Теплопередающая пластина и пластинчатый теплообменник, содержащий такую теплопередающую пластину

Предложены теплопередающая пластина (8) и пластинчатый теплообменник (2), содержащий такую теплопередающую пластину. Теплопередающая пластина имеет центрально продолжающуюся плоскость (c-c) и содержит первую концевую область (28), теплопередающую область (32) и вторую концевую область (30), расположенные последовательно вдоль продольной центральной оси (y) теплопередающей пластины. Продольная центральная ось разделяет теплопередающую пластину на первую и вторую половины (20, 22). Первая концевая область содержит отверстие (34) впускного проема, расположенное в первой половине теплопередающей пластины, распределительную область (42) и переходную область (44). Переходная область примыкает к распределительной области вдоль первой граничной линии (46) и к теплопередающей области вдоль второй граничной линии (48). Распределительная область имеет распределительный рисунок из распределительных выступов (64) и распределительных углублений (66) относительно центрально продолжающейся плоскости, переходная область имеет переходный рисунок из переходных выступов (84) и переходных углублений (86) относительно центрально продолжающейся плоскости и теплопередающая область имеет теплопередающий рисунок из теплопередающих выступов (112) и теплопередающих углублений (114) относительно центрально продолжающейся плоскости. Переходный рисунок отличается от распределительного рисунка и теплопередающего рисунка. Воображаемая прямая линия (92) продолжается между двумя конечными точками (94, 96) каждого переходного выступа под углом α относительно продольной центральной оси. Указанный угол изменяется между переходными выступами и увеличивается в направлении от первой длинной стороны ко второй длинной стороне. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к теплопередающей пластине в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения. Изобретение также относится к пластинчатому теплообменнику, содержащему такую теплопередающую пластину.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Пластинчатые теплообменники, как правило, состоят из двух концевых пластин, между которыми некоторое количество теплопередающих пластин расположено с обеспечением их выравнивания, при этом каналы образованы между теплопередающими пластинами. Две текучие среды с исходно различающимися температурами могут проходить по каждому второму каналу для передачи тепла от одной текучей среды к другой, при этом указанные текучие среды входят в каналы и выходят из каналов через отверстия впускных и выпускных проемов в теплопередающих пластинах.

Как правило, теплопередающая пластина содержит две концевые области и промежуточную теплопередающую область. Концевые области содержат отверстия впускных и выпускных проемов и распределительную область, в которой путем прессования образован распределительный рисунок из выступов и углублений, таких как гребни и впадины, относительно базовой плоскости теплопередающей пластины. Аналогичным образом, в теплопередающей области путем прессования образован теплопередающий рисунок из выступов и углублений, таких как гребни и впадины, относительно указанной базовой плоскости. Гребни распределительного и теплопередающего рисунков одной теплопередающей пластины расположены с возможностью контакта - в областях контакта - с впадинами распределительного и теплопередающего рисунков другой, соседней теплопередающей пластины в пластинчатом теплообменнике. Основная задача распределительной области теплопередающих пластин состоит в распределении текучей среды, входящей в канал, по ширине теплопередающей пластины до того, как текучая среда достигнет теплопередающей области, и в сборе текучей среды и ее направлении из канала после того, как она пройдет через теплопередающую область. Напротив, основная задача теплопередающей области состоит в передаче тепла.

Поскольку распределительная область и теплопередающая область имеют разные основные функции, распределительный рисунок обычно отличается от теплопередающего рисунка. Распределительный рисунок таков, что он обеспечивает сравнительно слабое сопротивление потоку и малое падение давления, которое, как правило, ассоциируется с более «открытой» конфигурацией распределительного рисунка, такого как так называемый рисунок шоколада, обеспечивающий сравнительно малое число областей контакта, но большие области контакта между смежными теплопередающими пластинами. Теплопередающий рисунок таков, что он обеспечивает сравнительно сильное сопротивление потоку и большое падение давления, которое, как правило, ассоциируется с более «плотной» конфигурацией теплопередающего рисунка, такого как так называемый шевронный рисунок, обеспечивающий больше областей контакта, но области контакта меньшего размера между смежными теплопередающими пластинами.

Местоположения и плотность расположения областей контакта между двумя смежными теплопередающими пластинами зависят не только от расстояния между гребнями и впадинами обеих теплопередающих пластин, но также от направления гребней и впадин обеих теплопередающих пластин. В качестве примера, если рисунки двух теплопередающих пластин являются аналогичными, но зеркально-симметричными, как проиллюстрировано на фиг. 1а, на которой сплошные линии соответствуют гребням нижней теплопередающей пластины и пунктирные линии соответствуют впадинам верхней теплопередающей пластины, то области контакта между теплопередающими пластинами (точки пересечения) будут расположены на воображаемых эквидистантных прямых линиях (штрихпунктирных), которые перпендикулярны к продольной центральной оси L теплопередающих пластин. Напротив, как проиллюстрировано на фиг. 1b, если гребни нижней теплопередающей пластины имеют меньший угол наклона, чем впадины верхней теплопередающей пластины, области контакта между теплопередающими пластины вместо этого будут расположены на воображаемых эквидистантных прямых линиях, которые не перпендикулярны к продольной центральной оси. В качестве другого примера меньшее расстояние между гребнями и впадинами соответствует большему числу областей контакта. В качестве последнего примера, проиллюстрированного на фиг. 1с, гребни и впадины c бóльшим углом наклона соответствуют большему расстоянию между воображаемыми эквидистантными прямыми линиями и меньшему расстоянию между областями контакта, расположенными на одной и той же воображаемой эквидистантной прямой линии.

В переходной области между распределительной областью и теплопередающей областью, то есть в области, где рисунок пластины изменяется, прочность теплопередающей пластины может быть в некоторой степени уменьшена по сравнению с прочностью остальной части пластины. Кроме того, чем более рассредоточены области контакта в переходной области, тем ниже может быть прочность. Следовательно, аналогичные, но зеркально-симметричные рисунки двух смежных теплопередающих пластин с имеющими большой угол наклона, плотно расположенными гребнями и впадинами, как правило, приводят к более прочной переходной области по сравнению с другими рисунками с имеющими меньший угол наклона, менее плотно расположенными гребнями и впадинами.

Пластинчатый теплообменник может содержать теплопередающие пластины одного или нескольких разных типов в зависимости от его применения. Как правило, различие между типами теплопередающих пластин заключается в конструкции их теплопередающих областей, при этом остальная часть теплопередающих пластин является по существу аналогичной. В качестве примера могут быть предусмотрены два разных типа теплопередающих пластин, один с теплопередающим рисунком, характеризующимся большим углом наклона, так называемым рисунком с низким значением тета, который, как правило, ассоциируется со сравнительно низкой теплопередающей способностью, и один с теплопередающим рисунком, характеризующимся меньшим углом наклона, так называемым рисунком с высоким значением тета, который, как правило, ассоциируется со сравнительно высокой теплопередающей способностью. Пакет пластин, содержащий только теплопередающие пластины с низким значением тета, будет сравнительно прочным, поскольку он ассоциируется с максимальным числом областей контакта, расположенных на одном и том же расстоянии от переходной области между распределительной и теплопередающей областями. С другой стороны, пакет пластин, содержащий расположенные попеременно теплопередающие пластины с высоким значением тета и низким значением тета, будет сравнительно непрочным, поскольку он ассоциируется с меньшим числом областей контакта, расположенных на одном и том же расстоянии от переходной области.

Вышеуказанная проблема дополнительно описана в патенте Швеции SE 528879 на имя заявителя, который настоящим включен в данный документ путем ссылки и в котором также раскрывается решение данной проблемы. Решение предусматривает выполнение узкой полосы между распределительной и теплопередающей областями теплопередающих пластин независимо от типа пластин. Узкая полоса выполнена с шевронным рисунком, в частности, с плотно расположенными и имеющими большой угол наклона гребнями и впадинами. Таким образом, область перехода к распределительной области будет одинаковой и сравнительно прочной независимо от того, какие типы теплопередающих пластин содержит пакет пластин.

Тем не менее, даже если вышеуказанная узкая полоса решает проблему прочности в области перехода к распределительной области, она занимает ценную площадь поверхности теплопередающих пластин, не будучи ассоциируемой ни с эффективным распределением текучей среды вследствие плотности расположения гребней и впадин, ни с эффективной теплопередачей вследствие большого угла наклона гребней и впадин. Более точно, теплопередающая способность узкой полосы является относительно низкой по сравнению с теплопередающей способностью теплопередающей поверхности теплопередающей пластины с высоким значением тета. Однако теплопередающие способности узкой полосы и теплопередающей поверхности теплопередающей пластины с низким значением тета могут быть приблизительно одинаковыми.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения состоит в разработке теплопередающей пластины со сравнительно прочной областью перехода к распределительной области, а также с более эффективным использованием площади поверхности теплопередающей пластины по сравнению с уровнем техники. Основная идея изобретения состоит в обеспечении переходной области между распределительной областью и теплопередающей областью теплопередающей пластины, при этом в указанной переходной области путем прессования образован рисунок из выступов и углублений, которые расходятся друг от друга. Другая задача настоящего изобретения состоит в разработке пластинчатого теплообменника, содержащего такую теплопередающую пластину. Теплопередающая пластина и пластинчатый теплообменник, предназначенные для решения вышеуказанных задач, определены в приложенной формуле изобретения и рассмотрены ниже.

Теплопередающая пластина в соответствии с настоящим изобретением имеет центрально продолжающуюся плоскость и содержит первую концевую область, теплопередающую область и вторую концевую область, расположенные последовательно вдоль продольной центральной оси теплопередающей пластины. Продольная центральная ось разделяет теплопередающую пластину на первую и вторую половины, ограниченные соответственно первой и второй длинными сторонами. Первая концевая область содержит отверстие впускного проема, расположенное в первой половине теплопередающей пластины, распределительную область и переходную область. Переходная область примыкает к распределительной области вдоль первой граничной линии и к теплопередающей области вдоль второй граничной линии. Распределительная область имеет распределительный рисунок из распределительных выступов и распределительных углублений относительно центрально продолжающейся плоскости, переходная область имеет переходный рисунок из переходных выступов и переходных углублений относительно центрально продолжающейся плоскости и теплопередающая область имеет теплопередающий рисунок из теплопередающих выступов и теплопередающих углублений относительно центрально продолжающейся плоскости. Переходный рисунок отличается от распределительного рисунка и теплопередающего рисунка. Кроме того, переходные выступы содержат переходные области контакта, расположенные с возможностью контакта с другой теплопередающей пластиной. Воображаемая прямая линия продолжается между двумя конечными точками каждого переходного выступа под некоторым углом относительно продольной центральной оси. Теплопередающая пластина отличается тем, что указанный угол изменяется среди переходных выступов и увеличивается в направлении от первой длинной стороны ко второй длинной стороне.

Продольная центральная ось параллельна центрально продолжающейся плоскости.

Теплопередающие пластины часто являются по существу прямоугольными. В этом случае первая и вторая длинные стороны по существу параллельны друг другу и продольной центральной оси.

Переходные выступы (и переходные углубления) могут иметь любую форму, такую как прямолинейная или криволинейная или комбинация прямолинейной и криволинейной форм, и они могут иметь или не иметь разные формы, если сравнить их друг с другом. В случае прямолинейного переходного выступа соответствующая воображаемая прямая линия будет продолжаться вдоль всего переходного выступа. Этого не будет в случае криволинейного переходного выступа.

Все переходные выступы могут соответствовать разным углам, или некоторые, но не все из переходных выступов могут соответствовать одному и тому же углу при условии, что угол переходного выступа в области, находящейся ближе ко второй длинной стороне, будет не меньше угла переходного выступа в области, находящейся ближе к первой длинной стороне.

Как описано во введении, основная задача распределительной области состоит в направлении текучей среды из отверстия впускного проема к теплопередающей области и, следовательно, к переходной области и в распределении текучей среды по ширине теплопередающей пластины. За счет того, что угол переходных выступов увеличивается при увеличении расстояния до отверстия впускного проема теплопередающей пластины, переходная область также будет вносить значительный вклад в распределение текучей среды по теплопередающей пластине, особенно в распределение текучей среды по расположенной вдоль второй длинной стороны, наружной части второй половины теплопередающей пластины. Кроме того, такой увеличивающийся угол переходных выступов также связан с возрастающей теплопередающей способностью.

Первая граничная линия теплопередающей пластины, то есть граница между распределительной и переходной областями, может быть криволинейной. Таким образом, прочность на изгиб теплопередающей пластины может быть увеличена по сравнению со случаем, в котором вместо этого первая граничная линия является прямой и в котором первая граничная линия может функционировать в качестве линии изгиба теплопередающей пластины.

Кроме того, криволинейность первой граничной линии может быть обеспечена множеством разных способов. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения первая граничная линия является дугообразной и выпуклой, если смотреть со стороны теплопередающей области. Подобная выпуклая первая граничная линия имеет бóльшую длину, чем та, которую имела бы соответствующая прямая первая граничная линия, что приводит к большему «вылету» выпускной области, что, в свою очередь, способствует распределению текучей среды по ширине теплопередающей пластины. Таким образом, распределительная область может быть выполнена меньшей при сохраненной эффективности распределения.

Распределительный рисунок может быть таким, что распределительные выступы будут расположены в виде групп выступов и распределительные углубления будут расположены в виде групп углублений. Кроме того, распределительные выступы из каждой группы выступов расположены вдоль соответствующей воображаемой линии выступов, продолжающейся от соответствующего первого распределительного выступа до первой граничной линии. Аналогичным образом, распределительные углубления из каждой группы углублений расположены вдоль соответствующей воображаемой линии углублений, продолжающейся от соответствующего первого распределительного углубления до первой граничной линии. Основной путь потока через распределительную область на передней стороне определяется двумя смежными линиями выступов и основной путь потока через распределительную область на задней стороне определяется двумя смежными линиями углублений. Кроме того, распределительный рисунок может быть таким, что линии выступов будут пересекаться с линиями углублений в точках пересечения для образования решетки. Один пример рисунка с вышеуказанной конфигурацией представляет собой так называемый рисунок шоколада, который является хорошо известным и эффективным распределительным рисунком.

Точка пересечения каждой линии выступов, которая является ближайшей к первой граничной линии, может быть расположена на воображаемой соединительной линии, при этом указанная соединительная линия параллельна первой граничной линии. Данное расположение означает, что расстояние между каждой самой дальней от центра точкой пересечения в решетке и первой граничной линией будет одним и тем же, что предпочтительно для прочности теплопередающей пластины. Вышеуказанная соединительная линия может даже совпадать с первой граничной линией, что может привести к оптимизации прочности теплопередающей пластины.

Переходный рисунок теплопередающей пластины может быть таким, что воображаемая линия продолжения, продолжающаяся вдоль каждого переходного выступа, будет аналогична соответствующей части третьей граничной линии, которая ограничивает распределительную и переходную области и продолжается параллельно самой длинной из линий выступов и дальше через соответствующую конечную точку первой и второй граничных линий. Кроме того, каждая из остальных линий выступов также может быть аналогична соответствующей части указанной самой длинной из линий выступов. В соответствии с данными вариантами осуществления переходный рисунок может быть адаптирован к распределительному рисунку, при этом переходные выступы могут быть образованы в виде «удлинений» линий выступов распределительного рисунка. Таким образом, обеспечивается возможность «плавного» перехода между распределительной и переходной областями. Подобный «плавный» переход ассоциируется с низким падением давления, что предпочтительно с точки зрения распределения текучей среды. Более точно, это обеспечивает возможность более эффективного распределения текучей среды по ширине теплопередающей пластины, особенно по расположенной вдоль второй длинной стороны, наружной части второй половины теплопередающей пластины.

Теплопередающая пластина по изобретению может быть выполнена с такой конструкцией, что первое расстояние между двумя смежными выступами из переходных выступов будет меньше второго расстояния между двумя смежными линиями из линий выступов распределительной области. Следовательно, увеличение поверхности и, таким образом, теплопередающей способности могут быть больше в переходной области, чем в распределительной области. Кроме того, как разъяснено во введении, более плотно расположенные переходные выступы ассоциируются с более плотно расположенными областями контакта между двумя смежными теплопередающими пластинами, что предпочтительно для прочности теплопередающих пластин.

В соответствии с одним вариантом осуществления теплопередающей пластины переходный рисунок таков, что переходная область контакта каждого переходного выступа, которая является ближайшей к первой граничной линии, расположена на воображаемой линии контакта, при этом указанная линия контакта параллельна первой граничной линии. Данное расположение означает, что расстояние между каждой самой дальней от центра, переходной областью контакта и первой граничной линией будет одним и тем же, что предпочтительно для прочности теплопередающей пластины.

Подобно первой граничной линии теплопередающей пластины, вторая граничная линия, то есть граница между переходной и теплопередающей областями, может быть криволинейной, например дугообразной и выпуклой, если смотреть со стороны теплопередающей области, в результате чего обеспечиваются те же преимущества.

Пластинчатый теплообменник в соответствии с настоящим изобретением содержит теплопередающую пластину, подобную описанной выше.

Другие задачи, признаки, аспекты и преимущества изобретения станут очевидными из нижеприведенного подробного описания, а также из чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение далее будет описано более подробно со ссылкой на приложенные схематические чертежи, на которых

фиг. 1а-1с иллюстрируют области контакта между различными парами рисунков теплопередающих пластин;

фиг. 2 представляет собой вид спереди пластинчатого теплообменника;

фиг. 3 представляет собой вид сбоку пластинчатого теплообменника по фиг. 2;

фиг. 4 представляет собой вид в плане теплопередающей пластины;

фиг. 5 представляет собой увеличенное изображение части теплопередающей пластины по фиг. 4;

фиг. 6 содержит увеличенное изображение участка части теплопередающей пластины по фиг. 5 и схематически иллюстрирует области контакта части теплопередающей пластины;

фиг. 7 представляет собой схематическое поперечное сечение распределительных выступов распределительного рисунка теплопередающей пластины;

фиг. 8 представляет собой схематическое поперечное сечение распределительных углублений распределительного рисунка теплопередающей пластины;

фиг. 9 представляет собой схематическое поперечное сечение переходных выступов и переходных углублений переходного рисунка теплопередающей пластины и

фиг. 10 представляет собой схематическое поперечное сечение теплопередающих выступов и теплопередающих углублений теплопередающего рисунка теплопередающей пластины.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 2 и 3 показан разборный пластинчатый теплообменник 2. Он содержит первую концевую пластину 4, вторую концевую пластину 6 и некоторое количество теплопередающих пластин, расположенных соответственно между первой и второй концевыми пластинами 4 и 6. Теплопередающие пластины представляют собой теплопередающие пластины двух разных типов. Один тип имеет теплопередающий рисунок со средним значением тета, в то время как другой имеет теплопередающий рисунок с высоким значением тета, при этом в других отношениях данные типы по существу аналогичны. Одна из теплопередающих пластин с теплопередающим рисунком со средним значением тета, обозначенная ссылочной позицией 8, проиллюстрирована более подробно на фиг. 4. Разные теплопередающие пластины расположены попеременно в пакете 9 пластин, при этом передняя сторона (проиллюстрированная на фиг. 4) одной теплопередающей пластины обращена к задней стороне соседней теплопередающей пластины. Каждая вторая теплопередающая пластина повернута на 180 градусов относительно базовой ориентации (проиллюстрированной на фиг. 4) вокруг направления нормали к плоскости чертежа по фиг. 4.

Теплопередающие пластины отделены друг от друга прокладками (не показанными). Теплопередающие пластины вместе с прокладками образуют параллельные каналы, расположенные с возможностью приема двух текучих сред для передачи тепла от одной текучей среды к другой. Для этого обеспечивается проход первой текучей среды в каждом втором канале и обеспечивается проход второй текучей среды в остальных каналах. Первая текучая среда входит в пластинчатый теплообменник 2 и выходит из пластинчатого теплообменника 2 соответственно через вход 10 и выход 12. Аналогичным образом, вторая текучая среда входит в пластинчатый теплообменник 2 и выходит из пластинчатого теплообменника 2 соответственно через вход 14 и выход 16. Вышеуказанные входы и выходы не будут описаны подробно в данном документе. Вместо этого делается ссылка на одновременно находящуюся на рассмотрении патентную заявку заявителя, озаглавленную “Heat exchanger plate and plate heat exchanger comprising such a heat exchanger plate” («Пластина теплообменника и пластинчатый теплообменник, содержащий такую пластину теплообменника»), имеющую такую же дату подачи, как настоящая заявка, и настоящим включенную в данный документ. Для обеспечения герметизации каналов теплопередающие пластины должны быть прижаты друг к другу, в результате чего прокладки обеспечивают уплотнение между теплопередающими пластинами. Для этого пластинчатый теплообменник 2 содержит некоторое количество средств 18 затягивания, расположенных с возможностью поджима первой и второй концевых пластин 4 и 6 соответственно по направлению друг к другу.

Теплопередающая пластина 8 далее будет описана дополнительно со ссылкой на фиг. 4, 5 и 6, которые иллюстрируют соответственно целую теплопередающую пластину, часть А теплопередающей пластины и участок С части А теплопередающей пластины, и фиг. 7, 8, 9 и 10, которые иллюстрируют поперечные сечения выступов и углублений теплопередающей пластины. Теплопередающая пластина 8 представляет собой по существу прямоугольный лист нержавеющей стали. Она имеет центрально продолжающуюся плоскость c-c (см. фиг. 3), параллельную плоскости чертежа по фиг. 4, 5 и 6 и вертикальной центральной оси y теплопередающей пластины 8. Вертикальная центральная ось y разделяет теплопередающую пластину 8 на первую половину 20 и вторую половину 22, имеющие соответственно первую длинную сторону 24 и вторую длинную сторону 26. Теплопередающая пластина 8 содержит первую концевую область 28, вторую концевую область 30 и теплопередающую область 32, расположенную между ними. В свою очередь, первая концевая область 28 имеет отверстие 34 впускного проема для первой текучей среды и отверстие 36 выпускного проема для второй текучей среды, расположенные с возможностью сообщения соответственно с входом 10 и выходом 16 пластинчатого теплообменника 2. Аналогичным образом, в свою очередь, вторая концевая область 30 имеет отверстие 38 впускного проема для второй текучей среды и отверстие 40 выпускного проема для первой текучей среды, расположенные с возможностью сообщения соответственно с входом 14 и выходом 12 пластинчатого теплообменника 2. В дальнейшем будет описана только первая концевая область из первой и второй концевых областей, поскольку конструкции первой и второй концевых областей являются одинаковыми, но зеркально-симметричными относительно поперечной центральной оси x.

Первая концевая область 28 содержит распределительную область 42 и переходную область 44. Первая граничная линия 46 разделяет распределительную и переходную области, и переходная область 44 граничит с теплопередающей областью 32 вдоль второй граничной линии 48. Третья и четвертая граничные линии, обозначенные соответственно 50 и 52, которые проходят от точки 54 соединения до соответствующей конечной точки 56 и 58 второй граничной линии 48 через соответствующую конечную точку 60 и 62 первой граничной линии 46, отделяют распределительную область 42 и переходную область 44 от остальной части первой концевой области 28. Распределительная область простирается от первой граничной линии 46 между отверстиями 34 и 36 соответственно впускного и выпускного проемов. Первая и вторая граничные линии 46 и 48 соответственно обе являются вогнутыми, если смотреть со стороны распределительной области 42. Однако первая граничная линия 46 имеет меньший радиус кривизны по сравнению со второй граничной линией 48, что приводит к получению переходной области 44 с изменяющейся шириной.

В распределительной области 42 путем прессования образован распределительный рисунок из удлиненных распределительных выступов 64 (четырехугольники из сплошных линий) и распределительных углублений 66 (четырехугольники из пунктирных линий) относительно центрально продолжающейся плоскости c-c, см. фиг. 6. Только несколько данных распределительных выступов и углублений проиллюстрированы на чертежах. Распределительные выступы 64 разделены на некоторое количество групп выступов, и распределительные выступы из каждой группы выступов расположены вдоль соответствующей воображаемой линии 68 выступов, продолжающейся от первого распределительного выступа 70 из группы выступов до первой граничной линии 46. Фиг. 7 иллюстрирует поперечное сечение распределительных выступов 64, выполненное по существу перпендикулярно к соответствующим воображаемым линиям 68 выступов. Самой длинной из линий 68 выступов является линия, ближайшая к отверстию 36 выпускного проема, и она обозначена ссылочной позицией 72. Все остальные линии выступов аналогичны соответствующей части самой длинной линии 72 выступов, при этом указанная часть продолжается от конечной точки 74 самой длинной линии выступов. Таким образом, все линии 68 выступов являются параллельными. Кроме того, третья граничная линия 50 параллельна линиям 68 выступов.

Аналогичным образом, распределительные углубления 66 разделены на некоторое количество групп углублений, и распределительные углубления из каждой группы углублений расположены вдоль соответствующей воображаемой линии 76 углублений, продолжающейся от первого распределительного углубления 78 из группы углублений до первой граничной линии 46. Фиг. 8 иллюстрирует поперечное сечение распределительных углублений 66, выполненное по существу перпендикулярно к соответствующей воображаемой линии 76 углублений. Самой длинной из линий 76 углублений является линия, ближайшая к отверстию 34 впускного проема, и она обозначена ссылочной позицией 80. Все остальные линии углублений аналогичны соответствующей части самой длинной линии 80 углублений, при этом указанная часть продолжается от конечной точки 82 самой длинной линии углублений. Таким образом, все линии 76 углублений являются параллельными. Кроме того, четвертая граничная линия 52 параллельна линиям 76 углублений. Самая длинная линия 80 углублений и самая длинная линия 72 выступов являются аналогичными, но зеркально-симметричными относительно продольной центральной оси y.

Воображаемые линии 68 выступов, представляющих собой распределительные выступы 64, пересекают воображаемые линии 76 углублений, представляющих собой распределительные углубления 66, в точках 71 пересечения для образования решетки 73. Точка пересечения каждой линии 68 выступов, которая является ближайшей к первой граничной линии 46, обозначена ссылочной позицией 75 и расположена на воображаемой соединительной линии 77 (проиллюстрирована пунктирной линией только на фиг. 6). Соединительная линия 77 параллельна первой граничной линии 46. Как было рассмотрено ранее, это способствует высокой прочности теплопередающей пластины 8 в области перехода соответственно между распределительной и переходной областями 42 и 44. Распределительные выступы 64 теплопередающей пластины 8 расположены с возможностью контакта вдоль всей их протяженности с соответствующими распределительными углублениями во второй концевой области вышерасположенной теплопередающей пластины, в то время как распределительные углубления 66 расположены с возможностью контакта вдоль всей их протяженности с соответствующими распределительными углублениями во второй концевой области нижерасположенной теплопередающей пластины. Распределительный рисунок представляет собой так называемый рисунок шоколада.

В переходной области 44 путем прессования образован переходный рисунок из расположенных попеременно, переходных выступов 84 и переходных углублений 86 (фиг.9) в виде соответственно гребней и впадин относительно центрально продолжающейся плоскости c-c, при этом все указанные гребни и впадины проходят от второй граничной линии 48. На фиг. 4 вершины данных гребней проиллюстрированы посредством воображаемых линий 88 продолжения, в то время как «днища» данных впадин (но лишь нескольких из них) проиллюстрированы посредством воображаемых линий 90 продолжения. На фиг. 5 и 6 для ясности проиллюстрированы только воображаемые линии 88 продолжения гребней или переходных выступов 84. Фиг. 9 иллюстрирует поперечное сечение переходных выступов 84 и переходных углублений 86, выполненное по существу перпендикулярно к соответствующим воображаемым линиям 88 и 90 продолжения. Каждая из линий 88 и 90 продолжения аналогична соответствующей части третьей граничной линии 50. Более точно, линия продолжения, близкая к первой длинной стороне 24 теплопередающей пластины 8, аналогична верхнему участку третьей граничной линии 50, в то время как линия продолжения, близкая ко второй длинной стороне 26, аналогична нижнему участку третьей граничной линии и линия продолжения в центре теплопередающей пластины аналогична центральному участку третьей граничной линии. Таким образом, переходный рисунок адаптирован к распределительному рисунку, что приводит к сравнительно плавному переходу между распределительной областью 42 и переходной областью 44, что, в свою очередь, предпочтительно для распределения текучей среды по теплопередающей пластине.

Третья граничная линия 50 содержит прямолинейные, а также криволинейные участки, что означает, что линии 88 и 90 продолжения и, следовательно, переходные выступы 84 и переходные углубления 86 также будут содержать прямолинейные, а также криволинейные участки. Кроме того, переходный рисунок является «расходящимся», что означает, что переходные выступы 84, а также переходные углубления 86 не являются параллельными. Более точно, угол α между продольной центральной осью y и воображаемой прямой линией 92, которая продолжается между двумя конечными точками 94 и 96 каждого переходного выступа 84 и переходного углубления 86 (проиллюстрирована для двух из переходных выступов на фиг. 4), изменяется среди переходных выступов и углублений и увеличивается в направлении от первой длинной стороны 24 ко второй длинной стороне 26 теплопередающей пластины 8. Другими словами, переходные выступы 84 и переходные углубления 86 имеют больший угол наклона рядом с первой длинной стороной, чем рядом со второй длинной стороной. Как было разъяснено ранее, это предпочтительно для распределения текучей среды по теплопередающей пластине.

Переходные выступы 84 содержат переходные области 98 контакта, имеющие по существу форму точек и расположенные с возможностью контактного взаимодействия с соответствующими имеющими форму точек, переходными областями контакта переходных углублений во второй концевой области вышерасположенной теплопередающей пластины. Это проиллюстрировано на фиг. 6, на которой днища данных вышерасположенных переходных углублений были проиллюстрированы посредством воображаемых линий 100 продолжения. Следует подчеркнуть, что фиг. 6 не иллюстрирует контактное взаимодействие с вышерасположенной теплопередающей пластиной за пределами переходной и теплопередающей областей. Аналогичным образом, переходные углубления 86 содержат переходные области контакта, имеющие по существу форму точек и расположенные с возможностью контактного взаимодействия с соответствующими имеющими форму точек переходными областями контакта переходных выступов во второй концевой области нижерасположенной теплопередающей пластины (не проиллюстрировано). Переходный рисунок представляет собой так называемый шевронный рисунок.

Переходная область контакта каждого переходного выступа 84, которая является ближайшей к первой граничной линии 46, обозначена ссылочной позицией 102 и расположена на воображаемой линии 104 контакта (проиллюстрирована в виде штрихпунктирной линии только на фиг. 6), которая параллельна первой граничной линии 46. Как было рассмотрено ранее, это способствует высокой прочности теплопередающей пластины 8 в области перехода соответственно между распределительной и переходной областями 42 и 44.

Теплопередающая область 32 разделена на некоторое число теплопередающих подобластей, расположенных последовательно вдоль продольной центральной оси y теплопередающей пластины 8. Теплопередающая подобласть 106 примыкает к переходной области 44 вдоль второй граничной линии 48 и к теплопередающей подобласти 108 вдоль пятой граничной линии 110. Вторая и пятая граничные линии являются аналогичными, но зеркально-симметричными относительно оси, которая параллельна поперечной центральной оси x. Таким образом, пятая граничная линия 110 является выпуклой, если смотреть со стороны переходной области 44. В соответствии с тем, что было рассмотрено ранее, это способствует высокой прочности теплопередающей пластины 8 в области перехода между соответствующими теплопередающими подобластями 106 и 108. Как видно на фиг. 4, аналогичные дугообразные граничные линии могут быть также обнаружены между остальными теплопередающими подобластями.

Теплопередающие подобласти представляют собой подобласти двух различных типов, которые расположены попеременно. В дальнейшем теплопередающая подобласть 106 будет описана со ссылкой на фиг. 4, 5, 6 и 10. На ней путем прессования образован теплопередающий рисунок из расположенных попеременно, по существу прямолинейных теплопередающих выступов 112 и теплопередающих углублений 114 соответственно в виде гребней и впадин относительно центрально продолжающейся плоскости c-c. Теплопередающий рисунок первой половины 20 теплопередающей пластины и теплопередающий рисунок второй половины 22 теплопередающей пластины 8 являются аналогичными, но зеркально-симметричными относительно продольной центральной оси y. Кроме того, теплопередающие выступы и углубления в первой половине 20 являются параллельными, что означает, что теплопередающие выступы и углубления во второй половине 22 также являются параллельными. На фиг. 4, 5 и 6 вершины теплопередающих выступов 112 проиллюстрированы («днища» не проиллюстрированы) посредством воображаемых линий 117 продолжения. Фиг. 10 иллюстрирует поперечное сечение теплопередающих выступов 112 и теплопередающих углублений 114, выполненное перпендикулярно к соответствующим линиям 117 продолжения.

Теплопередающие выступы 112 содержат теплопередающие области 118 контакта, имеющие по существу форму точек и расположенные с возможностью контактного взаимодействия с соответствующими имеющими форму точек теплопередающими областями контакта теплопередающих углублений вышерасположенной теплопередающей пластины. Это проиллюстрировано на фиг. 6, на которой днища данных вышерасположенных теплопередающих углублений были проиллюстрированы посредством воображаемых линий 120 продолжения. Как разъяснено в качестве введения, поскольку теплопередающая пластина 8 имеет теплопередающий рисунок со средним значением тета, в то время как вышерасположенная теплопередающая пластина имеет теплопередающий рисунок с высоким значением тета, области контакта между двумя теплопередающими пластинами будут расположены вдоль воображаемых параллельных прямых линий 122, которые не перпендикулярны к продольной центральной оси y теплопередающей пластины 8. Таким образом, если бы теплопередающие пластины не были бы выполнены с переходными областями, прочность теплопередающих пластин в области перехода к распределительной области была бы сравнительно низкой. Аналогичным образом, теплопередающие углубления 114 содержат теплопередающие области контакта, имеющие по существу форму точек и расположенные с возможностью контактного взаимодействия с соответствующими имеющими форму точек, теплопередающими областями контакта теплопередающих выступов нижерасположенной теплопередающей пластины (не проиллюстрировано). Теплопередающий рисунок представляет собой так называемый шевронный рисунок.

Как очевидно из чертежей и в особенности из фиг. 6, первое расстояние d1 между двумя смежными выступами (углублениями) из переходных выступов 84 (или переходных углублений 86) в переходной области 44 меньше второго расстояния d2 между двумя смежными линиями из линий 68 выступов (или линий 78 углублений) в распределительной области 42. Как указано ранее, это означает, что теплопередающая способность будет большей в переходной области 44, чем в распределительной области 42.

Как разъяснено выше, пластинчатый теплообменник 2 выполнен с возможностью приема двух текучих сред для передачи тепла от одной текучей среды к другой. Если рассматривать фиг. 4 и теплопередающую пластину 8, можно указать, что первая текучая среда продолжается через отверстие 34 впускного проема к задней стороне (невидимой) теплопередающей пластины 8, вдоль пути потока на задней стороне через распределительную и переходную области первой концевой области, теплопередающую область и переходную и распределительную области второй концевой области и обратно через отверстие 40 выпускного проема. Основной путь потока на задней стороне через распределительные области определяется двумя смежными воображаемыми линиями углублений. Аналогичным образом, вторая текучая среда продолжается через отверстие впускного проема вышерасположенной теплопередающей пластины - при этом указанное отверстие впускного проема выровнено относительно отверстия 38 впускного проема теплопередающей пластины 8 - к передней стороне теплопередающей пластины 8. Затем вторая текучая среда продолжается вдоль пути потока на передней стороне через распределительную и переходную области второй концевой области, теплопередающую область и переходную и распределительную области первой концевой области и обратно через отверстие выпускного проема вышерасположенной теплопередающей пластины, при этом указанное отверстие выпускного проема выровнено относительно отверстия 36 выпускного проема теплопередающей пластины 8. Основной путь потока на передней стороне через распределительные области определяется двумя смежными воображаемыми линиями выступов.

Вышеописанный вариант осуществления настоящего изобретения следует рассматривать только в качестве примера. Специалисту в данной области техники будет понятно, что рассмотренный вариант осуществления может быть изменен и скомбинирован рядом способов без отклонения от идеи изобретения.

В качестве примера вышеуказанные распределительные, переходные и теплопередающие рисунки приведены только как пример. Естественно, изобретение может быть применено вместе с рисунками других типов. В качестве примера линии выступов, как и линии углублений распределительного рисунка, необязательно должны быть параллельными, но могут расходиться друг от друга. Кроме того, третья и четвертая граничные линии, ограничивающие распределительную и переходную области, необязательно должны быть аналогичными друг другу, а также необязательно должны быть параллельны соответствующим линиям выступов и углублений. Кроме того, первая граничная линия между распределительной областью и переходной областью может совпадать с соединительной линией, на которой расположены самые дальние от центра точки пересечения в распределительном рисунке.

В вышеописанном варианте осуществления кривизна первой граничной линии определяется местами расположения воображаемых точек пересечения в распределительном рисунке. Напротив, кривизна второй граничной линии определяется граничными линиями между теплопередающими подобластями. Последнее предназначено для обеспечения возможности прессования теплопередающей пластины с помощью инструмента модульной конструкции, который используется для изготовления теплопередающих пластин разных размеров, содержащих разные количества теплопередающих подобластей посредством добавления/удаления теплопередающих подобластей, смежных с переходными областями. Естественно, в соответствии с альтернативным вариантом осуществления первая и вторая граничные линии вместо этого могут быть параллельными. Кроме того, вторая граничная линия также может быть адаптирована к местам расположения областей контакта в переходном и/или теплопередающем рисунках для повышения прочности теплопередающей пластины.

Кроме того, все или некоторые из первой и второй граничных линий и граничных линий, разделяющих теплопередающие подобласти, могут иметь другую форму, отличающуюся от криволинейной формы, такую как волнообразная форма, пилообразная форма или прямолинейная форма.

Вышеописанный пластинчатый теплообменник представляет собой противоточный теплообменник с параллельным потоком, то есть вход и выход для каждой текучей среды расположены в одной и той же половине пластинчатого теплообменника, и текучие среды проходят в противоположных направлениях по каналам между теплопередающими пластинами. Естественно, вместо этого пластинчатый теплообменник может представлять собой теплообменник с диагональным потоком и/или с потоком в одном направлении.

В вышеописанном пластинчатом теплообменнике содержатся два разных типа теплопередающих пластин. Естественно, пластинчатый теплообменник в альтернативном варианте может содержать пластины только одного типа или пластины более двух разных типов. Кроме того, теплопередающие пластины могут быть выполнены из материалов, отличных от нержавеющей стали.

В завершение, настоящее изобретение может быть использовано совместно с пластинчатыми теплообменниками других типов, отличными от разборных пластинчатых теплообменников, такими как пластинчатые теплообменники, содержащие постоянно соединенные теплопередающие пластины.

Следует понимать, что термин «зона контакта» используется в данном документе для определения как областей одной теплопередающей пластины, которые входят в контактное взаимодействие с другой теплопередающей пластиной, так и областей контактного взаимодействия между двумя смежными теплопередающими пластинами.

Следует понимать, что описание деталей, не относящихся к настоящему изобретению, было опущено и что чертежи являются лишь схематическими и начерчены не в масштабе. Также следует указать, что некоторые из чертежей были упрощены в большей степени, чем другие. Следовательно, некоторые компоненты могут быть проиллюстрированы на одном чертеже, но не показаны на другом чертеже.

1. Теплопередающая пластина (8), имеющая центрально продолжающуюся плоскость (c-c) и содержащая первую концевую область (28), теплопередающую область (32) и вторую концевую область (30), расположенные последовательно вдоль продольной центральной оси (y) теплопередающей пластины, при этом указанная продольная центральная ось разделяет теплопередающую пластину на первую и вторую половины (20, 22), ограниченные соответственно первой и второй длинными сторонами (24, 26), при этом первая концевая область содержит отверстие (34) впускного проема, расположенное в первой половине теплопередающей пластины, распределительную область (42) и переходную область (44), причем переходная область примыкает к распределительной области вдоль первой граничной линии (46), а к теплопередающей области - вдоль второй граничной линии (48), при этом распределительная область имеет распределительный рисунок из распределительных выступов (64) и распределительных углублений (66) относительно центрально продолжающейся плоскости, переходная область имеет переходный рисунок из переходных выступов (84) и переходных углублений (86) относительно центрально продолжающейся плоскости, а теплопередающая область имеет теплопередающий рисунок из теплопередающих выступов (112) и теплопередающих углублений (114) относительно центрально продолжающейся плоскости, при этом переходный рисунок отличается от распределительного рисунка и теплопередающего рисунка, причем переходные выступы содержат переходные области (98) контакта, расположенные с возможностью контакта с другой теплопередающей пластиной, а воображаемая прямая линия (92) продолжается между двумя конечными точками (94, 96) каждого переходного выступа под углом α относительно продольной центральной оси, отличающаяся тем, что указанный угол изменяется между переходными выступами и увеличивается в направлении от первой длинной стороны ко второй длинной стороне.

2. Теплопередающая пластина (8) по п. 1, в которой первая граничная линия (46) является криволинейной.

3. Теплопередающая пластина (8) по п. 1, в которой первая граничная линия (46) является дугообразной и выпуклой, если смотреть со стороны теплопередающей области (32).

4. Теплопередающая пластина (8) по п. 1, в которой распределительные выступы (64) расположены в виде групп выступов и распределительные углубления (66) расположены в виде групп углублений, при этом распределительные выступы из каждой группы выступов расположены вдоль соответствующей воображаемой линии (68) выступов, продолжающейся от соответствующего первого распределительного выступа (70) до первой граничной линии (46), а распределительные углубления из каждой группы углублений расположены вдоль соответствующей воображаемой линии (76) углублений, продолжающейся от соответствующего первого распределительного углубления (78) до первой граничной линии, при этом основной путь потока через распределительную область на передней стороне определяется двумя смежными линиями выступов и основной путь потока через распределительную область на задней стороне определяется двумя смежными линиями углублений.

5. Теплопередающая пластина (8) по п. 4, в которой линии (68) выступов пересекаются с линиями (76) углублений в точках (71) пересечения для образования решетки (73).

6. Теплопередающая пластина (8) по п. 5, в которой точка (75) пересечения каждой линии (68) выступов, которая является ближайшей к первой граничной линии (46), расположена на воображаемой соединительной линии (77), которая параллельна первой граничной линии (46).

7. Теплопередающая пластина (8) по п. 6, в которой воображаемая соединительная линия (77) совпадает с первой граничной линией (46).

8. Теплопередающая пластина (8) по любому из пп. 4-7, в которой воображаемая линия (88) продолжения, продолжающаяся вдоль каждого переходного выступа (84), аналогична соответствующей части третьей граничной линии (50), ограничивающей распределительную область (42) и переходную область (44) и продолжающейся параллельно самой длинной (72) из линий (68) выступов и дальше через соответствующую конечную точку (60, 56) первой и второй граничных линий (46, 48).

9. Теплопередающая пластина (8) по п. 8, в которой каждая из остальных линий (68) выступов аналогична соответствующей части указанной самой длинной (72) из линий выступов.

10. Теплопередающая пластина (8) по любому из пп. 4-7 или 9, в которой первое расстояние (d1) между двумя смежными выступами из переходных выступов (84) меньше второго расстояния (d2) между двумя смежными линиями из линий (68) выступов распределительной области (42).

11. Теплопередающая пластина (8) по п. 8, в которой первое расстояние (d1) между двумя смежными выступами из переходных выступов (84) меньше второго расстояния (d2) между двумя смежными линиями из линий (68) выступов распределительной области (42).

12. Теплопередающая пластина (8) по п. 1, в которой переходная область (98) контакта каждого переходного выступа (84), которая является ближайшей к первой граничной линии (46), расположена на воображаемой линии (104) контакта, при этом указанная воображаемая линия контакта параллельна первой граничной линии.

13. Теплопередающая пластина (8) по п. 1, в которой вторая граничная линия (48) является криволинейной.

14. Теплопередающая пластина (8) по п. 1, в которой вторая граничная линия (48) является дугообразной и выпуклой, если смотреть со стороны теплопередающей области (32).

15. Пластинчатый теплообменник (2), содержащий теплопередающую пластину (8) по любому из пп. 1-14.