Пластинчатый теплообменник - RU2696666C1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к пластинчатому теплообменнику, который имеет корпус в форме оболочки, верхнюю крышку и нижнюю крышку, которые соединяются для формирования камеры, в которой располагается стопка теплопередающих пластин. Теплопередающие пластины имеют отверстия в виде сквозных полостей в теплопередающих пластинах, и отверстия образуют пространство в стопке пластин, в котором протекает первая текучая среда. Пластины имеют первые секции, которые выступают в качестве входов текучей среды для второй текучей среды, и вторые секции, которые являются противоположными первым секциям и выступают в качестве выходов текучей среды для второй текучей среды.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время существует множество различных типов пластинчатых теплообменников, которые используются в различных применениях в зависимости от их типа. Некоторые типы пластинчатых теплообменников собираются из корпуса, который образует герметичную камеру, в которой размещаются теплопередающие пластины, которые объединяются. Теплопередающие пластины образуют стопку теплопередающих пластин, в которой между теплопередающими пластинами, для первой и второй текучей среды, образуются чередующиеся первый и второй проточные каналы.

Один тип пластинчатых теплообменников имеет одно или более отверстий (окон) в виде сквозных полостей в теплопередающих пластинах. Текучая среда втекает в отверстия, либо непосредственно, либо, например, через трубчатую конструкцию, которая простирается через отверстия. Текучая среда, как правило, входит в отдельную теплопередающую пластину у секции впуска отверстия в теплопередающей пластине, протекает по пластине и покидает пластину у секции выпуска того же отверстия или другого отверстия. Секция выпуска располагается на теплопередающей пластине напротив секции впуска.

Вторая текучая среда часто входит в теплопередающую пластину у секции впуска периферии пластины, протекает по пластине и покидает пластину у секции выпуска периферии пластины, каковая секция выпуска находится напротив секции впуска. Для некоторых пластинчатых теплообменников вторая текучая среда входит и выходит из теплопередающих пластин через дополнительные отверстия в теплопередающих пластинах.

Очевидно, впуск и выпуск для первой текучей среды находятся между каждой второй парой пластин, в то время как впуск и выпуск для второй текучей среды находятся между каждой другой, второй парой пластин. Таким образом, первая и вторая текучая среда протекает по соответствующей стороне теплопередающей пластины между каждой второй парой теплопередающих пластин. Пластины из пары пластин, которые имеют впуск и выпуск для первой текучей среды, обычно герметизируются друг с другом по всем краям, кроме тех мест, где находятся отверстия для первой текучей среды, в то же время пластины из пары пластин, которые имеют впуск и выпуск для второй текучей среды герметизируются друг с другом по всем краям, кроме тех мест, где находятся отверстия для второй текучей среды.

Герметизированные теплопередающие пластины соединяются этим способом друг с другом, и теплопередающие пластины иногда называются стопкой пластин или стопкой теплопередающих пластин. Стопка теплопередающих пластин имеет, по существу, цилиндрическую форму с одной или более внутренними сквозными полостями. Стопка теплопередающих пластин может быть полностью сварной, так что можно избежать резиновых прокладок между теплопередающими пластинами. Это делает теплообменник пригодным для работы с широким спектром агрессивных текучих сред при высоких температурах и при высоких давлениях.

Когда теплопередающие пластины окружаются корпусом, пластинчатый теплообменник может выдерживать высокие уровни давления по сравнению со многими другими типами пластинчатых теплообменников. Вместе с тем, пластинчатый теплообменник с корпусом компактен, обладает хорошими теплопередающими свойствами и может выдерживать жесткие условия эксплуатации без разрушения.

Во время технического обслуживания теплообменника, стопка теплопередающих пластин может быть доступна и очищена снятием, например, верхней или нижней крышки оболочки, и промывкой стопки теплопередающих пластин моющим средством. Также можно заменить стопку теплопередающих пластин новой стопкой, которая может быть идентичной или отличаться от предыдущей стопки в той мере, в какой она способна быть размещенной должным образом внутри оболочки.

Как правило, пластинчатый теплообменник подходит не только для использования в качестве обычного теплообменника, но также в качестве конденсатора или ребойлера. В двух последних случаях оболочка может содержать дополнительные впуски/выпуски для конденсата, что может исключить необходимость в специальном сепараторном блоке.

Пластинчатый теплообменник с корпусом и стопкой пластин, расположенной в нем, обеспечивает, как указано, комбинацию преимуществ и свойств, которые являются весьма специфичными для данного типа. Был раскрыт ряд вариантов осуществления таких теплообменников, таких как те, которые указаны в патентном документе EP 2002193 A1. По сравнению с несколькими другими типами пластинчатых теплообменников, пластинчатый теплообменник с корпусом имеет компактную конструкцию и может выдерживать высокие уровни давлений. Однако считается, что такие теплообменники могут быть улучшены в отношении их способностей работать с внутренними напряжениями, вызванными, например, изменениями температуры и изменениями давления текучей среды, возникающими во время работы теплообменника.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является обеспечить повышенную долговечность пластинчатого теплообменника с помощью корпуса. В частности, является задачей повысить способность теплообменника, такого как пластинчатый теплообменник, лучше выдерживать изменения температуры и колебания давления текучей среды.

Для решения этих задач предлагается пластинчатый теплообменник. Пластинчатый теплообменник представляет собой теплообменник высокого давления. Теплообменник с тепловой пластиной содержит корпус, который имеет оболочку, верхнюю крышку и нижнюю крышку, которые соединяются для образования камеры. Некоторое количество теплопередающих пластин соединяются постоянным образом друг с другом для образования стопки пластин, которая располагается внутри камеры и имеет чередующиеся первый и второй проточные каналы для первой текучей среды и второй текучей среды между теплопередающими пластинами. Теплопередающие пластины имеют отверстия в виде сквозных полостей в теплопередающих пластинах, при этом отверстия образуют пространство в стопке пластин, в котором протекает первая текучая среда, а также первые секции, которые выступают в качестве входов текучей среды для второй текучей среды, и вторые секции которые противоположны первым секциям и выступают в качестве выходов текучей среды для второй текучей среды. Элемент усиления простирается через отверстия в теплопередающих пластинах от верхней крышки до нижней крышки, причем элемент усиления соединяется с каждой из крышек - верхней крышкой и нижней крышкой для удерживания крышек, когда пластинчатый теплообменник подвергается воздействию давления со стороны любой из текучих сред - первой текучей среды и второй текучей среды. Элемент усиления предотвращает прогибание верхней крышки и нижней крышки. В качестве альтернативы или дополнения к формулировке того, что пластинчатый теплообменник представляет собой теплообменник высокого давления, можно указать, что пластинчатый теплообменник выдерживает давление не менее 5 МПа.

Предлагаемый пластинчатый теплообменник выгоден тем, что он обладает очень высокой способностью выдерживать изменения температуры и колебания давления текучей среды. Кроме того, требуется относительно меньше материала для оболочки, чтобы получить требуемую долговечность и механическую прочность пластинчатого теплообменника. Пластинчатый теплообменник может включать в себя ряд дополнительных особенностей, как описано ниже. Эти дополнительные особенности, как в отдельности, так и в сочетании, дополнительно обеспечивают способность пластинчатого теплообменника эффективно выдерживать изменения температуры и колебания давления текучей среды, позволяя одновременно использовать оболочку, изготовленную из относительно небольшого количества материала.

Вместе с тем, другие задачи, признаки, аспекты и преимущества данного изобретения будут очевидны из следующего подробного описания, а также из чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления данного изобретения будут теперь описаны, например, со ссылкой на сопроводительные схематические чертежи, в которых

Фиг. 1 - вид сверху в поперечном сечении усиленного пластинчатого теплообменника, как видно по линии B-B на фиг. 2,

Фиг. 2 - вид сбоку в поперечном сечении теплообменника, изображенного на фиг. 1, как видно по линии А-А на фиг. 1,

Фиг. 3 - вид сбоку в поперечном сечении разделителя потока, который располагается в теплообменнике, изображенном на фиг. 1,

Фиг. 4 - вид сбоку разделителя потока, изображенного на фиг. 3,

Фиг. 5 - основной вид сверху теплопередающей пластины, которая вместе с подобными теплопередающими пластинами может образовывать стопку пластин для теплообменника, изображенного на фиг. 1,

Фиг. 6 - основной вид сбоку в поперечном сечении четырех теплопередающих пластин типа, изображенного на фиг. 5,

Фиг. 7 - вид сверху в поперечном сечении второго варианта осуществления усиленного пластинчатого теплообменника,

Фиг. 8 - вид сбоку в поперечном сечении теплообменника, изображенного на фиг. 7, как видно по линии C-C на фиг. 7,

Фиг. 9 - вид сбоку в поперечном сечении третьего варианта осуществления усиленного пластинчатого теплообменника,

Фиг. 10 - вид сбоку в поперечном сечении четвертого варианта осуществления усиленного пластинчатого теплообменника,

Фиг. 11 - вид сбоку в поперечном сечении теплообменника, изображенного на фиг. 10,

Фиг. 12 - основной вид сверху теплопередающей пластины, которая может быть использована в теплообменнике, изображенном на фиг. 11,

Фиг. 13 - вид сбоку в поперечном сечении пятого варианта осуществления усиленного пластинчатого теплообменника, а также

Фиг. 14 - основной вид сверху теплопередающей пластины, которая может быть использована в теплообменнике, изображенном на фиг. 13.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Ссылаясь на фиг. 1 и 2, иллюстрируется пластинчатый теплообменник 101. Пластинчатый теплообменник 101 имеет корпус 2, который содержит цилиндрическую оболочку 3, верхнюю крышку 4 и нижнюю крышку 5. Верхняя крышка 4 имеет форму круглого диска, а периферия верхней крышки 4 прикрепляется к верхнему краю цилиндрической оболочки 3. Нижняя крышка 5 имеет форму круглого диска, а периферия нижней крышки 5 прикрепляется к нижнему краю цилиндрической оболочки 3. Крышки 4, 5, в проиллюстрированном варианте, привариваются к цилиндрической оболочке 3. В другом варианте осуществления крышки 4, 5 прикрепляются к цилиндрической оболочке 3 посредством болтов, которые входят в зацепление с фланцами (не показаны) цилиндрической оболочки 3 и с крышками 4, 5. Несколько теплопередающих пластин 21, 22, 23, которые соединяются постоянным образом друг с другом, образуют стопку 20 пластин, которая располагается внутри камеры 14, внутри корпуса 2. Стопка 20 имеет между теплопередающими пластинами 21, 22, 23 чередующиеся первый и второй проточные каналы 11, 12 для первой текучей среды F1 и для второй текучей среды F2, то есть первая текучая среда F1 протекает между каждой второй парой теплопередающих пластин.

Верхняя крышка 4 имеет впуск 6 текучей среды для первой текучей среды F1, которая проходит через теплообменник 101 через первый проточный канал 11. Этот впуск 6 текучей среды называется первым впуском 6 текучей среды. Нижняя крышка 5 имеет выпуск 7 текучей среды для первой текучей среды F1, которая проходит через теплообменник 101 через первый проточный канал 11. Этот выпуск 7 текучей среды называется первым выпуском 7 текучей среды. Первый впуск 6 текучей среды находится в центре верхней крышки 4, а первый выпуск 7 текучей среды находится в центре нижней крышки 5. Первый впуск 6 текучей среды и первый выпуск 7 текучей среды находятся напротив друг друга в корпусе 2.

Цилиндрическая оболочка 3 имеет впуск 8 текучей среды для второй текучей среды F2, которая проходит через теплообменник 101 через второй проточный канал 12. Этот впуск 8 текучей среды называется вторым впуском 8 текучей среды. Цилиндрическая оболочка 3 также имеет выпуск 9 текучей среды для второй текучей среды F2, которая проходит через теплообменник 101 через второй проточный канал 12. Выпуск 9 называется вторым выпуском 9 текучей среды. Второй впуск 8 текучей среды находится на боковине цилиндрической оболочки 3, на середине расстояния между верхним краем цилиндрической оболочки 3 и нижним краем цилиндрической оболочки 3. Второй выпуск 9 текучей среды находится на боковине цилиндрической оболочки 3, которая находится напротив второго впуска 8 текучей среды, на середине расстояния между верхним краем цилиндрической оболочки 3 и нижним краем цилиндрической оболочки 3.

Корпус 2, т.е. в проиллюстрированном варианте осуществления, цилиндрическая оболочка 3, верхняя крышка 4 и нижняя крышка 5, образует камеру 14 или внутреннее пространство 14, в котором располагается стопка 20 теплопередающих пластин. Теплопередающие пластины в стопке 20, такие как теплопередающие пластины 21, 22 и 23, соединяются постоянным образом и располагаются в герметичной камере так, что первый и второй проточные каналы 11, 12 следуют в соответствующих чередующихся проточных каналах между теплопередающими пластинами. Каждая из теплопередающих пластин в стопке 20 имеет центральное отверстие 31. Центральные отверстия нескольких теплопередающих пластин в стопке 20 вместе образуют центральное пространство 24 в стопке 20.

Дополнительно ссылаясь на фиг. 3 и 4, устройство 40 для разделения текучей среды вставляется в центральное пространство 24 в стопке 20. Устройство 40 для разделения имеет форму цилиндра 41, который подгоняется вплотную к центральным отверстиям 31 теплопередающих пластин 21, 22, 23 в стопке 20. Высота устройства 40 для разделения совпадает с высотой центрального пространства 24 в стопке 20. Разделитель 42 потока простирается диагонально от верхней части цилиндра 41 к нижней части цилиндра 41 и разделяет внутреннюю часть цилиндра 41 на первую секцию 43 цилиндра и вторую секцию 44 цилиндра. Разделитель 42 потока разделяет первую секцию 43 цилиндра от второй секции 44 цилиндра, так что текучая среда (не считая некоторую утечку, если она происходит) не протекает непосредственно между секциями 43, 44. Вместо этого текучая среда протекает из первой секции 43 цилиндра во вторую секцию 44 цилиндра через теплопередающие пластины в стопке 20.

Устройство 40 для разделения имеет первое отверстие 45 в первой секции 43 цилиндра и второе отверстие 46 во второй секции 44 цилиндра. Первое отверстие 45 располагается напротив второго отверстия 46, благодаря разделителю 42 потока, который симметрично расположен между отверстиями 45, 46.

Ссылаясь на фиг. 5, показывается одна из теплопередающих пластин 21, которая используется для стопки 20. Теплопередающая пластина 21 имеет центральное отверстие 31 и некоторое количество рядов 32, 33 с чередующимися выступами и канавками. Плоская секция 38 пластины разделяет ряды 32, 33 друг от друга. Теплопередающая пластина 21 имеет центральное отверстие 31, которое вместе с центральными отверстиями других теплопередающих пластин в стопке 20 образует центральное пространство 24 в стопке 20 пластин и в котором располагается устройство 40 для разделения текучей среды. Далее, первый участок 34 центрального отверстия 31 выступает в качестве впуска 34 текучей среды для первой текучей среды F1, а второй участок 35 центрального отверстия 31 выступает в качестве выпуска 35 текучей среды для первой текучей среды F1. Впуск 34 позволяет первой текучей среде F1 входить в пространства между каждой второй теплопередающей пластиной, а выпуск 35 позволяет текучей среде выходить из тех же пространств между каждой второй теплопередающей пластиной. Выпуск 35, как видно по центру С теплопередающей пластины 21, находится напротив впуска 34. Теплопередающая пластина 21 также имеет первую сторону 36, или первую секцию 36, которая выступает в качестве входа 36 текучей среды для второй текучей среды F2 и вторую сторону 37, или вторую секцию 37, которая выступает в качестве выхода 37 текучей среды для второй текучей среды F2. Выход 37 текучей среды располагается напротив входа 36 текучей среды. Все теплопередающие пластины в стопке 20 могут иметь форму теплопередающей пластины 21, показанной на фиг. 5, при этом каждая другая теплопередающая пластина повернута на 180° вокруг оси A1, которая простирается и вдоль плоскости теплопередающей пластины и через центр С теплопередающей пластины.

Дополнительно ссылаясь на фиг. 6, основной вид теплопередающих пластин 21, 22, 23 показывается вместе с дополнительной теплопередающей пластиной вдоль поперечного сечения, которое проходит от центра С теплопередающей пластины 21 к периферийному краю (периферии) 39 теплопередающей пластины 21. Периферия 39 теплопередающей пластины 21 по всей своей длине соединяется с соответствующей периферией верхней теплопередающей пластины 22. Пластины 22, 23 имеют центральные плоскости P2, P3, которые параллельны центральной плоскости P1 пластины 21. Промежуточное пространство между пластинами 21, 22 образует участок первого проточного канала 11 для первой текучей среды F1. Центральная плоскость P1 простирается через теплопередающую пластину 21 параллельно к верхней поверхности (см. на фиг. 5) и к нижней поверхности теплопередающей пластины 21.

Центральное отверстие 31 теплопередающей пластины 21 может быть соединено с аналогичным центральным отверстием верхней теплопередающей пластины 22, за исключением секций отверстия, где располагаются впуск 34 текучей среды и выпуск 35 текучей среды. Впуск 34 и выпуск 35 определяются соответствующим углом α (угол α показывается только для выпуска 35). Впуск и выпуск 34, 35 располагаются симметрично друг против друга. Опционально, пластины 22, 23 не соединяются в их центральных отверстиях 31. Тогда отверстия 45, 46 в устройстве 40 для разделения ограничивают поток первой текучей среды F1, так что текучая среда входит и выходит из пластин на впуске 34 текучей среды и выпуске 35 текучей среды. Отверстия 45, 46 устройства 40 для разделения тогда стягивают соответствующий угол α°.

Центральное отверстие 31 теплопередающей пластины 21 вдоль его полной длины соединяется с соответствующим центральным отверстием нижней теплопередающей пластины 23. Промежуточное пространство между пластинами 21, 23 образует участок второго проточного канала 12 для второй текучей среды F2.

Теплопередающая пластина 21 может быть частично соединена с нижней теплопередающей пластиной 23 на периферии 39 теплопередающей пластины 21, т.е. периферия 39 теплопередающей пластины 21 может быть частично соединена с аналогичной периферией нижней теплопередающей пластины 23. Вход 36 текучей среды и выход 37 текучей среды на периферии 31 пластины не соединяются с нижней теплопередающей пластиной 23. Участки, т.е. вход и выход 36, 37, которые не соединяются, определяются соответствующим углом β градусов. Участки 36, 37 симметричны и располагаются напротив друг друга, и выступают в качестве входа и выхода текучей среды для второй текучей среды F2. Нет необходимости соединять теплопередающие пластины 21, 23 на их периферии. В этом случае первая сторона 36 все еще выступает в качестве входа 36 текучей среды для второй текучей среды F2, а вторая сторона 37 - выхода 37 текучей среды для второй текучей среды F2. Уплотнители могут быть расположены так, чтобы вторая текучая среда F2 не входила и не выходила из пластин на секциях снаружи входа и выхода 36, 37.

Для предотвращения протекания слишком большого количества второй текучей среды F2 через стопку 20 пластин, из-за протекания, например, в возможном зазоре между цилиндрической оболочкой 3 и стопкой 20 пластин, уплотнители или некоторый другой блокатор перетекания (не показан), могут быть установлены между оболочкой 3 и стопкой 20 пластин. Конечно, эти уплотнения или блокаторы располагаются снаружи входа 36 текучей среды и выхода 37 текучей среды.

Соединение теплопередающих пластин 21, 22, 23 обычно осуществляется путем сварки. Теплопередающая пластина 21 может иметь центральный край 52, который отгибается в направлении нижней соседней теплопередающей пластины 23 и соединяется с ее соответствующим отогнутым центральным краем. Теплопередающая пластина 21 также может иметь периферийный край 51, который отгибается в направлении другой, верхней, соседней теплопередающей пластины 22 и соединяется с ее соответствующим отогнутым периферийным краем.

Затем пластины 21, 22, 23 теплопередачи могут быть соединены друг с другом на их отогнутых краях. Между устройством 40 для разделения и теплопередающими пластинами может быть расположено уплотнение для уплотнения пластин, таких как пластины 21 и 22, вдоль их центральных отверстий 31 во всех секциях, кроме как на впуске 34 и выпуске 35.

Возвращаясь к фиг. 1-4, можно видеть поток через теплопередающие пластины. Поток первой текучей среды протекает по каналу, обозначенному как «F1». Благодаря устройству 40 для разделения и его разделителю 42 потока, поток первой текучей среды F1 проходит через первый впуск 6 текучей среды, входит в первую секцию 43 цилиндра и вытекает через первое отверстие 45 в устройстве 40 для разделения в первые пластинчатые впуски 34 теплопередающих пластин 21 в стопке 20. Первая текучая среда F1 затем «поворачивается», когда она протекает через теплопередающие пластины, как указано каналом F1 на фиг. 1, покидает теплопередающие пластины через первые пластинчатые выпуски 35 теплопередающих пластин 21 в стопке 20 и входит во вторую секцию 44 цилиндра через второе отверстие 46. Из второй секции 44 цилиндра первая текучая среда F1 протекает в первый выпуск 7 текучей среды, где она покидает теплообменник 101.

Как можно видеть, первая секция 43 разделителя 40 потока обращается к впускам 34 текучей среды у центральных отверстий 31 набора (некоторого количества) теплопередающих пластин в стопке 20, а вторая секция 44 разделителя 42 потока обращается к выпускам 35 текучей среды у центральных отверстий 31 того же набора теплопередающих пластин в стопке.

Поток второй среды протекает по каналу, обозначенному как «F2». Поток второй текучей среды F2 проходит второй впуск 8 текучей среды и во вторые пластинчатые впуски 36 теплопередающих пластин 21 в стопке 20. Для облегчения распределения текучей среды во всех вторых пластинчатых впусках 36 теплопередающих пластин, теплообменник 101 может у второго впуска 8 текучей среды содержать распределитель, который образуется в виде канала между оболочкой 3 и стопкой 20 пластин. Этот распределитель или канал выполняется путем организации выреза 28 в теплопередающей пластине 21, так что между теплопередающей пластиной 21 и оболочкой 3 возле впуска 8 создается пространство. Аналогичным образом коллектор, имеющий такую же форму, как распределитель, может быть расположен возле второго выпуска 7 текучей среды. Далее, коллектор формируется как канал между оболочкой 3 и стопкой 20 пластин и выполняется путем организации выреза 29 в теплопередающей пластине 21, так что между теплопередающей пластиной 21 и оболочкой 3 возле выпуска 9 создается пространство. Первая сторона 36 или вход 36 текучей среды теплопередающей пластины 21, затем, образуется в вырезе 28, а вторая сторона 37 или выход 37 текучей среды затем образуется в вырезе 29.

Когда вторая текучая среда F2 входит во входы 36 пластин, она протекает через пластины в стопке 20, см. канал F2 на фиг. 1, покидает теплопередающие пластины в стопке 20 через выход 37 и после этого покидает теплообменник 101 через второй выпуск 9 текучей среды.

Устройство 40 для разделения, на своем верхнем конце, приваривается к верхней крышке 4, а на своей нижней части, приваривается к нижней крышке 5. Как правило, цилиндр 41, на своем верхнем, периферийном краю, приваривается к верхней крышке 4, и на своем нижнем, периферийном краю приваривается к нижней крышке 5. Затем устройство 40 для разделения простирается через отверстия 31 в теплопередающих пластинах 21-23 от верхней крышки 4 к нижней крышке 5 и выступает в качестве элемента 40 усиления. В результате устройство для разделения в форме элемента 40 усиления удерживает крышки 4, 5, когда пластинчатый теплообменник подвергается давлению со стороны первой текучей среды F1 и/или второй текучей среды F2. Когда элемент 40 усиления имеет форму устройства для разделения, он содержит разделитель 42 потока и разделяется на первую секцию 43 и вторую секцию 44.

Обращаясь к фиг. 7 и 8, иллюстрируется второй вариант осуществления пластинчатого теплообменника 102. Пластинчатый теплообменник 102 аналогичен пластинчатому теплообменнику 101, описанному в связи с фиг. 1, и имеет корпус 2, который содержит цилиндрическую оболочку 3, верхнюю крышку 4 и нижнюю крышку 5. Устройство 40 для разделения текучей среды с разделителем 42 потока располагается в пространстве 24 в стопке 20 теплопередающих пластин, которая располагается внутри камеры 14 внутри корпуса 2. Пластинчатый теплообменник 102, изображенный на фиг. 7 и 8 отличается от пластинчатого теплообменника 101, изображенного на фиг. 1, в том, что он имеет элемент 50 усиления, который простирается через отверстия 31 в теплопередающих пластинах, от верхней крышки 4 до нижней крышки 5. Элемент 50 усиления соединяется с каждой из крышек - верхней крышкой 4 и нижней крышкой 5. Элемент 50 усиления имеет форму продолговатых стержней, которые простираются через пространство 24 в стопке 20 пластин и соединяются с верхней крышкой 4 и нижней крышкой 5. В показанном варианте осуществления имеется шестнадцать стержней, которые симметрично располагаются вокруг устройства 40 для разделения текучей среды. Стержни имеют резьбовые концы, которые проходят, через крышки 4, 5, а гайки располагаются на стержнях с резьбой для фиксации стержней к крышкам. Отверстия 45, 46 устройства 40 для разделения текучей среды непосредственно соединяются с впусками текучей среды и с выпусками 34, 35 текучей среды центрального отверстия 31 теплопередающей пластины 21 (см. фиг. 5). Это соединение осуществляется двумя направляющими 451, 461 потока, которые простираются от отверстий 45, 46 устройства 40 для разделения текучей среды к впускам 34 текучей среды и выпускам 35 текучей среды теплопередающих пластин 21 в стопке 20. Впуск и выпуск для второй текучей среды F2, а также протока для второй текучей среды F2 являются одинаковыми как для пластинчатого теплообменника 102, изображенного на фиг. 7, так и для пластинчатого теплообменника 101, изображенного на фиг. 1.

Обращаясь к фиг. 9, иллюстрируется третий вариант осуществления пластинчатого теплообменника 103. Пластинчатый теплообменник 103 аналогичен пластинчатому теплообменнику 101, описанному в связи с фиг. 1, и имеет корпус 2, который содержит цилиндрическую оболочку 3, верхнюю крышку 4 и нижнюю крышку 5. Пластинчатый теплообменник 103, изображенный на фиг. 9 отличается от пластинчатого теплообменника 101, изображенного на фиг. 1 тем, что устройство 40 для разделения текучей среды имеет форму трубки 60, которая простирается через крышки 4, 5. Трубка 60 выступает в качестве элемента 60 усиления и включает в себя на своих концах впуск 6 текучей среды и выпуск 7 текучей среды для первой текучей среды F1. Элемент 60 усиления имеет разделитель 42 потока, первую секцию 43 и вторую секцию 44, которые аналогичны секциям устройства 40 для разделения текучей среды, которое используется для пластинчатого теплообменника 101, изображенного на фиг. 1. Элемент 60 усиления имеет продолговатые отверстия 45, 46, которые обращаются к впускам 34 текучей среды и выпускам 35 текучей среды теплопередающих пластин 20 (см. фиг. 5). Элемент 60 усиления простирается через центральное пространство 24 в стопке 20 и на окружных перифериях приваривается к обеим крышкам 4, 5. Это улучшает способность пластинчатого теплообменника 103 выдерживать изменения температуры и колебания давления текучей среды. Впуск и выпуск, а также проток для второй текучей среды F2 одинаковы как для пластинчатого теплообменника 103, изображенного на фиг. 9, так и для пластинчатого теплообменника 101, изображенного на фиг. 1.

Обращаясь к фиг. 10, 11 и 12, иллюстрируются четвертый вариант осуществления пластинчатого теплообменника 104 и одна из его теплопередающих пластин 212. Пластинчатый теплообменник 104 имеет корпус 2, который содержит цилиндрическую оболочку 3, верхнюю крышку 4 и нижнюю крышку 5, которые соединяются друг с другом. Некоторое количество теплопередающих пластин, которые соединяются постоянным образом друг с другом, образуют стопку 20 пластин, которая располагается внутри камеры 14 внутри корпуса 2. Стопка 20 имеет между своими теплопередающими пластинами чередующиеся первый и второй проточные каналы для первой текучей среды F1 и для второй текучей среды F2, т.е. первая текучая среда F1 протекает между каждой второй парой теплопередающих пластин, в то время как вторая текучая среда F2 протекает между каждой другой, второй парой теплопередающих пластин. Элемент 70 усиления в форме трубки простирается через верхнюю крышку 4, через центральные отверстия 31 теплопередающих пластин 212 и через нижнюю крышку 5. Центральные отверстия 31 нескольких теплопередающих пластин в стопке 20 вместе образуют центральное пространство 24 в стопке 20, и через это центральное пространство 24 простирается элемент 70 усиления. Первый конец элемента 70 усиления выступает в качестве впуска 6 текучей среды для первой текучей среды F1, а второй конец элемента 70 усиления выступает в качестве выпуска 7 текучей среды для первой текучей среды F1.

Элемент 70 усиления имеет разделитель 142 потока, который разделяет элемент 70 усиления на первую секцию 43 и вторую секцию 44. Разделитель 142 потока имеет форму диска, который находится в середине трубки, которая образует элемент 70 усиления и обеспечивает уплотнение между двумя секциями 43, 44. Первая секция 43 имеет отверстия 45 в направлении каждого второго промежуточного пространства между теплопередающими пластинами для первого набора 453 теплопередающих пластин в стопке 20. Отверстия 45 первой секции 43 обращаются к впускам текучей среды у центральных отверстий 31 первого набора 453 теплопередающих пластин. Вторая секция 44 имеет отверстия 46 в направлении каждого второго промежуточного пространства между теплопередающими пластинами для второго набора 463 теплопередающих пластин в стопке 20. Отверстия 46 второй секции 43 обращаются к выпускам текучей среды у центральных отверстий 31 второго набора 463 теплопередающих пластин.

Первая текучая среда F1 входит в пластинчатый теплообменник 104 на впуске 6 текучей среды, втекает в первую секцию 43 и вытекает из первой секции 43 через отверстия 45 в каждое второе промежуточное пространство в центрах первого набора 453 теплопередающих пластин. Текучая среда F1 протекает по теплопередающим пластинам и покидает теплопередающие пластины на их периферийном краю, на вырезах 311, 312 в пластинах. Вырезы 311, 312 образуют каналы между теплопередающими пластинами и корпусом 2. Первая текучая среда F1 протекает в этих каналах ко второму набору 463 теплопередающих пластин, где она входит в каждое второе промежуточное пространство между теплопередающими пластинами во втором наборе 463. Первая текучая среда F1 входит в теплопередающие пластины у вырезов 311, 312 в пластинах, протекает по теплопередающим пластинам и входит во вторую секцию 44 через отверстия 46. После этого первая текучая среда F1 покидает пластинчатый теплообменник 104 через выпуск 7 текучей среды.

Отверстия 45 в первой секции 43 могут иметь форму продолговатых сквозных полостей в элементе 70 усиления и располагаются симметричным образом так, чтобы распределять первую текучую среду F1 равномерно на теплопередающие пластины. Отверстия 46 во второй секции 44 располагаются аналогичным образом. Элемент 70 усиления приваривается к крышкам 4, 5, что увеличивает способность пластинчатого теплообменника 104 выдерживать изменения температуры и колебания давления текучей среды.

Как можно видеть на фиг. 11, пластинчатый теплообменник 104 имеет две дополнительные трубки 701, 702, которые простираются от верхней крышки 4 до нижней крышки 5. Первый конец первой трубки 701 образует впуск 8 для второй текучей среды F2, а второй конец первой трубки 701 прикрепляется с помощью сварки к нижней крышке 5. Первая трубка 701 прикрепляется к верхней крышке 4 с помощью сварки вдоль ее периферии, где она проходит через верхнюю крышку 4.

Первый конец второй трубки 702 образует выпуск 9 для второй текучей среды F2, а второй конец второй трубки 702 прикрепляется с помощью сварки к нижней крышке 5. Вторая трубка 702 прикрепляется к верхней крышке 4 с помощью сварки вдоль ее периферии, где она проходит через верхнюю крышку 4. Таким образом, обе трубки 701, 702 выступают в качестве элементов усиления для пластинчатого теплообменника 104.

Первая трубка 701 простирается через стопку 20 пластин через первые секции 36 в теплопередающей пластине 212, каковые секции выступают в качестве входов 36 текучей среды для второй текучей среды F2. Вторая трубка 702 простирается через стопку 20 пластин через вторые секции 37 в теплопередающей пластине 212, каковые секции выступают в качестве выходов 37 текучей среды для второй текучей среды F2. Входы 36 текучей среды имеют форму сквозных полостей в теплопередающей пластине 212 и выступают в качестве входов для второй текучей среды F2 в том смысле, что вторая текучая среда F2 на входах 36 текучей среды входит в промежуточные пространства между теплопередающими пластинами. Выходы 37 текучей среды имеют форму сквозных полостей в теплопередающих пластинах 212 и выступают в качестве выходов для второй текучей среды F2 в том смысле, что вторая текучая среда F2, на выходе 37 текучей среды, выходит из промежуточных пространств между теплопередающими пластинами. Первая трубка 701 имеет одно или более отверстий 703, которые обращаются к входам 36 текучей среды, а вторая трубка 702 имеет одно или более отверстий 704, которые обращаются к выходам 37 текучей среды.

Вторая текучая среда F2 входит в пластинчатый теплообменник 104 на впуске 8 текучей среды, втекает в первую трубку 701 и вытекает из первой трубки 701 через отверстие 703 и во входы 36 текучей среды на каждом другом, втором промежуточном пространстве между теплопередающими пластинами. Вторая текучая среда F2 затем протекает по теплопередающим пластинам и к выходам 37 текучей среды, где она покидает теплопередающие пластины, входя во вторую трубку 702 через отверстие 704. Вторая текучая среда F2 затем протекает во второй трубке 702, откуда она выходит через выпуск 9 текучей среды.

Обращаясь к фиг. 13 и 14, иллюстрируются пятый вариант осуществления пластинчатого теплообменника 105 и одна из его теплопередающих пластин 213. Пластинчатый теплообменник 105 имеет корпус 2, который содержит цилиндрическую оболочку 3, верхнюю крышку 4 и нижнюю крышку 5, которые соединяются друг с другом. Множество теплопередающих пластин, которые соединяются постоянным образом друг с другом, образуют стопку 20 пластин, которая располагается внутри камеры 14 внутри корпуса 2. Стопка 20 имеет между своими теплопередающими пластинами чередующиеся первый и второй проточные каналы для первой текучей среды F1 и второй текучей среды F2, т.е. первая текучая среда F1 протекает между каждой второй парой теплопередающих пластин, а вторая текучая среда F2 протекает между каждой другой, второй парой теплопередающих пластин.

Элемент 80 усиления в виде двух трубок 81, 82 простирается от верхней крышки 4 к нижней крышке 5. Первый конец первой трубки 81 образует впуск 6 текучей среды для первой текучей среды F1, а второй конец первой трубки 81 прикрепляется с помощью сварки к нижней крышке 5. Первая трубка 81 прикрепляется к верхней крышке 4 с помощью сварки вдоль ее периферии, где она проходит через верхнюю крышку 4. Первый конец второй трубки 82 образует выпуск 7 текучей среды для первой текучей среды F1, а второй конец второй трубки 82 прикрепляется с помощью сварки к нижней крышке 5. Вторая трубка 82 прикрепляется к верхней крышке 4 с помощью сварки вдоль ее периферии, где она проходит через верхнюю крышку 4. Элемент 80 усиления в виде трубок 81, 82 улучшает способность пластинчатого теплообменника 105 выдерживать изменения температуры и колебания давления текучей среды.

Первая трубка 81 простирается через стопку 20 пластин, через первые отверстия 31 в теплопередающей пластине 213. Первые отверстия 31 образуют первое пространство 24 в стопке 20 пластин. Вторая трубка 82 простирается через стопку 20 пластин, через вторые отверстия 131 в теплопередающей пластине 213. Вторые отверстия 131 образуют второе пространство 124 в стопке 20 пластин. Расположение первой трубки 81 и второй трубки 82 соответствует расположению первой и второй трубок 701, 702 на фиг. 11.

Первая текучая среда F1 входит в пластинчатый теплообменник 105 на впуске 6 текучей среды, втекает в первую трубку 81 и вытекает из первой трубки 81 через отверстие 703 в первой трубке 81 и в первые отверстия 31 в теплопередающих пластинах, на каждом втором промежуточном пространстве между теплопередающими пластинами. Первая текучая среда F1 затем протекает по теплопередающим пластинам и по направлению ко вторым отверстиям 131 в теплопередающих пластинах, где она покидает теплопередающие пластины, входя во вторую трубку 82 через вторые отверстия 131. Первая текучая среда F1 втекает во вторую трубку 82 через отверстие 704 во второй трубке 82 и покидает трубку 82 через выпуск 7 текучей среды.

Поток второй текучей среды F2 в пластинчатом теплообменнике 105 является таким же, как и поток второй текучей среды F2 пластинчатого теплообменника 101, изображенного на фиг. 1 с той разницей, что поток является обратным по сравнению с проиллюстрированным вариантом осуществления. В частности, поток второй текучей среды F2 через пластинчатый теплообменник 105 начинается у впуска 8 текучей среды в середине цилиндрической оболочки 3. Текучая среда входит в канал, который образуется между стопкой и оболочкой 3, благодаря вырезам 28 в теплопередающих пластинах 213. Из этого канала вторая текучая среда F2 втекает в каждое другое, второе промежуточное пространство в стопке 20 на первых секциях теплопередающих пластин 213, которые выступают в качестве входов 36 текучей среды для второй текучей среды F2. Вторая текучая среда F2 затем протекает по теплопередающим пластинам по направлению ко вторым секциям 37 теплопередающих пластин 213. Вторые секции выступают в качестве выходов 37 текучей среды для второй текучей среды F2. Вторая текучая среда F2 затем покидает теплопередающие пластины 213 через выходы 37 текучей среды и входит в канал, который образуется между стопкой 20 и оболочкой 3, благодаря вырезам 29 в теплопередающих пластинах 213. Этот канал находится на противоположной стороне стопки 20 по сравнению с каналом, который образуется другими вырезами 28. Вторая текучая среда F2 вытекает из канала у вырезов 29 в направлении выпуска 9 текучей среды, где она покидает пластинчатый теплообменник 105.

Потоки одной или обеих текучих сред могут быть перевернуты для разных вариантов осуществления пластинчатых теплообменников 101, 102, 103, 104, 105. Кроме того, различные принципы распределения текучей среды могут быть использованы в любом желаемом сочетании. Например, элемент 60 усиления, изображенный на фиг. 9, может быть использован в сочетании с трубками 701, 702, изображенными на фиг. 11 или в сочетании с элементом 80 усиления, изображенным на фиг. 13.

Пластинчатый теплообменник 101, 102, 103, 104, 105 представляет собой пластинчатый теплообменник высокого давления. Из указанного следует, что теплообменник разрабатывается для работы при высоком давлении. Вследствие этого, теплообменник может выдерживать высокое давление. В контексте данного документа, высокое давление означает давление не менее 5 МПа. Корпус 2 представляет собой емкость, рассчитанную на давление. Оболочка 3, верхняя крышка 4 и нижняя крышка 5 образуют емкость, рассчитанную на давление. Емкость, рассчитанная на давление, выдерживает высокое давление. Корпус 2 выполняется с возможностью выдерживать высокое давление, а именно давление не менее 5 МПа. Жесткость корпуса достаточна для выдерживания высокого давления. Толщина оболочки 3, верхней крышки 4 и нижней крышки 5 достаточна для выдерживания высокого давления. Кроме того, соединение между оболочкой 3, верхней крышкой 4 и нижней крышкой 5, соответственно, такое как сварка и/или зажимное/болтовое соединение между ними, является достаточно прочным, чтобы выдерживать высокое давление. Однако элемент 40, 50, 60, 70, 80 усиления удерживает верхнюю и нижнюю крышки 4, 5 и предотвращает изгибание верхней и нижней крышек 4, 5, когда корпус подвергается воздействию высокого давления. Вследствие этого, верхняя и нижняя крышки 4, 5 могут быть изготовлены более тонкими, чем в конструкции без элемента усиления, поскольку верхняя и нижняя крышки не должны обеспечивать всю жесткость для уменьшения или предотвращения изгибания сами по себе, а только с помощью элемента усиления. Также стопка 20 пластин выполняется с возможностью выдерживать высокое давление. Пластинчатый теплообменник 101, 102, 103, 104, 105 представляет собой теплообменник с пластинами и оболочкой, который является теплообменником высокого давления.

Из приведенного выше описания следует, что, хотя различные варианты осуществления данного изобретения были описаны и показаны, изобретение не ограничивается этим, но может также быть реализовано другими способами в объеме предмета изобретения, определенного в следующей формуле изобретения.

Реферат

Пластинчатый теплообменник высокого давления, содержащий корпус (2), который имеет оболочку (3), верхнюю крышку (4) и нижнюю крышку (5), которые соединяются для образования камеры (14), стопку (20) теплопередающих пластин, которая располагается внутри камеры (14), теплопередающие пластины имеют отверстия в виде сквозных полостей в теплопередающих пластинах, отверстия образуют пространство (24) в стопке (20) пластин, в котором протекает первая текучая среда (F1), причем элемент (50) усиления простирается через отверстия в теплопередающих пластинах и соединяется с каждой из крышек - с верхней крышкой (4) и нижней крышкой (5) для удерживания крышек (4, 5), когда пластинчатый теплообменник подвергается давлению со стороны любой из текучих сред - первой текучей среды (F1) и второй текучей среды (F2), которая протекает через пластинчатый теплообменник. 11 з.п. ф-лы, 14 ил.

Формула