных на определенном расстоянии друг от друга в пакет 2а, с соответствующими воздушными объемами 3, образованными между кожухами.

Кожухи 2 определенной ширины L зажаты известным способом между первой плитой 4 и второй плитой 5, на последней имеются соединители 5а для пропуска, например, первого из вышеупомянутых носителей.

В приведенном примере у описываемого теплообменника соединители 5а имеют диаметр 1" - один дюйм -(2,54 см).

Каждый из кожухов 2 образован двумя полукорпусами 6, сваренными по периферийной дорожке 6а, каждый из которых имеет отверстия 7 в определенных местах.

Следует отметить, что у вышеупомянутой периферийной дорожки 6а имеется внешняя полка 6в с отогнутым под прямым углом крылом 6 с, и что полукорпуса 6 выполнены из листового алюминия толщиной от 0,1 до 0,4 мм, предпочтительно 0,3 мм.

Через соответствующие отверстия 7, которые в пакете 2а соосны, вышеупомянутые кожухи 2 связаны друг с другом по потоку.

В этих кожухах 2 протекает поток вышеупомянутого первого носителя, а второй носитель протекает в вышеупомянутых воздушных объемах 3, все происходит известным per se образом.

Согласно первой особенности изобретения, в теплообменнике 1 в каждом упомянутом воздушном объеме 3 имеется проставка 8 типа втулки вокруг соответствующих отверстий 7 в полукорпусах 6, которая в верхней части смыкается и выполнена объединенно с упомянутыми смежными кожухами, образуя ненарушаемое механическое соединение смежных кожухов.

Эти проставки 8, выполненные объединенно с кожухами 2, например, припаиванием или сваркой, образуют в местах расположения отверстий 7 пропускные коллекторы для вышеупомянутого первого носителя, сообщающиеся с внутренним объемом кожухов 2.

Согласно второй особенности изобретения, в теплообменнике 1 на каждой проставке 8 имеются выступы 9, отходящие в каждый воздушный объем 3 и являющиеся элементами, придающими жесткость полукорпусам 6.

Применительно к примеру на фигурах 4 и 5 следует отметить, что эти выступы выполнены в форме радиальных спиц 9, радиально выступающих вне от упомянутой проставки 8 и практически равномерно разнесенных по углу на этой проставке 8.

Выгодным образом и согласно еще одной особенности изобретения определенное количество таких радиальных спиц 9, отходящих из проставки 8 (в примере это семь спиц 9а), доходит до вышеупомянутой периферийной дорожки 6а.

В частности, такое определенное количество радиальных спиц 9а отходит до и упирается в вышеупомянутое отогнутое под прямым углом крыло 6с.

Кроме того, выгодным образом остальные радиальные спицы 9а этой же проставки 8 (в примере это три спицы 9в) срезаны по секущей плоскости Т, которая является несущей и опорной плоскостью для гофрированной пластины 11, размещенной в каждом из воздушных объемов 3, и которую специалисты называют "турбулизатор".

В этом плане также следует указать, что вторая гофрированная пластина, или турбулизатор 11а, размещена в каждом кожухе 2.

Назначение вышеупомянутых гофрированных пластин 11, 11а - поднять эффективность теплообмена теплообменника 1, повышая за счет их гофрированных поверхностей, турбулентность потоков носителей, участвующих в теплообмене.

Предпочтительно, когда вышеупомянутые спицы выполнены объединенно с проставкой 8, из которой они выступают, еще более предпочтительно, когда радиальные спицы и проставка представляют собой отрезок экструдированного профиля, изготовленного из металлического материала, выбранного из группы, состоящей из алюминия, алюминиевых сплавов, меди, медных сплавов и схожих металлических материалов.

Следует отметить, что толщина проставки 8 и толщина радиальных спиц 9 составляет от 2 до 4 мм, предпочтительно 3,5 мм.

Опять предпочтительно, что для соосной посадки проставки 8 каждое из вышеупомянутых отверстий 7 каждого полукорпуса 6 предусмотрено с центрирующей кромкой 12, выступающей из полукорпуса 6 в сторону воздушного объема 3.

Главное преимущество теплообменника по настоящему изобретению лежит в его необычной прочности.

Действительно, благодаря проставкам, в верхней части приваренным к кожухам и выполненным объединенно с ними, особая конструктивная прочность придается всему пакету кожухов.

Таким образом реализуется ненарушаемое механическое соединение между смежными кожухами, герметичное и способное выдерживать повышенные нагрузки.

В частности, в обменнике по изобретению за счет проставок, выполненных объединенно с кожухами, а также за счет радиальных спиц, выступающих от каждой проставки и являющихся элементами придания жесткости каждому полукорпусу, усилены части обменника, которые в известном уровне были наиболее подвержены взрывному разрушению.

Теплообменник по изобретению, таким образом, особо пригоден для теплообмена между находящимися под давлением потоками носителей при давлениях 35 бар и выше.

Более того, механическая стойкость обменника улучшается за счет радиальных спиц проставок, которые являются несущими элементами для каждой гофрированной пластины, размещенной в воздушных объемах.

Таким образом, гофрированные пластины прочно зафиксированы радиальными спицами в оптимальном положении, что обеспечивает отличный прирост турбулентности потока носителя, который пересекает воздушные объемы, и оптимальный теплообмен, в частности, при высоких давлениях такого потока.

Другими словами, теплообменник по настоящему изобретению благодаря описанной выше особой конструкции позволяет осуществлять теплообмен между первым носителем, идущим в кожухах, и вторым носителем, идущим в воздушные объемы между смежными кожухами, в частности, и максимально тогда, когда оба потока этих носителей находятся под высоким давлением.

Такая необычная прочность теплообменника по изобретению выгодным образом достигается при сохранении компактной конструкции теплообменника за счет тонкостенных полукорпусов, что требуется для эффективного теплообмена.

Еще одно преимущество, которое достигается теплообменником по изобретению, - это минимальное или пренебрежимо малое падение давления носителей в ходе теплообмена благодаря вышеупомянутому механическому соединению, которое обеспечивает лучшую герметизацию, чем та, которая обеспечивалась до сих пор в известном уровне.

Следует отметить далее, что радиальные спицы, отходящие до выгодным образом отогнутого под прямым углом крыла периферийной дорожки, придают теплообменнику по изобретению реальную механическую стойкость также и при случайных ударах, предохраняя теплообменник от вмятин и подобных нежелательных повреждений, которые могут быть вызваны такими ударами.

Далее со ссылками на пример, изображенный на фигуре 6, описано вариантное осуществление настоящего изобретения, у которого детали и взаимодействующие части имеют такую же структуру, как и в предыдущем примере осуществления, будут обозначены теми же цифрами и символами.

В этом вариантном осуществлении теплообменник содержит имеющие форму втулки проставки 8, выполненные в верхней части объединенно со смежными корпусами 2 и с радиальными спицами 90, выступающими во внутреннюю часть проставки 8.

Вышеупомянутые радиальные спицы 90, выступающие к центру проставки, обрезаны на свободных концах так, чтобы обойти центрирующую кромку 12 соответствующих отверстий 7.

Опять со ссылками на пример, изображенный на фигуре 6, следует отметить, что первая часть 80а проставки 8 изогнута, а вторая часть 80в - прямая и является опорной плоскостью турбулизатора 11.

Для этого вариантного осуществления следует отметить, что выгодным образом давление, оказываемое на проставку изнутри пересекающим кожухи носителем, полностью уравновешено давлением, оказываемым на проставку извне пересекающим воздушные объемы носителем.

В примере, изображенном на фигуре 7, представлено еще одно вариантное осуществление теплообменника по изобретению.

В этом вариантном осуществлении теплообменник содержит имеющие форму втулки проставки 8, каждую с радиальными спицами 90а, выступающими во внутреннюю часть проставки, и радиальными спицами 90в, выступающими вне от проставки. Можно увидеть, что вышеупомянутые радиальные спицы 90в, отходящие вне от проставки 8, являются продолжением радиальных спиц 90а, отходящих во внутреннюю часть проставки.

Важно отметить, что, согласно еще одному вариантному осуществлению, показанному со ссылками на пример, изображенный на фигуре 8, отверстия 7, выполненные на полукорпусах 6 кожухов 8, овальны.

Отверстия, вытянутые по ширине, особенно выгодны в случае большой ширины теплообменника, что предусмотрено для того, чтобы выдерживать высокие скорости потока носителя, циркулирующего в полукорпусах самого теплообменника.

Сведущий в этой области может внести многочисленные усовершенствования в каждый из четырех вышеописанных вариантных осуществлений теплообменника, чтобы удовлетворялись возникающие и специфические требования, но, в любом случае, все эти усовершенствования покрываются объемом защиты изобретения, как определено в приведенной ниже формуле изобретения.

1. Теплообменник для теплообмена между первым и вторым носителями, состоящий из множества собранных в пакет (2а) плоских кожухов (2) заданной ширины (L) с воздушным объемом (3) между смежными кожухами в пакете, где каждый кожух образован двумя полукорпусами (6), сваренными один с другим по периферийной дорожке (6а), упомянутые кожухи (2) связаны один с другим по потоку через соответствующие отверстия (7), открывающиеся в упомянутый воздушный объем (3), и также содержащий в упомянутом воздушном объеме (3), по меньшей мере, одну проставку (8) типа втулки, выполненную вокруг соответствующих отверстий (7), открывающихся в упомянутый воздушный объем (3), и в верхней части объединенную с упомянутыми смежными кожухами (2), отличающийся тем, что на вышеупомянутой, по меньшей мере, одной проставке (8) имеются выступы (9), представляющие собой радиальные спицы (9а, 9в, 90, 90а, 90в), радиально отходящие от нее в упомянутый воздушный объем (3), чтобы придать жесткость полукорпусам (6).

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что упомянутые радиальные спицы (9а, 9в, 90в) отходят наружу упомянутой, по меньшей мере, одной проставки.

3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что упомянутые радиальные спицы (90, 90а) отходят внутрь упомянутой, по меньшей мере, одной проставки.

4. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что упомянутые радиальные спицы - это отходящие наружу упомянутой, по меньшей мере, одной проставки радиальные спицы (90в) и отходящие внутрь упомянутой, по меньшей мере, одной проставки радиальные спицы (90а).

5. Теплообменник по п.4, отличающийся тем, что упомянутые отходящие наружу радиальные спицы (90в) являются продолжением упомянутых отходящих внутрь, по меньшей мере, одной проставки радиальных спиц (90а).

6. Теплообменник по п.2, отличающийся тем, что определенное количество упомянутых спиц (9а), отходящих наружу упомянутой, по меньшей мере, одной проставки (8), доходит, по меньшей мере, до упомянутой периферийной дорожки (6а).

7. Теплообменник по п.4, отличающийся тем, что определенное количество упомянутых спиц (9а), отходящих наружу упомянутой, по меньшей мере, одной проставки (8), доходит, по меньшей мере, до упомянутой периферийной дорожки (6а).

8. Теплообменник по п.6, отличающийся тем, что в каждом полукорпусе (6) на внешней полке (6в) упомянутой периферийной дорожки (6а) имеется отогнутое под прямым углом крыло (6с), и тем, что определенное количество отходящих наружу радиальных спиц (9а) доходит до упомянутого крыла (6с).

9. Теплообменник по п.7, отличающийся тем, что в каждом полукорпусе (6) на внешней полке (6в) упомянутой периферийной дорожки (6а) имеется отогнутое под прямым углом крыло (6с), и тем, что определенное количество отходящих наружу радиальных спиц (9а) доходит до упомянутого крыла (6с).

10. Теплообменник по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что упомянутые радиальные спицы (9а, 9в, 90, 90а, 90в) выполнены объединенно с упомянутой, по меньшей мере, одной проставкой (8).

11. Теплообменник по п.9, отличающийся тем, что упомянутые радиальные спицы (9а, 9в, 90, 90а, 90в) выполнены объединенно с упомянутой, по меньшей мере, одной проставкой (8).

12. Теплообменник по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что упомянутая, по меньшей мере, одна проставка (8) и упомянутые радиальные спицы (9а, 9в, 90, 90а, 90в) являются отрезком экструдированного профиля.

13. Теплообменник по п.9, отличающийся тем, что упомянутая, по меньшей мере, одна проставка (8) и упомянутые радиальные спицы (9а, 9в, 90, 90а, 90в) являются отрезком экструдированного профиля.

14. Теплообменник по п.11, отличающийся тем, что упомянутая, по меньшей мере, одна проставка (8) и упомянутые радиальные спицы (9а, 9в, 90, 90а, 90в) являются отрезком экструдированного профиля.

15. Теплообменник по п.12, отличающийся тем, что упомянутый отрезок экструдированного профиля изготовлен из металлического материала, выбранного из группы, состоящей из алюминия, алюминиевых сплавов, меди, медных сплавов и подобных металлических материалов.

16. Теплообменник по п.13, отличающийся тем, что упомянутый отрезок экструдированного профиля изготовлен из металлического материала, выбранного из группы, состоящей из алюминия, алюминиевых сплавов, меди, медных сплавов и подобных металлических материалов.

17. Теплообменник по п.14, отличающийся тем, что упомянутый отрезок экструдированного профиля изготовлен из металлического материала, выбранного из группы, состоящей из алюминия, алюминиевых сплавов, меди, медных сплавов и подобных металлических материалов.

18. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что упомянутые радиальные спицы (9а, 9в, 90, 90а, 90в) практически равномерно разнесены по углу.

19. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что определенное количество упомянутых радиальных спиц (9в) срезаны по плоскости (Т), являющейся несущей и опорной плоскостью для гофрированной пластины (11), размещенной в упомянутом воздушном объеме (3).

20. Теплообменник по п.10, отличающийся тем, что, по меньшей мере, у одного из упомянутых отверстий (7), открывающихся в упомянутый воздушный объем (3), имеется центрирующая кромка (12) для упомянутой, по меньшей мере, одной проставки (8).

21. Теплообменник по п.10, отличающийся тем, что упомянутые отверстия (7) вытянуты.

22. Теплообменник по п.21, отличающийся тем, что упомянутые отверстия (7) вытянуты в направлении ширины (L) упомянутых кожухов (2).

23. Теплообменник по п.10, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна проставка (8) имеет определенную толщину в пределах 2-4 мм, предпочтительно 3,5 мм.

24. Теплообменник по п.11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна проставка (8) имеет определенную толщину в пределах 2-4 мм, предпочтительно 3,5 мм.

25. Теплообменник по п.17, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна проставка (8) имеет определенную толщину в пределах 2-4 мм, предпочтительно 3,5 мм.