RU2612880C1 - Пластинчатый теплообменник - Google Patents

Пластинчатый теплообменник Download PDF

Info

Publication number
RU2612880C1
RU2612880C1 RU2015144630A RU2015144630A RU2612880C1 RU 2612880 C1 RU2612880 C1 RU 2612880C1 RU 2015144630 A RU2015144630 A RU 2015144630A RU 2015144630 A RU2015144630 A RU 2015144630A RU 2612880 C1 RU2612880 C1 RU 2612880C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
recesses
plate
recess
contact surface
adjacent
Prior art date
Application number
RU2015144630A
Other languages
English (en)
Inventor
Ларс Перссон
Ян Эрик ТОРСЕН
Original Assignee
Данфосс А/С
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Данфосс А/С filed Critical Данфосс А/С
Application granted granted Critical
Publication of RU2612880C1 publication Critical patent/RU2612880C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/042—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element
    • F28F3/044—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of local deformations of the element the deformations being pontual, e.g. dimples
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/26—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass heat exchangers or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Изобретение относится к пластинчатому теплообменнику со сложенными пластинами, имеющими углубления, образующие контактные поверхности между пластинами. Для получения оптимального баланса между прочностью и условиями потока углубления расположены в виде матричной структуры с расстоянием Х1 между центрами углублений в смежных рядах и с расстоянием Х2 между центрами углублений в смежных столбцах, при этом углубления имеют окружность С и С/Х1 находится в диапазоне от 1,03 до 2,3. Технический результат – повышение интенсификации теплообмена. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 24 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к теплообменнику такого типа, в котором множество пластин сложены, при этом они образуют, благодаря их поверхностным конструкциям, тракты потока между соседними пластинами.
В частности, изобретение относится к пластинчатому теплообменнику, в котором пластины образуют первый набор углублений и второй набор углублений в противоположных направлениях. Углубления первого набора углублений образуют первый набор контактных поверхностей, каждая из которых расположена напротив контактной поверхности смежной пластины, а углубления второго набора углублений образуют второй набор контактных поверхностей, каждая из которых расположена напротив контактной поверхности смежной пластины.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В пластинчатом теплообменнике используются пластины для передачи тепла между двумя средами, в типичном случае между текучими средами, проходящими в разделенных первом и втором трактах потока. По сравнению с обычным теплообменником данные текучие среды открыты для большой площади поверхности, образованной поверхностями пластин. Это увеличивает обмен тепловой энергией между текучими средами.
Обычно пластинчатые теплообменники используются для водогрейных котлов и, в частности, для обеспечения быстрого приготовления горячей воды коммунально-бытового назначения и т.д.
К важным учитываемым факторам относятся теплообмен, гидравлическое сопротивление, стоимость, габариты и длительный срок эксплуатации.
Каждый из трактов потока соединен либо с первичным, либо с вторичным соединением для текучей среды, например, для подачи нагревающей текучей среды или горячей воды коммунально-бытового назначения. Первый и второй тракты потока расположены на противоположных сторонах пластин, при этом пластины содержат множество различных структур, таких как гофры, выполненные по елочному типу или по типу рыбьего скелета. Например, при сложении пластин теплообменника по елочному типу пластины располагают так, что они соединяются в точках пересечения гофров и поскольку гофры образуют относительно заостренные верхние части, то контактная площадь между верхними частями смежных пластин становится малой и не хорошо определенной.
Малая контактная площадь является желательной, так как на этих контактных площадях не происходит непосредственной передачи тепла. С другой стороны, контактные площади поглощают нагрузки со стороны пластин и таким образом противодействуют давлению текучих сред, проходящих в первом и втором трактах потока.
Если контактные площади слишком малы, то уменьшенная прочность должна компенсироваться увеличенной толщиной пластины для предотвращения ее деформирования. В типичном случае пластины имеют толщину, равную 0,4 мм или более. Как правило, с увеличением толщины пластины теплопередача снижается.
Концепция использования структуры из углублений обеспечивает возможность для создания контактных площадей с хорошо определенными поверхностями и, соответственно, хорошо определенных и оптимизированных характеристик прочности и гидравлических характеристик.
Вследствие уменьшенного изменения скорости среды при ее прохождении через профиль теплообменника можно уменьшить высоту профиля структуры из углублений в типичном случае на 30% по сравнению с обычной структурой по типу рыбьего скелета, с сохранением того же самого падения давления. Уменьшенная высота профиля в результате приводит приблизительно к двойному количеству точек пайки с увеличением таким образом прочности. Как вариант, возможно использование более тонких пластин.
Кроме того, уменьшенное изменение скорости среды при ее прохождении через профиль теплообменника приводит к более высокому коэффициенту конвективной теплопередачи при данной потере давления, что обеспечивает возможность конструкции хорошо определенной паяной площади без уменьшения общих рабочих характеристик теплообменника на основе структуры из углублений.
Преимущество овальных углублений заключается в увеличенной окружности углублений, что приводит к более высокой прочности и одновременно к уменьшенной контактной площади, а также к увеличенной площади теплопередачи и, таким образом, к улучшенной общей эффективности.
Другой недостаток гофров по типу рыбьего скелета, заключается в том, что они приводят к образованию зигзагообразного тракта для текучих сред с возникновением при этом нежелательного сопротивления и падения давления.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей данного изобретения является создание пластинчатого теплообменника с хорошей теплопроводностью, хорошим соотношением прочности к весу, а также создание пластинчатого теплообменника, который прост для изготовления и обладает длительным сроком эксплуатации.
В первом аспекте данное изобретение обеспечивает пластинчатый теплообменник с углублениями, расположенными в виде матричной структуры с расстоянием Х1 между центрами углублений в смежных рядах и с расстоянием Х2 между центрами углублений в смежных столбцах, при этом углубления имеют окружность С и С/Х1 находится в диапазоне от 1,03 до 2,3, например в диапазоне от 1,1 до 2,27. Соответственно, С/Х2 предпочтительно также может находиться в диапазоне от 1,1 до 4,32, например в диапазоне от 1,2 до 4,0.
При заявленном диапазоне данным изобретением неожиданно обеспечивается пластина теплообменника с большой прочностью и, в частности, с высоким показателем прочности относительно веса и стоимости.
Данное изобретение, главным образом, относится к теплообменникам с прокладкой, в которых внешнее усилие удерживает вместе пакет пластин теплообменника, например, при сжимании между верхней и нижней пластинами, которые закреплены болтами. При этом в основу данного изобретения положено открытие, заключающееся в том, что существенным в создании прочного теплообменника является не площадь поверхности верхних частей, соответственно, нижних частей углублений, а в значительной степени является длина их окружности. Однако данное изобретение также может быть применено в том случае, когда пластины соединены адгезивным способом. Теплообменник может, в частности, содержать пластины с толщиной менее 0,30 мм. В этом случае прочность по окружности углубления в типичном случае становится критичной по сравнению с прочностью плоских площадей углублений.
В данном документе матричная структура является двухмерной структурой наподобие таблицы, состоящей из рядов и столбцов, в частности, в ней могут быть параллельные ряды и параллельные столбцы, и, в частности, ряды могут быть перпендикулярны столбцам.
По существу, каждое углубление может формировать расстояние r1 от его центра к краю его контактной поверхности в наикратчайшем направлении к центру углубления в смежном ряду. В варианте осуществления, в котором ряды перпендикулярны столбцам, наикратчайшим направлением будет прямолинейное направление от центра углубления с номером n в одном ряду к центру углубления с номером n в непосредственно смежном ряду.
По существу, каждое углубление образует расстояние r2 от его центра к краю его контактной поверхности в наикратчайшем направлении к центру углубления в смежном столбце. В варианте осуществления, в котором ряды перпендикулярны столбцам, наикратчайшим направлением будет прямолинейное направление от центра углубления с номером n в одном столбце к центру углубления с номером n в непосредственно смежном столбце.
В частности было установлено, что С/х1 предпочтительно может быть выбрано так, чтобы находиться между верхней и нижней границей, где верхняя граница определена функцией -0,2*(r1/r2)+2,4, а нижняя граница определена функцией -0,03*(r1/r2)+1,23.
Таблица 1 показывает различные диапазоны прочности, причем все они являются применимыми в соответствии с изобретением (см. в конце описания).
В другом варианте осуществления С/х2 может быть выбрано так, чтобы находиться между верхней и нижней границей, где верхняя граница определена функцией 0,9*(r1/r2)+1,36, а нижняя граница определена функцией 0,27*(r1/r2)+0,95.
Каждая контактная поверхность первого набора контактных поверхностей может образовывать по меньшей мере первую и вторую перпендикулярную ось симметрии с образованием, таким образом, углублений, например с круговой или эллиптической формой. В частности, оси симметрии могут иметь различную длину, например в диапазоне вплоть до 1:4, например 1:3 или 1:2 с образованием, таким образом, например, эллиптической формы.
Контактные поверхности первого набора контактных поверхностей могут быть расположены напротив контактных поверхностей второго набора контактных поверхностей смежной пластины, при этом все пластин могут быть идентичными.
Во втором аспекте данным изобретением обеспечивается пластина для пластинчатого теплообменника, причем пластина образует первый набор углублений и второй набор углублений в противоположных направлениях, причем каждое углубление первого набора углублений образует первую контактную поверхность, расположенную напротив контактной поверхности смежной пластины, и каждое углубление второго набора углублений образует вторую контактную поверхность, расположенную напротив контактной поверхности смежной пластины, при этом углубления расположены в матричной структуры с расстоянием Х1 между центрами углублений в смежных рядах и с расстоянием Х2 между центрами углублений в смежных столбцах, причем углубления имеют окружность С и С/Х1 находится в диапазоне от 1,1 до 2,3.
В случае определений, приведенных для теплообменника в соответствии с первым аспектом данного изобретения, С/х1 предпочтительно может быть выбрано так, чтобы находиться между верхней и нижней границей, причем верхняя граница определена функцией - 0,2*(r1/r2)+2,4, а нижняя граница определена функцией -0,03*(r1/r2)+1,23. С/х2 может быть выбрано так, чтобы находиться между верхней и нижней границей, причем верхняя граница определена функцией 0,9*(r1/r2)+1,36, а нижняя граница определена функцией 0,27*(r1/r2)+0,95.
В третьем аспекте данным изобретением обеспечивается способ конструирования пластинчатого теплообменника, содержащего множество пластин, каждая из которых образует первый набор углублений и второй набор углублений в противоположных направлениях, причем каждое углубление первого набора углублений образует первую контактную поверхность, расположенную напротив контактной поверхности смежной пластины, и каждое углубление второго набора углублений образует вторую контактную поверхность, расположенную напротив контактной поверхности смежной пластины, при этом способ отличается тем, что углубления расположены в виде матричной структуры с расстоянием Х1 между центрами углублений в смежных рядах и с расстоянием Х2 между центрами углублений в смежных столбцах, причем углубления имеют окружность С и С/Х1 находится в диапазоне от 1,1 до 2, 3.
Как и в случае определений, приведенных для теплообменника в соответствии с первым аспектом данного изобретения, С/х1 предпочтительно может быть выбрано так, чтобы находиться между верхней и нижней границей, причем верхняя граница определена функцией - 0,2*(r1/r2)+2,4, а нижняя граница определена функцией -0,03*(r1/r2)+1,23. С/х2 может быть выбрано так, чтобы находиться между верхней и нижней границей, причем верхняя граница определена функцией 0,9*(r1/r2)+1,36, а нижняя граница определена функцией -0,27*(r1/r2)+0,95.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает вид в аксонометрии теплообменника в соответствии с изобретением.
Фиг.2 показывает вид сверху пластинчатого теплообменника в соответствии с изобретением.
Фиг. 3 показывает пластину для теплообменника.
Фиг. 4 показывает пакет пластин в виде сбоку.
Фиг. 5 и 6 показывают четырехугольные участки одной пластины.
Фиг. 7-9 показывают расчеты для трех различных отношений r1/r2.
Фиг. 10-12 показывают расчеты для значений окружность/х1 и окружность/х2.
Фиг. 13 показывает верхний и нижний пределы значений r1/а, где:
А: нижний предел r1/а;
В: верхний предел r1/а;
С: максимальная прочность;
D: линия (нижний предел r1/а);
Е: линия (верхний предел r1/а);
F: линия (максимальная прочность).
Фиг. 14 показывает верхний и нижний пределы значений окружность/а, где:
А: нижний предел окружность/а;
В: верхний предел окружность/а;
С: максимальная прочность окружность/а;
D: линия (нижний предел окружность/а);
Е: линия (верхний предел окружность/а);
F: линия (максимальная прочность окружность/а).
Фиг. 15-20 показывают, соответственно, значения окружность/х1 и окружность/х2 для различных диапазонов прочности, при этом
на фиг. 15:
А: нижний предел окружность/х1;
В: верхний предел окружность/х1;
С: максимальная прочность окружность/х1;
D: линия (нижний предел окружность/х1);
Е: линия (верхний предел окружность/х1);
F: линия (максимальная прочность окружность/х1);
на фиг. 16:
А: нижний предел окружность/х2;
В: верхний предел окружность/х2;
С: максимальная прочность окружность/х2;
D: линия (нижний предел окружность/х2);
Е: линия (верхний предел окружность/х2);
F: линия (максимальная прочность окружность/х2);
на фиг. 17:
А: нижний предел окружность/х1;
В: верхний предел окружность/х1;
С: максимальная прочность окружность/х1;
D: линия (нижний предел окружность/х1);
Е: линия (верхний предел окружность/х1);
F: линия (максимальная прочность окружность/х1);
на фиг. 18:
А: нижний предел окружность/х2;
В: верхний предел окружность/х2;
С: максимальная прочность окружность/х2;
D: линия (нижний предел окружность/х2);
Е: линия (верхний предел окружность/х2);
F: линия (максимальная прочность окружность/х2);
на фиг. 19:
А: нижний предел окружность/х1;
В: верхний предел окружность/х1;
С: максимальная прочность окружность/х1;
D: линия (нижний предел окружность/х1);
Е: линия (верхний предел окружность/х1);
F: линия (максимальная прочность окружность/х1);
на фиг. 20:
А: нижний предел окружность/х2;
В: верхний предел окружность/х2;
С: максимальная прочность окружность/х2;
D: линия (нижний предел окружность/х2);
Е: линия (верхний предел окружность/х2);
F: линия (максимальная прочность окружность/х2).
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, отображающие варианты осуществления изобретения, приведены только в качестве иллюстрации, при этом специалистам в данной области техники из подробного описания могут быть очевидны различные изменения и модификации в пределах сущности и объема правовой охраны данного изобретения.
Фиг.1 показывает пластинчатый теплообменник 1, содержащий множество пластин 2, сложенных в направлении сложения, показанном стрелкой 3. Теплообменные пластины сложены верхними частями напротив нижних частей.
Фиг. 2 показывает теплообменник в виде сверху. Пластина теплообменника имеет четыре угловых отверстия 4, 5, 6, 7 для присоединения к соединениям для текучей среды так, что два отверстия 4, 7 подсоединяют первый источник текучей среды к верхней стороне пластины посредством входного отверстия и выходного отверстия, при этом общее направление потока от входного отверстия к выходному отверстию показано сплошной стрелкой. Второй источник соединен с двумя отверстиями 6, 5, расположенными на нижней стороне пластины. Общее направление потока от входного отверстия к выходному отверстию показано пунктирной стрелкой. Данный поток является встречно-перекрестным потоком. Кроме того, встречным поток является опциональным при соединении отверстий 4+6 и 7+5.
Конструкция из углублений с верхними и нижними частями углублений показана белыми и черными овальными метками 9, 10. Углубления проходят в противоположных направлениях. Пластины могут быть выполнены, например, из плоской пластины, деформированной штамповкой для образования углублений, проходящих в противоположных направлениях относительно центральной плоскости исходной плоской пластины.
Фиг. 3 показывает одну пластину. Воображаемая плоскость, отмеченная номером позиции 11, показывает центральную плоскость, образованную каждой из пластин. Пластина образует первый набор углублений 12 и второй набор углублений 13. Первый и второй наборы углублений проходят от воображаемой центральной плоскости в противоположных от центральной плоскости направлениях. Пластины и, соответственно, углубления могут быть выполнены прессованием тонкой пластины из металла, например из нержавеющей стали, алюминия, меди, латуни или цинка, или пластика с получением заданной формы, например в штампе. Пластины также могут быть выполнены формованием, например формованием под давлением из пластика в пресс-форме или в штампе.
Фиг. 3 показывает вид сбоку, при этом углубления могут иметь верхние поверхности любой формы, например эллиптической формы в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления данного изобретения. Возможно использование других форм, например, формы с большой эллиптичностью, прямоугольной формы и т.д., при условии, что они имеют хорошо определенную протяженность в первом направлении и хорошо определенную протяженность во втором направлении, перпендикулярном первому направлению.
Фиг. 4 показывает 4 пластины 14, 15, 16, 17, иллюстрируя размещение верхних частей 18 углублений напротив нижних частей 19 углублений верхней соседней пластины и, таким же образом, соединение нижних частей 20 углублений с верхними частями 21 нижней соседней пластины.
Фиг. 4 также показывает расположение боковых стенок приблизительно под 45°, см. обозначение угла. Таким образом, верхние и нижние углубления расположены по возможности ближе друг к другу. Это приводит к большему количеству углублений и к большей прочности. Угол в 45° ограничивается, например, максимальным удлинением материала из нержавеющей стали. По практическим причинам, например, вследствие допустимых отклонений от стандарта штамповочного инструмента часто используют меньший угол. Стенки выполнены ровными за счет свободного перемещения материала без острых краев и плоских секций пластины, за исключением секций, имеющихся на верхних и нижних частях углублений, т.е. в месте контакта смежных пластин.
Любая такая дополнительная плоская секция может создавать слабые секции и может приводить к разности давлений между текучими средами в первом и втором трактах с деформацией пластины, т.е. потенциально могут возникать выпячивание и растрескивание пластин на краях. В соединенных верхних и нижних частях отсутствует градиент давления, так как на противоположных сторонах соединений проходят одинаковые текучие среды с одинаковыми давлениями.
Конструкция, показанная на фиг. 4, обеспечивает возможность уменьшить толщину пластины. Отсутствие краев и плоских секций между верхними и нижними частями углублений обеспечивает направление давлений в стенки углублений с их поглощением по существу без возникновения пластической деформации. Кроме того, все соединения имеют увеличенные контактные площади по сравнению с конструкциями, выполненными по елочному типу, соответственно, силы давления распределяются по большей площади.
Однако один недостаток этого решения заключается в том, что относительно большие контактные площади уменьшают тепловое распределение от одного тракта к другому тракту. Этот недостаток устраняется за счет повышенной конвективной передачи тепла при данной потере давления и возможности уменьшать толщину пластины, что вновь содействует увеличенной передаче тепла.
В пластинчатом теплообменнике, показанном на фиг. 4, каждая из пластин типа, показанного на фиг. 3, расположена так, что углубления первого набора углублений образуют первую контактную поверхность, расположенную напротив контактных поверхностей смежной пластины, а углубления второго набора углублений образуют вторую контактную поверхность, расположенную напротив контактной поверхности смежной пластины.
Фиг. 5а показывает четырехугольный участок одной пластины. Четырехугольный участок, отмеченный белой линией 22, изображает площадь под давлением, которая должна быть выполнена посредством углублений из 4-х четвертей. В этом участке контактные поверхности углублений первого набора углублений состоят из 4-х четвертей площади контактной площади, образованной одним единственным углублением, т.е. общей площади одного полного углубления, но разделенной на четыре равные большие секции контактной поверхности.
Контактные поверхности смежных пластин как правило соединены адгезивным способом или сваркой, или пластины могут быть просто прижаты друг к другу, например, рамкой, проходящей по краю пластин и т.д.
Фиг. 5b показывает матричную структуру внутри четырехугольного участка, отмеченного линией 23.
На фиг. 6 показаны расстояния Х1 и Х2 между центрами углублений в смежных рядах и между центрами углублений в смежных столбцах. Зачерненные углубления проходят вверх, а обозначенные белым цветом углубления проходят вниз в противоположном направлении.
Фиг. 6 дополнительно показывает параметр 'а', являющийся расстоянием между краями двух соседних углублений (соседние углубления являются, соответственно, верхней частью углубления и нижней частью углубления) в первом или втором направлении. Параметры 'r1' и 'r2' являются протяженностью верхней/нижней поверхностей от их центра до края, видимого, соответственно, в первом и втором направлениях. В показанном примере с эллиптическими верхней/нижней поверхностями это соответствует двум радиусам, первому и второму радиусам, соответствующим наибольшей и наименьшей протяженности, соответственно. В большинстве вариантов осуществления эти параметры определяют первое и второе направления. Значение параметра 'а' может быть различной для расстояния между рядами и столбцами углублений.
Линии, соединяющие четыре зачерненных эллипса, образуют прямоугольник или ромб в случае отличия отношения r1/r2 от 1. Площадь этого прямоугольника можно рассматривать как 'теплопередающую ячейку', при этом эта теплопередающая ячейка содержит тогда верхнюю часть углубления и состоящие из четырех четвертей нижние части углублений, не способствующие передаче тепла.
При условии, что в качестве формы для расчета максимального давления, которое может выдержать данная ячейка, приняты верхние/нижние площади с эллиптической формой, расчеты выполняются по нижеследующим формулам.
Площадь эллипса:
А=πr1r2,
окружность эллипса по формуле Рамануджана в первом приближении:
Figure 00000001
прочность по окружности:
s=tCσ,
где t - толщина пластины, С - окружность углубления и σ - прочность материала пластины.
Площадь под давлением для одной ячейки:
Ар=2X1X2-πr1r2.
При этом максимальное давление, которое может выдерживать ячейка, принимает вид:
Figure 00000002
Для конкретного случая, когда величина а имеет одинаковое значение для ориентации рядов и столбцов:
Х1=2r1+а и Х2=2r2+а.
На фиг. 7-9 эти расчеты показаны для трех различных отношений r1/r2 (r1/r2=1, 2 и 3) в зависимости от величины r1/а, и как можно видеть все они имеют максимальное значение при конкретных значениях r1/а. Однако не всегда является предпочтительным выполнять конструирование в соответствии с максимальными значениями. Допустимый диапазон в окрестности максимума установлен для диапазона r1/а, находящегося в пределах 90%-100% максимального значения, причем каждый дает верхний и нижний предел r1/а и r2/а.
На фиг. 10-12 показана сходная зависимость, но в данном случае полученную для величины окружность/х1.
При наличии достаточного расстояния, необходимого для выдерживания воздействия сил, на окончательную конструкцию также влияют другие аспекты, например, эффективность теплопередачи пластин, ограничивающая увеличение площадей верхней/нижней поверхностей углублений. Поэтому следующим этапом является определение допустимого диапазона в окрестности максимума, который установлен для диапазона И/а, находящегося в пределах 90%-100% максимального значения, причем каждый дает верхний и нижний предел r1/а и r2/а.
На фиг. 13 показаны верхний и нижний пределы значений r1/а, и кроме того, не явным образом, r2/a, а также геометрию для максимальной прочности конструкций с различными r1/r2. На фиг. 14 показано то же самое, но для зависимости отношения окружность/а от r1/r2.
На фиг. 15-20 показаны значения, соответственно, отношений окружность/х1 и окружность/х2 для различных диапазонов прочности.
Каждую из этих зависимостей затем аппроксимируют прямой Y=A(r1/r2)+B, так что верхняя предельная линия определяется как Yвepx = Аверх(r1/r2) + Вверх, а нижняя предельная линия определяется как Yнижн = Анижн(r1/r2) + Внижн. Затем конструируют пластины теплообменника с углублениями, рассчитанными так, что они подпадают под пределы Yверх и Yнижн.
Figure 00000003

Claims (19)

1. Пластинчатый теплообменник, содержащий множество пластин, сложенных в направлении сложения, причем каждая пластина образует первый набор углублений и второй набор углублений в противоположных направлениях, при этом каждое углубление первого набора углублений образует первую контактную поверхность, расположенную напротив контактной поверхности смежной пластины, и каждое углубление второго набора углублений образует вторую контактную поверхность, расположенную напротив контактной поверхности смежной пластины, причем углубления расположены в виде матричной структуры с расстоянием Х1 между центрами углублений в смежных рядах и с расстоянием Х2 между центрами углублений в смежных столбцах, при этом углубления имеют окружность С и С/Х1 находится в диапазоне от 1,03 до 2,3.
2. Пластинчатый теплообменник по п. 1, в котором каждое углубление образует расстояние r1 от его центра к краю его контактной поверхности в наикратчайшем направлении к центру углубления в смежном ряду и каждое углубление образует расстояние r2 от его центра к краю его контактной поверхности в наикратчайшем направлении к центру углубления в смежном столбце, при этом С/х1 выбрано так, чтобы находиться между верхней и нижней границей, причем верхняя граница определена функцией -0,23*(r1/r2)+2,5, а нижняя граница определена функцией -0,02*(r1/r2)+1,1.
3. Пластинчатый теплообменник по п. 1, в котором каждое углубление образует расстояние r1 от его центра к краю его контактной поверхности в наикратчайшем направлении к центру углубления в смежном ряду и каждое углубление образует расстояние r2 от его центра к краю его контактной поверхности в наикратчайшем направлении к центру углубления в смежном столбце, при этом С/х2 выбрано так, чтобы находиться между верхней и нижней границей, причем верхняя граница определена функцией 0,98*(r1/r2)+1,38, а нижняя граница определена функцией 0,22*(r1/r2)+0,88.
4. Пластинчатый теплообменник по любому из пп. 1-3, в котором каждая контактная поверхность первого набора контактных поверхностей образует по меньшей мере первую и вторую перпендикулярные оси симметрии.
5. Пластинчатый теплообменник по п. 4, в котором первая и вторая перпендикулярные оси симметрии имеют различную длину.
6. Пластинчатый теплообменник по п. 5, в котором длина первой оси не более чем в 4 раза больше длины другой оси.
7. Пластинчатый теплообменник по любому из пп. 1-3, 5, 6, в котором контактные поверхности первого набора контактных поверхностей расположены напротив контактных поверхностей второго набора контактных поверхностей смежной пластины.
8. Пластинчатый теплообменник по любому из пп. 1-3, 5, 6, в котором пластины являются идентичными.
9. Пластинчатый теплообменник по любому из пп. 1-3, 5, 6, в котором С/Х2 находится в диапазоне от 1,1 до 4,32.
10. Пластинчатый теплообменник по любому из пп. 1-3, 5, 6, в котором углубления имеют окружность С, причем С/Х1 находится в диапазоне от 1,1 до 2,27.
11. Пластинчатый теплообменник по любому из пп. 1-3, 5, 6, в котором С/Х2 находится в диапазоне от 1,2 до 4.
12. Пластина для пластинчатого теплообменника, образующая первый набор углублений и второй набор углублений в противоположных направлениях, причем каждое углубление первого набора углублений образует первую контактную поверхность, расположенную напротив контактной поверхности смежной пластины, а каждое углубление второго набора углублений образует вторую контактную поверхность, расположенную напротив контактной поверхности смежной пластины, при этом углубления расположены в виде матричной структуры с расстоянием Х1 между центрами углублений в смежных рядах и расстоянием Х2 между центрами углублений в смежных столбцах, причем углубления имеют окружность С и С/Х1 находится в диапазоне от 1,03 до 2,3.
13. Пластина по п. 12, в которой углубления имеют окружность С, причем С/Х1 находится в диапазоне от 1,1 до 2,27.
14. Пластина по п. 12 или 13, в которой С/Х2 находится в диапазоне от 1,1 до 4,32.
15. Пластина по п. 12 или 13, в которой С/Х2 находится в диапазоне от 1,2 до 4.
16. Пластина по п. 12 или 13, в которой каждое углубление образует расстояние r1 от его центра к краю его контактной поверхности в наикратчайшем направлении к центру углубления в смежном ряду и каждое углубление образует расстояние r2 от его центра к краю его контактной поверхности в наикратчайшем направлении к центру углубления в смежном столбце, при этом С/х1 выбрано так, чтобы находиться между верхней и нижней границей, причем верхняя граница определена функцией -0,23*(r1/r2)+2,5, а нижняя граница определена функцией -0,02*(r1/r2)+1,1.
17. Пластина по п. 12 или 13, в которой каждое углубление образует расстояние r1 от его центра к краю его контактной поверхности в наикратчайшем направлении к центру углубления в смежном ряду и каждое углубление образует расстояние r2 от его центра к краю его контактной поверхности в наикратчайшем направлении к центру углубления в смежном столбце, при этом С/х2 выбрано так, чтобы находиться между верхней и нижней границей, причем верхняя граница определена функцией 0,98*(r1/r2)+1,38, а нижняя граница определена функцией 0,22*(r1/r2)+0,88.
18. Способ конструирования пластинчатого теплообменника, содержащего множество пластин, каждая из которых образует первый набор углублений и второй набор углублений в противоположных направлениях, причем каждое углубление первого набора углублений образует первую контактную поверхность, расположенную напротив контактной поверхности смежной пластины, и каждое углубление второго набора углублений образует вторую контактную поверхность, расположенную напротив контактной поверхности смежной пластины, отличающийся тем, что углубления располагают в виде матричной структуры с расстоянием Х1 между центрами углублений в смежных рядах и расстоянием Х2 между центрами углублений в смежных столбцах, при этом углубления имеют окружность С и С/Х1 находится в диапазоне от 1,1 до 2,3.
19. Способ по п. 18, в котором С/Х2 находится в диапазоне от 1,1 до 4,32.
RU2015144630A 2014-10-31 2015-10-19 Пластинчатый теплообменник RU2612880C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201400635 2014-10-31
DKPA201400635 2014-10-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2612880C1 true RU2612880C1 (ru) 2017-03-13

Family

ID=54105742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015144630A RU2612880C1 (ru) 2014-10-31 2015-10-19 Пластинчатый теплообменник

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160146543A1 (ru)
EP (1) EP3015809B1 (ru)
CN (1) CN105571361B (ru)
RU (1) RU2612880C1 (ru)
UA (1) UA115474C2 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006027761A2 (en) * 2004-09-08 2006-03-16 Ep Technology Ab Heat exchanger with indentation pattern
RU2502932C2 (ru) * 2010-11-19 2013-12-27 Данфосс А/С Теплообменник
RU2511779C2 (ru) * 2010-11-19 2014-04-10 Данфосс А/С Теплообменник

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2959400A (en) * 1957-11-27 1960-11-08 Modine Mfg Co Prime surface heat exchanger with dimpled sheets
US3229763A (en) * 1963-07-16 1966-01-18 Rosenblad Corp Flexible plate heat exchangers with variable spacing
US3211219A (en) * 1964-03-30 1965-10-12 Curt F Rosenblad Flexible plate heat exchangers with variable spacing
DE69413173T2 (de) * 1993-10-22 1999-06-02 Zexel Corp Rohrelement für einen Laminatwärmetauscher
JPH07167581A (ja) * 1993-10-22 1995-07-04 Zexel Corp 積層型熱交換器のチューブエレメント
US6221463B1 (en) * 1998-07-08 2001-04-24 Eugene W. White Three-dimensional film structures and methods
EP2455394B1 (en) * 2006-06-15 2017-04-12 Athenix Corporation A family of pesticidal proteins and methods for their use
BRPI0822417A2 (pt) * 2008-04-04 2019-08-27 Alfa Laval Corp Ab trocador de calor de placas
SE534765C2 (sv) * 2010-04-21 2011-12-13 Alfa Laval Corp Ab Plattvärmeväxlareplatta och plattvärmeväxlare
EP2618089B1 (en) * 2012-01-23 2018-12-19 Danfoss A/S Heat exchanger and method for producing a heat exchanger
DK177839B1 (en) * 2013-03-08 2014-09-08 Danfoss As Heat exchanger with dimples connected by wall sections

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006027761A2 (en) * 2004-09-08 2006-03-16 Ep Technology Ab Heat exchanger with indentation pattern
RU2502932C2 (ru) * 2010-11-19 2013-12-27 Данфосс А/С Теплообменник
RU2511779C2 (ru) * 2010-11-19 2014-04-10 Данфосс А/С Теплообменник

Also Published As

Publication number Publication date
UA115474C2 (uk) 2017-11-10
EP3015809B1 (en) 2019-07-31
US20160146543A1 (en) 2016-05-26
CN105571361A (zh) 2016-05-11
EP3015809A1 (en) 2016-05-04
CN105571361B (zh) 2018-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK1794529T3 (en) Heat exchanger with recess pattern
KR101445474B1 (ko) 열교환판과 판형 열교환기
JP6163190B2 (ja) 熱交換器
JP5872859B2 (ja) 熱交換器
AU2008354066B2 (en) A plate heat exchanger
EP2394129B1 (en) A plate heat exchanger
CN107036479B (zh) 换热板以及使用其的板式换热器
US11971224B2 (en) Plate-fin heat exchanger
KR20160114626A (ko) 열 교환 판 및 열 교환 판을 구비한 판형 열 교환기
US20170067695A1 (en) Heat exchange plate used for plate-type heat exchanger and plate-type heat exchanger provided with the heat exchange plate
JP2011174689A (ja) プレート式熱交換器の製造方法及びプレート式熱交換器
RU2626032C2 (ru) Пластинчатый теплообменник с прокладкой
US10145625B2 (en) Dimple pattern gasketed heat exchanger
RU2612880C1 (ru) Пластинчатый теплообменник
JP4874365B2 (ja) プレート式熱交換器及びその熱交換器を用いた冷凍サイクル装置
CN206410590U (zh) Hv换热板和高效板式换热器
CN111271996A (zh) 一种具有非对称通道的板式换热器
CN112146484A (zh) 板式换热器
CN205300326U (zh) 一种不等容积通道结构的换热器
CN211953808U (zh) 一种具有非对称通道的板式换热器
CN207779208U (zh) 表面带回路的热交换芯片