Пластинчатый теплообменник и пластинчатый элемент дл него - RU2225580C2
Код документа: RU2225580C2
Чертежи
Описание
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится, в общем, к пластинчатым теплообменникам и, в частности, к пластинчатым элементам и к пакетам пластинчатых элементов, используемым в них.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пластинчатые теплообменники хорошо известны и, в общем, включают в себя большое количество сложенных в пакет, как правило, плоских металлических теплообменных пластинчатых элементов. Пластинчатые элементы обычно закреплены параллельно в вертикальном направлении между базовой и нажимной деталями при помощи нижнего вытянутого несущего элемента и верхнего вытянутого направляющего элемента. В пластинах обычно имеются U-образные вырезы, проделанные в их верхних и нижних внешних кромка, через которые проходят вытянутые элементы обычно в горизонтальном направлении так, чтобы удерживать пластины между собой. Нужно принять во внимание, что вырезы в пластинах имеют такую форму, чтобы они могли быть установлены между вытянутыми элементами и не были бы вытеснены из них во время сборки блока или во время его разборки.
Следующим соображением в отношении закрепления пакета теплообменных пластинчатых элементов в пластинчатом теплообменнике является то, что этот пакет должен быть идеально закреплен, чтобы удерживать конструкцию таким образом, что никакое смещение не было бы невозможно, ни между пластинами, ни между пластинами и несущей конструкцией. Это необходимо в связи с тем, что любое такое смещение может вызвать возникновение нежелательных сил, прилагаемых к трубкам с жидкостью, проходящим через теплообменник в непосредственном контакте с ним, тем самым может повредить их и что, возможно, приведет к их механической поломке.
Существуют разнообразные технологические решения для обеспечения надежного крепления пластин к направляющему элементу после того, как они были установлены с ним в контакте.
Одна из известных попыток решить вышеуказанную проблему описана в патенте США № 4804040, выданном Берквисту и др. Берквист и др. описывают пластинчатый теплообменник, показанный на фигуре 1А, в котором имеется большое число теплообменных пластинчатых элементов (i), собранных между базовой деталью (и) и нажимной деталью (hi) и опирающихся на нижний несущий стержень (iv). Нижний несущий стержень (iv) и верхний направляющий стержень (v) проходят через открытые углубления (здесь не показаны) в соответствующих нижних и верхних частях (vi) и (vii) соответственно пластинчатых элементов (i).
По меньшей мере в верхней кромке каждого теплообменного пластинчатого элемента (i) имеется, как минимум, один поперечный язычок, который является копланарным с остальной пластиной и который выходит поперек в углубление таким образом, чтобы образовать его частичное сужение, способствуя тем самым удерживанию теплообменного пластинчатого элемента (i) в контакте с направляющим стержнем (v). По описанию язычок является достаточно упругим, чтобы быть отогнутым в сторону поперечно к плоскости пластины, тем самым давая возможность вставить направляющий стержень (v) в углубление через сужение и чтобы пружинить в обратном направлении после того, как стержень (v) был вставлен.
Одним из недостатков, связанных с описанными выше теплообменными пластинчатыми элементами, является то, что необходимо маневрировать каждой пластиной, чтобы вогнать ее на направляющий стержень с силой, достаточной для того, чтобы отогнуть язычки. Кроме того, требуется применение значительного усилия, а в случае, если будет приложено излишнее усилие, язычки могут быть слишком отогнуты и не будут “пружинить обратно” в исходное положение.
Кроме того, характер соединения пластинчатых элементов таков, что абсолютно необходимы несущий и направляющий стержни для жесткого крепления пластин в компоновке пакета.
Настоящее изобретение имеет целью обеспечить теплообменные пластинчатые элементы, которые использовались бы в пластинчатом теплообменнике, при этом требовалось бы минимальное усилие для сборки отдельных пластин и пластины могли бы быть “защелкнуты” в заранее определенном положении так, что они не будут в значительной степени вытеснены во время сборки или разборки.
Кроме того, целью изобретения является то, чтобы теплообменные пластинчатые элементы могли быть сцеплены друг с другом, сокращая тем самым до минимума количество несущих элементов, которые требуется обеспечить.
Пластинчатый теплообменник включает несущую конструкцию, имеющую вытянутое несущее устройство; и большое количество плоских пластинчатых элементов, выполненных из теплопроводного материала и приспособленных для присоединения к вышеупомянутому несущему устройству так, чтобы опираться на него, причем согласно заявленному изобретению на кромке каждого пластинчатого элемента выполнена, по крайней мере, одна область зацепления с несущим устройством для обеспечения защелкиваемого соединения между ними, которая включает, по крайней мере, одну упругую деталь в виде гибкого рычага, приспособленную для отгибания в направлении, которое, с одной стороны, является поперечным к направлению соединения, и, с другой стороны, является в значительной степени параллельным плоскости упомянутого пластинчатого элемента.
Согласно изобретению в пластинчатом теплообменнике выполнен, как минимум, один боковой выступ на хотя бы одной указанной выше упругой детали.
Согласно изобретению вышеупомянутое несущее устройство образует выемку заданной ширины, а определенная область кромки вышеуказанного пластинчатого элемента имеет форму, которая входит в упомянутую выемку, при этом на хотя бы одной указанной области зацепления с опорой имеется пара направленных наружу боковых выступов, расстояние между которыми больше, чем ширина выемки в вышеупомянутом несущем устройстве.
Согласно изобретению вышеупомянутый пластинчатый элемент выполнен из сфальцованного листового материала и образует рядом с вышеуказанной хотя бы одной упругой деталью фигурное отверстие, ограниченное парой боковых стенок, которые отходят под непрямыми углами относительно плоскости вышеупомянутого пластинчатого элемента таким образом, что эти пластинчатые элементы могут вкладываться друг в друга.
Согласно изобретению пластинчатый теплообменник включает деталь фиксатора для введения в вышеуказанное фигурное отверстие, вышеупомянутый запирающий элемент имеет такую форму, что если вышеуказанное большое количество пластинчатых элементов располагается в виде сложенного пакета, при этом упомянутые боковые стенки указанного фигурного отверстия каждого пластинчатого элемента располагаются внутри указанного фигурного отверстия соседнего с ним пластинчатого элемента, то введение вышеупомянутой детали фиксатора в указанное фигурное отверстие пластинчатого элемента, расположенного в торце упомянутого пакета, вызывает боковое отгибание всех упомянутых выше упругих деталей таким образом, что заставляет их вступить в зацепление с указанным несущим устройством, и, кроме того, приводит к тому, что боковые стенки фигурных отверстий пластинчатых элементов входят в зацепление с боковыми стенками фигурного отверстия соседнего пластинчатого элемента.
Согласно изобретению в пластинчатом теплообменнике пластинчатый элемент выполнен из сфальцованного листового материала, и в этом пластинчатом элементе выполнено фигурное отверстие, которое имеет такую форму, что, если указанное большое количество пластинчатых элементов уложено в пакет, вышеупомянутые фигурные отверстия всех указанных пластинчатых элементов выстраиваются в один ряд, совмещаясь друг с другом, при этом вышеупомянутый теплообменник также включает хотя бы один запирающий элемент, который может быть вставлен поперечно через фигурные отверстия пакета, и при этом хотя бы один запирающий элемент и упомянутые фигурные отверстия имеют такую форму, что введение вышеуказанного запирающего элемента в совмещенные отверстия приводит к боковому отгибанию всех упругих деталей и заставляет их вступить в зацепление с несущим устройством.
Согласно изобретению вытянутое несущее устройство включает пару разнесенных в стороны параллельных вытянутых несущих элементов, и каждый упомянутый пластинчатый элемент имеет пару параллельных частей кромки, в каждом выполнена одна область зацепления с опорой для соединения с одним выбранным несущим элементом, в котором указанный пластинчатый элемент имеет такую форму, что если первая из упомянутых выше областей зацепления с опорой соединяется с первым из вышеуказанных вытянутых несущих элементов, другая область зацепления с опорой соединяется с другим указанным несущим элементом таким образом, что они ограничивают собой пространство в направлении, параллельном оси, проходящей между упомянутой выше парой вытянутых несущих элементов.
Пластинчатый элемент для использования в пластинчатом теплообменнике выполнен плоским из теплопроводного материала и приспособлен для присоединения к несущему устройству так, чтобы опираться на него, причем согласно изобретению на кромке каждого пластинчатого элемента выполнена, по крайней мере, одна область зацепления с несущим устройством для обеспечения защелкиваемого соединения между ними, которая включает, по крайней мере, одну упругую деталь в виде гибкого рычага, приспособленную для отгибания в направлении, которое, с одной стороны, является поперечным к направлению соединения, и, с другой стороны, является параллельным плоскости упомянутого пластинчатого элемента.
Согласно изобретению в пластинчатом элементе, для которого несущее устройство имеет заданную ширину, каждая вышеуказанная область зацепления с опорой включает еще следующее углубление, выполненное в определенной части кромки указанного выше пластинчатого элемента и заканчивающееся вырезом, расположенным на упомянутой кромке, при этом это углубление имеет такую форму, чтобы хотя бы частично подходить профилю поперечного сечения несущего устройства, и по меньшей мере один боковой выступ, частично отходящий в сторону поперек упомянутого выше углубления, которое в отсутствие, по крайней мере, прилагаемого к нему заданного бокового усилия отгибания предотвращает сцепление или отцепление пластинчатого элемента от несущего устройства.
Согласно изобретению в пластинчатом элементе вышеупомянутая плоская часть выполнена из сфальцованного листового материала и образует рядом с вышеуказанной хотя бы одной упругой деталью фигурное отверстие, ограниченное парой боковых стенок, которые отходят под определенными непрямыми углами относительно плоскости вышеупомянутого пластинчатого элемента таким образом, что большое количество этих пластинчатых элементов может вкладываться друг в друга.
Согласно изобретению пластинчатый теплообменник также включает деталь фиксатора для введения в вышеуказанное фигурное отверстие, при этом вышеупомянутый пластинчатый элемент имеет такую форму, что, если большое количество этих пластинчатых элементов располагается в виде сложенного пакета так, что упомянутые боковые стенки указанного фигурного отверстия каждого пластинчатого элемента располагаются внутри указанного фигурного отверстия соседнего с ним пластинчатого элемента, то введение вышеупомянутой детали фиксатора в указанное фигурное отверстие пластинчатого элемента, расположенного в торце упомянутого пакета, вызывает боковое отгибание всех упомянутых выше упругих деталей каждого пластинчатого элемента таким образом, что заставляет их вступить в зацепление с несущим устройством, и кроме того, приводит к тому, что боковые стенки фигурных отверстий каждого из пластинчатых элементов входят в зацепление с боковыми стенками фигурного отверстия соседнего пластинчатого элемента.
Согласно изобретению в пластинчатом элементе плоская часть выполнена из сфальцованного листового материала, и в этом пластинчатом элементе выполнено рядом с хотя бы одной вышеупомянутой упругой деталью фигурное отверстие, которое имеет такую форму, что, если большое количество упомянутых пластинчатых элементов уложено в пакет, вышеупомянутые фигурные отверстия всех указанных пластинчатых элементов выстраиваются в один ряд, совмещаясь друг с другом, при этом вышеупомянутый теплообменник также включает хотя бы один запирающий элемент, который может быть вставлен поперечно через фигурные отверстия вышеуказанного пакета, и при этом упомянутые фигурные отверстия каждого пластинчатого элемента имеют такую форму, что введение вышеуказанного запирающего элемента в совмещенные отверстия приводит к боковому отгибанию всех упругих деталей и заставляет их вступить в зацепление с несущим устройством.
Наиболее полно понять и разобраться в приведенном далее подробном описании настоящего изобретения можно с помощью чертежей, на которых показано следующее:
фиг. 1А дает общий вид прототипа пластинчатого теплообменника, раскрытого в патенте США № 4804040;
фиг. 1В является наглядным представлением пластинчатого элемента, используемого в пластинчатом теплообменнике, выполненном в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения и имеющим области зацепления с несущим элементом, которые расположены вдоль продольной оси пластины;
фиг. 1С является наглядным представлением пластинчатого элемента, аналогичного показанному на фиг. 1В, за исключением того, что области зацепления с несущим элементом расположены на углах пластины;
фиг. 2А дает увеличенное наглядное представление центральной области зацепления пластинчатого элемента, показанного на фиг. 1В, имеющей подходящее по форме зацепляющее углубление, которое выполнено таким образом, чтобы подходить к несущему элементу узла теплообменника, когда оно входит с ним в полное зацепление, на фигуре показан момент частичного зацепления;
фиг. 2В дает увеличенное наглядное представление центральной области зацепления пластинчатого элемента, показанного на фиг. 1В, имеющей подходящее по форме зацепляющее углубление, которое выполнено таким образом, чтобы подходить к несущему элементу узла теплообменника, когда оно входит с ним в полное зацепление. На фигуре показано частичное зацепление, соответствует альтернативному варианту осуществления изобретения;
На фиг. 3-7 наглядно показаны центральные области зацепления пластинчатых элементов, которые также имеют подходящее по форме зацепляющее углубление, выполнены в соответствии с дополнительными вариантами осуществления изобретения;
фиг. 8 и 9 представляют собой увеличенное наглядное изображение областей двойного зацепления пластинчатых теплообменных элементов, выполненных для зацепления с парой несущих элементов узла теплообменника, когда они полностью к ним прилегают, выполнены в соответствии с двумя альтернативными вариантами осуществления изобретения;
фиг. 10 является наглядным представлением пластинчатого элемента, применяемого в пластинчатом теплообменнике, имеющего три угловые области зацепления, выполненные в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения;
фиг. 11, 12 и 13 представляют собой иллюстрации угловых областей зацепления, выполненных в соответствии с тремя различными вариантами осуществления изобретения таким образом, что могут применяться на пластинах для установки на двойных или тройных несущих элементах;
фиг. 14 является частично трехмерным представлением теплообменных пластинчатых элементов, вкладываемых друг в друга, выполненных из сфальцованного листового материала в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения;
фиг. 15А является наглядным изображением, показывающим начальную установку на опору пакета вкладываемых пластин, изображенных на фиг. 14, при этом пластины показаны в чередующемся порядке;
На фиг. 15В показано изображение, аналогичное тому, что на фиг. 15А, но показана начальная стадия вкладывания пластин;
На фиг. 15С дано увеличенное изображение части фиг. 15В, обозначенной стрелкой 15С;
фиг. 15D показывает пакет пластин с фиг.15А и 15В в полностью вложенном состоянии:
фиг. 15Е - это увеличенный схематический вид с торца областей зацепления вложенных пластин, показанных на фиг. 15D;
фиг. 16 представляет собой изображение пакета из большого количества вкладываемых пластин, показанных на фиг. 14, но при этом пластины скомпонованы не в чередующемся порядке в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения;
фиг. 17 является наглядным изображением части пластинчатого теплообменника, который имеет пакет из большого количества пластинчатых элементов, в основном имеющих форму, как показано на фиг. 15, но включающих фиксирующие устройства для закрепления пластин на несущем элементе в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения;
фиг. 18 является увеличенным изображением области зацепления одной пластины, показанной на фиг. 17;
фиг. 19А и 19В дают схематическое изображение части пакета с фиг. 17, показывающее соответственно частичное и полное фиксирование пластин к несущему элементу;
фиг. 20 является наглядным изображением пластинчатого элемента, применяемого в пластинчатом теплообменнике, аналогичного пластине, изображенной на фиг. 1В, но имеющего две области зацепления с несущим элементом, расположенные таким образом, чтобы допустить определенное тепловое расширение пластины;
фиг. 21 является наглядным изображением пластинчатого элемента, аналогичного тому, что показан на фиг. 20, но при использовании двух несущих элементов, один из которых имеет призматическое поперечное сечение.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к конструкции пластинчатых элементов, применяемых в пластинчатом теплообменнике. За исключением самих пластин, несущего устройства для них и средства крепления пластин к несущему устройству, сам теплообменник, в общем, технически известен и показан, а также описан выше в привязке к фиг. 1А в связи с патентом США № 4804040, принадлежащим Берквисту и др., на содержание которого имеется здесь ссылка.
На продолжении всего последующего описания пластинчатые элементы по изобретению описываются как имеющие области для зацепления с одним или более несущим элементом. Единичные несущие элементы обозначены на чертежах буквой S, в то время как многочисленные несущие элементы обозначены буквами S', S" и S'" соответственно. Эти несущие элементы относятся соответственно к горизонтальным опорам и направляющим, которые проходят между базовой пластиной (И) и нажимной пластиной (iii) (см. фиг. 1А), и это не означает того, что применение любого из описанных вариантов исполнения пластин конкретно ограничивается либо несущим стержнем (iv), либо направляющим стержнем (v) (см. фиг. 1А), либо любым альтернативным опорным средством, к которому могут быть прикреплены пластинчатые элементы согласно изобретению. Сюда могут войти, например, вытянутые винтовые детали (здесь не показаны), которые могут быть пропущены через пакет пластинчатых элементов, тем самым обеспечивая и крепление пластин, и также выступать в качестве направляющих для них. Это могут быть также конструктивные дополнительные элементы, которые проходят между базовой пластиной (ii) и нажимной пластиной (iii); они, однако, находятся за рамками настоящего изобретения и, таким образом, здесь не рассматриваются.
Обратимся теперь к фиг. 1В. На ней показан пластинчатый элемент, обычно обозначаемый как 100, для сборки большого количества подобных пластинчатых элементов в пакет по известной технологии с целью применения в пластинчатом теплообменнике. Пластинчатый элемент 100 предпочтительно имеет четырехугольную форму и имеет параллельные края 102 и 104, которые, когда пластинчатый элемент 100 собирается в вертикальном положении, расположены наверху и внизу пластинчатого элемента соответственно. Пластинчатый элемент предпочтительно имеет параллельные боковые края 106 и 108, проходящие между верхними и нижними кромками 102 и 104.
Обратимся кратко к фиг. 1С. Здесь показан пластинчатый элемент 100', который идентичен пластинчатому элементу 100 (фиг. 1В), за исключением того, что он имеет области зацепления с несущим элементом, которые расположены скорее по углам пластины, чем по центру, как на фиг. 1В. Все части пластинчатого элемента 100' обозначены цифрами, используемыми в описании чертежа 1В, и поэтому дальнейшего описания чертежа 1С здесь специально не приводится. Теперь также обратимся к фиг. 2А. Область зацепления 110 с несущим элементом расположена по центру относительно верхнего края 102 и имеет такую форму, чтобы вступить в зацепление с несущим элементом S путем нажатия на него в обычно нормальном направлении и тем самым удержаться с ним в зацеплении. Область зацепления 110 образуется углублением 112, выполненным на верхней кромке 102, которое имеет такую форму, чтобы вступить в зацепление и, по крайней мере, частично удерживать несущий элемент S. Как видно на чертежах, предусмотрена защелка 114, которая выступает внутрь углубления 112, тем самым образует сужение на выходном отверстии углубления, обозначенном, в общем, как 116. Как видно на фиг. 1В, ширина W1 в месте сужения меньше, чем диаметр D1 несущего элемента S, так что несущий элемент S нормально не может пройти через сужение в поперечном направлении, показанном стрелкой с двумя остриями 118 (фиг. 2А).
Для того чтобы осуществить защелкиваемое соединение и отсоединение пластинчатого элемента 100 от несущего элемента S, защелка 114 установлена на гибком рычаге 120, который приобретает свою гибкость в силу наличия вытянутого выреза 121, расположенного, в общем, по касательной к углублению 112. Защелка 114 в силу того, что она выполнена на рычаге 120, имеет возможность прилагать составляющую усилия сопротивления, чтобы поддерживать элемент S, когда защелка 114 входит с ним в контакт.
Однако, как видно на фиг. 2А, при наличии большей и противодействующей силы гибкий рычаг 120 может быть отогнут наружу в плоскости пластинчатого элемента 100 в направлении, указанном стрелкой 12. Это приводит к кратковременному расширению нормально суженного выреза и тем самым позволяет несущему элементу S входить и выходить из углубления 112 в зависимости от того, является ли противодействующая сила силой, направленной на зацепление или на отцепление.
Еще одним свойством компоновки, показанной на фиг. 1В, является то, что углубление 112 имеет такую форму, что закругленная внутренняя часть 124 имеет радиус кривизны, который аналогичен внешнему радиусу кривизны несущего элемента S. Более того, защелка 114 предпочтительно размещена так, чтобы в значительной степени оставаться в зацеплении с несущим элементом S даже когда несущий элемент S находится в полном соприкосновении с закругленной внутренней частью 124. Это сильно сокращает возможность случайного смещения пластинчатых элементов 100 во время сборки из них пакета и во время разборки пакета, состоящего из них.
Теперь ещё раз обратимся к фиг. 1В. Мы видим, что нижняя кромка 104 может быть также выполнена с областью зацепления 110' для соединения с несущим элементом S'. Область зацепления 110' может быть идентична области зацепления 110 и поэтому здесь она подробно не описывается. Нужно принимать во внимание, что в случае, когда пластинчатый элемент 100 имеет верхнюю и нижнюю области зацепления 110 и 110, он может быть прикреплен к несущим элементам S и S', поместив его диагонально между этими двумя элементами и приведя пластинчатый элемент в вертикальное положение, тем самым поворачивая углубления 112 и 112' в полное зацепление с несущими элементами S и S’ соответственно.
Однако нужно понимать, что во многих конструкциях пакет пластин будет поддерживаться единственно в силу зацепления верхней кромки с несущим элементом S, и что каждый пластинчатый элемент 100 может быть установлен на место только с помощью, в основном, бокового защелкиваемого соединения по отношению к несущему элементу.
Теперь обратимся к фиг. 20. Здесь показан пластинчатый элемент, обозначаемый обычно как 110, для сборки с большим количеством аналогичных пластинчатых элементов в пакет по известной технологии для применения в пластинчатом теплообменнике. Пластинчатый элемент 110 в общих чертах аналогичен пластинчатому элементу 100 (см. фиг. 1В), и поэтому здесь они описываются только с точки зрения отличий от него. Части пластины 1100, имеющие аналогичные эквивалентные части на пластине 100, обозначены здесь теми же цифрами, но с добавлением префикса “1”.
Мы видим, что пластинчатый элемент 1100 имеет первую и вторую области зацепления с несущим элементом 1110а и 1110b, расположенные на кромке, которые в общих чертах аналогичны областям зацепления с несущим элементом 110 пластинчатого элемента 100 (фиг. 1В), за исключением того, что каждый имеет пару направленных внутрь защелок 1114. Настоящий вариант осуществления изобретения, однако, характеризуется в особенности расстоянием, на которое отстоят первая и вторая области зацепления 1110а и 1110b вдоль показанной оси Y, так чтобы отстоять дальше, чем расстояние между несущими элементами S1 и S2. Хотя и первая, и вторая области зацепления 1110а и 1110b расположены вдоль оси Y, нужно понимать, что одна или обе из них необязательно должны быть расположены вдоль этой оси, и что могут быть предусмотрены более чем две показанные области зацепления.
Описанное расстояние образует промежуток, обозначенный буквой “е”, который способствует вставке пластин под углом, а также делает возможным тепловое расширение пластинчатого элемента 1100 без значительной нагрузки на несущую конструкцию, частью которой являются несущие элементы S1 и S2. Обычно не требуется, чтобы промежуток “е” был более чем 1-2 мм, хотя он может иметь любую заданную величину. Также нужно понимать, что расстояние между несущими элементами пакета может быть изменено в каждом конкретном пакете, чтобы обеспечить промежуток “е” предпочтительно только по отношению к одной области зацепления, расположенной на кромке.
Таким образом, мы видим на показанном варианте осуществления изобретения, что первая область зацепления 1110а соединяется со своим несущим элементом S1 благодаря плотному стыковочному контакту, в значительной степени предотвращая перемещение пластинчатого элемента 1100 либо по оси Y, либо по показанной оси XI, перпендикулярной оси Y. С другой стороны, вторая область зацепления 1110b входит в зацепление со своей опорой S2, чтобы в значительной степени предотвратить перемещение пластинчатого элемента 1100 вдоль показанной оси Х2, которая перпендикулярна оси Y, тем не менее допуская расширение связанных с ней пластин вдоль оси y.
Профессионалам в данной области будет понятно, что показанный пластинчатый элемент 1100 может быть ориентирован в любом желаемом направлении, при этом первая и вторая области зацепления 1110а и 1110b соответственно могут быть вверху и внизу, или внизу и вверху, или в любой другой выбранной плоскости.
Теперь коротко обратимся к фиг. 21. Видно, что пластинчатый элемент 1100 может быть использован с опорой S3, которая является не круглой, а призматической, в показанном случае она имеет, в общем, квадратное сечение, поскольку в форме его поперечного сечения имеются поверхности или другие области, которые могут быть захвачены защелками 1114 и (или) внутренней областью 1124.
Обратимся кратко к фиг. 2В. Мы видим там область зацепления 110а с несущим элементом, которая в общих чертах аналогична тем, что показаны на фиг. 1В, 1С и 2А, и которая обозначена теми же цифрами, что обозначают области, соответствующие областям, показанным на фиг. 2А, за исключением добавления суффикса “а” или “b”. Кроме того, область зацепления 110а описана конкретно только в отношении различий между ней и областью зацепления 110 на фиг. 2А.
Таким образом, видно, что область зацепления 110а с несущим элементом по настоящему варианту реализации включает гибкий рычаг 120а, который к тому же образует язычок 119, обычно направленный в сторону от углубления 112а. Как видно, плоскостное нажатие язычка 119 в сторону от несущего элемента S, например, при помощи большого пальца руки пользователя расширяет сужение между защелкой 114а, выполненной на гибкой детали 120а, и еще одной защелкой 114b, образуемой на боковой стенке углубления 112а, при этом защелки 114а и 114b смотрят в поперечном направлении внутрь выреза углубления 112а.
Обратимся к фиг. 3-7. Там показаны области зацепления с несущим элементом, которые в общих чертах аналогичны тем, что показаны на фиг. 1В, 1С и 2А, и поэтому каждая из них описывается здесь только в отношении их специфических свойств.
Обратимся кратко к фиг. 3. Действие защелки 114 и гибкого рычага 120 на фиг. 1В и 2А обеспечено образованием, в общем, подходящего по форме углубления 3112, которое сужено благодаря резиноподобной или эластомерной детали 3113, которая прикреплена к пластинчатому элементу 3100 так, что ее торцевая часть в форме защелки, обозначенная как 3114, проходит внутрь углубления 3112.
На фиг. 4 видна область зацепления 4110 с несущим элементом, которая отличается от конструкции на фиг. 1В и 2А тем, что в ней обеспечена встроенная защелка 4114, расположенная на внутренней кромке 4115 углубления 4112, тогда как гибкий рычаг 4120 в данном примере не имеет защелки, а также тем, что глубина углубления 4112 в данном варианте осуществления изобретения больше, чем углубление 112 на фиг. 1В и 2А.
Обратимся теперь к фиг. 5. Изображенная область зацепления 5112 с несущим элементом имеет углубление 5112, которое образовано между парой имеющих защелки гибких рычагов 5120, которые расположены симметрично.
Теперь обратимся к фиг. 6. Там показана область зацепления с несущим элементом 6110, которая имеет пару имеющих защелки гибких рычагов 6120, но между которыми образовано сплюснутое углубление 6112. Видно, что это углубление имеет форму, подходящую для крепления к несущему элементу S, профиль которого в разрезе имеет широкое сплюснутое основание подобно треугольнику.
Показанная на фиг. 7 область зацепления с несущим элементом 7110 представляет собой асимметричную конструкцию с двумя рычагами. Область зацепления 7110 имеет первый гибкий рычаг 7120а и второй гибкий рычаг 7120b. Первый рычаг 7120а в общих чертах аналогичен гибкому рычагу 120 (см. фиг. 1В и 2А) и образует одну направленную внутрь защелку 7114а. Второй рычаг 7120b длиннее и поэтому более гибкий, чем первый рычаг 7120а, и на нем выполнена пара защелок 7114b и 7114b': верхняя защелка 7114b расположена, в основном, напротив первой защелки 7114а, а нижняя защелка 7114b' расположена под ней. Эта конструкция позволяет осуществлять зацепление несущего элемента S либо в нижнем подходящем по форме положении, либо, как показано на примере, в верхнем положении между тремя защелками 7114а, 7114b и 7114b'.
Специалистам в данной области будет понятно, что любое подходящее сочетание любых характерных особенностей различных областей зацепления с несущим элементом, показанных и описанных выше в связи с любым из фиг. с 1В по 7, а также их любые изменения, которые также обеспечивают описанное выше защелкиваемое соединение пластинчатых элементов с несущим элементом, входят в рамки данного изобретения.
Теперь обратимся к фиг. 8. Там показана часть 202 верхней кромки пластинчатого элемента 200 для сборки вместе с большим количеством аналогичных пластинчатых элементов в пакет по известной технологии для использования в пластинчатом теплообменнике.
Часть верхней кромки 202 имеет две области зацепления с несущим элементом 210, которые разнесены в стороны, в общем, так, чтобы быть расположенными рядом с верхними углами пластинчатого элемента 200, которые имеют такую форму, чтобы вступать в зацепление с несущими элементами S и S' в результате прижимания их к ним в обычно нормальном направлении, а после этого удерживаться с ними в зацеплении.
Каждая область зацепления 210 в общих чертах аналогична области зацепления 110, показанной и описанной выше в связи с фиг. 1В и 2А, за исключением того, что в данном варианте осуществления изобретения углубления 212 не обязательно являются подходящими по форме, а гибкие рычаги 220 получают свою гибкость в силу того, что они выполнены вдоль боковых кромок 106 и 108 соответственно.
Нужно принять во внимание, что для того чтобы обеспечить защелкиваемое соединение пластинчатого элемента с несущими элементами S и S', направленные внутрь защелки 214, установленные на гибких рычагах 220, разнесены в стороны на ширину W2, которая меньше, чем размер D2, который представляет собой расстояние между двумя крайними точками несущих элементов S и S, как показано на фиг. 8. Нужно принять во внимание, что размеры W2 и D2 функционально соответствуют размерам W1 и D1 в варианте осуществления на фиг. 1В и 2А и обеспечивают зацепление и отцепление несущих элементов S и S' посредством, в основном, плоскостного нажатия или притягивания пластинчатого элемента по отношению к несущим элементам.
Теперь обратимся к фиг. 9. Там показана часть верхней кромки 9202 пластинчатого элемента 9200 для сборки вместе с большим количеством аналогичных пластинчатых элементов в пакет по известной технологии для использования в пластинчатом теплообменнике.
Часть верхней кромки 9202 имеет две области зацепления с несущим элементом 9210, которые разнесены в стороны, в общем, так, чтобы быть расположенными рядом с верхними углами 9203 пластинчатого элемента 9200, которые имеют такую форму, чтобы вступать в зацепление с несущими элементами S и S' в результате прижимания их к ним в обычно нормальном направлении, а после этого удерживаться с ними в зацеплении.
Каждая область зацепления 9210 в общих чертах аналогична области зацепления 110, показанной и описанной выше в связи с фиг. 1В и 2А, за исключением того, что в настоящем варианте осуществления изобретения углубления 9212 необязательно должны быть подходящими по форме, а первая и вторая защелки 9214 и 9214' выполнены так, чтобы быть направленными наружу. Далее видно, что в то время, как первая защелка 9214 выполнена на гибком рычаге 9220, вторая защелка 9214' выполнена на неподвижной части 9220' направленной наружу кромки, которая жестко соединена с остальной частью пластинчатого элемента 9200 через фигурную область 9121'. Целью фигурного углубления 9121' является то, чтобы позволить вкладывание друг в друга большого количества теплообменных пластинчатых элементов, описываемых в общих чертах далее в связи с вариантами осуществления изобретения. представленными на фиг. 14-15Е.
Нужно понимать, что для того чтобы обеспечить защелкиваемое соединение пластинчатого элемента с несущими элементами S и S', защелки 9214 и 9214' разнесены в стороны на ширину W3, которая в данном варианте исполнения больше, чем размер D3, который представляет собой расстояние между двумя ближайшими или далее всего выходящими внутрь точками несущих элементов S и S', как показано на фиг. 9. Нужно понимать, что размеры W3 и D3 функционально соответствуют размерам W1 и D1 в варианте исполнения, показанном на фиг. 1В и 2А, и обеспечивают зацепление и отцепление несущих элементов S и S' посредством, в основном, плоскостного нажатия или притягивания пластинчатого элемента по отношению к несущим элементам.
Теперь обратимся к фиг. 10. Там показан пластинчатый элемент, обозначаемый обычно цифрой 300, который имеет первую, вторую и третью области зацепления с несущим элементом, обозначаемые соответственно 310, 310' и 310", приспособленные для защелкиваемого соединения с соответствующими несущими элементами S, S' и S". Области зацепления 310, 310' и 310" могут иметь любой тип защелкиваемой конструкции и наглядно представлены на изображенной конструкции и описываются ниже в связи с чертежом 13.
Нужно, однако, понимать, что для того чтобы установить пластинчатый элемент 300 на все три несущих элемента, сначала необходимо, чтобы первая область зацепления 310 вошла хотя бы частично в зацепление с несущим элементом S. После этого пластинчатый элемент 300 поворачивается относительно несущего элемента S, как показано стрелками 313, для того чтобы обеспечить зацепление второй и третьей областей зацепления 310' и 310" с соответствующими несущими элементами S и S'.
Теперь обратимся к фиг. 11, 12 и 13. Там показаны три характерные угловые детали пластинчатого элемента, которые могут применяться в связи с любой из конструкций, включающей два или три несущих элемента, которые показаны на фиг. 8, 9 и 10.
Обратившись кратко к фиг. 1В-13, нужно понимать, что любая из конструкций, изображенных и описанных в связи с этими фигурами, может быть выполнена либо из абсолютно плоского листа металла, либо из сфальцованного листа металла.
Обратимся теперь к фиг. 14. Там показана часть верхней кромки 1402 вкладываемого пластинчатого элемента 1400 для его сборки вместе с большим количеством аналогичных пластинчатых элементов в пакет по известной технологии для использования в пластинчатом теплообменнике. Часть верхней кромки 1402 имеет единственную область зацепления 1410 с несущим элементом, которая расположена по центру по отношению к верхней кромке 1402 и выполнена таким образом, чтобы вступать в зацепление с несущим элементом S (здесь не показан) путем прижимания к нему в обычно нормальном направлении, а затем удерживаться с ним в зацеплении. Так же, как в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1В и 2А, область зацепления 1410 состоит из углубления 1412, образованного на верхней кромке 1402, которое выполнено таким образом, чтобы вступить в зацепление и хотя бы частично удерживать несущий элемент S. Углубление 1412 ограничено первой и второй защелками, обозначенными 1414 и 1414', чья функция заключается в образовании сужения, обозначенного 1416, аналогично сужению 116, показанному и описанному выше в связи с фиг. 1В и 2А. Далее видно, что в то время, как первая защелка 1414 выполнена на гибком рычаге 1420, вторая защелка 1414' образована на неподвижной направленной внутрь части кромки 1420', которая отделена от остального пластинчатого элемента 1400 фигурным углублением 1421'. Пластины 1400 приспособлены для прикрепления и отсоединения от несущего элемента S посредством механизма защелкиваемого соединения, описанного выше в связи с фиг. 1В и 2А, и поэтому здесь не описываются.
Видно, что в отверстии 1421 предпочтительно имеется две боковые стенки 1423а и 1423b, отходящие в сторону от плоской части 1401 под небольшим углом через отверстие 1421. Фигурное углубление 1421' предпочтительно имеет тот же размер, что и отверстие 1421, и имеет аналогичные по форме боковые стенки 1423'; однако, боковые стенки 1423' жестко отделены сплошной средой 1425' металлического листа. Соответственно если внутренняя боковая стенка 1423а может быть смещена в сторону внешней боковой стенки 1423b, тем самым сужая ширину отверстия 1421, то ширина углубления 1421' фиксированная.
Таким образом, нужно понимать, что отверстие 1421 и фигурное углубление 1421' могут быть использованы для удобного вкладывания пакета пластинчатых элементов 1400, и обеспечено это будет либо чередованием отверстий 1421 и углублений 1421' в соседних пластинчатых элементах 1400, как показано и описано ниже в связи с фиг. 15А-15Е, либо совмещением пластинчатых элементов 1400 в одном одинаковом направлении, как показано на фиг. 16.
Теперь обратимся к фиг. 15А-15В. Там показаны последовательные этапы установки пластинчатых элементов 1400 на несущий элемент S в чередующемся порядке так, чтобы они были упруго захвачены в углублениях 1421.
На фиг. 15А видно, как большое количество пластинчатых элементов были присоединены защелками к несущему элементу S таким образом, что каждое отверстие 1421 совмещено и расположено между парой углублений 1421'. Пластинчатые элементы 1400 затем сдвигаются вместе, скользя вдоль несущего элемента S так, чтобы они начали входить друг в друга, но еще не были сжаты вместе в пакет.
Как показано на фиг. 15В и в увеличенном виде на фиг. 15С, прежде, чем спрессовать пластинчатые элементы 1400, принимая во внимание сжимающее усилие захватывания, прилагаемое гибкими рычагами 1420, чередующиеся пластинчатые элементы 1400 слегка смещаются вбок относительно несущего элемента. Таким образом, можно видеть, что кончики защелок 1414а и 1414'а расположены в волнистом или уступчатом порядке.
Теперь обратимся к фиг. 15D и 15Е. После того, как пластинчатые элементы были сжаты вместе в пакет, в целом обозначаемый как 1450, гибкие рычаги 1420 пластинчатых элементов 1400 зафиксированы на несущем элементе S в силу того, что жесткие фигурные углубления 1421' вставляются в отверстия 1421 (фиг. 15Е). Происходит это таким образом, что, как особенно видно на фиг. 15Е, все кончики защелок 1414а и 1414'а закреплены жестко к несущему элементу. Это приводит к сцеплению каждого пластинчатого элемента с соседним к нему пластинчатым элементом и всех пластинчатых элементов вместе, а таким образом, к фиксированию всего пакета к несущему элементу в заданном положении, тем самым устраняется необходимость обеспечивать дополнительную опору или средство крепления.
Специалистам в этой области будет понятно, что это свойство имеет особое значение, обеспечивая то, что в пакете не может произойти никакого движения относительно трубок с рабочей жидкостью (здесь не показаны), проходящих сквозь теплообменник. Если бы такое движение произошло, как в предыдущих системах, это могло бы привести к механическому повреждению, а возможно и к поломке этих трубопроводов. Это абсолютное фиксирование пластин и пакета относительно остальной части конструкции теплообменника по существу предотвращает такое механическое повреждение.
Теперь обратимся кратко к фиг. 16. Там показано большое количество пластинчатых элементов 1400, расположенных таким образом, что все их отверстия совмещены относительно друг друга. Нужно принять во внимание, что в связи с коническим расположением боковых стенок 1423а и 1423b, уплотнение пластинчатых элементов приводит к тому, что боковые стенки 1423а и 1423b соседних пластинчатых элементов вкладываются друг в друга. Последующее введение в отверстие 1421 торцевого пластинчатого элемента 4200 детали фиксатора подходящей конфигурации, показанного схематически под номером 1452 и имеющего трапециевидную форму, приводит к тому, что боковые стенки 1423а и 1423b всех пластинчатых элементов раздвигаются и тем самым закрепляют вместе пластинчатые элементы 1400, а также закрепляют их в контакте с несущим элементом S.
Теперь обратимся к фиг. 17. Там показан пластинчатый теплообменник, обозначаемый, в общем, как 17100, который включает базовую пластину 17102, передвижную нажимную пластину 17104, несущий элемент S, проходящий между ними, и пакет 1750 теплообменных пластинчатых элементов 1700, установленных на несущий элемент S между базовой пластиной 17102 и нажимной пластиной 17104. Видно, что базовая пластина 17102, нажимная пластина 17104 и пластинчатые элементы 1700 имеют такую форму, что через них могут быть вставлены предпочтительно два вытянутых запирающих элемента 1706 и 1708. Каждый из запирающих элементов 1706 и 1708 имеет первый отрезок L1, относительно тонкий, и второй отрезок L2, относительно толстый, а также среднюю часть L3, которая сходится на конус от второго отрезка к первому отрезку.
Теперь также обратимся к фиг. 18. Там видно, что каждый пластинчатый элемент 1700 имеет подходящую по форме и расположенную по центру область зацепления с несущим элементом, обозначаемую в целом как 1710, которая в общих чертах аналогична области зацепления 5110, показанной и описанной выше в связи с чертежом 5. Соответственно область зацепления 1710 настоящего варианта осуществления изобретения описывается конкретно только в смысле изменений относительно области зацепления 5110 с чертежа 5.
Видно, что каждый вырез 1721, который служит для разграничения гибких рычагов 1720 и 1720', также образовал на боковых кромках 1723а, 1723b, 1723'а и 1723'b две пары противоположных круглых прорезей 1725, каждая пара образует две противоположные дуги окружности. Еще одной особенностью является то, что две пары прорезей 1725 имеют такую форму, чтобы сквозь них могли быть вставлены запирающие элементы 1706 и 1708, которые имеют запирающие части, чей диаметр “d” превышает диаметр круга, образуемого прорезями, когда гибкие рычаги 1720 и 1720' находятся в состоянии покоя.
Нужно понимать, что хотя здесь описывается пара гибких рычагов 1720 и 1720' вместе с их соответствующими вырезами 1721, а также применение двух запирающих элементов 1706 и 1708, также предусматривается, что в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения может быть только один гибкий рычаг с одним вырезом 1721 и один запирающий элемент 1706 или 1708 для использования с ним вместе.
Теперь также обратимся к фиг. 19А и 19В, где описывается сборка пакета 1750. Вначале после того, как пластинчатые элементы 1700 были прикреплены к несущему элементу S согласно способу, описанному выше в связи с фиг. 1В и 2А, первый отрезок L1 первого запирающего элемента 1706 вставляется сквозь подходящее отверстие в базовой пластине 17102 и вводится в прорези 1725, выполненные в выбранном отверстии 1721.
Как видно на фиг. 19А, диаметр окружности, образуемой парой контактирующих прорезей 1725, меньше, чем диаметр толстого отрезка L2 первого запирающего элемента. Продолжающееся введение запирающего элемента 1706 приводит к тому, что более толстый отрезок L2 входит между прорезями 1725, тем самым вызывая отгибание гибкого рычага 1720' в направлении несущего элемента S. Последующее введение второго запорного элемента 1708 аналогичным способом сквозь прорези 1725 других отверстий 1721 в пакете пластинчатых элементов вызывает такое же отгибание другого гибкого рычага 1720' в направлении несущего элемента S. Поскольку область зацепления 1710 является подходящей по форме таким образом, что углубление 1712 и несущий элемент S имеют в значительной степени равные радиусы кривизны, и так как запирающие элементы проходят, как показано, сквозь базовую пластину 17102 и нажимную пластину 17104, то полное введение обоих запирающих элементов 1706 и 1708 приводит к тому, что пакет пластин 1750 жестко закрепляется в своем положении в теплообменнике 17100 (фиг. 17).
Нужно понимать, что в настоящем варианте осуществления изобретения хотя и предпочтительно, чтобы области зацепления 1710 соответствовали по форме, могут также использоваться пластины, имеющие конструкцию, не совпадающую по форме, и при этом все-таки будет обеспечена желаемая фиксация.
Нужно еще также понимать, что все характерные особенности, продемонстрированные в связи с любым вариантом осуществления изобретения, показанные и описанные здесь и выше в связи с фиг. 1В-19В, могут быть с пользой объединены или изменены, при этом сохранив описанные выше характерные черты данного изобретения.
И, кроме того, специалистам в данной области будет понятно, что настоящее изобретение не ограничивается тем, что было показано и описано здесь и выше в связи с любым из вариантов реализации. Объем изобретения, скорее, ограничивается исключительно формулой изобретения, которая приведена далее.
Реферат
Заявленное изобретение предназначено для применения в пластинчатых теплообменниках, а именно в пакетах пластинчатых элементов. Пластинчатый теплообменник включает несущую конструкцию, имеющую вытянутое несущее устройство, и большое количество плоских пластинчатых элементов, выполненных из теплопроводного материала и приспособленных для присоединения к вышеупомянутому несущему устройству так, чтобы опираться на него, причем согласно изобретению на кромке каждого пластинчатого элемента выполнена, по крайней мере, одна область зацепления с несущим устройством для обеспечения защелкиваемого соединения между ними, которая включает, по крайней мере, одну упругую деталь в виде гибкого рычага, приспособленную для отгибания в направлении, которое, с одной стороны, является поперечным к направлению соединения, и, с другой стороны, является в значительной степени параллельным плоскости упомянутого пластинчатого элемента. Пластинчатый элемент для использования в пластинчатом теплообменнике выполнен плоским из теплопроводного материала и приспособлен для присоединения к несущему устройству так, чтобы опираться на него, причем на кромке каждого пластинчатого элемента выполнена, по крайней мере, одна область зацепления с несущим устройством для обеспечения защелкиваемого соединения между ними, которая включает, по крайней мере, одну упругую деталь в виде гибкого рычага, приспособленную для отгибания в направлении, которое, с одной стороны, является поперечным к направлению соединения, и, с другой стороны, является параллельным плоскости упомянутого пластинчатого элемента. Заявленное изобретение позволяет добиться приложения минимального усилия для сборки отдельных пластин, а также позволяет сцеплять пластинчатые элементы друг с другом, сокращая тем самым количество несущих элементов. 10 з.п. ф-лы, 21 ил.
