Теплообменник - RU2474779C1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к пластине теплообменника, которая обеспечивает улучшенное распределение потока при использовании в теплообменнике. Изобретение дополнительно относится к теплообменнику, содержащему множество пластин теплообменника.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В традиционном типе пластинчатого теплообменника используются теплопроводящие пластины, снабженные прокладками, герметично отделяющими каждый канал от другого, и направляющими жидкости по чередующимся каналам. Этот тип пластинчатого теплообменника используется в промышленности как стандартное оборудование для эффективного нагрева, охлаждения, восстановления теплоты, конденсации и испарения.

Такой пластинчатый теплообменник содержит ряд тонких волнообразных пластин теплообменника, снабженных прокладками. Эти пластины прижимаются друг к другу между рамной пластиной и прижимной пластиной для создания расположения параллельных каналов для потока. Две жидкости протекают по чередующимся каналам, что дает большую площадь поверхности, по которой может осуществляться передача тепловой энергии от одной жидкости к другой. Каналы оборудованы разными рифлеными рисунками, предназначенными для образования максимальной турбулентности в обоих потоках жидкости для того, чтобы сделать теплопередачу как можно более эффективной. Две разные жидкости, как правило, входят и выходят сверху и снизу теплообменника соответственно. Это называется принципом противотока.

Одно из преимуществ теплообменников с прокладками по сравнению с паяными теплообменниками заключается в том, что пластины теплообменника легко отделить. Это является преимуществом, например, когда необходимо произвести очистку или когда необходимо отрегулировать емкость теплообменника. Это осуществляется просто путем добавления или удаления пластин теплообменника, когда это необходимо.

В одном из типов пластинчатых теплообменников, теплообменник содержит один тип пластины, устанавливаемый так, что каждая следующая пластина повернута на 180 градусов, для формирования двух разных каналов для жидкостей, один канал для охлаждающей среды и один канал для продукта, который подлежит охлаждению. Между каждыми пластинами обеспечено уплотнение. Такое расположение является экономически выгодным и работает для многих применений. Каждая пластина оборудована ребрами и впадинами для того, чтобы с, одной стороны, придать механическую жесткость, а с, другой стороны, улучшить теплопередачу к жидкости. Пластины будут опираться друг на друга, когда рисунок пластин стыкуется друг с другом, что будет улучшать механическую жесткость пакета пластин. Это важно особенно когда жидкости имеют разные давления. Для такого типа теплообменника, области отверстий для входа и выхода должны быть выполнены так, чтобы они работали для обоих каналов.

В канале теплообменника, предпочтительно, чтобы распределение температуры по ширине канала было как можно более равномерным. Неравномерное распределение температуры будет оказывать отрицательное влияние на эффективность теплообменника. Так происходит, например, в случае с жидкостью, которую необходимо нагреть. При неравномерном распределении температуры, часть жидкости будет нагреваться больше, чем нужно, в то время как другая часть жидкости будет нагреваться меньше, чем нужно. В выпускном порте жидкость перемешивается, что означает, что часть нагретой жидкости будет охлаждаться другой частью жидкости.

Проблема с неравномерным распределением температуры присуща большинству теплообменников. Это происходит из-за того, что порты для входа и выхода расположены несимметричным образом относительно теплопередающей поверхности теплообменника. В традиционном теплообменнике, входной и выходной порты расположены в углах пластин теплообменника. Таким образом, теплопередающая поверхность поддерживается как можно большей. Недостатком такого расположения является то, что расстояние, которое жидкость должна пройти, изменяется по ширине пластины.

Известны различные подходы для решения этой проблемы. Обычно распределение потока улучшают при помощи различных типов рисунков канала для потока. В больших теплообменниках используется особый рисунок в области распределения теплообменника, и другой рисунок используется в области теплопередачи теплообменника. Задачей различных рисунков является увеличение перепада давлений по каналу теплообменника для того, чтобы распределить жидкость более равномерно. Однако невозможно сильно увеличить перепад давлений. Для меньших теплообменников можно обеспечить особую область распределения, благодаря размеру пластин теплообменника. В теплообменниках, содержащих разные пластины теплообменника, можно обеспечить разные рисунки распределения для разных каналов для жидкости. Но это не подходит для теплообменников, содержащих лишь один тип пластин теплообменника.

В заявлении JP 09152127 показан теплообменник, имеющий пластины теплообменника с плоскими областями. Каждая пластина теплообменника обеспечена тремя областями с рисунком шевронного типа, и между двумя плоскими областями вовсе отсутствует рисунок. Задачей такой конструкции является обеспечение возможности смешивания потока воды в плоских областях, таким образом выравнивая распределение температуры в теплообменнике. Такое решение может работать для больших теплообменников, когда размер не является решающим фактором, но занимает довольно много места. Плоские поверхности будут снижать эффективную поверхность теплопередачи, что делает теплообменник довольно крупногабаритным. Рисунок также является ассиметричным в длину, что требует двухпластинчатой конструкции теплообменника.

Упомянутые решения могут работать для некоторых применений, но все равно у них есть некоторые недостатки. Таким образом, существует простор для усовершенствований.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения, таким образом, является обеспечение пластины теплообменника, позволяющей теплообменнику иметь улучшенное распределение потока. Дополнительной задачей изобретения является обеспечение теплообменника, обладающего улучшенным распределением потока.

Решение проблемы в соответствии с изобретением приведено в отличительной части пункта 1. Пункты со 2 по 6 содержат предпочтительные воплощения пластины теплообменника. Пункт 7 содержит предпочтительный теплообменник, и пункты с 8 по 12 содержат предпочтительные воплощения теплообменника.

Пластина теплообменника оборудована теплопередающей поверхностью, имеющей волнообразный рисунок с множеством ребер и впадин, и где пластина теплообменника содержит открытую адиабатическую распределительную область, расположенную между отверстием порта и поверхностью теплопередачи, и закрытую адиабатическую область, расположенную между отверстием порта и поверхностью теплопередачи, при этом открытая адиабатическая распределительная область содержит диагональный открытый боковой распределительный опорный участок, расположенный между диагональной открытой канавкой и поверхностью теплопередачи, и диагональный открытый адиабатический боковой опорный участок, расположенный между открытой диагональной канавкой и отверстием порта, где закрытая адиабатическая область содержит диагональный закрытый боковой распределительный опорный участок, расположенный между диагональной закрытой канавкой и поверхностью теплопередачи, и диагональный закрытый боковой адиабатический опорный участок, расположенный между закрытой диагональной канавкой и отверстием порта, задача изобретения достигается в том, что пластина теплообменника дополнительно содержит передающий путь между диагональным открытым боковым распределительным опорным участком и поверхностью теплопередачи и обводной путь между диагональным закрытым боковым участком распределения и поверхностью теплопередачи.

В соответствии с первым воплощением пластины теплообменника, обеспечивается пластина теплообменника, позволяющая улучшить распределение потока внутри теплообменника. Таким образом, эффективность теплообменника может быть улучшена. В частности, изобретение позволяет обеспечить равномерное распределение потока по всей ширине теплопередающего прохода в пластинчатом теплообменнике. Это достигается посредством создания обводного прохода в каналах для потока теплообменника, что позволяет жидкости входить в теплопередающий проход по всей ширине теплообменника. Области, в которых жидкость не может протекать, или в которых скорость потока мала, таким образом, устраняются.

В предпочтительной разработке пластины теплообменника в соответствии с изобретением, обводной путь шире передающего пути. Преимуществом этого является то, что создаются отверстия от обводного прохода в проход теплообменника, имеющие относительно небольшой перепад давлений. Это позволяет жидкости протекать от обводного прохода в теплопередающий проход равномерным образом.

В предпочтительной разработке пластины теплообменника в соответствии с изобретением, передающий путь и обводной путь имеют высоту в половину глубины прессования волнообразного рисунка. Преимуществом этого является то, что отверстия от обводного прохода в теплопередающий проход могут быть оптимизированы, таким образом обеспечивая дополнительное распределение потока в теплообменнике.

В теплообменнике в соответствии с изобретением, теплообменник содержит передающий проход между адиабатическим проходом и теплопередающим проходом и обводной проход между прокладкой, герметизирующей канал, и теплопередающей поверхностью. Таким образом, обеспечивается улучшенный теплообменник с повышенной эффективностью.

В соответствии с первым воплощением изобретения обеспечивается теплообменник, позволяющий улучшить распределение потока. Это достигается посредством того, что обводной проход позволяет жидкости проникать в теплопередающий проход по всей ширине теплообменника. Области, в которые жидкость не может протекать или в которых скорость потока мала, таким образом, устраняются.

В дополнительной предпочтительной разработке теплообменника в соответствии с изобретением, концевой участок теплопередающей поверхности одной пластины теплообменника простирается по обводному пути другой пластины теплообменника. Это является преимуществом, заключающимся в том, что в обводном проходе создаются относительно большие отверстия, которые позволяют жидкости, протекающей по обводному проходу, проникать в теплопередающий проход с меньшим перепадом давления. Улучшенные показатели потока позволяют избежать участков потоков с малой скоростью потока в теплопередающем проходе. Весь теплопередающий проход теплообменника может, таким образом, быть использован для теплопередачи между двумя каналами для потока в теплообменнике.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет описано ниже более подробно со ссылкой на воплощения, показанные на прилагаемых чертежах, на которых:

Фиг. 1 изображает первый вариант пластины теплообменника в соответствии с изобретением;

Фиг.2 изображает второй вариант пластины теплообменника в соответствии с изобретением;

Фиг. 3 изображает фрагмент пластины теплообменника в соответствии с Фиг. 2, и

Фиг. 4 изображает часть теплообменника в соответствии с изобретением.

СПОСОБЫ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Воплощения изобретения с дополнительными разработками, описанные ниже, являются лишь примерами и ни коим образом не ограничивают предмет защиты патентной формулы.

Далее будут описаны пластина теплообменника в соответствии с изобретением и теплообменник в соответствии с изобретением. На Фиг.1 по 3 изображены пластины теплообменника, и на Фиг.4 показана часть теплообменника.

Фиг. 1 изображает первый вариант пластины теплообменника в соответствии с изобретением. Пластина теплообменника предназначена для использования в теплообменниках для обыкновенного нагрева и охлаждения различных жидкостей в промышленности. Пластина 1 теплообменника содержит четыре отверстия 2, 3, 4, 5 порта, которые будут составлять либо впускные порты, либо выпускные порты в теплообменнике. Показанная пластина теплообменника имеет такое строение, чтобы одного типа пластин, перевернутых вверх дном, было достаточно для сборки теплообменника. Таким образом, любая другая пластина теплообменника перевернута вверх дном относительно горизонтальной оси 10 для того, чтобы получить разные каналы для потока, когда теплообменник в сборе. Таким образом, рисунок будет взаимодействовать так, что рисунок одной пластины будет опираться на рисунок другой пластины, создавая множество промежуточных точек контакта.

Пластина теплообменника дополнительно содержит волнообразную поверхность 6 теплопередачи, имеющую волнообразный рисунок, содержащий ребра 7 и впадины 8. Волнообразный рисунок может иметь разные воплощения. Одним из общеизвестных воплощений рисунка является так называемый шевронный рисунок или рисунок в форме рыбьего хребта, где неровности имеют одну или несколько смен направлений. Простой формой шевронного рисунка является V-образная форма. В показанных примерах, волнообразный рисунок содержит прямые продольные неровности. Рисунок волнообразной поверхности, т.е. ребра 7 и впадины 8 наклонены относительно продольной оси 9 пластины теплообменника. В данном примере, волнообразный рисунок меняет направление на горизонтальной оси 10 пластины теплообменника, так что рисунок является зеркальным относительно горизонтальной оси 10. В зависимости от используемого рисунка, рисунок может быть, а может и не быть зеркальным относительно оси 10. Области пластины снаружи поверхности теплопередачи, т.е. области впускного и выпускного портов, в показанных примерах всегда зеркальные.

Угол α, под которым наклонен волнообразный рисунок относительно продольной оси 9, может быть выбран в зависимости от использования, для которого предназначается теплообменник. Углы в диапазоне от 20 до 70 градусов являются предпочтительными. Больший угол α будет давать больший перепад давлений для каналов для потока, в то время как меньший угол α будет давать меньший перепад давлений для каналов для потока. Для пластины теплообменника, показанной на Фиг.1, угол α составляет 30 градусов. Для пластины теплообменника, показанной на Фиг.2, угол α составляет 60 градусов.

Вблизи каждого отверстия порта, между отверстием порта и теплопередающей поверхностью, расположена адиабатическая передающая область. Передающая область содержит диагональную канавку, диагональный адиабатический опорный участок и диагональный распределительный опорный участок. Передающая область между отверстием 2 порта и теплопередающей поверхностью в данном примере называется открытой боковой областью, поскольку жидкость будет протекать по этой области через активный канал для потока. Область передачи между отверстием 5 порта и теплопередающей поверхностью в данном примере называется закрытой боковой областью, поскольку эта область будет ограничена герметизирующей прокладкой активного канала для потока.

Верхняя открытая боковая адиабатическая передающая область 11, таким образом, расположена между отверстием 2 порта и теплопередающей поверхностью 6, и верхняя закрытая боковая адиабатическая область 12 расположена между отверстием 5 порта и теплопередающей поверхностью 6. Верхняя открытая боковая адиабатическая область 11 содержит диагональную открытую боковую канавку 13, диагональную открытую боковую распределительную опорную секцию 14 и диагональную закрытую боковую распределительную опорную секцию 15. Верхняя закрытая боковая адиабатическая область 12 содержит диагональную закрытую боковую канавку 16, диагональную закрытую боковую распределительную опорную секцию 17 и диагональную закрытую боковую адиабатическую опорную секцию 18. Опорные секции содержат выступающие опорные выступы.

Диагональные канавки предназначены для приема герметизирующей прокладки, используемой для определения и ограничения канала для потока. Диагональная канавка может содержать или может не содержать герметизирующую прокладку, в зависимости от канала для потока, образованного между пластинами теплообменника. На Фиг. 3 показаны верхний конец и нижний конец пластины теплообменника. Верхний конец и нижний конец являются лишь относительными терминами и обозначают одно положение, в котором пластина теплообменника может быть использована. Они используются в настоящем описании для того, чтобы два указанных конца можно было различать.

На Фиг.3 герметизирующая прокладка 20 канала расположена в канавке под прокладку вокруг теплопередающей поверхности, так что первый канал для потока будет получаться, когда вторая пластина теплообменника собирается с первой пластиной теплообменника. На Фиг. 4 показаны как первый, так и второй каналы. Канавка под прокладку поддерживается опорными секциями, прижатыми в пластине теплообменника. Опорные выступы одной секции будут опираться на области между опорными выступами другой секции, когда пластины теплообменника собраны в теплообменник. Герметизирующая прокладка 23 порта ограничивает пассивное отверстие 4 порта.

В верхней открытой боковой адиабатической области 11, диагональная распределительная опорная секция 14 расположена между теплопередающей поверхностью 6 и диагональной канавкой 13, и диагональная адиабатическая опорная секция 15 расположена между диагональной канавкой 13 и отверстием 2 порта. Диагональная адиабатическая опорная секция 15 является основной для стабилизации как верхней адиабатической области 11, так и диагональной канавки 13. Диагональная распределительная опорная секция 14 является основной для стабилизации диагональной канавки 13. Опорные выступы могут иметь разные формы, например квадратную, прямоугольную или круглую, но должны иметь такое строение, чтобы позволять жидкости в канале для потока протекать от порта к теплопередающему проходу с минимальным сопротивлением потоку, т.е. перепад давлений в адиабатическом передающем проходе должен быть как можно более низким, в то же время необходимо обеспечить достаточную поддержку диагональной канавке.

Подобным образом, нижняя открытая боковая адиабатическая передающая область 30 расположена в нижней части пластины теплообменника, между отверстием 3 порта и теплопередающей поверхностью. Нижняя адиабатическая передающая область содержит нижний передающий путь 31, диагональную открытую распределительную опорную секцию 34, диагональную канавку 33 и диагональную открытую боковую адиабатическую опорную секцию 35.

В верхней закрытой боковой адиабатической передающей области 12, диагональная опорная секция 17 расположена между теплопередающей поверхностью и диагональной канавкой 16, и диагональная адиабатическая опорная секция 18 расположена между диагональной канавкой 16 и отверстием порта 5. Диагональная адиабатическая опорная секция 18 является основной для стабилизации как адиабатической передающей области 12, так и диагональной канавки 16. Диагональная распределительная опорная секция 17 является основной для стабилизации диагональной канавки. Опорные выступы могут иметь различные формы, но предназначены для позволения жидкости в канале для потока протекать от порта к теплопередающему проходу с минимальным сопротивлением потоку, т.е. перепад давления на протяжении адиабатического передающего прохода должен быть как можно более низким. Подобным образом, нижняя закрытая боковая адиабатическая передающая область расположена в нижней части пластины теплообменника, между отверстием 4 порта и теплопередающей поверхностью.

Глубина прессования рисунка пластины теплообменника может изменяться между различными секциями пластины. В показанном примере, верхняя открытая боковая адиабатическая передающая область 11, включая в себя диагональную канавку 13, прессована по полной глубине прессования. Адиабатическая передающая область будет, таким образом, содержать первый основной уровень высоты с выступающими опорными выступами диагональной распределительной опорной секции 14 и диагональной адиабатической опорной секции 15, имеющей высоту полной глубины прессования.

Верхняя закрытая боковая адиабатическая передающая область 12, включающая диагональную канавку 16, подобным образом прессована по полной глубине прессования. Опорные выступы имеют высоту полной глубины прессования. В показанном примере, области между опорными выступами адиабатической передающей области 12 оборудованы гранями, прессованными на половину высоты, для повышения жесткости опорных секций 17, 18. Некоторые опорные выступы подобным образом оборудованы наращиванием для придания дополнительной жесткости на половину высоты. Эти прессования на половину высоты могут быть использованы для придания жесткости верхней закрытой боковой адиабатической передающей области, поскольку эта сторона адиабатической передающей области не будет частью канала для потока. Грани, таким образом, не будут взаимодействовать с потоком жидкости в каком-либо из каналов для потока.

Опорные выступы могут иметь различные формы. Их основным назначением является стабилизация адиабатических передающих областей и диагональных канавок теплообменника. При помощи опорных выступов, отделенных от волнообразного (гофрированного) рисунка теплопередающей поверхности, достигается равномерная и улучшенная жесткость диагональных канавок. Адиабатические передающие области будут составлять адиабатическую поверхность, когда пластина теплообменника установлена в теплообменник, поскольку адиабатические передающие области не будут частью теплопередачи между двумя жидкостями в этой области.

Между диагональной открытой боковой распределительной опорной секцией 14 верхней адиабатической передающей области 11 и теплопередающей поверхностью 6 существует продольный верхний передающий путь 21, который формирует передающий проход в канале для потока, образованном двумя пластинами теплообменника. Верхний передающий путь 21 выполняет функцию переходной секции между рисунком адиабатической переходной области 11 и рисунком теплопередающей поверхности. Передающий путь имеет в этом примере высоты в половину глубины прессования. Также можно оставить переходному пути высоту полной глубины прессования. В любом случае важно, чтобы передающий проход, создаваемый между двумя пластинами теплообменника, имел высоту полной глубины прессования.

Передняя сторона одной пластины теплообменника и задняя сторона другой пластины теплообменника используются для формирования канала для потока, и, таким образом, передающий проход создается между передающим путем 21 и задней стороной другой пластины теплообменника. Для того чтобы получить передающий проход высотой в полную глубину прессования, важно, чтобы две соответствующие поверхности пластин теплообменника имели надлежащие высоты.

Верхний передающий путь будет создавать передающий проход в канале для потока, и будет обеспечивать вход жидкости в канале для потока в поперечно-волнообразный рисунок теплопередающего прохода равномерным образом, при этом сводя к минимуму нарушения от диагональной распределительной опорной секции 14. Таким образом, диагональная канавка 13 поддерживается равномерным образом и в то же время достигается равномерный поток в теплопередающем проходе. В известных теплообменниках, где ребра и впадины теплопередающей поверхности простираются до диагональной канавки под прокладку, диагональная канавка под прокладку будет менее жесткой, поскольку опора диагональной канавки под прокладку будет несимметричной. Использование передающего пути будет, таким образом, улучшать распределение потока, когда используются опорные выступы прокладки.

Поскольку области впускного и выпускного порта пластины теплообменника зеркально расположены относительно горизонтальной оси, нижний передающий путь 31 также оборудован для отверстия 3 выпускного порта. Этот нижний передающий путь будет создавать нижний передающий проход, который будет позволять жидкости из теплопередающего прохода протекать к выходу равномерным образом, поскольку передающий проход будет позволять давлению равномерно распределяться до входа в нижний адиабатический передающий проход.

Между диагональной закрытой боковой распределительной опорной секцией 17 и теплопередающей поверхностью 6 оборудован дополнительный продольный верхний обводной путь 22. Верхний обводной путь имеет в данном примере высоту в половину глубины прессования, так же как и верхний передающий путь. Это будет позволять обводным проходам образовываться по обеим сторонам пластины теплообменника, т.е. в обоих каналах для потока, которые имеют общую высоту в полную глубину прессования.

Что касается передающего пути, важно, чтобы полученный обводной проход имел высоту в полную глубину прессования. Действительная высота обводного пути будет, таким образом, сообщаться с соответствующей поверхностью другой пластины теплообменника, когда создается обводной проход. Верхний обводной путь будет создавать верхний обводной проход в канале для потока, созданном двумя пластинами теплообменника. Верхний обводной проход будет позволять жидкости из входа проходить в завершенный поперечно волнообразный рисунок теплопередающего прохода. Жидкость будет протекать в обводной проход, который обеспечивает малый перепад давлений. Из обводного прохода жидкость будет попадать в поперечно волнообразный рисунок теплопередающего прохода. Таким образом, вся площадь теплопередающего прохода канала для потока будет использоваться для теплопередачи.

Использование обводного прохода будет, таким образом, позволять жидкости входить в теплопередающий проход равномерным образом. Поскольку сопротивление потоку в теплопередающем проходе намного больше, чем в обводном проходе, распределение потока в теплообменнике будет улучшено. Это будет позволять секции поперечно волнообразного рисунка, ближней к отверстию 5 порта, т.е. впускной секции теплопередающего прохода, самой дальней от впускного порта, использоваться эффективным образом.

Поскольку области впускного и выпускного портов пластины теплообменника зеркально расположены относительно горизонтальной оси, нижний обводной путь 32 также получается в отверстии выпускного порта. Этот обводной путь будет создавать нижний обводной проход, который будет позволять жидкости из секции поперечно волнообразного рисунка, ближайшей к отверстию 4 порта, т.е. выпускной секции теплопередающего прохода, самой дальней от выпускного порта 3, использоваться эффективным образом.

Ширина передающего пути, предпочтительно, является такой же, как ширина ребра на теплопередающей поверхности. Верхний передающий путь формирует переход от диагональной распределительной опорной секции 14 к теплопередающей поверхности. Ширина передающего пути выбирается так, чтобы она позволяла давлению жидкости равномерно распределяться на протяжении передающего прохода до того, как жидкость попадет в теплопередающий проход. Если ширина передающего пути слишком узкая, поток вдоль длины передающего пути будет сдерживаться. При достаточно широком передающем пути, неравномерность потока через диагональную распределительную опорную секцию будет выровнена.

Ширина передающего пути или обводного пути измеряется в положении, где расстояние между рисунком диагональной распределительной опорной секции и теплопередающей поверхностью наименьшее. Самая узкая секция пути будет определять перепад давлений в соответствующем проходе.

Ширина обводного пути предпочтительно больше, чем ширина передающего пути, с тем, чтобы позволять жидкости входить в теплопередающий проход из обводного прохода с относительно низким перепадом давлений. Это особенно важно для пластины теплообменника, имеющей волнообразный рисунок теплопередающей поверхности с углом такого же порядка, что и угол обводного пути относительно продольной оси. Такой пример можно видеть на Фиг.2 и 3. Здесь, ребро 24 волнообразного теплопередающего рисунка проходит параллельно верхнему обводному пути 22. Когда две пластины теплообменника собираются для формирования канала для потока, верхний обводной проход 122 образуется между верхним обводным путем 22 и задней стороной пластины нижнего передающего пути 31. Жидкость, которая должна входить в теплопередающий проход из обводного прохода, должна, таким образом, входить в теплопередающий проход через отверстия, образованные между ребром 24 и концевым участком 25 волнообразного рисунка. Таким образом, важно, чтобы концевой участок волнообразного рисунка одной пластины теплообменника простирался по обводному пути. В показанном примере, обводной путь имеет высоту в половину глубины прессования. Когда ребра концевого участка 25 простираются в обводной путь и проходят по нему, получаются достаточно большие отверстия в теплопередающем проходе. Таким образом, отверстия, образованные между ребром 24 и концевым участком 25 будут позволять жидкости входить через отверстия в теплопередающий проход с пониженным перепадом давлений. Ширина обводного пути предпочтительно составляет порядка двух ширин передающего пути, и ее размер зависит от использования теплообменника и размеров пластины теплообменника.

Обводной путь будет помогать распределять поток жидкости для обеспечения теплопередающего прохода эффективным образом. В известных пластинах теплообменника, волнообразный рисунок будет заканчиваться в диагональной канавке под прокладку, что означает, что поперечно волнообразный рисунок может заканчиваться непосредственно герметизирующей прокладкой. Область, близкая к герметизирующей прокладке, т.е. самая дальняя от впускного порта, будет, таким образом, показывать низкую скорость потока жидкости и будет, следовательно, обладать малой теплопередачей. Путем ввода обводного пути и отдельных опорных выступов прокладки в диагональной распределительной опорной секции достигается улучшенное распределение потока в канале для потока теплообменника. Это означает, что перепад давлений на протяжении теплопередающего прохода будет по существу равномерным по всей ширине теплообменника. Благодаря обводному проходу перепад давления относительно мал, особенно в сравнении с перепадом давления в проходе теплообменника.

Подобным образом, на участке, ближнем к выпускному порту 3, существует нижний обводной путь 32. Этот обводной путь будет помогать создавать выпускной обводной проход, который будет позволять эффективно использовать всю теплопередающую поверхность пластины. В известных теплообменниках, область, наиболее удаленная от выпускного порта, будет показывать малую скорость потока, что, в свою очередь, создает плохую теплопередачу в этой области.

На Фиг. 4 показана часть теплообменника, содержащего теплообменные четыре пластины. Между пластинами теплообменника созданы каналы для потока. Каждый канал для потока будет нести какую-либо из первой или второй жидкости. В показанном примере, каналы 101 и 301 для потока будут нести первую жидкость, и канал 201 для потока будет нести вторую жидкость. В показанном примере, каналы 101 и 201 для потока используются по принципу противотока, т.е. поток через канал 101 для потока протекает в противоположном направлении относительно канала 201 для потока. Весь теплообменник будет содержать множество теплообменных пластин, переднюю пластину и заднюю пластину. Передняя и задняя пластины (не показано) будут стабилизировать теплообменник, а также обеспечивать соединительные средства для соединения теплообменника.

Каждый канал для потока ограничен герметизирующей прокладкой 120, 220, 320, которая ограничивает канал для потока между пластинами теплообменника. Герметизирующие прокладки, как правило, выполняются как одно целое с соединительными элементами между герметизирующими прокладками. Герметизирующие прокладки 123, 124, 223, 224, 323, 324 герметизируют отверстия портов, которые не активны в соответствующем канале для потока. В канале 101 для потока, порт 102 является активным впускным портом, и порт 103 является активным выпускным портом. В канале 201 для потока порт 204 является активным впускным портом и порт 205 является активным выпускным портом. В канале 301 для потока порт 302 является активным впускным портом и порт 303 является активным выпускным портом.

Первая жидкость входит в канал 101 для потока через впускной порт 102. Жидкость проходит через верхний адиабатический проход 11 и часть жидкости распределяется по верхнему передающему пути 121 в теплопередающий проход 106. Часть жидкости будет протекать по верхнему обводному проходу 122 в теплопередающий проход 106. Использование верхнего передающего прохода 121 будет улучшать распределение потока жидкости, проходящей непосредственно из верхнего адиабатического прохода в теплопередающий проход. Использование верхнего обводного прохода будет увеличивать распределение потока по всему теплопередающему проходу. После того, как жидкость прошла по всему теплопередающему проходу, жидкость покидает канал для потока через выпускной порт 103. Часть жидкости проходит через нижний обводной проход 132 и через нижний адиабатический проход 130 к выпускному порту 103. Использование нижнего обводного прохода позволяет части жидкости проходить по обводному проходу. Это позволяет улучшить распределение потока по ширине теплопередающего прохода, что, в свою очередь, будет улучшать эффективность теплопередачи теплообменника.

Вторая жидкость входит в канал 201 для потока через впускной порт 204 благодаря противоточному расположению. Жидкость проходит по нижнему адиабатическому проходу 230, и часть жидкости распределяется через нижний передающий проход 232 в теплопередающий проход 206. Часть жидкости будет протекать через нижний обводной проход 233 к теплопередающему проходу 206. Использование передающего прохода 232 будет улучшать распределение потока жидкости, проходящей непосредственно из адиабатического прохода в теплопередающий проход. Использование обводного прохода 233 будет увеличивать распределение потока по всему теплопередающему проходу. После того как жидкость прошла по всему теплопередающему проходу, жидкость покидает канал для потока через выпускной порт 205. Часть жидкости проходит через верхний передающий проход 221 и верхний адиабатический проход 211 к выпускному порту 205. Другая часть жидкости проходит через верхний обводной проход 227 и верхний адиабатический проход 211 к выпускному порту 205. Использование обводного прохода позволяет части жидкости проходить через обводной проход. Это обеспечивает более равномерное распределение потока по ширине теплопередающего прохода теплообменника, что в свою очередь будет повышать эффективность теплопередачи теплообменника.

Поток через канал 301 для потока будет таким же, как для канала 101 для потока. Это повторяется для всех каналов для потока в теплообменнике. Количество каналов для потока, т.е. количество пластин теплообменника, в теплообменнике определяется требуемой теплопередающей способностью теплообменника.

Пластина теплообменника в соответствии с изобретением не включает какой-либо особенной распределительной области, а лишь теплопередающую поверхность с определенным рисунком. Теплопередающая поверхность простирается до адиабатической области, что является преимуществом для меньших пластин теплообменника, где нет пространства или возможности для особой распределительной области.

Изобретение не следует рассматривать как ограниченное воплощениями, описанными выше, ряд дополнительных вариантов и модификаций допустим в пределах соответствующей патентной формулы. В одном примере другой рисунок диагональной распределительной опорной секции может быть использован для кассет теплообменника.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

1. Пластина теплообменника

2. Отверстие порта

3. Отверстие порта

4. Отверстие порта

5. Отверстие порта

6. Теплопередающая поверхность

7. Ребро

8. Впадина

9. Продольная ось

10. Горизонтальная ось

11. Верхняя открытая боковая адиабатическая область

12. Верхняя закрытая боковая адиабатическая область

13. Диагональная открытая боковая канавка

14. Диагональная открытая боковая распределительная опорная секция

15. Диагональная открытая боковая адиабатическая опорная секция

16. Диагональная закрытая боковая канавка

17. Диагональная закрытая боковая распределительная опорная секция

18. Диагональная закрытая боковая адиабатическая опорная секция

19. Неровности

20. Прокладка для герметизации канала

21. Верхний передающий путь

22. Верхний обводной путь

23. Прокладка для герметизации порта

24. Ребро

25. Концевой участок

30. Нижняя открытая боковая адиабатическая область

31. Нижний передающий путь

32. Нижний обводной путь

33. Диагональная открытая боковая канавка

34. Диагональная открытая боковая распределительная опорная секция

35. Диагональная открытая боковая адиабатическая опорная секция

101. Канал для потока

102. Отверстие порта

103. Отверстие порта

104. Отверстие порта

105. Отверстие порта

106. Теплопередающий проход

111. Верхний адиабатический проход

120. Прокладка для герметизации канала

121. Верхний передающий проход

122. Верхний обводной проход

123. Прокладка для герметизации порта

124. Прокладка для герметизации порта

130. Нижний адиабатический проход

131. Нижний передающий проход

132. Нижний обводной проход

201. Канал для потока

202. Отверстие порта

203. Отверстие порта

204. Отверстие порта

205. Отверстие порта

206. Теплопередающий проход

211. Верхняя адиабатическая область

220. Прокладка для герметизации канала

221. Верхний передающий проход

222. Верхний обводной проход

223. Прокладка для герметизации порта

224. Прокладка для герметизации порта

230. Нижняя адиабатическая область

231. Нижний передающий проход

232. Нижний обводной проход

301. Канал для потока

302. Отверстие порта

303. Отверстие порта

320. Прокладка для герметизации канала

323. Прокладка для герметизации порта

324. Прокладка для герметизации порта

Реферат

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Пластина теплообменника, где пластина оборудована теплопередающей поверхностью, имеющей волнообразный рисунок, содержит диагональную открытую и закрытую распределительные опорные секции, расположенные между диагональной открытой и, соответственно, закрытой канавкой и теплопередающей поверхностью, и диагональную открытую и закрытую боковые адиабатические опорные секции, расположенные между открытой и, соответственно, закрытой диагональной канавкой и отверстием порта, при этом пластина теплообменника дополнительно содержит передающий путь между диагональной открытой боковой распределительной опорной секцией и теплопередающей поверхностью и обводной путь между диагональной закрытой боковой распределительной опорной секцией и теплопередающей поверхностью. Также описан теплообменник, содержащий множество пластин теплообменника. Технический результат - улучшение эффективности теплообменников. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула