Теплообменник

Авторы патента:


Теплообменник
Теплообменник
Теплообменник
Теплообменник
Теплообменник
Теплообменник

 


Владельцы патента RU 2571695:

МАЛЕ ИНТЕРНЭШНЛ ГМБХ (DE)

В теплообменнике (12), включающем уложенные друг над другом в виде штабеля пары пластин (29), причем между обеими пластинами (30, 31) одной пары пластин (29) образовано первое проточное пространство для пропуска первой текучей среды, второе проточное пространство (21) для пропуска второй текучей среды, причем второе проточное пространство (21) образовано между двумя соседними парами пластин (29), впускное отверстие (32) для впуска первой текучей среды, выпускное отверстие (33) для выпуска первой текучей среды, пластины (30, 31) имеют по меньшей мере одно удлиненное отверстие, в частности по меньшей мере одно удлиненное щелевое отверстие, для уменьшения напряжений в пластинах (30, 31). Технический результат - повышение устойчивости теплообменника к высоким термическим и механическим нагрузкам, увеличение ресурса работы. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к теплообменнику согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к системе использования отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания с помощью цикла Клаузиуса-Ранкина согласно ограничительной части пункта 5 формулы изобретения и двигателю внутреннего сгорания с системой использования отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания с помощью цикла Клаузиуса-Ранкина согласно ограничительной части пункта 6 формулы изобретения.

Двигатели внутреннего сгорания в различных технических решениях применяются для превращения тепловой энергии в механическую энергию. В безрельсовых транспортных средствах, в частности в грузовых автомобилях, двигатели внутреннего сгорания служат для обеспечения движения транспортного средства. Коэффициент полезного действия двигателей внутреннего сгорания может повышаться путем применения системы использования отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания с помощью цикла Клаузиса-Ранкина. Система при этом преобразует отводимое тепло двигателя внутреннего сгорания в механическую энергию. Система включает циркуляционный контур с трубопроводами с рабочим веществом, например водой или органическим хладагентом, таким как R245fa, насос для транспортировки рабочего вещества, испарительный теплообменник для испарения жидкого рабочего вещества, детандер, конденсатор для превращения в жидкое состояние парообразного рабочего вещества и улавливающий и уравнивающий бак для жидкого рабочего вещества. С помощью применения подобной системы в двигателе внутреннего сгорания в двигателе внутреннего сгорания с подобной системой в качестве составной части двигателя может повышаться общий коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

В испарительном теплообменнике рабочее вещество испаряется с помощью отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания и затем испаренное рабочее вещество подводится к детандеру, в котором газообразное рабочее вещество расширяется и с помощью детандера совершает механическую работу. В испарительном теплообменнике, например, через первый проточный канал транспортируется рабочее вещество и через второй проточный канал для отработавшего газа транспортируется отработавший газ двигателя внутреннего сгорания. Благодаря этому тепло отработавшего газа с температурой в диапазоне между 400 и 600°C передается рабочему веществу в испарительном теплообменнике и вследствие этого рабочее вещество из жидкого агрегатного состояния переводится в парообразное агрегатное состояние.

В документе WO 2009/089885 раскрыто устройство для обмена тепла между первой и второй средой с уложенными друг на друга в виде штабеля в направлении образования штабеля парами пластин, причем между двумя пластинами по меньшей мере одной пары пластин образовано первое проточное пространство с возможностью протекания первой среды и между двумя соседними друг к другу парами пластин образовано второе проточное пространство с возможностью протекания второй среды, причем первое проточное пространство имеет первый тракт потока с последовательными участками тракта потока с возможностью протекания в противоположных направлениях для первой среды, которые разделены друг от друга с помощью разделительной стенки, расположенной между по меньшей мере двумя пластинами по меньшей мере одной пары пластин.

При осуществлении испарительного теплообменника, имеющего структуру в виде сандвича, состоящего из пластин, между парами пластин расположены дистанционные прокладки. При этом при работе системы использования отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания в испарительном теплообменнике происходят значительные изменения температуры. При применении в двигателе внутреннего сгорания грузового автомобиля при этом к сроку службы испарительного теплообменника предъявляются высокие требования. Испарительный теплообменник при этом должен иметь срок службы более 10 лет соответственно пробегу грузового автомобиля более 1 миллиона километров. При этом в испарительном теплообменнике имеют место высокие температуры, так как отработавший газ подается в испарительный теплообменник с высокими температурами в диапазоне от 600 до 800°C, так что в испарительном теплообменнике присутствуют температуры в диапазоне от около 500 до 800°C. Вследствие этого испарительный теплообменник испытывает высокие термические нагрузки. Между парами пластин расположены дистанционные прокладки. При этом дистанционные прокладки и пары пластин соответственно спаяны друг с другом, так что вследствие этого между дистанционными прокладками и парами пластин возникают высокие напряжения (в парах пластин/дистанционные прокладки), причем соответственно две дистанционные прокладки расположены на одной стороне пары пластин. Эти значительные напряжения сдвига ведут к разгерметизации и с ней к ограниченному сроку службы испарительного теплообменника.

Задача настоящего изобретения заключается в создании теплообменника, системы использования отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания с помощью цикла Клаузиуса-Ранкина и двигателя внутреннего сгорания с системой использования отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания с помощью цикла Клаузиуса-Ранкина, в котором испарительный теплообменник в состоянии выдерживать высокие термические и механические нагрузки даже длительный промежуток времени, например, 10 лет или миллион км пробега грузового автомобиля.

Эта задача решается с теплообменником, включающим: уложенные в виде штабеля пары пластин, причем между обеими пластинами одной пары пластин образовано проточное пространство для пропуска первой текучей среды, второе проточное пространство для пропуска второй текучей среды, причем второе проточное пространство образовано между двумя соседними парами пластин, впускное отверстие для впуска первой текучей среды, выпускное отверстие для выпуска первой текучей среды, причем пластины имеют по меньшей мере одно удлиненное отверстие, в частности по меньшей мере удлиненное щелевое отверстие, для уменьшения напряжений в пластинах.

Пластины, к примеру одна или обе пластины одной пары пластин, снабжены по меньшей мере одним удлиненным отверстием. По меньшей мере, одно удлиненное отверстие имеет произвольное поперечное сечение, например круглой формы, прямоугольной формы, квадратное или в форме эллипса. В частности, удлиненное отверстие образовано в форме прорези в виде удлиненного щелевого отверстия. Благодаря удлиненным отверстиям в пластинах могут предпочтительным образом сильно уменьшаться напряжения в пластинах, возникающие в результате высоких термических нагрузок теплообменника, так что между пластинами и дистанционными прокладками теплообменника будут иметь место только весьма незначительные напряжения сдвига. Напряжения между пластинами могут снижаться в удлиненных отверстиях, так как в удлиненных отверстиях имеется пространство для восприятия термически обусловленных изменений размера пластин.

Предпочтительно пластины имеют впускное проходное отверстие и между парами пластин у впускных проходных отверстий образовано по дистанционной прокладке с проходным отверстием, так что во впускных проходных отверстиях и проходных отверстиях дистанционных прокладок образуется впускной канал для впуска первой текучей среды в первое проточное пространство.

Предпочтительно пластины имеют выпускное проходное отверстие и между парами пластин у выпускных проходных отверстий образовано по дистанционной прокладке с проходным отверстием, так что в выпускных проходных отверстиях и проходных отверстиях дистанционных прокладок образуется выпускной канал для выпуска первой текучей среды из первого проточного пространства.

Целесообразным является то, что по меньшей мере одно удлиненное отверстие в пластинах образовано между впускным проходным отверстием и выпускным проходным отверстием. Между впускным проходным отверстием и выпускным проходным отверстием соответственно между парами пластин расположены дистанционные прокладки. Термически обусловленные изменения размера или изменения формы пластин здесь особенно критичны, так как при изменении размера или деформации пластин между дистанционными прокладками в различном объеме в дистанционных прокладках должны восприниматься большие напряжения сдвига. Если, например, одна пара пластин нагревается существенно сильнее, чем лежащая под ней пара пластин, сильнее нагретая пара пластин растягивается существенно сильнее, так что вследствие этого в дистанционных прокладках возникают различные изменения размера пары пластин и таким образом в дистанционных прокладках должны восприниматься большие напряжения сдвига. Благодаря образованию по меньшей мере одного удлиненного отверстия между впускным проходным отверстием и выпускным проходным отверстием подобные изменения формы могут восприниматься пластинами, так что благодаря этому возникающие напряжения сдвига в дистанционных прокладках, т.е, между пластинами и дистанционными прокладками, могут существенно уменьшаться.

В зависимости от пластины удлиненное отверстие образовано в области впускного проходного отверстия и удлиненное отверстие образовано в области выпускного проходного отверстия.

Предпочтительно удлиненное отверстие образовано в области впускного проходного отверстия между первым проточным пространством и впускным проходным отверстием и/или удлиненное отверстие образовано в области выпускного проходного отверстия между первым проточным пространством и выпускным проходным отверстием.

Между парами пластин во втором проточном пространстве расположены ребра, в частности оребренные гофрированные пластины, и/или по меньшей мере одна труба и/или первое проточное пространство образовано в виде преимущественно имеющего прямоугольную форму проточного канала.

Компоненты теплообменника, в частности пластины, дистанционные прокладки и/или ребра, спаяны друг с другом и/или компоненты теплообменника, в частности пластины, дистанционные прокладки и/или ребра, состоят, по меньшей мере частично, в частности полностью, из металла, в частности высококачественной стали. Теплообменник в качестве испарительного теплообменника при этом подвержен высоким термическим нагрузкам и при пропуске отработавшего газа через испарительный теплообменник подвержен также высоким химическим нагрузкам, так что для долговечности испарительного теплообменника требуется исполнение, в частности исполнение полностью, испарительного теплообменника из высококачественной стали.

Предложенная в соответствие с изобретением система использования отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания с помощью цикла Клаузиуса-Ранкина, включающая контур с трубопроводами с рабочим веществом, в частности водой, насос для транспортировки рабочего вещества, испарительный теплообменник для испарения жидкого рабочего вещества с по меньшей мере одним первым проточным пространством для пропуска рабочего вещества и по меньшей мере одним вторым проточным пространством для пропуска текучей среды, например наддувочного воздуха или отработавшего газа, для передачи тепла от текучей среды рабочему веществу, детандер, конденсатор для превращения в жидкое состояние парообразного рабочего вещества, преимущественно улавливающий и уравнивающий бак для жидкого рабочего вещества, причем испарительный теплообменник образован в виде теплообменника, описанного в этой заявке на выдачу охранного документа.

Предпочтительно детандер выполнен в виде турбины или машины с поступательно движущимися поршнями.

Целесообразно, что теплообменник имеет пластинчатую выполненную в виде сандвича структуру и/или образован в виде пластинчатого теплообменника.

Система включает рекуператор, с помощью которого тепло рабочего вещества после прохождения детандера может передаваться рабочему веществу перед испарителем.

Предпочтительно испарительный теплообменник выполнен, по меньшей мере частично, в частности полностью, из высококачественной стали, так как рабочее вещество пропускается через испарительный теплообменник под высоким давлением, например в диапазоне между 40 и 80 бар, и отработавший газ с высокой температурой, например в области около 600°C.

Согласно изобретению предложен двигатель внутреннего сгорания, в частности поршневой двигатель внутреннего сгорания, с системой использования отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания с помощью цикла Клаузиуса-Ранкина, система, включающая контур с трубопроводами с рабочим веществом, в частности водой, насос для транспортировки рабочего вещества, испаритель, нагреваемый отводимым теплом двигателя внутреннего сгорания, для испарения жидкого рабочего средства, детандер, конденсатор для превращения в жидкое состояние парообразного рабочего вещества, преимущественным образом улавливающий и уравнивающий бак для жидкого рабочего средства, причем испарительный теплообменник образован в виде теплообменника, описанного в этой заявке на выдачу охранного документа, и/или пропущенная через второй проточный канал текучей среды, представленная наддувочным воздухом, так что испарительный теплообменник является охладителем наддувочного воздуха или текучая среда является отработавшим газом, так что испарительный теплообменник преимущественно является охладителем системы рециркуляции отработавшего газа.

В другом варианте выполнения системы в качестве составной части двигателя внутреннего сгорания может использоваться отводимое тепло основного потока отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания, и/или отводимое тепло рециркуляции отработавшего газа, и/или отводимое тепло сжатого наддувочного воздуха, и/или тепло охлаждающего средства двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, отводимое тепло двигателя внутреннего сгорания превращается системой в механическую энергию и благодаря этому предпочтительным образом повышается коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

В другом варианте выполнения система включает генератор. Генератор может приводиться в действие детандером, так что система может при этом поставлять в распоряжение электрическую энергию или электрический ток.

Предпочтительно в качестве рабочего вещества системы применяется вода в виде особо чистого вещества, R24fa, этанол (в виде чистого вещества или смеси этанола с водой), метанол (в виде чистого вещества или смеси метанола с водой), имеющие длинные цепочки спирты от С5 до С10, имеющие длинные цепочки углеводороды от С5 (пентан) до С8 (октан), пиридин (в виде чистого вещества или смеси пиридина с водой), метилпиридин (в виде чистого вещества или смеси метилпиридина с водой), трифторэтанол (в виде чистого вещества или смеси трифторэтанола с водой), гексафторбензол, водный раствор аммиака и/или смесь аммиака с водой.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг. 1 - сильно упрощенное изображение двигателя внутреннего сгорания с системой использования отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания,

фиг. 2 - вид испарительного теплообменника в первом варианте осуществления,

фиг. 3 - вид испарительного теплообменника во втором варианте осуществления,

фиг. 4 - вид испарительного теплообменника в третьем варианте осуществления,

фиг. 5 - вид сверху пластины испарительного теплообменника,

фиг. 6 - вид в перспективе испарительного теплообменника.

Двигатель внутреннего сгорания 8 в виде поршневого двигателя внутреннего сгорания 9 предназначен для привода транспортного средства, в частности грузового автомобиля, и включает систему 1 для использования отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания 8 с помощью цикла Клаузиуса-Ранкина. Двигатель внутреннего сгорания 8 имеет турбокомпрессор 17, работающий на отработавшем газе. Турбокомпрессор 17, работающий на отработавшем газе, сжимает свежий воздух 16 в трубопроводе наддувочного воздуха и охладитель 14 наддувочного воздуха охлаждает надувочный воздух перед подводом к двигателю внутреннего сгорания 8. Через трубопровод 10 отработавшего газа часть отработавшего газа отводится от двигателя внутреннего сгорания 8 и затем охлаждается испарительном теплообменнике 4, соответственно теплообменнике 12 в качестве охладителя системы рециркуляции, а также смешивается в трубопроводе системы рециркуляции 15 со свежим воздухом, подведенным к двигателю внутреннего сгорания 8 трубопроводом наддувочного воздуха. Другая часть отработавшего воздуха направляется в турбокомпрессор 17, работающий на отработавшем газе, чтобы привести в действие турбокомпрессор 17, работающий на отработавшем газе, и затем в виде отработавшего газа 18 отвести в окружающую среду. Система имеет трубопроводы 2 с рабочим веществом. В кругооборот рабочего вещества интегрирован детандер 5, конденсатор 6, улавливающий и уравнивающий бак 7, а также насос 3. Насосом 3 давление жидкого рабочего вещества в кругообороте повышается до высокого уровня, потом жидкое рабочее вещество испаряется в испарительном теплообменнике 4 и затем в детандере 5 совершает механическую работу с помощью того, что газообразная среда расширяется и вследствие этого имеет небольшое давление. В конденсаторе газообразное рабочее вещество превращается в жидкость и затем снова направляется в улавливающий и уравнивающий бак 7.

На фиг.2 представлен первый вариант осуществления испарительного теплообменника 4, соответственно теплообменника 12. Испарительный теплообменник 4 имеет впускное отверстие 32 для впуска рабочего вещества и выпускное отверстие 33 для выпуска рабочего вещества из испарительного теплообменника 4. Первое проточное пространство 19, не показанное на фиг.2, образуется между большим количеством пар пластин 29. Пары пластин 29 имеют соответственно верхнюю пластину 30 и нижнюю пластину 31. Между парами пластин 29 расположены соответственно дистанционные прокладки 37. При этом в нижнюю пластину 30 вделан имеющий прямоугольную форму проточный канал 20 (фиг.5), так что между верхней и нижней пластинами 30, 31 образован имеющий прямоугольную форму проточный канал 20, через который рабочее вещество направляется от впускного отверстия 32 к выпускному отверстию 33. Верхняя и нижняя пластины 30, 31 при этом с помощью неразъемного соединения, а именно соединения пайкой (не показано), соединены друг с другом. Верхняя и нижняя пластины 30, 31 дальше имеют пропускное отверстие 36 соответственно у впускного и выпускного отверстия 32, 33 (впускное пропускное отверстие 36 у впускного отверстия 32 и выпускное пропускное отверстие у выпускного отверстия 33) и у пропускных отверстий между парами пластин 29 находятся дистанционные прокладки 37 с пропускными отверстиями 25 (фиг.4), так что благодаря этому рабочее вещество может протекать также через пару пластин 29 к лежащим над ней или под ней парам пластин 29 в дистанционных прокладках 39 (аналогично фиг.4). Также дистанционные прокладки 37 имеют, таким образом, соответственно пропускное отверстие 25 (аналогично фиг.4). Между парами пластин 29 расположены четыре имеющие в поперечном сечении форму прямоугольника трубы 28. Имеющие в поперечном сечении форму прямоугольника трубы 28 образуют второе проточное пространство 21 для пропуска отработавшего газа или наддувочного воздуха, при этом от отработавшего газа или наддувочного воздуха тепло передается рабочему веществу и благодаря этому рабочее вещество испаряется в испарительном теплообменнике 4.

Основание 27 имеет прямоугольные в поперечном сечении отверстия 38 диффузора. Основание 27 у отверстий 38 диффузора соединено с трубами 28 неразъемным способом, т.е. припаяно к ним. На основании 27 расположен изображенный только штриховой линией на фиг.2 диффузор 26 для газа, который имеет впускное отверстие 11 для впуска отработавшего газа или наддувочного воздуха. На фиг.2 основание 27, представленное в разобранном виде, еще не закреплено к трубам 28. На другом конце труб 28, которые дальше на фиг.2 изображены сзади, точно так же аналогичным образом расположено второе основание 27 с диффузором 26 для газа (не изображен). Верхняя и нижняя пластина 30, 31 с помощью неразъемного соединения, т.е. соединения пайкой (не показано), соединены друг с другом.

На фиг.3 представлен второй вариант осуществления испарительного теплообменника 4. Ниже описывается в основном только отличие по отношению к первому примеру осуществления согласно фиг.2. Между парами пластин 29 вместо четырех в поперечном сечении прямоугольных труб 28 расположена только одна в поперечном сечении прямоугольная труба 28 и внутри трубы 28 расположено ребро 34 или ребристая структура 34. На трубах 28 аналогично первому примеру осуществления закрепляется основание 27 с отверстиями диффузора 38, а также диффузор для газа 26 (не изображено). Согласно варианту осуществления на фиг.3 это действительно для концов с обеих сторон трубы 28. При этом испарительный теплообменник 4 имеет как в первом, так и во втором примере осуществления большое количество расположенных друг над другом пар пластин 29, а также расположенные между ними трубы 28. Это представлено на фиг.2 и 3 только частично.

На фиг.4 представлен третий вариант осуществления испарительного теплообменника 4. Аналогичным образом по отношению ко второму варианту осуществления согласно фиг.3 большое количество пар пластин 29 с верхней и нижней пластинами 30, 31 соединено друг с другом и расположено друг над другом. При этом верхняя пластина 30 промежуточным образом с помощью огибающей рамы 35 посредством соединения пайкой соединена с нижней пластиной 31. Благодаря этому между верхней и нижней пластинами 30, 31 образуется соответственно первое проточное пространство 19. Между парами пластин 29 соответственно расположена дистанционная прокладка 37 с пропускным отверстием 25, так что рабочее вещество может впускаться и выпускаться в большое количество проточных пространств 19 между пластинами 30, 31 расположенных друг над другом пар пластин 29 благодаря пропускным отверстиям 36 в верхней и нижней пластинах 30, 31. Между нижней пластиной 31 и верхней пластиной 30 двух различных пар пластин 29 расположено ребро 34, и с помощью рамы 35 между этой верхней пластиной 30 и нижней пластиной 31 образуется соответственно второе проточное пространство 21 для текучей среды между двумя парами пластин 29. На краю со стороны газа пар пластин 29 расположен соответственно диффузор 26 для газа (не изображен). Диффузор для газа 38 при этом непроницаемо для текучей среды припаян непосредственно к обоим концам уложенных друг над другом в виде штабеля пар пластин 29.

Компоненты испарительного теплообменника 4, например пары пластин 29, ребра 34, диффузор для газа 26 или дистанционная прокладка 37, например, из высококачественной стали или алюминия соединены друг с другом с помощью неразъемного соединения, в частности соединения пайкой или клеевого соединения.

На фиг.5 представлен вид пластины 30, 31 испарительного теплообменника 4 согласно первому и второму примеру осуществления. Верхняя и нижняя пластина 30, 31 имеет два пропускных отверстия 36 для пропуска рабочего вещества. При этом в пластине 30. 31 в качестве первого проточного пространства 19 проделан проточный канал, который соединяет друг с другом оба пропускных отверстия 36. Благодаря этому рабочее вещество из верхнего (впускного) пропускного отверстия 36 через проточный канал 20 может течь к нижнему (выпускному) пропускному отверстию 36 согласно фиг.5. Между двумя парами пластин (фиг.2 и 3) соответственно у пропускных отверстий 36 расположены дистанционные прокладки 37 с пропускными отверстиями 25. При этом при работе испарительного теплообменника 4 в парах пластин 29 могут иметь место различные изменения температуры. Например, пара пластин 29 может нагреваться существенно сильнее, чем лежащая под ней пара пластин 29. Вследствие этого пластины 30, 31 сильнее нагретой пары пластин 29 растягиваются существенно сильнее, так что вследствие этого в дистанционных прокладках 37 должны восприниматься напряжения сдвига, так как пара пластин 29, которая сильнее нагревается, растягивается сильнее, чем пара пластин 29, которая нагревается только незначительно или не нагревается. Подобные напряжения сдвига могут вести к повреждениям в соединении пайкой между пластинами 30, 31 и дистанционными прокладками 37. По этой причине между двумя пропускными отверстиями 36 имеются два удлиненных 22, соответственно выполненные в виде удлиненного щелевого отверстия 23. Благодаря обоим удлиненным щелевым отверстиям 23 пластины 30, 31 при изменениях температуры могут легко деформироваться, так что вследствие этого в пластинах 30, 31 между пропускными отверстиями 36 будут только невысокие напряжения и благодаря этому также между пластинами 30, 31 и дистанционными прокладками 37 в соединениях пайкой будут лишь небольшие напряжения сдвига. При этом удлиненные щелевые отверстия 23 образованы соответственно между пропускными отверстиями 36 и проточным каналом 20. Между удлиненными отверстиями 22 и пропускными отверстиями 36, а также между удлиненными отверстиями 22 и проточным каналом будут иметься удовлетворительные соединения пайкой, так что испарительный теплообменник 4 дальше сможет выдерживать высокие механические нагрузки, в частности от вибрации. Удлиненные щелевые отверстия 23 при этом имеют ширину в диапазоне от 1 до 10 мм, преимущественно между 2 и 5 мм, и имеют длину в диапазоне от 2 до 30 мм, преимущественно в диапазоне между 5 и 30 мм.

В теплообменнике 4 согласно третьему варианту осуществления на фиг.4 нижняя пластина 31 не имеет никакого проточного канала 20 прямоугольной формы, однако пластины 30, 31 соответственно снабжены обеими удлиненными щелевыми отверстиями 23, как на фиг.5.

На фиг.6 представлен вид в перспективе испарительного теплообменника 4 в качестве теплообменника 12. У обоих пропускных отверстий 36 самой верхней пластины 30 соответственно расположена втулка 24. Во втулке 24 имеется впускное отверстие 32 для рабочего вещества и выпускное отверстие 33 для рабочего вещества. Отработавший газ направляется через второе проточное пространство 21, которое расположено между парами пластин 29. Таким образом, отработавший газ подводится через вход 39 и отводится из теплообменника 12 через выход 30. При этом испарительный теплообменник 4, в частности теплообменник 12, преимущественно может иметь не показанный корпус и внутри заключенного в корпус внутреннего пространства могут располагаться уложенные друг над другом в виде штабеля пары пластин 29. Корпус имеет при этом впускное отверстие 11 для второй текучей среды, а именно отработавшего газа, и выпускное отверстие. Корпус может быть при этом образован также в виде диффузора для газа.

При рассмотрении в целом показано, что с предложенным в соответствии с изобретением теплообменником 12 связаны существенные преимущества. При применении теплообменника 12 в качестве испарительного теплообменника 4 в системе 1 имеют место высокие термические нагрузки по причине изменений температуры в испарительном теплообменнике 4. Благодаря удлиненным отверстиям 22 в пластинах 30, 31 возникающие термические напряжения существенно уменьшаются, так что вследствие этого существенно повышается срок службы испарительного теплообменника 4, так как соединениями пайкой между пластинами 30, 31 и дистанционными прокладками 37 должны восприниматься существенно более низкие напряжения сдвига, соответственно силы.

1. Теплообменник (12), содержащий уложенные друг над другом в виде штабеля пары пластин (29), причем между обеими пластинами (30, 31) одной пары пластин (29) образовано первое проточное пространство (19) для пропуска первой текучей среды, второе проточное пространство (21) для пропуска второй текучей среды, причем второе проточное пространство образовано между соседними парами пластин (29), впускное отверстие (32) для впуска первой текучей среды, выпускное отверстие (33) для выпуска первой текучей среды, отличающийся тем, что пластины (30, 31) содержат по меньшей мере одно удлиненное отверстие (22), в частности по меньшей мере одно удлиненное щелевое отверстие (23), для уменьшения напряжений в пластинах (30, 31), при этом в пластинах (30, 31) выполнено впускное проходное отверстие и между парами пластин (29) у впускных проходных отверстий образовано по одной дистанционной прокладке (37) с проходным отверстием (25), при этом во впускных проходных отверстиях и проходных отверстиях (25) дистанционных прокладок (37) образован впускной канал для впуска первой текучей среды в первое проточное пространство (19), и пластины (30, 31) содержат выпускное проходное отверстие, и между парами пластин (29) у выпускных проходных отверстий образовано по одной дистанционной прокладке (37) с проходным отверстием (25), причем в выпускных проходных отверстиях и проходных отверстиях (25) дистанционных прокладок (37) образуется выпускной канал для выпуска первой текучей среды из первого проточного пространства (19), причем по меньшей мере одно удлиненное отверстие (22) в пластинах (30, 31) образовано между впускным проходным отверстием и выпускным проходным отверстием, при этом в зависимости от пластины (30, 31) удлиненное отверстие (22) образовано в области впускного проходного отверстия и удлиненное отверстие (22) образовано в области выпускного проходного отверстия.

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что удлиненное отверстие (22) образовано в области впускного проходного отверстия между первым проточным пространством (19) и впускным проходным отверстием и/или удлиненное отверстие (22) образовано в области выпускного проходного отверстия между первым проточным пространством (19) и выпускным проходным отверстием.

3. Теплообменник по п. 1 или 2, отличающийся тем, что между парами пластин (29) во втором проточном пространстве (21) расположены ребра (34), в частности гофрированные оребренные пластины, и/или по меньшей мере одна труба (28) и/или первое проточное пространство (19) образовано в виде преимущественно имеющего прямоугольную форму проточного канала (20).

4. Теплообменник по п. 1 или 2, отличающийся тем, что компоненты теплообменника (12), в частности пластины (30, 31), дистанционные прокладки (37) и/или ребра (34), спаяны друг с другом и/или компоненты теплообменника (12), в частности пластины (31, 31), дистанционные прокладки (37) и/или ребра (34), по меньшей мере частично, в частности полностью, состоят из металла, в частности высококачественной стали.

5. Система (1) для использования отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания (8) с помощью цикла Клаузиса-Ранкина, содержащая контур с трубопроводами (2) с рабочим веществом, в частности водой, насос (3) для транспортировки рабочего вещества, испарительный теплообменник (4) для испарения жидкого рабочего вещества с по меньшей мере одним первым проточным пространством (19) для пропуска рабочего вещества и по меньшей мере одним вторым проточным пространством (21) для пропуска текучей среды, в частности наддувочного воздуха или отработавшего газа, для передачи тепла от текучей среды рабочему веществу, детандер (5), конденсатор (6) для превращения в жидкое состояние парообразного рабочего вещества, преимущественно улавливающий и уравнивающий бак (7) для жидкого рабочего вещества, отличающаяся тем, что испарительный теплообменник (4) выполнен по любому из пп. 1-4.

6. Двигатель внутреннего сгорания (8), в частности поршневой двигатель внутреннего сгорания (9), с системой (1) для использования отводимого тепла двигателя внутреннего сгорания (8) с помощью цикла Клаузиса-Ранкина, при этом система (1) содержит: контур с трубопроводами (2) с рабочим веществом, в частности водой, насос (3) для транспортировки рабочего вещества, испарительный теплообменник (4) для испарения жидкого рабочего вещества с по меньшей мере одним первым проточным пространством (19) для пропуска рабочего вещества и по меньшей мере одним вторым проточным пространством (21) для пропуска текучей среды, например наддувочного воздуха или отработавшего газа, для передачи тепла от текучей среды рабочему веществу, детандер (5), конденсатор (6) для перевода в жидкое состояние парообразного рабочего вещества, преимущественно улавливающий и уравнивающий бак (7) для жидкого рабочего вещества, отличающийся тем, что испарительный теплообменник выполнен по любому из пп. 1-4.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменных аппаратах. Кожухопластинчатый теплообменник содержит корпус с двумя крышками, пакет пластин, установленный в корпусе, и патрубки подвода и отвода теплоносителей.

Изобретение относится к теплотехнике и может использоваться при изготовлении пластинчатых теплообменников. Пластинчатый теплообменник блочного типа содержит пакет (30) теплообменных пластин, которые включают первую теплообменную пластину (51) и вторую теплообменную пластину (52).

Изобретения могут быть использованы в химической промышленности. Изотермический химический реактор (1) с паровым охлаждением имеет вертикальный корпус (2) и содержит пластинчатый теплообменник (8), погруженный в слой катализатора (7), патрубок (10) впуска воды и пароотводный патрубок (11), систему труб для распределения воды (12) по испарительным каналам пластин (9, 9A) теплообменника (8) и сбора с них потока пара.

Изобретение относится к теплообменнику (102) пластинчатого типа, содержащему: теплообменный узел (104); торцевые панели (106) и соединительные элементы (107) торцевых панелей, посредством которых присоединены торцевые панели (106).

Изобретение относится к области теплотехники и может использоваться в тепломассообменных аппаратах воздушного охлаждения. Тепломассообменный аппарат, включающий теплообменные блоки, ороситель, вентиляторы, накопитель воды, циркуляционный насос, распределитель воздуха и каплеотбойную секцию, отличающийся тем, что теплообменные блоки выполнены из попарно соединенных параллельных теплопередающих пластинчатых элементов, образующих внутренний узкий канал для охлаждаемого продукта и внешние широкие каналы для водовоздушного потока, снабженные профилированными перегородками для отбоя жидкости и полками для накопления жидкости, обеспечивающими режим капельного орошения теплопередающей поверхности.

Устройство пластинчатого испарителя с падающей пленкой содержит корпус, имеющий впуск (11) для жидкости, подлежащей испарению, и установленный в нем пакет вертикально расположенных теплопередающих пластин (4) с промежутками пластин, каждый второй из которых образует область (28) испарения, а другие промежутки пластин образуют области (30) конденсации тепловыделяющего пара, и дополнительно содержит первые уплотнения (13, 14), которые в верхней части указанных промежутков пластин, образующих области (28) испарения, ограничивают распределительные камеры (27), каждая из которых находится в сообщении по потоку жидкости с по меньшей мере одной областью (28) испарения посредством путей (17, 18) потока, разнесенных по ширине пакета, при этом теплопередающие пластины (4) имеют в верхней части сквозные отверстия (16), в которых установлена труба, соединенная с впуском (11) и продолжающаяся вдоль длины всего пакета пластин, при этом труба имеет периферийную стенку с отверстиями, распределенными по длине трубы и находящимися в сообщении по потоку с распределительными камерами (27), для подачи жидкости, подлежащей испарению, из впуска (11) в распределительные камеры через указанные отверстия.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Теплообменник содержит множество пластин, каждая из которых содержит множество углублений, при этом углубления содержат вершины и основания, вершины, по меньшей мере, одной пластины теплообменника соединены с основаниями смежной пластины теплообменника и, по меньшей мере, часть углублений соединена с, по меньшей мере, одним смежным углублением посредством участка стенки.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменных аппаратах. Кожухопластинчатый теплообменник содержит корпус с двумя крышками, патрубки подвода и отвода теплоносителей и установленный в корпусе пакет пластин с отверстиями, образующими коллекторы первого теплоносителя, при этом между указанными коллекторами расположены каналы второго теплоносителя.

Изобретение относится к теплотехнике и может использоваться при изготовлении пластинчатых теплообменников. Пакет теплообменных пластин, выполненный для размещения внутри блочного теплообменника.

Изобретение относится к теплотехнике и может использоваться в пластинчатых теплообменниках. Устройство для обмена растворенными веществами или теплообмена между, по меньшей мере, первым и вторым потоками текучей среды, содержащее, по меньшей мере, первый и второй листы, каждый из которых имеет профилированную поверхность, причем каждый из листов имеет первую концевую часть и вторую концевую часть, которые снабжены наклонными промежуточными поверхностями между каждым каналом, имеющими наклон в направлении средней части соответствующего листа, при этом наклонные промежуточные поверхности находятся по существу на одном уровне с внешней верхней поверхностью каналов.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. В пластинчатом теплообменнике, содержащем каналы потока, по которым первый и второй потоки текут в параллельном или встречном потоке, причем каналы потока сформированы для первой среды между отдельными пластинами (1), соединенными вместе для формирования в каждом случае пары (P) пластин, и для второй среды между парами (P) пластин, соединенных вместе для формирования пакета (S) пластин, отдельные пластины (1) в пределах входной области (E) содержат направляющие лопатки (2), которые образованы штампованными выпуклостями и выступают в канал потока, причем направляющие лопатки (2) характеризуются дугообразной формой с участком (21) притока, выровненным по существу параллельно направлению основного потока, и участком (22) оттока, выровненным под углом к участку (21) притока. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может использоваться в пластинчатых теплообменниках. Пластинчатый теплообменник содержит каналы потока, по которым первый и второй потоки текут в параллельном или встречном потоке, причем каналы потока сформированы для первой среды между отдельными пластинами (1), соединенными вместе для формирования в каждом случае пары (Р) пластин, и для второй среды между парами (Р) пластин, соединенных вместе для формирования пакета (S) пластин, отдельные пластины (1) в пределах входной области (Е) содержат направляющие лопатки (2), которые образованы штампованными выпуклостями и выступают в канал потока, причем направляющие лопатки (2) характеризуются дугообразной формой с участком (21) притока, выровненным, по существу, параллельно направлению основного потока, и участком (22) оттока, выровненным под углом к участку (21) притока. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в рекуператорах тепла. Оребренный рекуператор в периферийной зоне пакета содержит, по меньшей мере, один модуль, а в центральной - по меньшей мере, один, но другой модуль, при этом в модуле, образующем периферийную зону пакета, каналы имеют в поперечном сечении размеры, отличные от размеров поперечного сечения каналов у модуля, образующего центральную зону пакета. Технический результат - оптимизация режима теплообмена, снижение габаритов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области теплотехники. Пластинчатый теплообменник (2) содержит первую рамную пластину (4), вторую рамную пластину (6) и пакет (24) теплообменных пластин (26). Каждая из теплообменных пластин имеет центральный участок (56) и периферийный участок (58), окружающий центральный участок. Теплообменные пластины расположены попарно между первой и второй рамными пластинами, причем первый потоковый путь (F1) для первой текучей среды образуется между теплообменными пластинами пар и второй потоковый путь (F2) для второй текучей среды образуется между парами теплообменных пластин. Первый или второй потоковый путь является путем свободного потока, вдоль которого центральные участки теплообменных пластин полностью отделены друг от друга. Пластинчатый теплообменник дополнительно содержит усиливающую пластину (28a), которая толще, чем теплообменные пластины и имеет центральный участок (100), окруженный периферийным участком (102). Усиливающая пластина расположена между первой рамной пластиной и пакетом теплообменных пластин. Первое множество неразъемных усиливающих соединений (106), каждое, соединяет вместе усиливающую пластину и крайнюю теплообменную пластину (26а). 16 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к аппаратам для проведения теплообменных процессов и может быть использовано в теплообменниках радиально-спирального типа. Теплообменник радиально-спирального типа содержит вертикальный корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителей, снабжен коллекторами для первого теплоносителя. Внутри корпуса установлены один над другим два или более блоков теплообменных элементов. Каждый блок сформирован из вертикально установленных теплообменных элементов. Каждый теплообменный элемент выполнен полым с образованием внутреннего радиально-спирального щелевого канала для первого теплоносителя. Теплообменные элементы расположены друг к другу с образованием наружных вертикальных щелевых каналов для перемещения в аксиальном направлении второго теплоносителя. Блоки теплообменных элементов выполнены в форме прямой призмы. Радиально-спиральные щелевые каналы теплообменных элементов каждого блока выполнены из металлических профилированных листов. Щелевые каналы смежных установленных один над другим блоков для протока первого теплоносителя соединены между собой таким образом, что движение теплоносителя в одном из блоков направлено от оси теплообменного блока к периферии, а в смежном блоке - от периферии к оси. Теплообменник радиально-спирального типа может быть выполнен из теплообменных элементов, попарно соединенных между собой так, что движение первого теплоносителя по радиально-спиральным щелевым каналам направлено от оси теплообменного блока к периферии и далее по смежным в паре элементам - от периферии к оси. Технический эффект: упрощение конструкции теплообменника радиально-спирального типа, а также увеличение удельной теплообменной поверхности в единице его объема за счет возможности заполнения объема теплообменника блоками теплообменных элементов. 2 н.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области кондиционирования и вентиляции воздуха, в частности к пластинчатым теплообменникам, предназначенным для обеспечения теплообмена между приточным и вытяжным воздухом. Пакет пластинчатого теплообменника содержит уложенные в пакет чередующиеся пластины, которые образуют каналы для прохождения рабочих сред. Пластины содержат центральные участки и боковые треугольные участки. Центральный участок одной из чередующихся пластин выполнен гофрированным. Центральный участок другой из чередующихся пластин выполнен гофрированным с плоскими участками. Между пластинами в области центрального участка образуются сплошные каналы для рабочих сред. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх