RU2349853C2

RU2349853C2 - Heat exchanger plate and plate-type heat exchanger comprising such plates

Info

Publication number: RU2349853C2
Application number: RU2006122541/06A
Authority: RU
Inventors: Ханс РАУСИНГ (GB); Ханс РАУСИНГ
Original assignee: Эко Лин Ресерч Энд Дивелопмент А/С
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2009-03-20
Also published as: WO2005052487A1; RU2006122541A; CN1886631A; SE0303142L; JP2007512499A; EP1692448A1; SE526129C2; SE0303142D0; CN1886631B

Abstract

FIELD: mechanics.

SUBSTANCE: heat exchanger plate comprises a row of crowns which protrude from the plate plane and provide for turbulence; they are characterised by a surface profile to destroy laminar boundary layers with the depth of the surface profile being significantly less than the crown depth. The invention relates also to the plate-type heat exchanger comprising such heat exchanger plates.

EFFECT: providing for alternative solution and additional improvement of the geometrical shape of the prior art heat exchanger plates, increasing heat exchange surface in the plate-type heat exchangers.

14 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к пластине теплообменника, содержащей несколько выпуклостей, обеспечивающих турбулентность, которые выступают из плоскости пластины теплообменника. Изобретение также относится к пластинчатому теплообменнику, содержащему такие пластины.The present invention relates to a heat exchanger plate containing several bulges providing turbulence that protrude from the plane of the heat exchanger plate. The invention also relates to a plate heat exchanger containing such plates.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Пластинчатые теплообменники часто используются в пищевой промышленности, например для процессов термической обработки молока и сока. В наиболее простом варианте пластинчатый теплообменник содержит несколько рифленых пластин с промежуточными набивками. Пластины прижимаются друг к другу в подставке с трубными соединениями для входа и выхода двух жидкостей, то есть жидкости, которую следует термически обрабатывать, и жидкости, которая используется для такой термической обработки. Две жидкости проходят по обеим сторонам пластин, так что одна жидкость проходит между каждой второй парой пластин, и другая жидкость проходит между смежной парой пластин. Количество пластин и их размер зависят, среди прочего, от скорости потока, физических свойств жидкостей, перепада давлений и температур жидкостей на входе и на выходе.Plate heat exchangers are often used in the food industry, for example, for the heat treatment of milk and juice. In the simplest embodiment, the plate heat exchanger contains several corrugated plates with intermediate gaskets. The plates are pressed against each other in a stand with pipe connections for the inlet and outlet of two liquids, that is, a liquid that should be heat treated and a liquid that is used for such heat treatment. Two liquids pass on both sides of the plates, so that one liquid passes between every second pair of plates, and the other liquid passes between an adjacent pair of plates. The number of plates and their size depend, inter alia, on the flow rate, the physical properties of the liquids, the differential pressure and temperature of the liquids at the inlet and outlet.

Рельефность пластин создает турбулентный поток по большей части поперечного сечения зазора между двумя пластинами, а также большую удельную поверхность, что приводит к высокой теплопередающей способности. В этой области основано большое число документов, в которых демонстрируется интенсивное развитие различных рельефов.The relief of the plates creates a turbulent flow for the most part of the cross-section of the gap between the two plates, as well as a large specific surface area, which leads to high heat transfer ability. A large number of documents have been founded in this area, which demonstrate the intensive development of various reliefs.

Например, в патенте US 4569391 описан пластинчатый теплообменник, в котором каждая пластина снабжена полусферическими выпуклостями. Выпуклости в первой пластине способны опираться, по их выпуклой окружной поверхности, между выпуклостями во второй смежной пластине.For example, US Pat. No. 4,569,391 describes a plate heat exchanger in which each plate is provided with hemispherical bulges. The bulges in the first plate are able to rest, along their convex circumferential surface, between the bulges in the second adjacent plate.

Другой вариант описан в патенте US 2306526. В этом патенте описан пластинчатый теплообменник, в котором первая пластина с полусферическими выпуклостями способна опираться на вторую пластину с соответствующими выпуклостями таким образом, что выпуклости в первой и второй пластинах сориентированы в диаметрально противоположных направлениях.Another embodiment is described in US Pat. No. 2,306,526. This patent describes a plate heat exchanger in which a first hemispherical convex plate is able to rest on a second plate with corresponding convexities such that the convexities in the first and second plates are oriented in diametrically opposite directions.

В третьем патенте US 2281754 описан пластинчатый теплообменник, в котором пластины содержат полусферические выпуклости. Пластины расположены относительно друг друга таким образом, что выпуклости в первой пластине опираются на плоский участок задней стороны второй пластины.US Pat. No. 2,281,754 discloses a plate heat exchanger in which the plates comprise hemispherical bulges. The plates are arranged relative to each other so that the bulges in the first plate rest on a flat portion of the rear side of the second plate.

Общей особенностью этих технических решений является то, что пластины содержат полусферические выпуклости для создания турбулентного потока на большей части поперечного сечения зазора между двумя смежными пластинами. Однако желательно получить дополнительное улучшение теплопередающей способности.A common feature of these technical solutions is that the plates contain hemispherical bulges to create a turbulent flow over most of the cross section of the gap between two adjacent plates. However, it is desirable to obtain an additional improvement in heat transfer ability.

Задачи настоящего изобретенияObjects of the Present Invention

Задачей настоящего изобретения является обеспечение альтернативного решения и дополнительного улучшения геометрических форм пластин теплообменника предшествующего уровня техники.It is an object of the present invention to provide an alternative solution and further improve the geometric shapes of prior art heat exchanger plates.

Другой задачей является обеспечение пластин теплообменника, которые способствуют повышенной турбулентности и усиливают разрушение ламинарных граничных слоев.Another objective is to provide heat exchanger plates that contribute to increased turbulence and enhance the destruction of laminar boundary layers.

Еще одной задачей изобретения является обеспечение увеличенной удельной поверхности пластин теплообменника.Another objective of the invention is the provision of an increased specific surface area of the plates of the heat exchanger.

Еще одной задачей изобретения является обеспечение пластинчатого теплообменника с улучшенными теплопередающими свойствами.Another objective of the invention is the provision of a plate heat exchanger with improved heat transfer properties.

Краткое описание изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Для достижения вышеупомянутых и других неупомянутых задач, которые станут ясны из следующего описания, настоящее изобретение относится к пластине теплообменника, включающей признаки, определенные в пункте 1. Изобретение также относится, согласно пункту 9, к пластинчатому теплообменнику, содержащему такие пластины теплообменника.To achieve the aforementioned and other non-aforementioned objectives, which will become apparent from the following description, the present invention relates to a heat exchanger plate, including the features defined in paragraph 1. The invention also relates, according to paragraph 9, to a plate heat exchanger containing such heat exchanger plates.

Более подробно, пластина теплообменника содержит несколько выпуклостей, обеспечивающих турбулентность, которые выступают из плоскости пластины теплообменника. Пластина теплообменника отличается тем, что выпуклости имеют поверхностный профиль для усиления разрушения ламинарных граничных слоев, при этом поверхностный профиль состоит из сферических или эллипсоидальных сегментов.In more detail, the heat exchanger plate contains several bulges providing turbulence that protrude from the plane of the heat exchanger plate. The heat exchanger plate is characterized in that the bulges have a surface profile to enhance the destruction of the laminar boundary layers, while the surface profile consists of spherical or ellipsoidal segments.

В гидродинамике часто используется термин «ламинарный граничный слой». Этот термин, как правило, и в этой заявке относится к той части объема текущей жидкости, которая проходит настолько близко к граничной поверхности, что сила внутреннего трения преобладает над другими силами. Полученная таким образом низкая скорость потока означает, что эта часть жидкого объема, соседствующая с граничной поверхностью, протекает ламинарным образом, в то время как оставшаяся часть жидкого объема протекает турбулентным образом. В пластинчатых теплообменниках такие ламинарные граничные слои, таким образом, возникают вдоль поверхностей пластин теплообменника, которые вместе составляют пластинчатый теплообменник. Поверхностный профиль, используемый в изобретении, окружных поверхностей выпуклостей, таким образом, создает «шероховатость поверхности», которая усиливает разрушение ламинарных граничных слоев. Другими словами, разрушение способствует созданию турбулентного течения в жидком объеме на протяжении всего или большей части поперечного сечения зазора, образованного двумя пластинами теплообменника. Прохождение объема жидкости на протяжении всего или большей части поперечного сечения зазора турбулентно приводит к очень эффективному перемешиванию жидкости и, таким образом, к эффективной термической обработке жидкости, подлежащей такой термической обработке, а также к эффективной теплопередаче от/к жидкости, используемой для термической обработки. Тот факт, что поверхностный профиль состоит из сферических или эллипсоидальных сегментов, способствует тому, что пластина теплообменника не имеет каких-либо острых граней или углов, которые могут создавать мертвые (застойные) зоны, что не может достигаться в традиционных способах очистки. Это очень важно с точки зрения пищевой гигиены, так как мертвые зоны могут вызывать нежелательный рост бактерий и других организмов. Плавная геометрия также предпочтительна с точки зрения формовочной технологии.In hydrodynamics, the term “laminar boundary layer” is often used. This term, as a rule, in this application also refers to that part of the volume of flowing fluid that passes so close to the boundary surface that the force of internal friction prevails over other forces. The low flow rate obtained in this way means that this part of the liquid volume adjacent to the boundary surface flows in a laminar manner, while the remaining part of the liquid volume flows in a turbulent manner. In plate heat exchangers, such laminar boundary layers thus arise along the surfaces of the heat exchanger plates, which together make up the plate heat exchanger. The surface profile used in the invention of the circumferential surfaces of the bulges thus creates a “surface roughness” that enhances the destruction of the laminar boundary layers. In other words, the destruction contributes to the creation of a turbulent flow in the liquid volume over the entire or most of the cross section of the gap formed by the two heat exchanger plates. The passage of a volume of liquid throughout the entire or most of the cross section of the gap turbulently leads to a very efficient mixing of the liquid and, thus, to an effective heat treatment of the liquid subject to such heat treatment, as well as effective heat transfer from / to the liquid used for heat treatment. The fact that the surface profile consists of spherical or ellipsoidal segments contributes to the fact that the heat exchanger plate does not have any sharp edges or corners that can create dead (stagnant) zones, which cannot be achieved in traditional cleaning methods. This is very important in terms of food hygiene, as dead zones can cause unwanted growth of bacteria and other organisms. Smooth geometry is also preferred in terms of molding technology.

Следует понимать, что в зависимости от того, как изготовлены соответствующие пластины теплообменника, их передняя и задняя поверхности будут иметь разные профили. Прессованная пластина теплообменника, например, имеет одну сторону с выпуклым профилем и другую сторону с вогнутым профилем. Структура потока жидкостей, таким образом, будет разной по обеим сторонам. Какая жидкость будет контактировать с какой из сторон пластинчатого теплообменника будет определяться от случая к случаю, также как и геометрия и глубина профиля выпуклостей и поверхностный профиль соответственно.It should be understood that, depending on how the corresponding plates of the heat exchanger are made, their front and rear surfaces will have different profiles. The pressed plate of the heat exchanger, for example, has one side with a convex profile and the other side with a concave profile. The structure of the fluid flow will thus be different on both sides. Which liquid will be in contact with which side of the plate heat exchanger will be determined from case to case, as well as the geometry and depth of the convex profile and surface profile, respectively.

Поверхностный профиль также увеличивает удельную поверхность, что также способствует возмущению жидкости, подлежащей возмущению, а также способствует теплопередаче к/от жидкости, используемой для возмущения.The surface profile also increases the specific surface, which also contributes to the perturbation of the fluid to be perturbed, and also promotes heat transfer to / from the fluid used for the perturbation.

Под удельной поверхностью подразумевается каждая из поверхностей, которая подвергается действию жидкостей, проходящих через пластинчатый теплообменник. Передняя и задняя стороны пластины теплообменника, таким образом, имеют свои отдельные удельные поверхности. Повышенная турбулентность вместе с увеличенными удельными поверхностями повышает общую теплопередающую способность пластинчатого теплообменника, что обеспечивает более быстрые потоки и, таким образом, более высокую производственную мощность.By specific surface is meant each of the surfaces that is exposed to liquids passing through a plate heat exchanger. The front and back sides of the heat exchanger plate thus have their own separate specific surfaces. Increased turbulence together with increased specific surfaces increases the overall heat transfer capacity of the plate heat exchanger, which provides faster flows and, thus, higher production capacity.

В предпочтительном варианте осуществления пластина теплообменника вместе с множеством идентичных пластин теплообменника состыковывается таким образом, что выпуклости первой пластины теплообменника частично размещаются в выпуклостях второй пластины теплообменника.In a preferred embodiment, the heat exchanger plate, together with a plurality of identical heat exchanger plates, is joined so that the protuberances of the first heat exchanger plate are partially located in the protuberances of the second heat exchanger plate.

Также предпочтительно, чтобы выпуклости были расположены симметрично. Путем такой стыковки пластин теплообменника можно обеспечить при помощи традиционных набивок и разделителей необходимую ширину зазора и необходимое поперечное сечение зазора между пластинами. Кроме того, может быть получен компактный и пространственно экономный теплообменник.It is also preferred that the bulges are arranged symmetrically. By joining the heat exchanger plates in this way, with the help of traditional gaskets and dividers, the necessary gap width and the necessary cross-section of the gap between the plates can be provided. In addition, a compact and spatially economical heat exchanger can be obtained.

В другом предпочтительном варианте осуществления поверхностный профиль имеет глубину, которая значительно меньше, чем глубина выпуклостей. Таким образом, поверхностный профиль должен быть таким, чтобы в контрасте с выпуклостями он был способен разрушать и возможно уничтожать ламинарные граничные слои около пластин теплообменника. Толщина ламинарного граничного слоя уникальна для каждой конструкции пластины теплообменника, и поэтому пластина теплообменника приспосабливается к жидкости, которую следует термически обрабатывать, или к жидкости, используемой для термической обработки, и поэтому нельзя привести никаких размеров или соотношений глубины поверхностного профиля к глубине выпуклостей. Примерами важных параметров являются скорость и вязкость жидкостей.In another preferred embodiment, the surface profile has a depth that is significantly less than the depth of the bulges. Thus, the surface profile must be such that, in contrast to the bulges, it is able to destroy and possibly destroy the laminar boundary layers near the plates of the heat exchanger. The thickness of the laminar boundary layer is unique for each design of the heat exchanger plate, and therefore the heat exchanger plate adapts to the liquid that should be heat treated or to the liquid used for heat treatment, and therefore no dimensions or ratios of the depth of the surface profile to the depth of the bulges can be given. Examples of important parameters are fluid velocity and viscosity.

В другом предпочтительном варианте осуществления поверхностный профиль расположен выпукло или вогнуто относительно выпуклостей.In another preferred embodiment, the surface profile is convex or concave relative to the bulges.

Также предпочтительно, чтобы геометрический переход между плоскостью пластины теплообменника и выпуклостями был обеспечен радиусом и чтобы поверхностный профиль, как описано выше, состоял из сферических или эллипсоидальных сегментов. Таким образом, можно сказать, что в предпочтительных вариантах осуществления поверхностный профиль вместе с выпуклостями образует конструкцию, подобную мячику для гольфа. Благодаря радиусу совместно со сферической или эллипсоидальной формой, пластина теплообменника не имеет каких-либо острых граней или углов, которые могут создавать мертвые зоны, что не достигается при традиционных способах очистки. Это очень важно с точек зрения пищевой гигиены, так как мертвые зоны могут вызывать нежелательный рост бактерий и других организмов. Плавная геометрия также предпочтительна с точки зрения формовочной технологии.It is also preferred that the geometrical transition between the plane of the heat exchanger plate and the bulges is provided with a radius and that the surface profile, as described above, consists of spherical or ellipsoidal segments. Thus, it can be said that in preferred embodiments, the surface profile together with the bulges forms a structure similar to a golf ball. Due to the radius, together with a spherical or ellipsoidal shape, the heat exchanger plate does not have any sharp edges or corners that can create dead zones, which is not achieved with traditional cleaning methods. This is very important in terms of food hygiene, as dead zones can cause unwanted growth of bacteria and other organisms. Smooth geometry is also preferred in terms of molding technology.

Согласно другому варианту изобретение относится к пластинчатому теплообменнику, содержащему пластины теплообменника с выпуклостями, обеспечивающими турбулентность, расположенными на каждой пластине теплообменника. Пластинчатый теплообменник отличается тем, что каждая выпуклость имеет поверхностный профиль для усиления разрушения ламинарных граничных слоев, при этом поверхностный профиль состоит из сферических или эллипсоидальных элементов.According to another embodiment, the invention relates to a plate heat exchanger comprising heat exchanger plates with turbulence convexities located on each plate of the heat exchanger. The plate heat exchanger is characterized in that each convex has a surface profile to enhance the destruction of the laminar boundary layers, while the surface profile consists of spherical or ellipsoidal elements.

Пластины могут быть расположены различными способами в пластинчатом теплообменнике. Например, пластины теплообменника могут быть расположены так, что выпуклости первой пластины теплообменника при укладке частично размещаются к выпуклостям второй пластины теплообменника. Пластины теплообменника могут, например, также быть расположены попарно при помощи первой пары пластин и второй пары пластин, соединяющейся с первой, где в парах пластин первая и вторая пластина выполнены с выпуклостями, направленными друг от друга, причем в паре пластин между первой и второй пластинами выполнен зазор. Последний вариант делает возможным то, что две жидкости, используемые в пластинчатом теплообменнике, могут проходить через разные поперечные сечения зазоров, и, таким образом, получать разные структуры потока.The plates can be arranged in various ways in a plate heat exchanger. For example, the heat exchanger plates may be arranged such that the convexities of the first heat exchanger plate during installation are partially located to the convexities of the second heat exchanger plate. The heat exchanger plates can, for example, also be arranged in pairs using the first pair of plates and a second pair of plates connected to the first, where in the pairs of plates the first and second plates are made with bulges directed from each other, and in a pair of plates between the first and second plates clearance is completed. The latter option makes it possible that the two fluids used in the plate heat exchanger can pass through different cross sections of the gaps, and thus obtain different flow patterns.

Описание чертежейDescription of drawings

Далее изобретение будет описано более подробно в виде примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют предпочтительный вариант осуществления.The invention will now be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings, which illustrate a preferred embodiment.

На фиг.1 изображен схематичный вид пластины в соответствии с изобретением.Figure 1 shows a schematic view of a plate in accordance with the invention.

На фиг.2а и 2b изображено два примера укладки пластин в пластинчатом теплообменнике.On figa and 2b shows two examples of laying plates in a plate heat exchanger.

На фиг.3 изображено частичное увеличение выпуклости в пластине в соответствии с фиг.1.Figure 3 shows a partial increase in the bulge in the plate in accordance with figure 1.

Техническое описаниеTechnical description

На фиг.1 схематично показана часть пластины 1 теплообменника, здесь и далее называемая пластиной, в соответствии с настоящим изобретением, для использования в пластинчатом теплообменнике (не показано). Пластина 1 обычно содержит пластинчатый элемент 2 с множеством выпуклостей 4, выступающих от плоскости 3 пластины. В показанном варианте выпуклости 4 имеют форму сферических сегментов. Однако следует понимать, что возможны и другие геометрические формы выпуклостей. Основное назначение выпуклостей 4 является то, что они должны обеспечивать турбулентный поток жидкости, протекающей через зазор, образованный двумя смежными пластинами 1.1 schematically shows a portion of a plate 1 of a heat exchanger, hereinafter referred to as a plate, in accordance with the present invention, for use in a plate heat exchanger (not shown). Plate 1 typically comprises a plate element 2 with a plurality of bulges 4 protruding from a plane 3 of the plate. In the shown embodiment, the bulges 4 are in the form of spherical segments. However, it should be understood that other geometric shapes of the bulges are possible. The main purpose of the bulges 4 is that they must provide a turbulent flow of fluid flowing through the gap formed by two adjacent plates 1.

В зависимости от того, как предполагается укладывать пластины 1 для образования пластинчатого теплообменника, выпуклости 4 пластин 1 могут быть сориентированы по-разному, что понятно специалисту в данной области техники, и, таким образом, создавать разные поперечные сечения X, Y зазора, см. Фиг.2а и 2b.Depending on how it is planned to stack the plates 1 to form a plate heat exchanger, the convexities of the 4 plates 1 can be oriented differently, as one skilled in the art will understand, and thus create different cross-sections X, Y of the gap, see Figa and 2b.

Чрезвычайно компактный пластинчатый теплообменник может быть получен, например, если выпуклости 4 симметрично расположены и выполнены так, что выпуклости 4 первой пластины 1А частично размещаются в зазорах 4', образованные выпуклостями 4 второй пластины 1В, смотри Фиг.2а. Между двумя пластинами 1А и 1В образуется зазор, через который могут проходить жидкости, используемые в пластинчатом теплообменнике. Жидкости, используемые в пластинчатом теплообменнике, таким образом, будут проходить через идентичные, или, по существу, идентичные, поперечные сечения X, Y зазоров.An extremely compact plate heat exchanger can be obtained, for example, if the bulges 4 are symmetrically arranged and made so that the bulges 4 of the first plate 1A are partially located in the gaps 4 'formed by the bulges 4 of the second plate 1B, see FIG. 2a. Between the two plates 1A and 1B, a gap is formed through which the fluids used in the plate heat exchanger can pass. The fluids used in the plate heat exchanger will thus pass through identical, or substantially identical, cross sections X, Y of the gaps.

Пластины 1 также могут укладываться таким образом, что пластины 1 теплообменника могут быть расположены по парам с первой парой пластин 10 и второй парой пластин 10', соединенной с первой, в этих парах пластин 10, 10' первая 1А и вторая 1В пластины выполнены с выпуклостями 4, направленными друг от друга, смотри Фиг.2b. В каждой паре пластин 10, 10' между первой 1А и второй 1В пластинами и между соответствующими парами пластин образован зазор. Зазоры образуют проходы с поперечными сечениями X, Y зазоров, через которые могут проходить жидкости, используемые в пластинчатом теплообменнике. В результате две жидкости, используемые в пластинчатом теплообменнике, будут в данном варианте проходить через разные поперечные сечения X, Y зазора.The plates 1 can also be stacked in such a way that the heat exchanger plates 1 can be arranged in pairs with a first pair of plates 10 'and a second pair of plates 10' connected to the first, in these pairs of plates 10, 10 'the first 1A and second 1B plates are made with bulges 4 directed away from each other, see FIG. 2b. A gap is formed in each pair of plates 10, 10 'between the first 1A and second 1B plates and between the respective pairs of plates. The gaps form passages with cross sections X, Y of gaps through which fluids used in the plate heat exchanger can pass. As a result, the two fluids used in the plate heat exchanger will, in this embodiment, pass through different cross sections X, Y of the gap.

Следует понимать, что пластины 1 могут быть уложены большим количеством способом, и что изобретение не должно ограничиваться тем, с какой стороны выпуклостей 4 проходят жидкости, используемые в пластинчатом теплообменнике. Также следует понимать, что разные пластины не должны иметь одинаковую геометрию выпуклостей.It should be understood that the plates 1 can be laid in a large number of ways, and that the invention should not be limited on which side of the bulges 4 are the fluids used in the plate heat exchanger. It should also be understood that different plates should not have the same geometry of the bulges.

Ссылаясь на Фиг.3, геометрический переход 5 между плоскостью 3 пластины 1 и соответствующей выпуклостью 4 обеспечен радиусом или другой плавной геометрической формой. Плавный геометрический переход является наиболее важным с точки зрения гигиены, так как пластинчатые теплообменники при использовании в пищевой промышленности требуют частой и очень тщательной очистки. Любые острые геометрические переходы могут создать мертвые зоны, которые могут образовывать зоны роста для бактерий и других организмов. Однако следует понимать, что плавные геометрические переходы также снижают сопротивление потока, что отрицательно влияет на увеличение турбулентности.Referring to FIG. 3, a geometric transition 5 between the plane 3 of the plate 1 and the corresponding bulge 4 is provided with a radius or other smooth geometric shape. A smooth geometric transition is the most important from the point of view of hygiene, since plate heat exchangers, when used in the food industry, require frequent and very thorough cleaning. Any sharp geometric transitions can create dead spots that can form growth zones for bacteria and other organisms. However, it should be understood that smooth geometric transitions also reduce flow resistance, which negatively affects the increase in turbulence.

Выпуклости 4 могут состоять из изолированных зон, таких как сферические или эллипсоидальные сегменты, но также могут состоять из полностью или частично непрерывных зон, например в форме волн или канавок, т.е. так или иначе рельефной поверхности.The bulges 4 can consist of isolated zones, such as spherical or ellipsoidal segments, but can also consist of fully or partially continuous zones, for example in the form of waves or grooves, i.e. one way or another embossed surface.

Выпуклости 4 подходящим образом формируются при помощи прессования, таким образом, обеспечивая возможность образования выпуклостями чашеобразных выступов. Одна сторона пластины 1 будет, таким образом, иметь выпуклости 4, в то время как другая сторона будет иметь соответствующие канавки 4'.The bulges 4 are suitably formed by pressing, thereby making it possible for the bulges to form cup-shaped protrusions. One side of the plate 1 will thus have a bulge 4, while the other side will have corresponding grooves 4 '.

Выпуклости 4 имеют поверхностный профиль 6, который более ясно показан на Фиг.3. Основным назначением поверхностного профиля является дополнительное усиление и обеспечение разрушения ламинарных граничных слоев около пластин, и, таким образом, ускорение или прохождение турбулентного потока по всей или по большей части поперечных сечений X, Y зазора.The bulges 4 have a surface profile 6, which is more clearly shown in Figure 3. The main purpose of the surface profile is to additionally strengthen and ensure the destruction of the laminar boundary layers near the plates, and thus, the acceleration or passage of the turbulent flow over the entire or most of the cross sections X, Y of the gap.

В наиболее простом варианте осуществления поверхностный профиль 6 состоит из ряда сферических или эллипсоидальных сегментов на окружной поверхности 7 выпуклости 4. Однако следует понимать, что возможны также и другие геометрические формы, такие как кресты, звезды или другие призматические геометрические формы. Специалистам в данной области техники ясно, что число возможных геометрических форм бесконечно. Поверхностный профиль 6, таким образом, может быть вогнутым, а также выпуклым относительно выпуклости 4, или может быть попеременно выпуклым или вогнутым. Если поверхностный профиль 6 вогнутый, его можно сравнить с поверхностью мячика для гольфа, т.е. окружная поверхность 7 выпуклости 4 может быть выполнена с ямками. Если профиль 6 поверхности выпуклый, окружную поверхность 7 выпуклости 4 можно сравнить с зернистой или «бородавчатой» поверхностью. Конечно, ясно, что пластина 1 предпочтительно формируется при помощи прессовки, одна сторона приобретает вогнутый поверхностный профиль, а другая сторона соответственно приобретет выпуклый поверхностный профиль. Изобретение не должно ограничиваться тем, по какой стороне проходит жидкость, подлежащая термической обработке.In the simplest embodiment, the surface profile 6 consists of a series of spherical or ellipsoidal segments on the circumferential surface 7 of the bulge 4. However, it should be understood that other geometric shapes are also possible, such as crosses, stars or other prismatic geometric shapes. It is clear to those skilled in the art that the number of possible geometric shapes is infinite. The surface profile 6 may thus be concave as well as convex with respect to the convexity 4, or may be alternately convex or concave. If the surface profile 6 is concave, it can be compared with the surface of a golf ball, i.e. the circumferential surface 7 of the bulge 4 can be made with holes. If the surface profile 6 is convex, the circumferential surface 7 of the bulge 4 can be compared with a granular or “warty” surface. Of course, it is clear that the plate 1 is preferably formed by pressing, one side acquires a concave surface profile, and the other side accordingly acquires a convex surface profile. The invention should not be limited on which side the liquid to be heat treated extends.

Поверхностный профиль 6 формируется, также как и выпуклости 4, наиболее просто при помощи прессовки, но он также может состоять из поверхности, которая, например, протравлена или профильно расслоена. В последних случаях «задняя стенка» будет идеально гладкой.The surface profile 6 is formed, as well as the bulge 4, most simply by pressing, but it can also consist of a surface that, for example, is etched or profile delaminated. In the latter cases, the “back wall” will be perfectly smooth.

Выпуклости 4 вместе с поверхностным профилем 6 не только обеспечивают турбулентный поток посредством разрушения ламинарных граничных слоев, а также увеличивают удельные поверхности, т.е. поверхности, подверженные воздействию жидкостей, проходящих в пластинчатом теплообменнике. При этом чем больше удельная поверхность, тем выше теплопередача.The bulges 4 together with the surface profile 6 not only provide a turbulent flow by destroying the laminar boundary layers, but also increase the specific surface, i.e. surfaces exposed to liquids passing in a plate heat exchanger. Moreover, the larger the specific surface, the higher the heat transfer.

Поверхностный профиль 6 имеет глубину, которая значительно меньше глубины выпуклостей 4. Однако следует понимать, что выбор глубины профиля, плотности профиля и ориентации зависит от факторов, таких как физические свойства жидкостей, проходящих в пластинчатом теплообменнике, например реологии и вязкости, желаемой степени турбулентности, перепада давлений и скорости потока. Эти факторы зависят от ситуации, в которой будет работать пластинчатый теплообменник. Таким образом, поверхностный профиль должен быть подобран для каждого случая с тем, чтобы обеспечивать разрушение ламинарных граничных слоев и, таким образом, обеспечивать или содействовать турбулентному потоку по всему поперечному сечению зазора.The surface profile 6 has a depth that is much less than the depth of the bulges 4. However, it should be understood that the choice of profile depth, profile density and orientation depends on factors such as the physical properties of the fluids passing in the plate heat exchanger, for example rheology and viscosity, the desired degree of turbulence, differential pressure and flow rate. These factors depend on the situation in which the plate heat exchanger will operate. Thus, the surface profile must be selected for each case in order to ensure the destruction of the laminar boundary layers and, thus, to ensure or facilitate turbulent flow over the entire cross section of the gap.

Материал пластин 1 должен представлять собой материал, которой обладает коррозионной стойкостью и подходит для пищевой промышленности, и имеет высокую теплопроводность. Выбранная толщина материла должна быть относительно тонкой для увеличения теплопередачи.The material of the plates 1 should be a material which has corrosion resistance and is suitable for the food industry, and has high thermal conductivity. The material thickness chosen should be relatively thin to increase heat transfer.

Настоящее изобретение также относится к пластинчатому теплообменнику (не показано), который состоит из необходимого числа пластин 1, выполненный как описано выше. Число пластин 1 зависит от производительности пластинчатого теплообменника и не будет описано здесь подробно. Пластины 1 могут быть уложены разными способами, два из которых приведены в описании со ссылкой на фиг.2а и 2b. В зависимости от того, как уложены пластины 1, могут быть образованы различные поперечные сечения X, Y зазора и, таким образом, различные структуры потока для жидкостей, предназначенных для пластинчатого теплообменника. Количество вариантов укладки может быть очень большим и не должно ограничивать изобретение.The present invention also relates to a plate heat exchanger (not shown), which consists of the required number of plates 1, made as described above. The number of plates 1 depends on the performance of the plate heat exchanger and will not be described here in detail. The plates 1 can be stacked in various ways, two of which are described in the description with reference to figa and 2b. Depending on how the plates 1 are laid, different cross-sections X, Y of the gap can be formed, and thus different flow patterns for liquids for the plate heat exchanger. The number of styling options can be very large and should not limit the invention.

При помощи набивок, приливов, разделителей и т.д. обеспечивается заданная ширина зазора и заданное поперечное сечение X, Y зазора между смежными пластинами для прохода заданных жидкостей.Using gaskets, tides, dividers, etc. a predetermined gap width and a predetermined cross-section X, Y of the gap between adjacent plates for the passage of predetermined liquids are provided.

В качестве примера жидкости, подлежащей термической обработке, можно привести молоко, сок, суп или пюре. В качестве примера жидкости, используемой для термической обработки, можно упомянуть воду.As an example of a liquid to be heat-treated, milk, juice, soup or puree can be given. As an example of a liquid used for heat treatment, water may be mentioned.

Суммируя все вышесказанное, настоящее изобретение, таким образом, содержит пластину 1 для использования в пластинчатом теплообменнике, а также пластинчатый теплообменник, в котором используются такие пластины. Пластины 1 содержат несколько выпуклостей 4, создающих турбулентность. Выпуклости 4 имеют поверхностный профиль 6, который обеспечивает разрушение ламинарных граничных слоев около поверхностей пластин 1. Глубина поверхностного профиля 6 подгоняется под заданные рабочие условия пластинчатого теплообменника, но должна быть значительно меньше глубины выпуклостей 4 и образовывать структуру, подобную мячику для гольфа. Поверхностный профиль 6 может быть вогнутым, а также выпуклым относительно выпуклости 4. Пластина 1, выпуклости 4 и их поверхностный профиль 6 вместе образуют поверхность без острых геометрических переходов, которую легко очищать и которая, таким образом, предотвращает нежелательный рост бактерий.Summarizing all of the above, the present invention thus comprises a plate 1 for use in a plate heat exchanger, as well as a plate heat exchanger in which such plates are used. Plates 1 contain several bulges 4, creating turbulence. The bulges 4 have a surface profile 6, which ensures the destruction of the laminar boundary layers near the surfaces of the plates 1. The depth of the surface profile 6 is adjusted to the specified operating conditions of the plate heat exchanger, but should be much less than the depth of the bulges 4 and form a structure similar to a golf ball. The surface profile 6 can be concave as well as convex with respect to the bulge 4. The plate 1, the bulge 4 and their surface profile 6 together form a surface without sharp geometric transitions, which is easy to clean and which thus prevents unwanted growth of bacteria.

Выпуклости 4 вместе с профилем поверхности образуют большую удельную поверхность, которая способствует передаче тепла между жидкостями, которые проходят в пластинчатом теплообменнике. Кроме того, поверхностный профиль усиливает турбулентность путем разрушения ламинарных граничных слоев около поверхностей пластин, что дополнительно способствует передаче тепла.The bulges 4 together with the surface profile form a large specific surface, which promotes the transfer of heat between the fluids that pass in the plate heat exchanger. In addition, the surface profile enhances turbulence by destroying the laminar boundary layers near the surfaces of the plates, which further contributes to the transfer of heat.

Понятно, что настоящее изобретение не ограничивается показанными и описанными примерами пластин и пластинчатого теплообменника, состоящего из них.It is understood that the present invention is not limited to the illustrated and described examples of plates and a plate heat exchanger consisting of them.

Идея изобретения, например, с незначительными поправками может быть применена к другим типам теплообменников, например к трубчатым теплообменникам, в которых входящие в их состав трубы выполнены с выпуклостями, которые имеют поверхностный профиль для обеспечения разрушения ламинарных граничных слоев. Таким образом, возможны другие модификации и варианты, и поэтому изобретение определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения.The idea of the invention, for example, with minor amendments, can be applied to other types of heat exchangers, for example, tubular heat exchangers, in which the pipes comprising them are made with bulges that have a surface profile to ensure the destruction of the laminar boundary layers. Thus, other modifications and variations are possible, and therefore, the invention is defined solely by the attached claims.

Claims

1. A plate (1) of a heat exchanger containing several bulges (4) providing turbulence, which protrude from the plane (3) of the heat exchanger plate, characterized in that the bulges (4) have a surface profile (6) to ensure destruction of the laminar boundary layers, This surface profile (6) consists of spherical or ellipsoidal segments.

2. The heat exchanger plate (1) according to claim 1, which, together with a plurality of identical heat exchanger plates (1), is laid in such a way that the bulges (4) of the first heat exchanger plate (1) are partially located in the bulges (4) of the second heat exchanger plate (1) .

3. The plate (1) of the heat exchanger according to claim 1, in which the bulges (4) are located symmetrically.

4. The plate (1) of the heat exchanger according to claim 1, in which the surface profile (6) has a depth that is much less than the depth of the bulges (4).

5. The plate (1) of the heat exchanger according to claim 1, in which the surface profile (6) is concave or convex relative to the convexity (4).

6. The plate (1) of the heat exchanger according to claim 1, in which the geometric transition between the plane (3) of the plate (1) of the heat exchanger and the bulges (4) is formed by the radius.

7. The heat exchanger plate (1) according to claim 1, wherein the surface profile (6) together with the bulges (4) forms a structure similar to a golf ball.

8. A plate heat exchanger containing plates (1) with bulges (4) providing turbulence, which are located in each plate (1) of the heat exchanger, characterized in that each bulge (4) has a surface profile (6) to ensure destruction of the laminar boundary layers while the surface profile (6) consists of spherical or ellipsoidal segments.

9. The plate heat exchanger according to claim 8, in which the plate (1) of the heat exchanger is located so that the convexity (4) of the first plate (1) of the heat exchanger during installation is partially placed in the convexity (4) of the second plate (1) of the heat exchanger.

10. The plate heat exchanger according to claim 8, in which the plates (1) of the heat exchanger are arranged in pairs with a first pair (10) of plates and a second pair (10 ') of plates connected to the first, while in these pairs (10, 10') of the plates, the first (1A) and second (1B) plates are made with bulges (4) directed from each other, and a gap between the first (1A) and second (1B) plates is formed in the pairs of plates.

11. The plate heat exchanger according to claim 8, in which the bulges (4) in each plate (1) of the heat exchanger are located symmetrically.

12. The plate heat exchanger according to claim 8, in which the surface profile (6) has a depth that is much less than the depth of the bulges (4).

13. The plate heat exchanger according to claim 8, in which the surface profile (6) of each bulge (4) is concave or convex relative to the bulge (4).

14. The plate heat exchanger according to claim 8, in which the bulges (4) together with the surface profile (6) form a structure similar to a golf ball.