EA031805B1 - Теплообменник - Google Patents

Abstract

Дистанционирующий участок (3) предлагаемого теплообменника (100) включает в себя внешний периферийный участок (3a), предусмотренный по окружности вдоль внешних периферийных краев связываемых поверхностей (1a) сердцевин (1), и участки (3b и 3c) зазора, предусмотренные в частичной области окружного внешнего периферийного участка, причем участок зазора предусмотрен в положении, где градиент температуры на связываемых поверхностях сердцевин является относительно пологим.

Description

Данное изобретение относится к теплообменнику, а конкретнее оно относится к теплообменнику, включающему в себя многочисленные сердцевины и дистанционирующие участки, расположенные между связываемыми поверхностями соседних сердцевин.

Уровень техники

Вообще говоря, теплообменник, включающий в себя многочисленные сердцевины и дистанционирующие участки, расположенные между связываемыми поверхностями соседних сердцевин, известен. Теплообменник, подобный этому, описан, например, в публикации патента Японии № 2012-255646.

В публикации патента Японии № 2012-255646 предложен теплообменник, включающий в себя многочисленные сердцевины, дистанционирующие участки, расположенные между связываемыми поверхностями соседних сердцевин, и участок коллектора. В сердцевинах соответственно установлены в чередующемся порядке проточные участки двух типов, по которым соответственно протекают текучие среды двух типов. Каждая из сердцевин имеет форму прямоугольного параллелепипеда, каждому из дистанционирующих участков придана L-образная форма вдоль двух сторон каждого из внешних периферийных краев связываемых поверхностей сердцевин, а их внешние периферийные участки приварены к связываемым поверхностям соседних сердцевин.

Известный патентный документ

Патентный документ 1: публикация патента Японии № 2012-255646.

Сущность изобретения Задача, решаемая изобретением

В публикации патента Японии № 2012-255646 указано, что когда теплообменник используют в рабочих условиях, где разность температур между стороной высокой температуры и стороной низкой температуры велика, в каждой сердцевине возникает деформация, так что на дистанционирующих участках, расположенных между сердцевинами, возникает большое механическое напряжение. В этом случае прочность концов (начальных точек или концевых точек сварки) на местах сварных швов, находящихся с обеих сторон каждого из L-образных дистанционирующих участков, является низкой, а механическое напряжение, концентрирующееся на этих концах, беспрепятственно увеличивается. Следовательно, в качестве дистанционирующих участков предпочтительны дистанционирующие участки, способные в достаточной мере выдерживать механическое напряжение в рабочих условиях, где разность температур между стороной высокой температуры и стороной низкой температуры велика.

Конфигурация участка коллектора обеспечивает направление текучих сред в проточные участки каждой сердцевины и из них в одном пакете путем расставления дистанционирующих участков и накрытия отверстий проточных участков многочисленных сердцевин. Таким образом, дистанционирующие участки также функционируют как перегородки между связываемыми поверхностями сердцевин, поддерживая заранее определенное механическое напряжение во внутреннем пространстве участка коллектора. Следовательно, когда сварной шов в местах сварных швов между дистанционирующими участками и сердцевинами является неудовлетворительным, возможна утечка текучих сред в промежутки между сердцевинами. Поэтому когда теплообменник изготавливают, его испытывают на утечку текучих сред с участка коллектора в промежутки между сердцевинами. Вследствие этого каждый из дистанционирующих участков предпочтительно имеет форму, дающую возможность легко обнаруживать утечку текучих сред с участка коллектора в промежутки между сердцевинами при испытании на утечку.

Данное изобретение предложено для того, чтобы решить вышеупомянутую проблему, а одна задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать теплообменник, включающий в себя дистанционирующие участки, которые дают возможность легко обнаруживать утечку текучих сред с участка коллектора в промежутки между сердцевинами и способны выдерживать механическое напряжение в рабочих условиях, где разность температур между стороной высокой температуры и стороной низкой температуры велика.

Средства решения задачи

Чтобы добиться решения вышеупомянутой задачи, теплообменник, соответствующий аспекту данного изобретения, включает в себя многочисленные сердцевины, в которых установлены в чередующемся порядке проточные участки, по которым протекают текучие среды многих типов, а между связываемыми поверхностями сердцевин, соседствующих друг с другом, расположен дистанционирующий участок, скрепленный в единое целое с сердцевинами с обеих сторон посредством сварки, причем дистанционирующий участок включает в себя внешний периферийный участок, предусмотренный по окружности вдоль внешних периферийных краев связываемых поверхностей сердцевин, и участок зазора, предусмотренный в частичной области окружного внешнего периферийного участка, и этот участок зазора предусмотрен в положении, где градиент температуры на связываемых поверхностях сердцевин является относительно пологим.

Как описано выше, в теплообменнике, соответствующем этому аспекту данного изобретения, внешний периферийный участок, предусмотренный по окружности вдоль внешних периферийных краев связываемых поверхностей сердцевин, и участок зазора, предусмотренный в частичной области окружного внешнего периферийного участка, выполнены на дистанционирующем участке, вследствие чего

- 1 031805 место сварного шва между дистанционирующим участком и сердцевинами (т.е. внешний периферийный участок дистанционирующего участка) можно сформировать по окружности вдоль внешних периферийных краев связываемых поверхностей, гарантируя при этом участок зазора. Вследствие этого, можно легко обнаружить утечку текучих сред через участок зазора, а место окружного сварного шва дает возможность увеличить площадь связи между дистанционирующим участком и сердцевинами, так что можно повысить прочность связи. Помимо этого, участок зазора предусмотрен в положении, где градиент температуры на связываемых поверхностях сердцевин является относительно пологим ввиду того, что конец (начальная точка или конечная точка сварки) места сварного шва, где, вероятно, концентрируется механическое напряжение, находится на участке зазора, вследствие чего место сварного шва также может находиться в положении, где градиент температуры является относительно пологим. Таким образом, конец места сварного шва может быть расположен в области связываемых поверхностей, в которой механическое напряжение, обуславливаемое деформацией после изменения температуры, является относительно малым, поэтому увеличение механического напряжения можно подавить даже, если механическое напряжение сконцентрировано в конце места сварного шва. Таким образом, прочность связи между дистанционирующим участком и сердцевинами можно повысить, а увеличение механического напряжения на конце (на участке зазора) места сварного шва при этом можно подавить, поэтому дистанционирующий участок сможет эффективно выдерживать механическое напряжение в рабочих условиях, где разность температур между стороной высокой температуры и стороной низкой температуры велика.

В вышеупомянутом теплообменнике, соответствующем этому аспекту, дистанционирующий участок предпочтительно включает в себя первую дистанционирующую деталь, имеющую форму прямоугольной пластины и предусмотренную на внешних периферийных краях связываемых поверхностей сердцевин, и области изнутри от внешних периферийных краев связываемых поверхностей. В соответствии с этой конструкцией жесткость первой дистанционирующей детали как таковой можно повысить по сравнению с конструкцией, предусматривающей дистанционирующую деталь только на внешних периферийных краях связываемых поверхностей сердцевин. Таким образом, сам дистанционирующий участок (первую дистанционирующую деталь) можно сделать устойчивым к увеличению механического напряжения, обуславливаемого деформацией связываемых поверхностей сердцевин.

В этом случае каждая из связываемых поверхностей сердцевин предпочтительно имеет прямоугольную форму, а внешний периферийный участок первой дистанционирующей детали, имеющей форму прямоугольной пластины, расположен вдоль трех сторон внешних периферийных краев связываемых поверхностей сердцевин. В соответствии с этой конструкцией можно предусмотреть крупногабаритный первый дистанционирующий участок, имеющий форму прямоугольной пластины, а место сварного шва можно сформировать в широком диапазоне поверх трех сторон внешних периферийных краев связываемых поверхностей сердцевин. Вследствие этого можно дополнительно повысить жесткость первой дистанционирующей детали как таковой и прочность связи между первой дистанционирующей деталью и сердцевинами.

В предпочтительном варианте вышеупомянутая конструкция, в которой дистанционирующий участок включает в себя первую дистанционирующую деталь, имеющую форму прямоугольной пластины, дополнительно включает в себя первый участок коллектора, предусмотренный на первых боковых поверхностях сердцевин, перпендикулярных связываемым поверхностям, и второй участок коллектора, предусмотренный на вторых боковых поверхностях сердцевин, перпендикулярных первым боковым поверхностям и связываемым поверхностям, а на связываемых поверхностях первая сторона первой дистанционирующей детали, имеющей форму прямоугольной пластины, располагающаяся ближе к первым боковым поверхностям, имеет длину, равную ширине первого участка коллектора или большую, чем она, а вторая сторона первой дистанционирующей детали, располагающаяся ближе к вторым боковым поверхностям, имеет длину, равную ширине второго участка коллектора или большую, чем она, и простирается к участку зазора. В соответствии с этой конструкцией первая дистанционирующая деталь, имеющая форму прямоугольной пластины, может функционировать как перегородка, которая предотвращает утечку текучих сред в зазор между сердцевинами на первом участке коллектора и втором участке коллектора. Вторая сторона первой дистанционирующей детали простирается к участку зазора, вследствие чего даже при наличии неудовлетворительного сварного шва, приводящего к утечке, утекающие текучие среды, проходящие между первой дистанционирующей деталью и связываемыми поверхностями, можно посылать на участок зазора. Поэтому утечку с места сварного шва первой дистанционирующей детали можно контролировать просто путем обнаружения текучих сред на участке зазора во время испытаний на утечку, так что утечку текучих сред можно легко обнаружить даже тогда, когда первая дистанционирующая деталь увеличивается в размере.

В этом случае на связываемых поверхностях сердцевин дистанционирующий участок предпочтительно включает в себя пару первых дистанционирующих деталей, предусмотренную ближе к паре первых боковых поверхностей, а между этими парами соответственно заключена каждая из связываемых поверхностей, и вторую дистанционирующую деталь, имеющую форму прямоугольной пластины, предусмотренную между первыми дистанционирующими деталями упомянутой пары и расположенную так, что проходит через участок зазора относительно каждой из первых дистанционирующих деталей упомя

- 2 031805 нутой пары. В соответствии с этой конструкцией благодаря наличию пары первых дистанционирующих деталей и второй дистанционирующей детали между первыми дистанционирующими деталями упомянутой пары, дистанционирующий участок можно предусмотреть в широком диапазоне, по существу, по всем связываемым поверхностям сердцевин, поэтому можно повысить жесткость всего дистанционирующего участка и прочность связи между дистанционирующим участком и сердцевинами. Также в этом случае можно обнаружить утечку текучих сред, возникающую в каждой из пары первых дистанционирующих деталей с участка зазора между каждой из первых дистанционирующих деталей и второй дистанционирующей деталью, поэтому обнаружение утечки текучих сред может оказаться легким.

Предпочтительно в вышеупомянутой конструкции, в которой дистанционирующий участок включает в себя пару первых дистанционирующих деталей и вторую дистанционирующую деталь, имеющую форму прямоугольной пластины и расположенную так, что проходит через участок зазора относительно каждой из первых дистанционирующих деталей упомянутой пары, на связываемых поверхностях сердцевин предусмотрен участок зазора, проходящий через область между первой дистанционирующей деталью и второй дистанционирующей деталью от одной из вторых боковых поверхностей до другой из вторых боковых поверхностей. В соответствии с этой конструкцией участок зазора выполнен как проточный канал для обнаружения утекающих текучих сред, и ему придана простая форма, вследствие чего утекающие текучие среды можно безотлагательно направлять наружу с участка зазора, а также можно легко обнаруживать утекающие текучие среды снаружи от вторых боковых поверхностей.

Предпочтительно в вышеупомянутой конструкции, в которой дистанционирующий участок включает в себя первую дистанционирующую деталь, имеющую форму прямоугольной пластины, участок зазора на связываемых поверхностях сердцевин предусмотрен в положении, находящемся ближе к одной из пары первых боковых поверхностей, которая перпендикулярна связываемым поверхностям, и между ними заключена каждая из связываемых поверхностей, и дальше, чем другая из пары первых боковых поверхностей в области, в которой градиент температуры является относительно пологим на связываемых поверхностях сердцевин, и первая дистанционирующая деталь, имеющая форму прямоугольной пластины, простирается от конца, который ближе к дрогой из первых боковых поверхностей, на участок зазора ближе к упомянутой одной из первых боковых поверхностей на связываемых поверхностях сердцевин. В соответствии с этой конструкцией можно предусмотреть крупногабаритную первую дистанционирующую деталь в широком диапазоне от конца, который ближе к другой из первых боковых поверхностей, до участка зазора ближе к упомянутой одной из первых боковых поверхностей, поэтому можно повысить жесткость первой дистанционирующей детали. Также в этом случае можно проконтролировать утечку с участка зазора просто путем обнаружения текучих сред на участке зазора, вследствие чего обнаружение утечки текучих сред может оказаться легким.

В предпочтительном варианте вышеупомянутый теплообменник, соответствующий этому аспекту, дополнительно включает в себя участок коллектора, расположенный на боковых поверхностях, отличающихся от связываемых поверхностей сердцевин, и предусмотренный находящимся по обе стороны от дистанционирующего участка и накрывающим проточные участки многочисленных сердцевин, и участок зазора, находящийся в положении, не находящемся в области, в которой расположен участок коллектора, и находящийся ближе к участку коллектора в областях, в которых градиент температуры на связываемых поверхностях сердцевин является относительно пологим. В соответствии с этой конструкцией, можно сократить расстояние между участком коллектора и участком зазора. Поэтому текучие среды, утекающие со стороны участка коллектора через дистанционирующий участок, можно обнаруживать легче и надежнее, а влияние изменения температуры на конце места сварного шва (на участке зазора) можно подавить.

Эффект изобретения

В соответствии с данным изобретением, как описано выше, можно предусмотреть теплообменник, включающий в себя дистанционирующий участок, который позволяет легко обнаруживать утечку текучих сред с участка коллектора в промежуток между сердцевинами и способен в достаточной мере выдерживать механическое напряжение в рабочих условиях, где разность температур между стороной высокой температуры и стороной низкой температуры велика.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлено перспективное изображение, демонстрирующее конструкцию теплообменника, соответствующего первому варианту осуществления данного изобретения;

на фиг. 2 - перспективное изображение в разобранном виде, демонстрирующее конструкцию теплообменника, соответствующего первому варианту осуществления данного изобретения;

на фиг. 3 - перспективное изображение в разобранном виде, демонстрирующее сердцевины и дистанционирующий участок теплообменника, соответствующего первому варианту осуществления данного изобретения;

на фиг. 4 - вид сбоку теплообменника, соответствующего первому варианту осуществления данного изобретения, если смотреть со стороны направления X;

на фиг. 5 - чертеж стороны связываемой поверхности сердцевины для иллюстрации конструкции дистанционирующего участка теплообменника, соответствующего первому варианту осуществления

- 3 031805 данного изобретения;

на фиг. 6 - схематическое частичное сечение для иллюстрации места сварного шва между соседствующими сердцевиной и дистанционирующим участком;

на фиг. 7 - пример графика кривой в координатах положение-температура для иллюстрации градиента температуры в сердцевине;

на фиг. 8 - чертеж стороны связываемой поверхности сердцевины для иллюстрации конструкции дистанционирующего участка теплообменника, соответствующего второму варианту осуществления данного изобретения;

на фиг. 9 - диаграмма распределения температуры, демонстрирующая пример рабочих условий, где разность температур между стороной высокой температуры и стороной низкой температуры велика в теплообменнике, соответствующем первому варианту осуществления данного изобретения;

на фиг. 10 - диаграмма распределения температуры, демонстрирующая пример рабочих условий, где разность температур между стороной высокой температуры и стороной низкой температуры велика в теплообменнике, соответствующем второму варианту осуществления данного изобретения;

на фиг. 11 - диаграмма распределения температуры, демонстрирующая пример рабочих условий, где разность температур между стороной высокой температуры и стороной низкой температуры велика, в соответствии со сравнительным примером;

на фиг. 12 - чертеж, демонстрирующий результат моделирования распределения механического напряжения для распределения температуры, показанного на фиг. 9, на дистанционирующем участке, соответствующем первому варианту осуществления;

на фиг. 13 - чертеж, демонстрирующий результат моделирования распределения механического напряжения для распределения температуры, показанного на фиг. 10, на дистанционирующем участке, соответствующем второму варианту осуществления;

на фиг. 14 - чертеж, демонстрирующий результат моделирования распределения механического напряжения для распределения температуры, показанного на фиг. 11, на дистанционирующем участке, соответствующем сравнительному примеру.

Способы осуществления изобретения

Ниже приводится описание вариантов осуществления данного изобретения на основе чертежей.

Первый вариант осуществления.

Теперь со ссылками на фиг. 1-7 будет описана конструкция теплообменника 100, соответствующего этому варианту осуществления.

Как показано на фиг. 1 и 2, теплообменник 100 включает в себя многочисленные сердцевины 1, участки 2 коллектора (участки 2a-2d коллектора) и дистанционирующие участки 3.

Как показано на фиг. 2, сердцевины 1 имеют проточные участки 14 двух типов, по которым соответственно протекают, например, первая текучая среда на стороне высокой температуры и вторая текучая среда на стороне низкой температуры и конфигурация которых обеспечивает обмен теплом между первой текучей средой и второй текучей средой. В сердцевинах 1 в чередующемся порядке установлены проточные участки 14, по которым протекают текучие среды многих типов. Сердцевины 1 включают в себя сердцевины 1 пластинчато-реберного типа, в которых в чередующемся порядке установлены ребра 11 и разделительные пластины 12 (разделители), как показано на фиг. 3. В областях, окруженных этими ребрами 11 и разделительными пластинами 12, сформированы индивидуальные каналы проточных участков 14. На участках обеих боковых сторон внешних периферийных участков ребер 11 соответственно расположены боковые планки 13. Каждый слой, разделенный разделительными пластинами 12 и боковыми планками 13, составляет один проточный участок 14. Эти ребра 11, разделительные пластины 12 и боковые планки 13 связаны друг с другом посредством пайки твердым припоем, что придает конфигурацию сердцевинам 1.

Как показано на фиг. 3, каждая из сердцевин 1 имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Между сердцевинами 1, соседствующими друг с другом, расположены дистанционирующие участки 3. Каждая из сердцевин 1 включает в себя связываемые поверхности 1а, которые обращены к соседним сердцевинам 1, пару первых боковых поверхностей 1b, перпендикулярных связываемым поверхностям 1а, и пару вторых боковых поверхностей 1с, перпендикулярных первым боковым поверхностям 1b и связываемым поверхностям 1а. Каждая из этих связываемых поверхностей 1а, первых боковых поверхностей 1b и вторых боковых поверхностей 1с имеет прямоугольную форму. Связываемые поверхности 1а сердцевин 1, соседствующих друг с другом, приварены друг с другом посредством дистанционирующих участков 3 таким образом, что многочисленные сердцевины 1 объединяются в одно целое. Для удобства в нижеследующем описании направление, в котором сердцевины 1 соседствуют друг с другом, принимается за направление X, направление вдоль длинных сторон связываемых поверхностей 1а принимается за направление Z, и направление вдоль коротких сторон связываемых поверхностей 1а принимается за направление Y.

Связываемые поверхности 1а сердцевин 1 являются плоскими поверхностями, включающими в себя плоские поверхности разделительных пластин 12, расположенных на самых краях в сердцевинах 1. На паре первых боковых поверхностей 1b, концы многочисленных проточных участков 14 раскрыты по

- 4 031805 всем первым боковым поверхностям 1b соответственно. На паре вторых боковых поверхностей 1с концы многочисленных проточных участков 14 выровнены вдоль направления X и раскрыты соответственно. На вторых боковых поверхностях 1с на стороне Y1 проточные участки 14 раскрыты на концах на стороне Z1, а на вторых боковых поверхностях 1с на стороне Y2 проточные участки 14 раскрыты на концах на стороне Z2.

Как показано на фиг. 4, в общей сложности четыре участка 2 коллектора расположены на первых боковых поверхностях 1b (участки 2а и 2b коллектора) и вторых боковых поверхностях 1с (участки 2с и 2d коллектора), отличающихся от связываемых поверхностей 1а сердцевин 1. Эти участки 2 (2a-2d) коллектора предусмотрены расположенными по обе стороны от дистанционирующих участков 3 и накрывающими проточные участки 14 (см. фиг. 2) многочисленных сердцевин 1. Конфигурация каждого из участков 2 (2a-2d) коллектора обеспечивает направление текучих сред в каждый из проточных участков 14 многочисленных сердцевин 1 в одном пакете, или из этих участков. Каждый из участков 2 (2a-2d) коллектора установлен на первых боковых поверхностях 1b или вторых боковых поверхностях 1с посредством сварки. Участки 2а и 2b коллектора являются примерами первого участка коллектора в данном изобретении. Участки 2с и 2d коллектора являются примерами второго участка коллектора в данном изобретении.

Участок 2а коллектора предусмотрен на первых боковых поверхностях 1b на стороне первого конца (стороне Z1) в продольном направлении сердцевин 1, а участок 2b коллектора предусмотрен на первых боковых поверхностях 1b на стороне второго конца (стороне Z2) в продольном направлении сердцевин 1. Проточные участки 14 предусмотрены по всем первым боковым поверхностям 1b, и таким образом эти участки 2а и 2b коллектора предусмотрены накрывающими все первые боковые поверхности 1b соответственно. Участок 2а коллектора снабжен приточным и отточным отверстием 21а, через которое втекают или вытекают текучие среды, а участок 2b коллектора снабжен приточным и отточным отверстием 21b, через которое втекают или вытекают текучие среды.

Участок 2с коллектора предусмотрен на вторых боковых поверхностях 1с на стороне первого конца (стороне Y1) в направлении коротких сторон сердцевин 1, а участок 2d коллектора предусмотрен на вторых боковых поверхностях 1с на стороне второго конца (стороне Y2) в направлении коротких сторон сердцевин 1. Эти участки 2с и 2d коллектора предусмотрены накрывающими только те участки вторых боковых поверхностей 1с, на которых раскрыты проточные участки 14 соответственно. Участок 2с коллектора снабжен приточным и отточным отверстием 21с, через которое втекают или вытекают текучие среды, а участок 2d коллектора снабжен приточным и отточным отверстием 21d, через которое втекают или вытекают текучие среды.

Как показано на фиг. 3, дистанционирующие участки 3 расположены между связываемыми поверхностями 1а сердцевин 1, соседствующих друг с другом, скреплены воедино с сердцевинами 1 на обеих сторонах посредством сварки. Дистанционирующие участки 3 включают в себя внешние периферийные участки 3 a, предусмотренные по окружности вдоль внешних периферийных краев связываемых поверхностей 1а сердцевин 1, и участки 3b и 3 с зазоров, предусмотренные в частичных областях окружных внешних периферийных участков 3 a. В соответствии с первым вариантом осуществления каждый из дистанционирующих участков 3 образован тремя элементами из двух первых дистанционирующих деталей 30a и 30b и одной второй дистанционирующей детали 30с. Каждая из этих первых дистанционирующих деталей 30a и 30b и второй дистанционирующей детали 30с имеет, по существу, такую же толщину, как толщины разделительных пластин 12, или толщину, меньшую, чем толщины разделительных пластин 12. Для удобства толщины первых дистанционирующих деталей 30a и 30b и второй дистанционирующей детали 30с показаны на фиг. 1-3 в преднамеренно увеличенном масштабе. Как показано на фиг. 5, эти первые дистанционирующие детали 30a и 30b и вторая дистанционирующая деталь 30с расположены на некотором расстоянии друг от друга в продольном направлении (см. фиг. 1) связываемых поверхностей 1а (см. фиг. 3), а участки 3b и 3с зазоров образованы зазорами между первыми дистанционирующими деталями 30a и 30b и второй дистанционирующей деталью 30с.

Внешние периферийные участки 3a дистанционирующих участков 3 - это полные участки вдоль внешних периферийных краев связываемых поверхностей 1а, внешних периферийных участков (сторон) отдельных первых дистанционирующих деталей 30а и 30b и второй дистанционирующей детали 30с. Дистанционирующие участки 3 приварены в состоянии, где они удерживаются между связываемыми поверхностями 1а соседних сердцевин 1, и поэтому приварены только внешние периферийные участки 3 a вдоль внешних периферийных краев связываемых поверхностей 1а. Из сторон первых дистанционирующих деталей 30a и 30b и второй дистанционирующей детали 30с, те стороны, которые расположены изнутри от связываемых поверхностей 1а, не приварены. На практике, как показано на фиг. 6, внешние периферийные участки 3 a дистанционирующих участков 3 не располагаются вровень с внешними периферийными краями связываемых поверхностей 1а, а находятся в положениях, несколько смещенных от внешних периферийных краев. Иными словами, внешние периферийные участки 3a дистанционирующих участков 3 образуют нижние поверхности просветов, немного заглубленных относительно первых боковых поверхностей 1b и вторых боковых поверхностей 1с в состоянии, где дистанционирующие участки 3 удерживаются связываемыми поверхностями 1а и позволяют материалам наполнителей (сварочным

- 5 031805 пруткам) попадать в упомянутые просветы во время сварки.

Как показано на фиг. 5, каждая из первых дистанционирующих деталей 30a и 30b имеет форму прямоугольной пластины, предусмотренной на внешнем периферийном краю связываемой поверхности 1а сердцевины 1 и в области изнутри от внешнего периферийного края связываемой поверхности 1а. Внешние периферийные участки первых дистанционирующих деталей 30a и 30b расположены вдоль трех сторон внешнего периферийного края связываемой поверхности 1а сердцевины 1. Конкретно, первые дистанционирующие детали 30a и 30b предусмотрены вдоль внешнего периферийного края связываемой поверхности 1а ближе к одной из первых боковых поверхностей 1b, а соответствующие внешние периферийные края связываемой поверхности 1а ближе к обеим вторым боковым поверхностям 1с.

В соответствии с первым вариантом осуществления каждый из участков 2а и 2b коллектора накрывает все первые боковые поверхности 1b, и поэтому каждая из первых сторон 31 первых дистанционирующих деталей 30a и 30b имеет длину, по существу, равную ширине W1 участка 2а (2b) коллектора и, по существу, равную всем длинам (= W1) первых боковых поверхностей 1b в направлении Y. Каждая из вторых сторон 32 первой дистанционирующей детали 30a имеет длину, которая больше, чем ширина W2 участка 2с коллектора в направлении Z вдоль вторых боковых поверхностей 1с, и простирается от конца, находящегося ближе к одной из первых боковых поверхностей 1b, до участка 3b зазора. Каждая из вторых сторон 32 первой дистанционирующей детали 30b имеют длину, которая больше, чем ширина W2 участка 2d коллектора в направлении Z вдоль вторых боковых поверхностей 1с, и простирается от конца, находящегося ближе к другой из первых боковых поверхностей 1b, до участка 3с зазора. Внутренние стороны 33 первых дистанционирующих деталей 30а и 30b проходят вдоль участков 3b и 3с зазоров соответственно.

Таким образом, первая дистанционирующая деталь 30a функционирует как перегородка, которая разделяет внутреннее пространство участка 2а коллектора и зазор CL (область расположения каждого из дистанционирующих участков 3) между связываемыми поверхностями 1а сердцевин 1 первой стороной 31 (и приваренным участком первой стороны 31) и функционирует как перегородка, которая разделяет внутреннее пространство участка 2с коллектора и зазор CL между связываемыми поверхностями 1а сердцевин 1 второй стороной 32 (и приваренным участком второй стороны 32) на стороне Y1. Первая дистанционирующая деталь 30b функционирует как перегородка, которая разделяет внутреннее пространство участка 2b коллектора и зазор CL между связываемыми поверхностями 1а сердцевин 1 первой стороной 31 (и приваренным участком), и функционирует как перегородка, которая разделяет внутреннее пространство участка 2d коллектора и зазор CL между связываемыми поверхностями 1а сердцевин 1 второй стороной 32 (и приваренным участком) на стороне Y1.

Вторая дистанционирующая деталь 30с предусмотрена между дистанционирующими деталями пары первых дистанционирующих деталей 30а и 30b. Вторая дистанционирующая деталь 30с расположена на некотором расстоянии от пары первых дистанционирующих деталей 30a и 30b через участки 3b и 3с зазоров соответственно. Пара сторон 34 второй дистанционирующей детали 30с, простирающихся в направлении Y, имеют длину, по существу, равную ширине W1 участка 2а (2b) коллектора и, по существу, равную полным длинам (= W1) первых боковых поверхностей 1b в направлении Y. Пара сторон 35 второй дистанционирующей детали 30с, простирающихся в направлении Z, располагается вдоль внешних периферийных краев (сторон) связываемых поверхностей 1а ближе ко вторым боковым поверхностям 1с, а их длина в направлении Z равна расстоянию между участком 3b зазора и участком 3 c зазора.

Таким образом, в соответствии с первым вариантом осуществления внешние периферийные участки 3 a дистанционирующих участков 3 образованы соответствующими первыми сторонами 31 и вторыми сторонами 32 первых дистанционирующих деталей 30a и 30b и сторонами 35 вторых дистанционирующих деталей 30с, простирающихся в направлении Z, а в окружном направлении сформированы, по существу, по полным окружностям (полным окружностям, за исключением участков, на которых находятся участки 3b и 3c зазоров) внешних периферийных краев связываемых поверхностей 1а в целом. Таким образом, места сварных швов между сердцевинами 1 и дистанционирующими участками 3 представляют собой, по существу, полные окружности внешних периферийных краев связываемых поверхностей 1а, за исключением участков, на которых находятся участки 3b и 3c зазоров. Иными словами, линии сварных швов, сформированных посредством сварки, прерываются на тех участках, где находятся участки 3b и 3с зазоров. Иначе говоря, концы (начальные точки или конечные точки) мест сварных швов находятся около участков 3b и 3c зазоров.

В соответствии с первым вариантом осуществления участки 3b и 3c зазоров предусмотрены в положениях, где градиент температуры на связываемых поверхностях 1а сердцевин 1 является относительно пологим. Однако градиент температуры изменяется за счет изменения рабочих условий (температур (температуры на входе, температуры на выходе) текучих сред двух типов, а также типов, расходов, рабочих давлений и т. д., текучих сред) теплообменника 100. Поэтому градиент температуры получают посредством моделирования или аналогичного метода в соответствии с этими рабочими условиями.

Градиент температуры создается главным образом в направлении, идущем вдоль направления протекания текучих сред, протекающих по проточным участкам 14 (направления, в котором простираются проточные участки 14 (продольного направления сердцевин 1)). Следовательно, в случае первого вари

- 6 031805 анта осуществления положения участков (3b и 3 c) зазоров можно определять посредством градиента температуры в направлении Z. Пример градиента температуры в направлении Z (продольного направление сердцевин 1) на центральных участках в направлении Y показан на фиг. 7. На фиг. 7 положение в направлении Z показано в процентах с учетом допущения, что находящийся на стороне Z2 конец связываемой поверхности 1а принят за 0%, а находящийся на стороне Z1 конец связываемой поверхности 1а принят за 100%. Можно обнаружить, что по вертикальной оси отложена абсолютная температура (K), а поскольку наклон графика мал, градиент температуры в направлении Z является пологим. В примере, показанном на фиг. 7, градиент температуры является относительно пологим (наклон является малым) в областях, обозначенных символами А1 и А2, по сравнению с другими местами. Положения участков 3b и 3 с зазоров соответствуют положениям Р1 и Р2 в областях А1 и А2 соответственно. Когда существуют три или более областей, в которых градиент температуры является пологим, или области, в которых градиент температуры является пологим, существуют на протяжении широкого диапазона, например участки 3b и 3c зазоров находятся в положениях, отличающихся от областей, в которых располагаются участки 2 (2a-2d) коллектора, и ближе к участкам 2 (2a-2d) коллектора в областях, в которых градиент температуры является относительно пологим. Области, в которых участки 2 коллектора располагаются в соответствии с диапазонами, имеющими ширину W2 на стороне Z2 (участок 2d коллектора) и ширину W2 на стороне Z1 (участок 2с коллектора), таким образом и положения, в которых располагаются участки 3b и 3c зазоров.

В соответствии с первым вариантом осуществления положения, в которых располагаются участки 3b и 3c зазоров, находятся, по существу, на одном и том же расстоянии от первых боковых поверхностей 1b на стороне Z1 и первых боковых поверхностей 1b на стороне Z2 соответственно, но положения, в которых располагаются участки 3b и 3 с зазоров, могут находиться и на совершенно разных расстояниях. Таким образом, длины вторых сторон 32 первой дистанционирующей детали 30a и длины вторых сторон 32 первой дистанционирующей детали 30b могут отличаться друг от друга.

Участки 3b и 3с зазоров предусмотрены проходящими через области между первыми дистанционирующими деталями 30a и 30b и вторыми дистанционирующими деталями 30с от одной из вторых боковых поверхностей 1с до другой из вторых боковых поверхностей 1с на каждой из связываемых поверхностей 1а сердцевин 1. Как показано на фиг. 5, оба участка 3b и 3с зазоров предусмотрены линейно простирающимися в направлении Y, причем ширины W3 просветов меньше, чем ширина W1 участка 2а (2b) коллектора, ширина W2 участка 2с (2d) коллектора и длины сторон 32 и сторон 35. Ширины W3 просветов участков 3b и 3с зазоров предпочтительно меньше, чем ширины областей (А1 и А2 на фиг. 7), в которых градиент температуры является относительно пологим, а оба конца (концы мест сварных швов) участков 3b и 3 с зазоров в направлении ширины предпочтительно расположены так, что заходят в области (А1 и А2 на фиг. 7), в которых градиент температуры является относительно пологим. Ширины просветов участков 3b и 3 с зазоров могут отличаться друг от дуга по величине.

Теперь будут описаны функции участков 3b и 3с зазоров. Как описано выше, места сварных швов первых сторон 31 и вторых сторон 32 в первых дистанционирующих деталях 30a и 30b функционируют как перегородки, которые разделяют внутренние пространства участков 2 (2a-2d) коллектора и зазор CL (область, в которой расположен каждый из дистанционирующих участков 3) между связываемыми поверхностями 1а сердцевин 1. Таким образом, когда сварной шов является неудовлетворительным, внутренние пространства участка 2 коллектора и зазор CL между связываемыми поверхностями 1а сердцевин 1 могут сообщаться друг с другом, и может происходить утечка текучих сред из внутренних пространств участков 2 коллектора в зазор CL между связываемыми поверхностями 1а сердцевин 1 (область, в которой расположен каждый из дистанционирующих участков 3).

Как показано на фиг. 5, принимая в качестве примера случай, когда на приваренном участке в положении P3 на первой стороне 31 первой дистанционирующей детали 30a существует неудовлетворительный шов, приводящий к утечке, отмечаем, что утекающие текучие среды проходят через малый зазор, образованный между связываемой поверхностью 1а и первой дистанционирующей деталью 30а. Однако остальные участки внешнего периферийного участка первой дистанционирующей детали 30a приварены должным образом, и поэтому утекающие текучие среды могут утекать только к стороне Z2 и достигать участка 3b зазора. Участок 3b зазора представляет собой линейный проточный канал, и поэтому появление утечки текучих сред из первой дистанционирующей детали 30a можно легко определить путем обнаружения текучих сред, которые вытекают с участка 3b зазора. Аналогичным образом, когда неудовлетворительный сварной шов, приводящий к утечке, возникает в первой дистанционирующей детали 30b, утекающие текучие среды достигают участка 3с зазора, и поэтому можно легко определить утечку текучих сред из первой дистанционирующей детали 30b через участок 3 с зазора.

Таким образом, выходы (участки, которые пересекаются с внешним периферийным краем связываемой поверхности 1а) участков 3b и 3 с зазоров блокируются накрывающими пластинами 5, как показано на фиг. 5. Накрывающие пластины 5 включают в себя открываемые и закрываемые обнаружительные отверстия 5а, и эти обнаружительные отверстия 5а обычно закрыты. При испытаниях на утечку, обнаружительные отверстия 5а накрывающих пластин 5 открывают, и посредством обнаружительных отверстий 5а можно обнаружить утекающие текучие среды.

- 7 031805

Теперь со ссылками на фиг. 4 описывается протекание текучих сред в теплообменнике 100.

Первая текучая среда течет в приточное и отточное отверстие 21а участка 2а коллектора. Затем первая текучая среда, втекающая с участка 2а коллектора, протекает по сердцевинам 1 (проточным участкам 14) вертикально вниз (в направлении Z2), течет к простирающейся в направлении Y2 стороне в Lобразном профиле и вытекает через приточное и отточное отверстие 21d участка 2d коллектора. Вторая текучая среда втекает в приточное и отточное отверстие 21с участка 2с коллектора. Затем вторая текучая среда, втекающая с участка 2с коллектора, протекает по сердцевинам 1 (проточным участкам 14) к простирающейся в направлении Y2 стороне, течет вертикально вниз (в направлении Z2) в L-образном профиле и вытекает через приточное и отточное отверстие 21b участка 2b коллектора.

В соответствии с первым вариантом осуществления можно получить следующие эффекты.

Как описано выше, в соответствии с первым вариантом осуществления внешние периферийные участки 3а предусмотрены по окружности вдоль внешних периферийных краев связываемых поверхностей 1а сердцевин 1, а участки 3b и 3 с зазоров, предусмотренные в частичных областях окружных внешних периферийных участков 3 а предусмотрены на дистанционирующих участках 3, вследствие чего места сварных швов между дистанционирующими участками 3 и сердцевинами 1 (т.е. внешние периферийные участки 3а дистанционирующих участков 3) могут быть сформированы по окружности вдоль внешних периферийных краев связываемых поверхностей 1а с гарантией участков 3b и 3 с зазоров. Поэтому можно легко обнаружить утечку текучих сред через участки 3b и 3 с зазоров, а места сварных швов по окружности дают возможность увеличить площади связей между дистанционирующими участками 3 и сердцевинами 1, так что можно повысить прочность связи. Помимо этого, участки 3b и 3с зазоров предусмотрены в положениях (областях А1 и А2 на фиг. 7), градиент температуры на связываемых поверхностях 1а сердцевин 1 является относительно пологим, с учетом того, что концы (начальные точки или конечные точки сварки) мест сварных швов, на которых, вероятно, будет концентрироваться механическое напряжение, находятся на участках 3b и 3c зазоров, вследствие чего концы (около участков 3b и 3c зазоров) мест сварных швов тоже можно разместить в положениях, где градиент температуры является относительно пологим. Таким образом, концы мест сварных швов можно расположить в областях связываемых поверхностей 1а, в которых механическое напряжение, обуславливаемое деформацией после изменения температуры, является относительно малым, и поэтому увеличение механического напряжения можно подавить даже в случае, если механическое напряжение сконцентрировано на концах мест сварных швов. Таким образом, прочность связи между дистанционирующими участками 3 и сердцевины 1 можно повысить, а увеличение механического напряжения на концах (около участков 3b и 3 c зазоров) мест сварных швов при этом можно подавить, так что дистанционирующие участки 3 смогут в достаточной мере выдерживать механическое напряжение в рабочих условиях, где разность температур между стороной высокой температуры и стороной низкой температуры велика.

В соответствии с первым вариантом осуществления, как описано выше, каждая из первых дистанционирующих деталей 30a и 30b имеет форму прямоугольной пластины и предусмотрена на внешних периферийных краях связываемых поверхностей 1а сердцевин 1, а области изнутри от внешних периферийных краев связываемых поверхностей 1а предусмотрены на дистанционирующих участках 3. Таким образом, сами дистанционирующие участки (первые дистанционирующие детали 30a и 30b) можно сделать стойкими к увеличению механического напряжения, обуславливаемого деформацией связываемых поверхностей 1а сердцевин 1.

В соответствии с первым вариантом осуществления, как описано выше, внешние периферийные участки (первые стороны 31 и вторые стороны 32) первых дистанционирующих деталей 30а и 30b, каждая из которых имеет форму прямоугольной пластины, расположены вдоль трех сторон внешних периферийных краев связываемых поверхностей 1а сердцевин 1. Таким образом, можно предусмотреть крупногабаритные первые дистанционирующие участки 30а и 30b, каждый из которых имеет форму прямоугольной пластины, а места сварных швов первых дистанционирующих деталей 30a и 30b можно формировать в широком диапазоне поверх трех сторон внешних периферийных краев связываемых поверхностей 1а сердцевин 1. Следовательно, жесткость самих первых дистанционирующих деталей 30a и 30b и прочность связи между первыми дистанционирующими деталями 30a и 30b и сердцевинами 1 можно дополнительно повысить. Когда сердцевины 1 и дистанционирующие участки 3 приваривают друг к другу, концы проточных участков 14 в окрестностях связываемых поверхностей 1а могут деформироваться из-за нагревания во время сварки. С другой стороны, в соответствии с первым вариантом осуществления жесткость первых дистанционирующих деталей 30а и 30b повышается, и поэтому можно также подавить деформацию концов проточных участков 14 во время сварки.

В соответствии с первым вариантом осуществления, как описано выше, на связываемой поверхности 1а первая сторона 31 первой дистанционирующей детали 30а (30b), имеющей форму прямоугольной пластины, находящаяся ближе к первой боковой поверхности 1b, имеет длину, которая равна ширине W1 участка 2а (2b) коллектора или больше нее, а вторая сторона 32 первой дистанционирующей детали 30а (30b), находящаяся ближе ко второй боковой поверхности 1с, имеет длину, которая равна ширине W2 участка 2с (2d) коллектора или больше нее и простирается до участка 3b (3c) зазора. Таким образом, даже когда есть неудовлетворительный сварной шов, приводящий к утечке, утекающие текучие среды,

- 8 031805 проходящие между первой дистанционирующей деталью 30а (30b) и связываемой поверхностью 1а, можно посылать на участок 3b (3c) зазора. Следовательно, проверку на утечку с места сварных швов первых дистанционирующих деталей 30a и 30b можно осуществить просто путем обнаружения текучих сред на участках 3b и 3с зазоров в процессе испытания на утечку, и поэтому утечку текучих сред можно легко обнаружить даже когда первые дистанционирующие детали 30a и 30b увеличиваются в размере.

В соответствии с первым вариантом осуществления, как описано выше, на связываемой поверхности 1а сердцевины 1, пара первых дистанционирующих деталей 30a и 30b предусмотрены ближе к паре первых боковых поверхностей 1b, между которыми соответственно заключена связываемая поверхность 1а, и вторая дистанционирующая деталь 30с, имеющая форму прямоугольной пластины и расположенная через участки 3b и 3с зазоров по отношению к паре первых дистанционирующих деталей 30а и 30b, предусмотрены на каждом из дистанционирующих участков 3. Таким образом, можно предусмотреть дистанционирующие участки 3 в широком диапазоне, по существу, по всем связываемыми поверхностям 1а сердцевин 1, и поэтому можно повысить жесткость всех дистанционирующих участков 3, а также прочность связи между дистанционирующими участками 3 и сердцевинами 1. В этом случае также можно обнаружить утечку текучих сред, возникающую в каждой из пары первых дистанционирующих деталей 30a и 30b и происходящую с соответствующих участков 3b и 3 с зазоров между первыми дистанционирующими деталями 30a и 30b и второй дистанционирующей деталью 30с, и поэтому обнаружить утечку текучих сред можно легко.

В соответствии с первым вариантом осуществления, как описано выше, на связываемой поверхности 1а сердцевины 1, участки 3b и 3с зазоров предусмотрены проходящими через области между первыми дистанционирующими деталями 30a и 30b и второй дистанционирующей деталью 30с от одной из вторых боковых поверхностей 1с до другой из вторых боковых поверхностей 1с. Таким образом, участки 3b и 3с зазоров как проточные каналы для обнаружения утекающих текучих сред образуются с приданием им простой формы, вследствие чего утекающие текучие среды можно оперативно направлять наружу с участков 3b и 3 с зазоров, а обнаруживать утекающие текучие среды со сторон вторых боковых поверхностей 1с можно будет легко.

В соответствии с первым вариантом осуществления, как описано выше, участки 3b и 3с зазоров находятся в положениях, отличающихся от областей, в которых расположены участки 2 (2a-2d) коллектора, и которые ближе к участкам 2 (2a-2d) коллектора в областях, в которых градиент температуры на связываемых поверхностях 1а сердцевин 1 является относительно пологим. Таким образом, расстояния между участками 2 (2a-2d) коллектора и участками 3b и 3с зазоров можно уменьшить. Следовательно, обнаруживать текучие среды, утекающие со сторон участков 2 (2a-2d) коллектора через дистанционирующие участки 3, можно будет легче и надежнее, а влияние изменения температуры на концах (около участков 3b и 3с зазоров) мест сварных швов подавляется.

Второй вариант осуществления.

Теперь со ссылками на фиг. 8 будет описан второй вариант осуществления. В этом втором варианте осуществления описан пример теплообменника 200, снабженного дистанционирующими участками 103, отличающимися от вышеупомянутого первого варианта осуществления, в котором дистанционирующие участки 3 образованы первыми дистанционирующими деталями 30а и 30b, каждая из которых имеет форму прямоугольной пластины, и вторыми дистанционирующими деталями 30с, каждая из которых имеет форму прямоугольной пластины. Конструкции теплообменника 200, соответствующего второму варианту, не являющиеся конструкциями дистанционирующих участков 103, аналогичны конструкциям согласно вышеупомянутому первому варианту осуществления, и поэтому упомянутые конструкции обозначены теми же позициями, чтобы опустить их описание.

Как показано на фиг. 8, дистанционирующие участки 103 теплообменника 200, соответствующего второму варианту осуществления, образованы первыми дистанционирующими деталями 130, каждая из которых имеет форму прямоугольной пластины, L-образными дистанционирующими деталями 140 и линейными дистанционирующими деталями 150. В соответствии со вторым вариантом осуществления положения обоих участков 103b и 103 с зазоров находятся около первых боковых поверхностей 1b ближе ко вторым концам (стороне Z2), чем к первым концам (стороне Z1) в продольном направлении сердцевин 1.

Каждая из первых дистанционирующих деталей 130 предусмотрена на внешнем периферийном краю связываемой поверхности 1а сердцевины 1 и области изнутри от внешнего периферийного края. Внешний периферийный участок каждой из первых дистанционирующих деталей 130 предусмотрен вдоль внешнего периферийного края (стороны) связываемой поверхности 1а сердцевины 1, который ближе к первой боковой поверхности 1b на стороне Z1, и внешних периферийных краев (сторон) связываемой поверхности 1а сердцевины 1, которые ближе к обеим вторым боковым поверхностям 1с. Конкретно, первая сторона 131 каждой из первых дистанционирующих деталей 130, находящаяся ближе к первой боковой поверхности 1b, имеет длину, по существу, равную ширине W1 (т.е. полной длине первой боковой поверхности 1b в направлении Y (направлении короткой стороны сердцевины 1)) участка 2а коллектора. Вторые стороны 132 каждой из первых дистанционирующих деталей 130, находящиеся ближе ко вторым боковым поверхностям 1с, имеют длину, которая больше, чем ширина W2 участка 2с коллектора в направлении Z (продольного направления сердцевины 1), и простирается от конца, который

- 9 031805 ближе к одной из первых боковых поверхностей 1b, до участка 103b зазора. В отличие от вышеупомянутого первого варианта осуществления каждая из вторых сторон 132 имеет длину, которая равна половине длины внешнего периферийного края, ближнего к каждой из вторых боковых поверхностей 1с, проходящего в направлении Z, или больше этой длины.

Каждая из L-образных дистанционирующих деталей 140 предусмотрена вдоль двух сторон внешнего периферийного края связываемой поверхности 1а сердцевины 1, который находится ближе к первой боковой поверхности 1b на стороне Z2, и другого периферийного края связываемой поверхности 1а сердцевины 1, который находится ближе ко второй боковой поверхности 1с на стороне Y2. Следовательно, каждая из дистанционирующих деталей 140 предусмотрена вдоль внешнего периферийного края связываемой поверхности 1а сердцевины 1, но не предусмотрена в области изнутри от внешнего периферийного края. Сторона 141 каждой из дистанционирующих деталей 140, находящаяся ближе к первой боковой поверхности 1b, имеет длину, по существу, равную ширине W1 (т.е. полной длине первой боковой поверхности 1b в направлении Y) участка 2а коллектора. Сторона 142 каждой из дистанционирующих деталей 140, находящаяся ближе ко второй боковой поверхности 1с, имеет длину, которая больше, чем ширина W2 участка 2d коллектора, и постирается от конца, находящегося ближе к первой боковой поверхности 1b на стороне Z2, до участка 103b зазора.

Каждая из линейных дистанционирующих деталей 150 имеет форму узкой пластины и предусмотрена вдоль внешнего периферийного края (стороны) связываемой поверхности 1а сердцевины 1, который находится ближе ко второй боковой поверхности 1с на стороне Y1. Следовательно, каждая из дистанционирующих деталей 150 предусмотрена вдоль внешнего периферийного края связываемой поверхности 1а сердцевины 1, но не предусмотрена в области изнутри от наружного периферийного края. Сторона 151 каждой из дистанционирующих деталей 150 простирается от участка 103b зазора до участка 103с зазора в направлении Z.

Таким образом, каждая из первых дистанционирующих деталей 130 функционирует как перегородка, которая разделяет внутреннее пространство участка 2а коллектора и зазор CL между связываемыми поверхностями 1а сердцевин 1, и функционирует как перегородка, которая разделяет внутреннее пространство участка 2с коллектора и зазор CL между связываемыми поверхностями 1а сердцевин 1. Каждая из дистанционирующих деталей 140 функционирует как перегородка, которая разделяет внутреннее пространство участка 2b коллектора и зазор CL между связываемыми поверхностями 1а сердцевин 1, и функционирует как перегородка, которая разделяет внутреннее пространство участка 2d коллектора и зазор CL между связываемыми поверхностями 1а сердцевин 1.

В соответствии со вторым вариантом осуществления внешние периферийные участки 103а дистанционирующих участков 103 образованы первыми сторонами 131 и вторыми сторонами 132 первых дистанционирующих деталей 130, сторонами 141 и сторонами 142 дистанционирующих деталей 140 и сторонами 151 дистанционирующих деталей 150, а в окружном направлении сформированы, по существу, на полных окружностях (полных окружностях за исключением участков, на которых находятся участки 103b и 103с зазоров) внешних периферийных краев связываемых поверхностей 1а в целом.

На связываемой поверхности 1а сердцевины 1 участки 103b и 103с зазоров предусмотрены в положениях, которые ближе к одной (на стороне Z2) из пары первых боковых поверхностей 1b, которые перпендикулярны связываемой поверхности 1а и между которыми эта связываемая поверхность 1а заключена, чем к другой (на стороне Z1) из пары первых боковых поверхностей 1b в области, в которой градиент температуры на связываемой поверхности 1а сердцевины 1 является относительно пологим. Участок 103b зазора предусмотрен в положении на стороне Z1 по отношению к участку 2d коллектора и находится ближе к участку 2d коллектора в области, в которой градиент температуры на связываемой поверхности 1а сердцевины 1 является относительно пологим. Участок 103 с зазора расположен на стороне Y1 напротив участка 2d коллектора и в окрестности первой боковой поверхности 1b на стороне Z2.

Участки 103b и 103с зазоров имеют ширины W4 и W5, соответственно, меньшие, чем ширина W1 участка 2а (2b) коллектора, ширина W2 участка 2с (2d) коллектора и длины сторон 132, стороны 142 и стороны 151. В соответствии со вторым вариантом осуществления во внутренних областях связываемых поверхностей 1а образованы пространства, окруженные первыми дистанционирующими деталями 130 и дистанционирующими деталями 140 и 150, и эти участки 103b и 103с зазоров сообщаются друг с другом. Каждая из ширины W4 просвета участка 103b зазора и ширины W5 просвета участка 103с зазора предпочтительно меньше, чем ширина области, в которой градиент температуры является относительно пологим, а оба конца (концы участков сварных швов) участков 103b и 103с зазоров в направлении ширины предпочтительно расположены так, что заходят в область, в которой градиент температуры является относительно пологим.

Остальные конструкции согласно второму варианту осуществления аналогичны конструкциям согласно вышеупомянутому первому варианту осуществления.

В соответствии со вторым вариантом осуществления можно получить следующие эффекты.

В соответствии со вторым вариантом осуществления внешние периферийные участки 103а, предусмотренные по окружности вдоль внешних периферийных краев связываемых поверхностей 1а сердцевин 1, и участки 103b и 103с зазоров, предусмотренные в частичных областях окружных внешних пери

- 10 031805 ферийных участков 103а, предусмотрены на дистанционирующих участках 103. Участки 103b и 103с зазоров предусмотрены в положениях, где градиент температуры на связываемой поверхности 1а сердцевины 1 является относительно пологим. Таким образом, аналогично вышеупомянутому первому варианту осуществления можно легко обнаружить утечку текучих сред, а дистанционирующие участки 103 могут в достаточной мере выдерживать механическое напряжение в рабочих условиях, где разность температур между стороной высокой температуры и стороной низкой температуры велика.

В соответствии со вторым вариантом осуществления, как описано выше, на связываемой поверхности 1а сердцевины 1 участки 103b и 103с зазоров предусмотрены в положениях, которые ближе к одной (на стороне Z2) из первых боковых поверхностей 1b, чем к другой (на стороне Z1) из первых боковых поверхностях 1b, в области, в которой градиент температуры является относительно пологим. Помимо этого, каждая из первых дистанционирующих деталей 130, имеющих форму прямоугольной пластины, простирается от конца, который ближе к другой (на стороне Z1) из первых боковых поверхностей 1b, до участка 103b зазора, который ближе к упомянутой одной (на стороне Z2) из первых боковых поверхностей 1b на связываемой поверхности 1а сердцевины 1. Таким образом, можно предусмотреть крупногабаритные первые дистанционирующие детали 130 в широком диапазоне от конца, который ближе к другой (на стороне Z1) из первых боковых поверхностей 1b, до участка 103b зазора, который ближе к упомянутой одной (на стороне Z2) из первых боковых поверхностей 1b, и поэтому можно дополнительно повысить жесткость первых дистанционирующих деталей 130. Также в этом случае можно проконтролировать утечку с места сварных швов первых дистанционирующих деталей 130 просто путем обнаружения текучих сред на участках 103b и 103с зазоров, и вследствие чего обнаружение утечки текучих сред может оказаться легким.

Остальные эффекты согласно второму варианту осуществления аналогичны эффектам согласно вышеупомянутому первому варианту осуществления.

Моделирование.

Теперь будут описаны результаты моделирования для иллюстрации эффектов теплообменника 100 в соответствии с вышеупомянутым первым вариантом осуществления и теплообменника 200 в соответствии с вышеупомянутым вторым вариантом осуществления. В качестве примера рабочих условий, где разность температур между стороной высокой температуры и стороной низкой температуры велика, рассмотрим моделирование распределения механического напряжения, действующего на дистанционирующие участки в показанном на фиг. 7 примере градиента температуры в направлении Z в теплообменнике.

В процессе этого моделирования, проводившегося в качестве сравнительного примера, также проверялся дистанционирующий участок 203, показанный на фиг. 11. Сравнительный пример - это пример, предусматривающий наличие двух L-образных дистанционирующих деталей 230а и 230b, предназначенных для того, чтобы накрыть только участки, на которых находятся участки 2 (2a-2d) коллектора (см. фиг. 5). Дистанционирующая деталь 230а предусмотрена вдоль внешнего периферийного края связываемой поверхности 1а, соответствующего участкам 2а и 2с коллектора (см. фиг. 5). Дистанционирующая деталь 230b предусмотрена вдоль внешнего периферийного края связываемой поверхности 1а, соответствующего участкам 2b и 2d коллектора (см. фиг. 5).

На фиг. 9, 10 и 11 показаны, соответственно, распределение температуры на каждом из дистанционирующих участков 3 теплообменника 100, соответствующего первому варианту осуществления, распределение температуры на каждом из дистанционирующих участков 103 теплообменника 200, соответствующего второму варианту осуществления, и распределение температуры на дистанционирующем участке 203, соответствующем сравнительному примеру. Температура иллюстрируется путем разделения диапазона температуры от менее чем 340 до 700 К в единицах абсолютной температуры на 10 отрезков через каждые 40 К и штриховки этих отрезков по-разному. Распределения температуры на дистанционирующих участках, показанные на фиг. 9, 10 и 11, по существу, одинаковы. Из фиг. 9 и 10 видно, что участки 3b и 3c (103b и 103с) зазоров расположены так, что заходят в одну и ту же область диапазона температуры, и эти участки 3b и 3c (103b и 103с) зазоров находятся в положениях, где градиент температуры является относительно пологим.

На фиг. 12, 13 и 14 показаны, соответственно, распределение механического напряжения на каждом из дистанционирующих участков 3 теплообменника 100, соответствующего первому варианту осуществления, распределение механического напряжения на каждом из дистанционирующих участков 103 теплообменника 200, соответствующего второму варианту осуществления, и распределение механического напряжения на дистанционирующем участке 203, соответствующее сравнительному примеру. Механическое напряжение иллюстрируется путем разделения диапазона механического напряжения от менее чем 30 МПа (S1) до по меньшей мере 270 МПа (S10) на 10 отрезков (S1-S10) через каждые 30 МПа и штриховки этих отрезков по-разному.

Места сварных швов дистанционирующих участков предусмотрены линейно разнесенными вдоль внешних периферийных участков, и поэтому концы С (начальные точки или конечные точки сварки) мест сварных швов имеют наименьшую прочность. Концы С мест сварных швов - это положения участков 3b и 3с зазоров на фиг. 12 (дистанционирующие участки 3), положения участков 103b и 103с зазоров на фиг. 13 (дистанционирующие участки 103), а также оба конца дистанционирующей детали 230a (230b)

- 11 031805 на фиг. 14 (дистанционирующий участок 203).

Когда механические напряжения на этих концах С сравнивают друг с другом, в случае дистанционирующих участков 3 теплообменника 100, соответствующего первому варианту осуществления, механическое напряжение поддерживается на уровне от S1 до S4, который меньше чем 120 МПа, в каждом из положений участков 3b и 3 с зазоров, как показано на фиг. 12. В случае дистанционирующих участков 103 теплообменника 200, соответствующего второму варианту осуществления, механическое напряжение поддерживается на уровне от S1 до S5, который меньше чем 150 МПа, на каждом из участков 103b и 103с зазоров, как показано на фиг. 13.

С другой стороны, в случае сравнительного примера, показанном на фиг. 14, обнаруживается, что механическое напряжение увеличивается до уровня S10 (по меньшей мере 270 МПа), в частности, применительно к обоим концам дистанционирующей детали 230a (230b), на находящемся на стороне Y2 конце дистанционирующей детали 230a и находящемся на стороне Y1 конце дистанционирующей детали 230b.

Таким образом, в теплообменнике 100, соответствующем вышеупомянутому первому варианту осуществления и теплообменнике 200, соответствующем вышеупомянутому второму варианту осуществления, механические напряжения на участках (3b, 3с, 103b и 103с) зазоров понижаются, так что дистанционирующие участки также смогут в достаточной мере выдерживать механическое напряжение в рабочих условиях, где разность температур между стороной высокой температуры и стороной низкой температуры велика.

Хотя этого и нельзя заметить по распределениям механического напряжения на фиг. 12 и 13, дистанционирующим деталям придана форма крупногабаритной прямоугольной пластины, если речь идет о первых дистанционирующих деталях 30a и 30b и вторых дистанционирующих деталях 30с теплообменника 100, соответствующего первому варианту осуществления, и первых дистанционирующих деталях 130 теплообменника 200, соответствующего второму варианту осуществления, вследствие чего повышается жесткость самих дистанционирующих деталей. Таким образом, применительно к этим дистанционирующим деталям можно сказать, что участки, где нет концов мест сварных швов, тоже смогут выдержать более высокое механическое напряжение.

Варианты осуществления, описанные в этой заявке, следует считать, со всех точек зрения, иллюстративными, а не ограничительными. Область применения данного изобретения характеризуется не вышеизложенным описанием вариантов осуществления, а объемом притязаний патентной формулы, в котором также заключены все модификации, находящиеся в рамках смысла и диапазона, эквивалентных объему притязаний патентной формулы.

Например, хотя в каждом из вышеупомянутых первого и второго вариантов осуществления показан возможный теплообменник, в котором по сердцевинам 1 протекают текучие среды двух типов - первая текучая среда и вторая текучая среда, данное изобретение этим не ограничивается. В соответствии с данным изобретением по сердцевинам могут протекать текучие среды трех или более типов.

Хотя в вышеупомянутом первом варианте осуществления показан пример, в котором на внешних периферийных краях связываемых поверхностей предусмотрены в общей сложности четыре участка 3b и 3с зазоров, а в вышеупомянутом втором варианте осуществления показан пример, в котором на внешних периферийных краях связываемых поверхностей предусмотрены в общей сложности три участка 103b и 103с зазоров, данное изобретение этим не ограничивается. На внешних периферийных краях можно предусмотреть один, два, пять или более участков зазоров.

Хотя в вышеупомянутом первом варианте осуществления показан пример, в котором участки 3b и 3с зазоров предусмотрены линейно проникающими от одной из вторых боковых поверхностей до другой из вторых боковых поверхностей, данное изобретение этим не ограничивается. Участки зазоров могут не проникать насквозь, а могут быть предусмотрены на обеих сторонах ближе ко вторым боковым поверхностям. Помимо этого, участки зазоров могут быть предусмотрены криволинейными.

Хотя в каждом из вышеупомянутых первого и второго вариантов осуществления показан пример, в котором предусмотрены первые дистанционирующие детали (30а, 30b, 130), каждая из которых имеет форму прямоугольной пластины, данное изобретение этим не ограничивается. В соответствии с данным изобретением каждая из первых дистанционирующих деталей может иметь форму, отличающуюся от прямоугольной пластины. В частности, возможны произвольные формы внутренних участков (сторон 33; см. фиг. 5) не вдоль внешних периферийных краев связываемых поверхностей.

Хотя в каждом из вышеупомянутых первого и второго вариантов осуществления показан пример, в котором первые дистанционирующие детали (30а, 30b, 130) предусмотрены вдоль трех сторон внешних периферийных краев связываемых поверхностей, данное изобретение этим не ограничивается. В соответствии с данным изобретением, каждая из первых дистанционирующих деталей может иметь некоторую форму лишь вдоль двух сторон внешних периферийных краев.

Хотя в каждом из вышеупомянутых первого и второго вариантов осуществления показан пример, в котором длины первых сторон (31, 131) первых дистанционирующих деталей, по существу, равны полным длинам внешних периферийных краев, которые находятся ближе к первым боковым поверхностям, данное изобретение этим не ограничивается. Когда участки коллектора установлены только на участках

- 12 031805 первых боковых поверхностей, длины первых сторон первых дистанционирующих деталей могут быть меньше, чем полные длины внешних периферийных краев, которые находятся ближе к первым боковым поверхностям, постольку, поскольку эти длины равны ширинам участков коллекторов или больше них. Конкретнее, как показано на фиг. 5, единственное требование заключается в том, чтобы каждая из первых сторон 31 первых дистанционирующих деталей 30а и 30b, находящаяся ближе к первым боковым поверхностям 1b, имела длину, равную ширине W1 участка 2а (2b) коллектора на связываемых поверхностях 1а, или большую, чем она. Тот же вывод справедлив в отношении первых дистанционирующих деталей 130, показанных на фиг. 8.

Хотя в вышеупомянутом первом варианте осуществления показан пример, в котором каждый из дистанционирующих участков 3 образован в общей сложности тремя элементами - двумя первыми дистанционирующими деталями 30a и 30b и одной второй дистанционирующей деталью 30с, а в вышеупомянутом втором варианте осуществления показан пример, в котором каждый из дистанционирующих участков 103 образован в общей сложности тремя элементами - одной первой дистанционирующей деталью 130 и двумя дистанционирующими деталями 140 и 150, данное изобретение этим не ограничивается. В соответствии с данным изобретением можно применить любое количество дистанционирующих деталей, образующих дистанционирующие участки.

Описание позиций чертежей.

- Сердцевина,

1а - связываемая поверхность,

1b - первая боковая поверхность,

1с - вторая боковая поверхность,

- участок коллектора,

2а, 2b - участок коллектора (первый участок коллектора),

2c, 2d - участок коллектора (второй участок коллектора),

3, 103 - дистанционирующий участок,

3a 103а - внешний периферийный участок,

3b, 3c, 103b, 103с - участок зазора,

- проточный участок,

30а, 30b, 130 - первая дистанционирующая деталь,

30c - вторая дистанционирующая деталь,

31, 131 -первая сторона,

32, 132 - вторая сторона,

W1 - ширина участка коллектора,

W2 - ширина участка коллектора,

100, 200 - теплообменник.

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Теплообменник (100), содержащий множество сердцевин (1), в которых установлены в чередующемся порядке проточные участки (14), по которым протекают текучие среды множества типов; причем между связываемыми поверхностями (1а) сердцевин (1), примыкающих друг к другу, расположены дистанционирующие участки (3), содержащие дистанционирующие детали (30а, 30b, 30с), расположенные между аналогичными скрепляемыми поверхностями (1а) сердцевин (1), и скрепленные в единое целое с сердцевинами (1) с обеих сторон посредством сварки, при этом каждый дистанционирующий участок (3) включает в себя внешний периферийный участок (3a), образованный внешними периферийными участками каждой дистанционирующей детали (30а, 30b, 30с) и проходящий по внешним периферийным краям связываемых поверхностей (1а) сердцевин (1), и участки (3b, 3c) зазора между дистанционирующими деталями (30а, 30b, 30с), предусмотренные в частичных областях окружного внешнего периферийного участка (3a), причем участки (3b, 3c) зазора расположены в положении, где температурный градиент на связываемых поверхностях (1а) сердцевин (1) является относительно пологим, исходя из температурного градиента на связываемых поверхностях (1а) сердцевин (1), полученного при заданных рабочих условиях.
2. 2. Теплообменник (100) по п.1, в котором дистанционирующие детали (30а, 30b, 30с) дистанционирующего участка (3) включают в себя первую дистанционирующую деталь (30а, 30b), имеющую форму прямоугольной пластины и предусмотренную на внешних периферийных краях связываемых поверхностей (1а) сердцевин (1) и областях внутри внешних периферийных краев связываемых поверхностей (1а).
3. 3. Теплообменник (100) по п.2, в котором каждая из связываемых поверхностей (1а) сердцевин (1) имеет прямоугольную форму и внешний периферийный участок (3a) первой дистанционирующей детали (30а, 30b), имеющей форму прямоугольной пластины, расположен вдоль трех сторон внешних периферийных краев связываемых поверхностей (1a) сердцевин (1).

   - 13 031805
4. 4. Теплообменник (100) по п.2, дополнительно содержащий первый участок (2а, 2b) коллектора, предусмотренный на первых боковых поверхностях (1b) сердцевин (1), перпендикулярных связываемым поверхностям (1а), и второй участок коллектора (2с, 2d), предусмотренный на вторых боковых поверхностях (1с) сердцевин (1), перпендикулярных первым боковым поверхностям (1b) и связываемым поверхностям (1а), причем на связываемых поверхностях (1а) первая сторона (31) первой дистанционирующей детали (30а, 30b), имеющей форму прямоугольной пластины, расположена ближе к первым боковым поверхностям (lb) , имеет длину, равную ширине (W1) первого участка коллектора или превышающую ее, а вторая сторона первой дистанционирующей детали (30а, 30b) расположена ближе к вторым боковым поверхностям (lc) , имеет длину, равную ширине (W2) второго участка коллектора или превышающую ее, и проходит к участку зазора (3b, 3 c).
5. 5. Теплообменник (100) по п.4, в котором на связываемых поверхностях (1а) сердцевин (1) дистанционирующие детали (30а, 30b, 30с) дистанционирующего участка (3) включают в себя пару первых дистанционирующих деталей (30а, 30b), предусмотренную ближе к паре первых боковых поверхностей (1b), которые располагают между собой соответственно каждая из связываемых поверхностей (1а), и вторую дистанционирующую деталь (30с), имеющую форму прямоугольной пластины, предусмотренную между первыми дистанционирующими деталями (30а, 30b) упомянутой пары и расположенную так, что проходит через участок (3b, 3c) зазора относительно каждой из первых дистанционирующих деталей (30а, 30b) упомянутой пары.
6. 6. Теплообменник (100) по п.5, в котором на связываемых поверхностях (1а) сердцевин (1) участок (3b, 3c) зазора предусмотрен проходящим через область между первой дистанционирующей деталью (30а, 30b) и второй дистанционирующей деталью (30с) от одной из вторых боковых поверхностей (1с) до другой из вторых боковых (1с) поверхностей.
7. 7. Теплообменник (100) по п.2, в котором участок зазора (3b, 3c) предусмотрен на связываемых поверхностях (1а) сердцевин (1) в положении, находящемся ближе к одной из пары первых боковых поверхностей (1b), которая перпендикулярна связываемым поверхностям (1а) и размещает между собой каждую из связываемых поверхностей (1а), чем к другой из пары первых боковых поверхностей (1b) в области, в которой температурный градиент является относительно пологим на связываемых поверхностях (1а) сердцевин (1), а первая дистанционирующая деталь (3a, 3b), имеющая форму прямоугольной пластины, проходит от конца, который ближе к другой из первых боковых поверхностей (1b), до участка зазора (3b, 3c) ближе к упомянутой одной из первых боковых поверхностей (1b) на связываемых поверхностях (1а) сердцевин (1).
8. 8. Теплообменник (100) по п.1, дополнительно содержащий участок (2) коллектора, расположенный на боковых поверхностях, отличающихся от связываемых поверхностей (1а) сердцевин (1), и находящийся по обе стороны от дистанционирующего участка (3) и накрывающий проточные участки (14) многочисленных сердцевин (1), причем участок зазора (3b, 3c) расположен в положении, находящемся вне области, в которой расположен участок (2) коллектора, и находится ближе к участку (2) коллектора в областях, в которых температурный градиент на связываемых поверхностях (1а) сердцевин (1) является относительно пологим.

   - 14 031805