Теплопередающая пластина и пластинчатый теплообменник, содержащий множество таких теплопередающих пластин
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Теплопередающая пластина (8) теплообменника (2) содержит теплопередающую структуру гребней (36) и впадин (38), расположенных в чередующемся порядке относительно центральной плоскости (С) протяженности. Первые и вторые соседние гребни (36) и впадины (38) простираются наклонно по отношению к продольной центральной оси (I) теплопередающей пластины. Первый нижний участок первой впадины соединен с первым верхним участком первого гребня первым склоном (44a), а со вторым верхним участком второго гребня - вторым склоном (44b), и при этом второй верхний участок второго гребня соединен со вторым нижним участком второй впадины третьим склоном (44c). Один из первого, второго и третьего склонов содержит заплечик (46a, 46b, 46c) склона, простирающийся в плоскости (S1, S2, S3) заплечика склона, которая смещена от центральной плоскости протяженности. При этом расстояние L1 между первым и вторым гребнями, ограничивающими первую область (A1), и расстояние L2 между первой и второй впадинами, ограничивающими вторую область (A2), отличаются. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к теплопередающей пластине и ее конструкции. Изобретение также относится к пластинчатому теплообменнику, содержащему множество таких теплопередающих пластин.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Пластинчатые теплообменники, ПТО, в типичных случаях состоят из двух концевых плит, в промежутке между которыми располагается некоторое количество выровненных теплопередающих пластин, т.е. стопа или пакет. Между теплообменными пластинами образованы параллельные проточные каналы, по одному каналу между теплообменными пластинами каждой пары. Через каждый второй канал могут течь две текучие среды с изначально разными температурами для передачи тепла от одной текучей среды другой, причем эти текучие среды попадают в каналы и покидают их через проходные отверстия входа и выхода в теплопередающих пластинах.
В типичных случаях, теплопередающая пластина содержит две концевые области и промежуточную область теплопередачи. Концевые области содержат проходные отверстия входа и выхода и область распределения, зажатую распределительной структурой таких выступов и выемок, как гребни и впадины, относительно центральной плоскости протяженности теплопередающей пластины. Аналогичным образом, область теплопередачи зажата теплопередающей структурой таких выступов и выемок, как гребни и впадины, относительно упомянутой центральной плоскости протяженности. В пластинчатом теплообменнике, гребни и впадины распределительной и теплопередающей структур одной теплопередающей пластины могут располагаться в контакте в областях контакта с гребнями и впадинами распределительной и теплопередающей структур соседних теплопередающих пластин.
Основной задачей области распределения теплопередающих пластин является распространение текучей среды, попадающей в канал, по ширине теплопередающей пластины прежде, чем текучая среда достигнет области теплопередачи, а также сбор текучей среды и направление ее из канала после прохождения ею области теплопередачи. И наоборот, основной задачей области теплопередачи является теплопередача. Поскольку область распределения и область теплопередачи имеют разные основные задачи, распределительная структура обычно отличается от теплопередающей структуры. Распределительная структура может быть такой, которая обеспечивает относительно низкое сопротивление потоку и низкое падение давления, что в типичных случаях связано с конструкцией, предусматривающей более «открытую» структуру, такую, как так называемая структура шоколада, обеспечивающая относительно немного - но больших - областей контакта между соседними теплопередающими пластинами. Теплопередающая структура может быть такой, что она обеспечивает относительно интенсивное сопротивление потоку и высокое падение давления, что в типичных случаях связано с конструкцией, предусматривающей более «плотную» структуру, такую, как так структура «в елочку», схематически иллюстрируемая в сечении на фиг.3, позволяющая получить больше - но меньших - областей контакта между соседними теплопередающими пластинами. Даже если известные теплопередающие структуры обеспечивают гораздо более эффективную теплопередачу, чем известные распределительные структуры, возможности для усовершенствования по-прежнему есть.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать теплопередающую пластину, которая, когда содержится в теплообменнике, дает возможность более эффективной теплопередачи между текучими средами, чем известные теплопередающие пластины. Основной идеей изобретения является разработка теплопередающей пластины с теплопередающей структурой, асимметричной относительно центральной плоскости протяженности. Другая задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать теплообменник, содержащий множество таких теплопередающих пластин. Теплопередающая пластина и теплообменник для решения вышеупомянутых задач охарактеризованы в прилагаемой формуле изобретения и рассматриваются ниже.
Теплопередающая пластина, соответствующая данному изобретению, имеет продольную центральную ось и образует верхнюю плоскость, нижнюю плоскость - или простирается в них - и центральную плоскость, простирающуюся на полпути между ними и параллельную продольной центральной оси, а также верхней и нижней плоскостям. Как очевидно из названий, верхняя и нижняя плоскости образуют теплопередающую пластину, т.е. теплопередающая пластина простирается полностью в верхней и нижней плоскостях и между ними, а не выходят за их пределы. Теплопередающая пластина содержит область теплопередачи, содержащую теплопередающую структуру гребней и впадин, расположенных в чередующемся порядке относительно центральной плоскости протяженности. Первый и второй соседние гребни простираются наклонно по отношению к продольной центральной оси теплопередающей пластины и содержат первый верхний участок и второй верхний участок, соответственно, а первая и вторая соседние впадины простираются наклонно по отношению к продольной центральной оси теплопередающей пластины и содержат первый нижний участок и второй нижний участок, соответственно. Таким образом, между продольной центральной осью теплопередающей пластины и протяжением каждого из первого и второго гребней и каждой из первой и второй впадин имеется некоторый угол ≠ 0. Первые и вторые гребни и впадины могут быть - но это не обязательно - параллельными и/или прямыми, т.е. могут иметь линейное протяжение. Первая впадина расположена между первым и вторым гребнями, а второй гребень расположен между первой и второй впадинами. Первый нижний участок первой впадины соединен с первым верхним участком первого гребня первым склоном, а со вторым верхним участком второго гребня - вторым склоном. Второй верхний участок второго гребня соединен со вторым нижним участком второй впадины третьим склоном. Первый и второй верхние участки простираются в верхней плоскости, а первый и второй нижние участки простираются в нижней плоскости. Теплопередающая пластина отличается тем, что один из первого, второго и третьего склонов содержит заплечик склона. Заплечик склона расположен у или простирается в плоскости заплечика склона, которая смещена от центральной плоскости протяженности. Применительно к поперечному сечению, проведенному через продольное протяжение первого и второго гребней и первой и второй впадин и перпендикулярно ему, первая область, ограниченная или огороженная теплопередающей пластиной, и первая кратчайшая воображаемая прямая линия, простирающаяся от первого ко второму верхнему участку первого гребня и второго гребня, соответственно, отличаются от второй области, ограниченной или огороженной теплопередающей пластиной, и второй кратчайшей воображаемой прямой линии, простирающейся от первого ко второму нижнему участку первой впадины и второй впадины, соответственно.
Таким образом, по меньшей мере, один из первого, второго и третьего склонов снабжен заплечиком. Вместе с тем, теплопередающая пластина может быть такой, что первый, второй и третий склоны будут содержать первый заплечик, второй заплечик и третий заплечик, соответственно, расположенные у или простирающиеся в плоскости первого, второго или третьего заплечика, соответственно. Тогда каждый из первого, второго и третьего склонов снабжен соответственным заплечиком, а вышеупомянутые заплечик склона и плоскость заплечика склона фактически представляют собой один из первого, второго и третьего заплечиков и соответствующую одну из плоскостей первого, второго и третьего заплечиков.
Естественно, все плоскости - верхняя, нижняя и центральная плоскость протяженности - являются воображаемыми.
Выражение «заплечик расположен у или простирается в плоскости заплечика склона» означает, что центральная точка заплечика расположена в плоскости заплечика.
Под термином «гребень» понимается удлиненное непрерывное возвышение, которое простирается - применительно к продольной центральной оси теплопередающей пластины - наклонно через всю область теплопередачи или ее участок. Аналогичным образом, под термином «впадина» понимается удлиненная непрерывная бороздка, которая простирается - применительно к продольной центральной оси теплопередающей пластины - наклонно через всю область теплопередачи или ее участок. Гребни и впадины простираются друг вдоль друга, причем они в типичных случаях имеют непрерывное поперечное сечение, по существу, по всей своей длине. Соответственно, также склоны и их заплечики, которые можно было бы назвать грядами или полками, являются удлиненными. Заплечики могут простираться, по существу, по всей длине склонов, и они могут иметь непрерывное поперечное сечение, по существу, по всей их длине.
Теплопередающая структура двумерно асимметрична, поскольку видно, что первая область, образованная передней стороной теплопередающей пластины, отличается от второй области, образованной задней стороной теплопередающей пластины. Естественно, теплопередающая структура трехмерно асимметрична, поскольку видно, что первый объем, огороженный передней стороной теплопередающей пластины и верхней плоскостью, отличается от второго объема, огороженного задней стороной теплопередающей пластины и нижней плоскостью. Когда теплопередающую пластину устанавливают в теплообменнике, эта асимметричная структура, а конкретнее - заплечик склона обеспечивает (заплечики склонов обеспечивают) повышенную турбулентность потоков в каналах теплообменника. Кроме того, наличие заплечика склона (заплечиков склонов) приводит к увеличению поверхности теплопередающей пластины и таким образом - к большей области теплопередачи. Повышенная турбулентность потоков и увеличенная область теплопередачи обеспечивают более эффективную теплопередачу между текучими средами, протекающими через теплообменник.
Все плоскости заплечиков - первого, второго и третьего - могут быть смещены от центральной плоскости протяженности. Кроме того, плоскости первого, второго и третьего заплечиков могут совпадать, и это означает, что первый, второй и третий заплечики аналогичным образом расположены на первом, втором и третьем склонах, соответственно. Эти варианты осуществления могут обеспечивать симметрию пластины, которая, в свою очередь, может обеспечивать равнопрочность пакета пластин, содержащего рассматриваемую теплопередающую пластину.
Плоскости первого, второго и третьего заплечиков могут простираться между нижней плоскостью и центральной плоскостью протяженности. Такой вариант осуществления связан с большей первой областью и меньшей второй областью, и это может вносить вклад в асимметрию теплопередающей структуры. Чем ближе плоскости первого, второго и третьего заплечиков к нижней плоскости, тем больше первая область и тем меньше вторая область.
Теплопередающая пластина может быть такой, что первый, второй и третий склоны будут содержать лишь один соответственный заплечик, что может сделать теплопередающую пластину прочнее, чем в случае, если бы каждый из склонов содержал больше одного соответственного заплечика.
Теплопередающая пластина может быть такой, что - применительно к упомянутому поперечному сечению - первые и вторые гребни будут одинаковыми и/или первые и вторые впадины будут одинаковыми. Кроме того, обращаясь к упомянутому поперечному сечению, отметим, что первый и третий склоны могут быть одинаковыми, а второй склон может быть зеркальным отражением первого и третьего склонов. Эти варианты осуществления могут обеспечивать симметрию пластины, которая, в свою очередь, может обеспечивать равнопрочность пакета пластин, содержащего теплопередающую пластину.
Обращаясь к упомянутому поперечному сечению, отмечаем, что каждый из первого и второго гребней имеет ось симметрии, простирающуюся перпендикулярно верхней плоскости и через соответственный центр первого и второго верхних участков, соответственно. Аналогичным образом, обращаясь к упомянутому поперечному сечению, отмечаем, что каждая из первой и второй впадин может иметь ось симметрии, простирающуюся перпендикулярно нижней плоскости и через соответственный центр первого и второго нижних участков, соответственно.
Теплопередающая пластина может быть такой, что первая впадина будет шире, чем первый гребень. Теплопередающая пластина также может быть такой, что первая и вторая впадины будут шире, чем первый и второй гребни. Более широкие первая и вторая впадины связаны с большей первой областью и меньшей второй областью и могут вносить вклад в асимметрию теплопередающей структуры.
Теплообменник, соответствующий данному изобретению, содержит множество теплопередающих пластин, соответствующих данному изобретению. Передняя сторона первой из теплопередающих пластин обращена к задней стороне второй из теплопередающих пластин. Кроме того, передняя сторона второй теплопередающей пластины обращена к задней стороне третьей из теплопередающих пластин. Вторая теплопередающая пластина повернута на 180 градусов по отношению к первой и третьей теплопередающим пластинам вокруг центральной оси второй теплопередающей пластины, простирающейся через центр и перпендикулярно центральной плоскости протяженности второй теплопередающей пластины. Таким образом, каждая вторая теплопередающая пластина повернута на 180 градусов в ее центральной плоскости протяженности, оказываясь повернутой верхом вниз по отношению к ориентации в исходном положении.
В вышеупомянутом теплообменнике впадины теплопередающей структуры второй теплопередающей пластины могут примыкать к гребням теплопередающей структуры первой теплопередающей пластины, образуя первый канал. Кроме того, гребни теплопередающей структуры второй теплопередающей пластины могут примыкать ко впадинам теплопередающей структуры третьей теплопередающей пластины, образуя второй канал. В данном случае, первый и второй каналы будут иметь один и тот же объем.
В альтернативном теплообменнике, соответствующем данному изобретению, который содержит множество теплопередающих пластин, соответствующих данному изобретению, задняя сторона первой из теплопередающих пластин обращена к задней стороне второй из теплопередающих пластин. Кроме того, передняя сторона второй теплопередающей пластины обращена к передней стороне третьей из теплопередающих пластин. Вторая теплопередающая пластина повернута на 180 градусов по отношению к первой и третьей теплопередающим пластинам вокруг центральной оси второй теплопередающей пластины, простирающейся через центр и перпендикулярно центральной плоскости протяженности второй теплопередающей пластины. Таким образом, каждая вторая теплопередающая пластина повернута на 180 градусов вокруг своей поперечной центральной оси, оказываясь перевернутой по отношению к ориентации в исходном положении.
В вышеупомянутом теплообменнике впадины теплопередающей структуры второй теплопередающей пластины могут примыкать ко впадинам теплопередающей структуры первой теплопередающей пластины, образуя первый канал. Кроме того, гребни теплопередающей структуры второй теплопередающей пластины могут примыкать к гребням теплопередающей структуры третьей теплопередающей пластины, образуя второй канал. В данном случае, первый и второй каналы будут иметь разные объемы.
Другие задачи, признаки, аспекты и преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания, а также из чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь, со ссылками на прилагаемые чертежи, будет приведено более подробное описание изобретения, при этом:
на фиг.1 представлен вид сбоку теплообменника, соответствующего изобретению;
на фиг.2 представлен вид в плане теплопередающей пластины, соответствующей изобретению;
фиг.3 схематически иллюстрирует поперечное сечение известной теплопередающей структуры,
фиг.4 схематически иллюстрирует часть поперечного сечения теплопередающей пластины согласно фиг.2, проведенного вдоль линии A-A;
фиг.5 схематически иллюстрирует каналы, образованные между теплопередающими пластинами, соответствующими изобретению, когда они уложены в стопу первым способом; и
фиг.6 схематически иллюстрирует каналы, образованные между теплопередающими пластинами, соответствующими изобретению, когда они уложены в стопу вторым способом.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Обращаясь к фиг.1, отмечаем, что здесь показан пластинчатый теплообменник 2, снабженный прокладками. Он содержит первую концевую плиту 4, вторую концевую плиту 6 и некоторое количество теплопередающих пластин 8, скомпонованных в пакет 10 пластин между первой и второй концевыми плитами 4 и 6, соответственно. Все теплопередающие пластины являются пластинами того типа, которые изображены на фиг.2 и 4.
Теплопередающие пластины 8 отделены друг от друга прокладками (не показаны). Теплопередающие пластины вместе с прокладками образуют параллельные каналы, выполненные с возможностью приема в чередующемся порядке двух текучих сред для передачи тепла от одной текучей среды другой. С этой целью, первая текучая среда имеет возможность течь в каждом втором канале, а вторая текучая среда имеет возможность течь в остающихся каналах. Первая текучая среда попадает в пластинчатый теплообменник 2 и покидает его через вход 12 и выход 14, соответственно. Аналогичным образом, вторая текучая среда попадают в пластинчатый теплообменник 2 и покидает его через вход и выход (не видны на чертежах), соответственно. Чтобы каналы были защищены от утечек, теплопередающие пластины должны быть прижаты друг к другу, вследствие чего прокладки создают уплотнения между теплообменными пластинами 8. С этой целью, пластинчатый теплообменник 2 содержит некоторое количество затягивающих средств 16, выполненных с возможностью прижима первой и второй концевых плит 4 и 6, соответственно, друг к другу.
Конструкция и функционирование пластинчатых теплообменников, снабженных прокладками, хорошо известны и не будут подробно описаны здесь.
Теперь, со ссылками на фиг.2 и 4, которые иллюстрируют готовую теплопередающую пластину и поперечное сечение теплопередающей пластины, будет приведено дальнейшее описание теплопередающей пластины 8. Теплопередающая пластина 8 представляет собой, по существу, прямоугольный лист нержавеющей стали, прессованной обычным способом в прессующем инструменте для придания желаемой конструкции. Пластина образует верхнюю плоскость T, нижнюю плоскость B и центральную плоскость C протяженности (см. также фиг.1), которые параллельны друг другу и плоскости чертежа согласно фиг.2. Центральная плоскость C протяженности простирается на полпути между верхней и нижней плоскостями T и B, соответственно. Кроме того, теплопередающая пластина имеет продольную центральную ось I и поперечную центральную ось t.
Теплопередающая пластина 8 содержит первую концевую область 18, вторую концевую область 20 и область 22 теплопередачи, расположенную между ними. В свою очередь, первая концевая область 18 содержит проходное отверстие 24 входа для первой текучей среды и проходное отверстие 26 выхода для второй текучей среды, выполненное с возможностью сообщения со входом 12 для первой текучей среды и выходом для второй текучей среды, соответственно, пластинчатого теплообменника 2. Кроме того, первая концевая область 18 содержит первую область 28 распределения, снабженную распределительной структурой в виде так называемой структуры шоколада. Аналогичным образом, в свою очередь, вторая концевая область 20 содержит проходное отверстие 30 выхода для первой текучей среды и проходное отверстие 32 входа для второй текучей среды, выполненное с возможностью сообщения с выходом 14 первой текучей среды и входом второй текучей среды, соответственно, пластинчатого теплообменника 2. Кроме того, вторая концевая область 20 содержит вторую область распределения 34, снабженную распределительной структурой в виде так называемой структуры шоколада. Конструкции первой и второй концевых областей являются одинаковыми, но зеркально перевернутыми по отношению к поперечной центральной оси t.
Область 22 теплопередачи снабжена теплопередающей структурой в виде так называемой структуры «в елочку». Она содержит прямые гребни 36 и впадины 38, расположенные в чередующемся порядке по отношению к центральной плоскости C протяженности, которая определяет границу между гребнями и впадинами. Гребни и впадины простираются наклонно по отношению к продольной центральной оси I теплопередающей пластины 8 и попарно образуют V-образные гофры, вершины которых расположены вдоль продольной центральной оси I теплопередающей пластины 8. Фиг.4 иллюстрирует поперечное сечение через участок области теплопередачи, проведенное перпендикулярно продольному протяжению нескольких гребней и впадин 36 и 38, соответственно, с одной стороны от продольной центральной оси I. На фиг.4 видны первый гребень 36a, второй гребень 36b, первая впадина 38a и вторая впадина 38b. Дальнейшее описание теплопередающей структуры будет приведено ниже со ссылками на фиг.4 применительно к первым и вторым гребням и впадинам. Вместе с тем, на протяжении, по существу, всей области теплопередачи (не обязательно вблизи границы области теплопередачи и продольной центральной оси I теплопередающей пластины), гребни и впадины имеют одно и то же поперечное сечение, а конкретнее - поперечное сечение, иллюстрируемое на фиг.4, и поэтому нижеследующее описание применимо для всех гребней и впадин, по существу, везде в области 22 теплопередачи теплопередающей пластины 8.
Первый гребень 36 содержит первый верхний участок 40a, а второй гребень 36b содержит второй верхний участок 40b. Первый и второй верхние участки 40a и 40b, соответственно, простираются в верхней плоскости T. Кроме того, первая впадина 38 содержит первый нижний участок 42a, а вторая впадина 38b содержит второй нижний участок 42b. Первый и второй нижние участки 42a и 42b, соответственно, простираются в нижней плоскости B.
Каждый из первого и второго гребней 36a и 36b имеет ширину wr, а каждая из первой и второй впадин имеет ширину wv, причем wr меньше, чем wv. Первый и второй гребни имеют соответственную ось симметрии X1 и X2, простирающуюся перпендикулярно верхней и нижней плоскостям и центральной плоскости протяженности и через соответственный центр первого и второго верхних участков, соответственно. Аналогичным образом, первая и вторая впадины имеют соответственную ось симметрии X3 и X4, простирающуюся перпендикулярно верхней и нижней плоскостям и центральной плоскости протяженности и через соответственный центр первого и второго нижнего участков, соответственно.
Первый верхний участок 40a и первый нижний участок 42a соединены первым склоном 44a, который содержит первый заплечик 46a, простирающийся у или в плоскости S1 первого заплечика. Второй верхний участок 40b и первый нижний участок 42a соединены вторым склоном 44b, который содержит второй заплечик 46b, простирающийся у или в плоскости S2 второго заплечика. Второй верхний участок 40b и второй нижний участок 42b соединены третьим склоном 44c, который содержит третий заплечик 46c, простирающийся у или в плоскости S3 третьего заплечика. Как очевидно из фиг.4, плоскости S1, S2, S3 первого, второго и третьего заплечиков совпадают, и это означает, что первый, второй и третий заплечики 46a, 46b, 46c расположены на одном и том же уровне относительно центральной плоскости C протяженности.
Плоскости S1, S2, S3 первого, второго и третьего заплечиков будут в нижеследующем тексте собирательно именоваться плоскостью S заплечика. Плоскость S заплечика смещена, а значит, - и первый, второй и третий заплечики смещены, из центральной плоскости C протяженности, а конкретнее - расположены между нижней плоскостью B и центральной плоскостью C протяженности.
Передняя сторона 48 (видимая также на фиг.2) теплопередающей пластины 8 вместе с первой кратчайшей воображаемой прямой линией L1, простирающейся от первого верхнего участка 40а первого гребня 36a ко второму верхнему участку 40b второго гребня 36b, ограничивают первую область A1. Аналогичным образом, задняя сторона 50 теплопередающей пластины 8 вместе со второй кратчайшей воображаемой прямой линией L2, простирающейся от первого нижнего участка 42 первой впадины 38a ко второму нижнему участку 42b второй впадины 38b, ограничивают вторую область A2. В результате, первая и вторая впадины шире, чем первый и второй гребни, а у первого, второго и третьего заплечиков, располагающихся ближе к нижней плоскости, чем верхняя плоскость, первая область A1 больше, чем вторая область A2, и это означает, что теплопередающая структура асимметрична.
Теплопередающие пластины 8 можно уложить в стопу двумя разными способами между первой и второй концевыми плитами 4 и 6, соответственно, как схематически проиллюстрировано на фиг.5 и 6 для первой, второй, третьей и четвертой теплопередающих пластин 8a, 8b, 8c и 8d, соответственно.
Если теплопередающие пластины уложены в стопу так, как показано на фиг.5, то передняя сторона 48a первой теплопередающей пластины 8a осуществляет контактное взаимодействие с задней стороной 50b второй теплопередающей пластины 8b, тогда как передняя сторона 48b второй теплопередающей пластины 8b осуществляет контактное взаимодействие с задней стороной 50c третьей теплопередающей пластины 8c, а передняя сторона 48c третьей теплопередающей пластины осуществляет контактное взаимодействие с задней стороной 50d теплопередающей пластины 8d. По всему пакету 10 пластин, впадины 38 и гребни 36 области 22 теплопередачи каждой теплопередающей пластины осуществляют контактное взаимодействие с гребнями 36 и впадинами 38, соответственно, области 22 теплопередачи соседних теплопередающих пластин. Первая и третья теплопередающие пластины 8a и 8c, соответственно, имеют одну и ту же ориентацию, а вторая и четвертая теплопередающие пластины 8b и 8d, соответственно, тоже имеют одну и ту же ориентацию. Кроме того, вторая и четвертая теплопередающие пластины повернуты на 180 градусов по отношению к первой и третьей теплопередающим пластинах вокруг соответственной центральной оси (изображенной на фиг.2), простирающейся через соответственный центр пластины и перпендикулярно центральной плоскости C протяженности (плоскости чертежа согласно фиг.2) соответственной теплопередающей пластины. Располагаясь подобным образом, первая и вторая теплопередающие пластины 8a и 8b ограничивают первый канал 52, а вторая и третья теплопередающие пластины 8b и 8c, а также третья и четвертая теплопередающие пластины 8c и 8d ограничивают второй канал 54 и третий канал 56, соответственно. Как очевидно из фиг.5, все каналы - первый, второй и третий - имеют один и тот же объем.
Поскольку гребни и впадины простираются наклонно по отношению к продольной центральной оси теплопередающих пластин, гребни и впадины одной теплопередающей пластины будут пересекать впадины и гребни соседних теплопередающих пластин и примыкать к этим впадинам и гребням, соответственно, а теплопередающие пластины будут контактировать друг с другом в разделенных областях или точках в области теплопередачи.
Если теплопередающие пластины уложены в стопу так, как показано на фиг.6, то задняя сторона 50a первой теплопередающей пластины 8a осуществляет контактное взаимодействие с задней стороной 50b второй теплопередающей пластины 8b, тогда как передняя сторона 48b второй теплопередающей пластины 8b осуществляет контактное взаимодействие с передней стороной 48c третьей теплопередающей пластины 8c, а задняя сторона 50c третьей теплопередающей пластины 8c осуществляет контактное взаимодействие с задней стороной 50d четвертой теплопередающей пластины 8d. По всему пакету 10 пластин, гребни 36 и впадины 38 области 22 теплопередачи каждой теплопередающей пластины осуществляют контактное взаимодействие с гребнями 36 и впадинами 38, соответственно, области 22 теплопередачи соседних теплопередающих пластин. Первая и третья теплопередающие пластины 8a и 8c, соответственно, имеют одну и ту же ориентацию, а вторая и четвертая теплопередающие пластины 8b и 8d, соответственно, тоже имеют одну и ту же ориентацию. Кроме того, вторая и четвертая теплопередающие пластины повернуты на 180 градусов по отношению к первой и третьей теплопередающей пластинам вокруг соответственной центральной оси (изображенной на фиг.2), простирающей через соответственный центр пластины и перпендикулярно центральной плоскости C протяженности (плоскости чертежа согласно фиг.2) соответственной теплопередающей пластины. Располагаясь подобным образом, первая и вторая теплопередающие пластины 8a и 8b ограничивают первый канал 58, тогда как вторая и третья теплопередающие пластины 8b и 8c, а также третья и четвертая теплопередающие пластины 8c и 8d ограничивают второй канал 60 и третий канал 62, соответственно. Как видно из фиг.5, первый и второй каналы имеют один и тот же объем, меньший, чем у второго канала.
Поскольку гребни и впадины простираются наклонно по отношению к продольной центральной оси теплопередающих пластин, гребни и впадины одной теплопередающей пластины будут пересекать впадины и гребни соседних теплопередающих пластин и примыкать к этим впадинам и гребням, соответственно, а теплопередающие пластины будут контактировать друг с другом в разделенных областях или точках в области теплопередачи.
Таким образом, с помощью теплопередающих пластин, соответствующих данному изобретению, можно создать пакет пластин, в котором все каналы будут иметь один и тот же объем, или каждый второй канал будет иметь первый объем, а остальные каналы будут иметь второй объем, причем первый и второй объемы будут разными, в зависимости от того, как уложены в стопу теплопередающие пластины. Кроме того, благодаря присутствию заплечиков между верхними и нижними участками гребней и впадин, соответственно, в пределах теплопередающей структуры предлагаемой теплопередающей пластины, можно получить более турбулентный поток и увеличенную область теплопередачи, а значит - и более эффективную теплопередачу в пределах пакета пластин.
Естественно, размеры предлагаемой теплопередающей пластины можно изменять бессчетным количеством способов, а объем канала между двумя соседними предлагаемыми теплопередающих пластинами будет зависеть от этих замеров. В качестве неограничительного примера отметим, что, когда множество теплопередающих пластин, соответствующих фиг.4, укладывают стопой так, как изображено на фиг.5, они ограничивают объем V канала, а когда их укладывают стопой так, как изображено на фиг.6, они ограничивают объемы Vмалый и Vбольшой канала, где Vбольшой = 1,15×V, а Vмалый = 0,85×V.
Вышеописанные варианты осуществления данного изобретения следует рассматривать лишь как примеры. Специалист в данной области техники поймет, что рассмотренные варианты осуществления можно изменять и объединять посредством ряда способов в рамках изобретательского замысла.
В качестве примера отметим, что вышеуказанная распределительная структура типа структуры шоколада и теплопередающая структура типа структуры «в елочку» являются лишь возможными. Естественно, изобретение применимо и в связи со структурами других типов. Например, теплопередающая структура могла бы содержать V-образные гофры, где вершина каждого гофра направлена от одной длинной стороны к другой длинной стороне теплопередающей пластины, перпендикулярно или не перпендикулярно по отношению к длинным сторонам.
Кроме того, в вышеописанных вариантах осуществления, по существу, все гребни, впадины, склоны и заплечики теплопередающей структуры теплопередающей пластины аналогичны или являются зеркальными изображениями друг друга, но они могут и отличаться друг от друга в альтернативных вариантах осуществления изобретения. Например, в соответствии с одним альтернативным вариантом осуществления, заплечиками снабжены не все склоны.
Помимо этого, в вышеописанных вариантах осуществления гребни являются более узкими, чем в впадины, но в альтернативных вариантах осуществления может быть по-другому, или возможны гребни и впадины одной и той же ширины.
Каждый из склонов вышеописанной теплопередающей структуры содержит один заплечик, а заплечики одинаково расположены на каждом склоне. Возможны варианты. Например, несколько склонов могут или каждый склон может содержать более одного заплечика и/или заплечики могут располагаться по-разному от склона к склону. Кроме того, заплечики могут простираться в других плоскостях заплечиков, а не в вышеописанных, а также возможно расположение плоскостей заплечиков между центральной плоскостью протяженности и верхней плоскостью теплопередающей пластины.
Вышеописанный пластинчатый теплообменник является параллельно-противоточным теплообменником, т.е. вход и выход для каждой текучей среды расположены на одной и той же половине пластинчатого теплообменника, а текучие среды текут в противоположных направлениях по каналам между теплообменными пластинами. Естественно, вместо этого пластинчатый теплообменник мог бы быть теплообменником с диагональным потоком и/или с совместными потоками.
Пластинчатый теплообменник, о котором шла речь выше, содержит пластины только одного типа. Естественно, что вместо этого пластинчатый теплообменник мог бы содержать теплопередающие пластины двух или более разных типов, расположенные в чередующемся порядке. Кроме того, теплопередающие пластины можно было бы выполнить из других материалов, а не из нержавеющей стали.
Данное изобретение можно было бы использовать в связи с пластинчатыми теплообменниками других типов, а не имеющими прокладки, такими цельносварные, полусварные и паяные пластинчатые теплообменники.
Следует подчеркнуть, что описание подробностей, не относящихся к данному изобретению, опущено, и что чертежи являются лишь схематическими, а не выполненными в масштабе. Следует также упомянуть, что некоторые из чертежей упрощены больше, чем другие. Поэтому некоторые компоненты могут быть проиллюстрированы на одном чертеже, но опущены на другом чертеже.
1. Теплопередающая пластина (8), имеющая продольную центральную ось (I) и образующая верхнюю плоскость (T), нижнюю плоскость (B) и центральную плоскость (С) протяженности, проходящую на полпути между ними и параллельную продольной центральной оси (I), а также верхней и нижней плоскостям, и содержащая область (22) теплопередачи, содержащую теплопередающую структуру гребней (36) и впадин (38), расположенных в чередующемся порядке относительно центральной плоскости протяженности, первый и второй соседние гребни (36a, 36b), простирающиеся наклонно по отношению к продольной центральной оси (I) теплопередающей пластины и содержащие первый верхний участок (40a) и второй верхний участок (40b), соответственно, и первую и вторую соседние впадины (38a, 38b), простирающиеся наклонно по отношению к продольной центральной оси (I) теплопередающей пластины и содержащие первый нижний участок (42a) и второй нижний участок (42b), соответственно, причем первая впадина расположена между первым и вторым гребнями, а второй гребень расположен между первой и второй впадинами, при этом первый нижний участок первой впадины соединен с первым верхним участком первого гребня первым склоном (44a), а со вторым верхним участком второго гребня - вторым склоном (44b), и при этом второй верхний участок второго гребня соединен со вторым нижним участком второй впадины третьим склоном (44c), при этом первый и второй верхние участки простираются в верхней плоскости, а первый и второй нижние участки проходят в нижней плоскости, отличающаяся тем, что один из первого, второго и третьего склонов содержит заплечик (46a, 46b, 46c) склона, проходящий в плоскости (S1, S2, S3) заплечика склона, которая смещена от центральной плоскости протяженности, и тем, что, применительно к поперечному сечению, проведенному через продольное протяжение первого и второго гребней и первой и второй впадин и перпендикулярно ему, первая область (A1), огороженная теплопередающей пластиной, и первой кратчайшей воображаемой прямой линией (L1), проходящей от первого ко второму верхнему участку первого гребня и второго гребня, соответственно, отличается от второй области (A2), огороженной теплопередающей пластиной, и второй кратчайшей воображаемой прямой линией (L2), проходящей от первого ко второму нижнему участку первой впадины и второй впадины, соответственно.
2. Теплопередающая пластина (8) по п. 1, отличающаяся тем, что первый второй и третий склоны (44a, 44b, 44c) содержат первый заплечик (46a), второй заплечик (46b) и третий заплечик (46c) склона, соответственно, причем первый второй и третий заплечики простираются в плоскости (S1) первого заплечика склона, плоскости (S2) второго заплечика склона и плоскости (S3) третьего заплечика склона, соответственно, при этом заплечик склона является одним из первого, второго и третьего заплечиков, а плоскость заплечика склона является одной из плоскостей первого, второго и третьего заплечиков.
3. Теплопередающая пластина (8) по п. 2, отличающаяся тем, что все плоскости (S1, S2, S3) заплечиков - первого, второго и третьего - смещены от центральной плоскости (C) протяженности.
4. Теплопередающая пластина (8) по любому из пп. 2, 3, отличающаяся тем, что плоскости (S1, S2, S3) первого, второго и третьего заплечиков совпадают.
5. Теплопередающая пластина (8) по любому из пп. 2-4, отличающаяся тем, что плоскости (S1, S2, S3) первого, второго и третьего заплечиков простираются между нижней плоскостью (B) и центральной плоскостью (C) протяженности.
6. Теплопередающая пластина (8) по любому из пп. 2-5, отличающаяся тем, что первый, второй и третий склоны (44a, 44b, 44c) содержат лишь один соответственный заплечик (46a, 46b, 46c).
7. Теплопередающая пластина (8) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что, применительно к упомянутому поперечному сечению, первый и второй гребни (36a, 36b) одинаковы.
8. Теплопередающая пластина (8) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что, применительно к упомянутому поперечному сечению, первая и вторая впадины (38a, 38b) одинаковы.
9. Теплопередающая пластина (8) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что, применительно к упомянутому поперечному сечению, первый и третий склоны (44a, 44c) одинаковы.
10. Теплопередающая пластина (8) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что, применительно к упомянутому поперечному сечению, второй склон (44b) является зеркальным отражением первого и третьего склонов (44a, 44c).
11. Теплопередающая пластина (8) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что, применительно к упомянутому поперечному сечению, первая впадина (38a) шире, чем первый гребень (36a).
12. Теплообменник (2), содержащий множество теплопередающих пластин (8) по любому из предыдущих пунктов, в котором передняя сторона (48a) первой (8a) из теплопередающих пластин обращена к задней стороне (50b) второй (8b) из теплопередающих пластин, причем передняя сторона (48b) второй теплопередающей пластины (8b) обращена к задней стороне (50c) третьей (8c) из теплопередающих пластин, а вторая теплопередающая пластина повернута на 180 градусов по отношению к первой и третьей теплопередающим пластинам вокруг центральной оси (c) второй теплопередающей пластины, проходящей через центр и перпендикулярно центральной плоскости (C) протяженности второй теплопередающей пластины.
13. Теплообменник (2) по п. 12, в котором впадины (38) теплопередающей структуры второй теплопередающей пластины (8b) примыкают к гребням (36) теплопередающей структуры первой теплопередающей пластины (8a), образуя первый канал (52), а гребни теплопередающей структуры второй теплопередающей пластины примыкают ко впадинам теплопередающей структуры третьей теплопередающей пластины (8c), образуя второй канал (54), причем первый и второй каналы имеют, по существу, один и тот же объем.
14. Теплообменник (2), содержащий множество теплопередающих пластин (8) по любому из пп. 1-11, в котором задняя сторона (50a) первой (8а) из теплопередающих пластин обращена к задней стороне (50b) второй (8b) из теплопередающих пластин, передняя сторона (48b) второй теплопередающей пластины обращена к передней стороне (48c) третьей (8c) из теплопередающих пластин, а вторая теплопередающая пластина повернута на 180 градусов по отношению к первой и третьей теплопередающим пластинам вокруг центральной оси (c) второй теплопередающей пластины, простирающейся через центр и перпендикулярно центральной плоскости протяженности (C) второй теплопередающей пластины.
15. Теплообменник (2) по п. 14, в котором впадины (38) теплопередающей структуры второй теплопередающей пластины (8b) примыкают ко впадинам теплопередающей структуры первой (8a) теплопередающей пластины, образуя первый канал (58), а гребни (36) теплопередающей структуры второй теплопередающей пластины примыкают к гребням теплопередающей структуры третьей (8c) теплопередающей пластины, образуя второй канал (60), причем первый и второй каналы имеют разные объемы.
