WO2009139662A1 - Пластинчатый теплообменник - Google Patents
Пластинчатый теплообменник Download PDFInfo
- Publication number
- WO2009139662A1 WO2009139662A1 PCT/RU2009/000096 RU2009000096W WO2009139662A1 WO 2009139662 A1 WO2009139662 A1 WO 2009139662A1 RU 2009000096 W RU2009000096 W RU 2009000096W WO 2009139662 A1 WO2009139662 A1 WO 2009139662A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- plates
- plate
- protrusions
- heat exchanger
- wall thickness
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
- F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
- F28F1/26—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being integral with the element
- F28F1/28—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being integral with the element the element being built-up from finned sections
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
Definitions
- the present invention relates to heat exchangers, and more particularly relates to a plate heat exchanger.
- Known plate heat exchanger intended for use in air conditioning systems, and a method for its manufacture (WO 2007/036963 Al) containing a package of plates facing each other and tilted in the longitudinal direction.
- the plates are connected to each other at contact points by heating almost to the melting point of the material of each of the plates and simultaneously pressing the plates against each other.
- the discharge and exhaust channels are made for the passage of the first and second coolants, which are mounted on the flanges from the side of the outer plates.
- the described heat exchanger has a large metal consumption due to the presence of two discharge and two exhaust channels made of pipes passing through the package of plates.
- plate heat exchangers include domestic convectors, heat exchangers for heating boilers, automotive radiators, oil and water coolers, heat exchangers for electric transformers and refrigerators.
- Plate heat exchangers are known in the art for use in these areas, in particular those described below.
- a plate heat exchanger is known (US 2006/0185834 Al), which includes a group of heat exchanger plates arranged parallel to each other and forming a stack of plates. Gaskets are installed between the plates, and four holes are made in each plate through which the inlet and outlet pipes pass for the coolant to pass. The last of the package of plates connected to the fixing sheets, combining the plate into a package. There are also means of fastening and supply and removal of coolant connected to the mounting sheets.
- the described heat exchanger has a high metal consumption due to the presence of two discharge and two exhaust channels made of pipes passing through the package of plates, as well as extreme plates that are thickened compared to the rest plates.
- Such a heat exchanger is characterized by increased hydraulic resistance, which requires the use of high power pumps for the circulation of the coolant.
- Known heat exchanger made by a patented method (RU 2 079 398 Cl), which contains a package of plates, in each of which at least one protrusion of complex shape is made, while the protrusions of adjacent plates are inserted one into the other and fixed with the formation of a channel for the passage of coolant.
- Each protrusion on the corresponding plate represents a body of revolution, and its generatrix has a wave-like shape with two wave crests, and the corresponding protrusion on one plate enters about approximately half its height into the protrusion of the adjacent plate.
- the described heat exchanger is characterized by the complexity of manufacturing, as well as insufficient strength due to the presence in the channel for the passage of the coolant "weak" sections with a single wall thickness. As a rule, such areas do not withstand elevated pressure drops and can lead to leaks.
- Also known plate heat exchanger (RU 2 272979 Cl), which contains a package of plates located with a gap of one relative to the other. At least one protrusion made of two sections is made in each plate, the first of which is paired with the plate and has a conical shape, and the second is adjacent to the first section and has a cylindrical shape.
- the protrusions are inserted one into the other and fixed with the formation of a channel for the passage of coolant.
- the height of the cylindrical section is from 0.25 to 0.3 of the total height of the protrusion.
- the conical section of each protrusion is associated with the corresponding plate by means of a curved surface, the bending radius of which in the longitudinal section is from 7 to 7.5 plate thicknesses.
- the cylindrical portion of the protrusion is inserted into the conical portion of the protrusion of the adjacent plate.
- a sufficiently large force is required, resulting in plastic deformation of the conical portion of the protrusion of the adjacent plate.
- the channel for passing the coolant consists of alternating sections, the first of which have double the wall thickness in the area of the cylindrical section of each protrusion, and the second have a single wall thickness in the zone of the conical section of each protrusion.
- the basis of the invention is the task of developing a plate heat exchanger, the constructive implementation of which by increasing the wall thickness along the entire length of the channel would provide technological reliability, high thermal conductivity and a long service life.
- This embodiment of the conical protrusions creates the best conditions for soldering, as a result of which on all surfaces a coating is formed of copper, partially diffused into the steel of which the plates with protrusions are made.
- the channel formed from the conical protrusions for the passage of the coolant has high strength characteristics, since along its entire length the wall thickness of the channel is not less than twice the wall thickness of each protrusion.
- Such a product is practically not susceptible to corrosion and can be used in various aggressive environments.
- each plate has a developed heat exchange surface, made, for example, corrugated or wave-like. This embodiment of the plates increases the efficiency of heat transfer processes.
- Achievable technical result of the present invention is to increase the reliability of the design of the plate heat exchanger by creating optimal conditions for soldering the joints and by creating a high-strength channel for the passage of coolant.
- Fig.l depicts a plate heat exchanger in longitudinal section according to the invention
- FIG. 2 is a fragment of the heat exchanger shown in figure l, on an enlarged scale, according to the invention
- FIG. 3 a) b) is an enlarged view of the angle of inclination of the generatrix of the conical protrusion of the plate heat exchanger shown in FIG. 1 according to the invention.
- the plate heat exchanger contains a package of 1 plates 2 (Fig. 1) located with a gap h relative to one another. At least one protrusion 3 in the form of a hollow truncated cone is made in each plate 2. In the described embodiment of the plate heat exchanger, which can be used as a heating radiator, two protrusions 3 are made in each plate 2 (a fragment of a heat exchanger with one group of conical protrusions is shown in the drawing). The protrusions 3 in the package 1 of adjacent plates 2 are inserted one into the other and fixed with the formation of channel 4 for the passage of coolant.
- the plates 2 and the protrusions 3 on the plates 2 have the same wall thickness and are made of steel with a coating of all their surfaces from copper, partially diffused into steel. Each plate 2 smoothly mates with a conical protrusion 3 by means of a transitional curved section 5, the wall thickness of which is equal to the wall thickness of the plate 2 and the conical protrusion 3.
- the heat exchanger has end fittings 6 connected to the channel 4 for the passage of coolant.
- the wall thickness of the channel 4 for the passage of the coolant along its entire length is equal to at least twice the wall thickness of the protrusions 3 and consists of alternating sections of 7.8, in the first of which the wall thickness of the channel 4 is equal to twice the wall thickness of the protrusions, and in the second - the triple thickness of this wall due to three protrusions inserted one into the other 3.
- the location and ratio of the elements forming channel 4 will be presented below with reference to FIGS. 2 and 3.
- each plate 2 has a developed heat transfer surface, which can be corrugated (as shown in Fig. 1) or wave-like.
- a developed heat transfer surface which can be corrugated (as shown in Fig. 1) or wave-like.
- the listed possibilities of increasing the heat exchange surface are specific examples and are not exhaustive.
- the main distinguishing feature of the present invention is the implementation of the conical protrusions 3 on the plates 2 with geometric characteristics that ensure the installation of each protrusion 3 in the counterpart of the adjacent protrusion 3 with a certain minimum clearance without the use of large mechanical forces that can cause plastic deformation of the plates 2.
- the height H of the protrusion 3 is the maximum height that can be obtained by stamping the plate 2 while maintaining the wall thickness of the protrusion 3 equal to the wall thickness of the plate 2.
- the height H is determined by the plastic properties and the thickness of the metal from which flax plate 2.
- the height H is 16-17 mm
- Fig. 3 a) b) illustrates the dependence of the angle ⁇ of inclination of the generatrix of the conical surface of the protrusion 3 to its axis on the wall thickness of the plate 2 and the distance between the plates 2.
- the determining condition for choosing the angle ⁇ of inclination is the wall thickness S of the plate 2. This is clearly shown in FIG. H a) b), at which the angle of inclination ⁇ corresponds to the wall thickness S, and in case of increasing the wall thickness in option a) to the value Si, the angle of inclination decreases to ⁇ i and vice versa, with decreasing wall thickness in option b) to S2, the angle of inclination increases to ai.
- Patented plate heat exchanger is manufactured in several stages as follows.
- blanks of the heat exchanger plates are made from sheet steel of the selected thickness and the distance between them is set.
- the tooling of the stamp is adjusted and stamping of the plates is carried out, as a result of which the plates are obtained, on each of which, for example, two protrusions of a conical shape are made smoothly connected to the plate.
- the formed channel for the passage of the coolant has a wall thickness along the entire length at least equal to twice the wall thickness of the protrusions. Due to the fact that the protrusions are made conical, a tight fit of adjacent surfaces of the protrusions with a gap of not more than 0.1 ⁇ m is ensured and plastic deformation of the heat exchanger plates during assembly, which could subsequently adversely affect the quality of the product, is eliminated.
- a package of steel plates with end fittings is covered with a liquid solder paste containing copper, and placed in a continuous conveyor furnace in protective and recovery environment.
- a medium that contains free hydrogen at a temperature of 1120 ° C, copper is partially restored from the solder paste and diffuses into the surface layer of steel to a depth of 4 to 15 ⁇ m and penetrates copper into all gaps between the surfaces of adjacent protrusions.
- Such a product is practically not subject to corrosion and can be used in various aggressive environments, with the exception of ammonia.
- the plate heat exchanger manufactured in accordance with the present invention was subjected to hydraulic tests at a pressure of 36 atm. Stable operation of the heat exchanger was provided at a pressure of 24 atm, and the heat exchanger itself was able to withstand hydraulic shocks at a pressure of up to 60 atm. The specified technical characteristics give reason to believe that the period of trouble-free operation can reach 50 years.
- the present invention can be used as tubeless domestic convectors, heat exchangers of heating boilers, motor radiators, oil and water coolers, heat exchangers of electric transformers and refrigerators, as well as other heat exchangers.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Пластинчатый теплообменник содержит пакет пластин, на каждой из которых выполнен по меньшей мере один выступ в форме полого усеченного конуса, а выступы смежных пластин вставлены один в другой и закреплены с образованием канала для прохождения теплоносителя. Угол наклона образующей каждого усеченного конуса к его оси выбран из соотношения tgα = S/А, где S - толщина стенки соответствующей пластины, А - расстояние между одноименными поверхностями смежных пластин. Такое соотношение обеспечивает выполнение канала для прохождения теплоносителя, имеющего толщину стенки по всей длине равную по меньшей мере удвоенной толщине стенок выступов. При этом каждый из выступов имеет высоту, при которой канал для прохождения теплоносителя имеет участки, образованные стенками трех вставленных один в другой выступов. Пластины с выступами имеют по существу одинаковую толщину стенки и выполнены из стали с покрытием всех их поверхностей из меди, частично диффундированной в сталь.
Description
ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Область техники
Настоящее изобретение относится к теплообменным аппаратам, а более точно касается пластинчатого теплообменника.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время весьма актуальной является проблема создания теплообменников, которые одновременно сочетали бы в себе основные требования, предъявляемые при эксплуатации - длительный срок службы, способность выдерживать значительные перепады давления, что особенно важно при пуско- наладочных работах в начале отопительного сезона, способность сохранять прочностные характеристики при отрицательных внешних температурах и возможность работы в условиях открытого пламени.
Известно множество типов пластинчатых теплообменников, конструктивное выполнение которых, в основном, определяется областью их применения.
Известен пластинчатый теплообменник, предназначенный для использования в системах кондиционирования, и способ его изготовления (WO 2007/036963 Al), содержащий пакет пластин, обращенных друг к другу и наклоненных в продольном направлении. Пластины соединены друг с другом в контактных точках за счет нагревания почти до точки плавления материала каждой из пластин и одновременным прижатием пластин одна к другой. В пакете пластин выполнены нагнетательный и выпускной каналы для прохождения первого и второго теплоносителей, которые со стороны наружных пластин закреплены на фланцах.
Описанный теплообменник имеет большую металлоемкость, обусловленную наличием двух нагнетательных и двух выпускных каналов, выполненных из труб, проходящих через пакет пластин.
К недостаткам данного теплообменника также следует отнести повышенное гидравлическое сопротивление, что требует применения насосов повышенной мощности в системах, где установлены данные приборы.
Следует также отметить, что при работе в агрессивных средах теплообменники должны изготавливаться из дорогих материалов (например, из нержавеющей стали), что очень удорожает теплообменник.
Другими областями применения пластинчатых теплообменников могут быть бытовые конвекторы, теплообменники обогревательных котлов, автотранспортных радиаторов, водомаслоохладителей, теплообменники электротрансформаторов и холодильных машин.
Для применения в указанных областях из уровня техники известны пластинчатые теплообменники, в частности, описанные ниже.
Известен пластинчатый теплообменник (US 2006/0185834 Al), который включает группу пластин теплообменника, расположенных параллельно друг другу и образующих пакет пластин. Между пластинами установлены прокладки, а в каждой пластине выполнено четыре отверстия, через которые проходят впускные и выпускные трубы для прохождения теплоносителя. Крайние из пакета пластин соединены с крепежными листами, объединяющими пластины в пакет. Также имеются средства крепления и подвода и отвода теплоносителя, соединенные с крепежными листами.
Также как и пластинчатый теплообменник, известный из WO 2007/036963 Al, описанный теплообменник имеет высокую металлоемкость, обусловленную наличием двух нагнетательных и двух выпускных каналов, выполненных из труб, проходящих через пакет пластин, а также крайних пластин, которые выполнены утолщенными по сравнению с остальными пластинами.
Такой теплообменник характеризуется повышенным гидравлическим сопротивление, требующим для циркуляции теплоносителя применения насосов высокой мощности.
В настоящее время известны пластинчатые беструбные теплообменники, в которых каналы для прохождения теплоносителя сформированы в пластинах за счет их специальной конфигурации. Такие теплообменники характеризуются большей теплоотдачей за счет отсутствия подводящих и отводящих труб, а также малой металлоемкостью, однако вопрос прочности и долговечности становится весьма актуальным.
Известен теплообменник, изготовленный по запатентованному способу (RU
2 079 398 Cl), который содержит пакет пластин, в каждой из которых выполнен по меньшей мере один выступ сложной формы, при этом выступы смежных пластин вставлены один в другой и закреплены с образованием канала для прохождения теплоносителя. Каждый выступ на соответствующей пластине представляет собой тело вращения, а его образующая имеет волнообразную форму с двумя гребнями волны, причем соответствующий выступ на одной пластине входит примерно на половину своей высоты в выступ смежной пластины.
Описанный теплообменник характеризуется сложностью изготовления, а также недостаточной прочностью из-за наличия в канале для прохождения теплоносителя «cлaбыx» участков с одинарной толщиной стенки. Как правило, такие участки не выдерживают повышенных перепадов давления и могут привести к возникновению протечек.
Также известен пластинчатый теплообменник (RU 2 272979 Cl), который содержит пакет пластин, расположенных с зазором одна относительно другой. В каждой пластине выполнен по меньшей мере один выступ, состоящий из двух участков, первый из которого сопряжен с пластиной и имеет коническую форму, а второй примыкает к первому участку и имеет цилиндрическую форму. Выступы вставлены один в другой и закреплены с образованием канала для прохождения теплоносителя. Высота цилиндрического участка составляет от 0,25 до 0,3 от общей высоты выступа. Конический участок каждого выступа сопряжен с соответствующей пластиной посредством криволинейной поверхности, радиус изгиба которой в продольном сечении составляет от 7 до 7,5 толщин пластины.
Цилиндрический участок выступа вставлен в конический участок выступа смежной пластины. Для обеспечения прочности изделия и плотного прилегания цилиндрического участка выступа одной пластины к коническому участку выступа смежной пластины поверхности при сборке теплообменника требуется приложение достаточно большого усилия, приводящего к пластической деформации конического участка выступа смежной пластины.
Кроме того, на следующем этапе изготовления теплообменника - соединении конических участков между собой путем высокотемпературной пайки, в зонах пластической деформации возникает очаг напряженности, приводящий к деформации (перекосам, короблению) пластин, следствием чего является изменение толщины
стенок смежных пластин. В результате этого на отдельных участках изменяется зазор между прилегающими поверхностями выступов, оказывающий негативное влияние на качество пайки.
В процессе эксплуатации происходит нарушение герметичности участков с измененной толщиной, что приводит к браку изделия в целом.
Следует отметить, что некачественная пайка достаточно часто является источником коррозии, что приводит к выходу теплообменника из строя и сокращению срока его службы.
В описанном пластинчатом теплообменнике канал для прохождения теплоносителя состоит из чередующихся участков, первые из которых имеют удвоенную толщину стенки в зоне цилиндрического участка каждого выступа, а вторые имеют одинарную толщину стенки в зоне конического участка каждого выступа.
Такая конструкция канала для прохождения теплоносителя не отвечает требованиям надежности, так как участки с одинарной толщиной стенки являются наиболее уязвимыми при испытаниях и при эксплуатации, особенно в случае резкого повышения давления теплоносителя.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения положена задача разработать пластинчатый теплообменник, конструктивное выполнение которого за счет увеличения толщины стенки по всей длине канала обеспечивало бы технологическую надежность, высокие теплопроводные свойства и длительный срок эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что пластинчатый теплообменник, содержащий пакет пластин, расположенных с зазором одна относительно другой, при этом в каждой пластине выполнен по меньшей мере один выступ, а выступы смежных пластин вставлены один в другой и закреплены с образованием канала для прохождения теплоносителя, согласно изобретению, каждый выступ по всей своей высоте выполнен в форме полого усеченного конуса, угол наклона образующей которого к его оси выбран из соотношения tgα = S/А, где S - толщина стенки соответствующей пластины, А - расстояние между одноименными поверхностями смежных пластин, пластины и выступы на пластинах имеют по существу одинаковую
толщину стенки, а толщина стенки канала для прохождения теплоносителя по всей его длине равна по меньшей мере удвоенной толщине стенки выступов, каждый из которых имеет высоту, при которой стенки канала для прохождения теплоносителя имеет участки, образованные стенками трех вставленных один в другой выступов, при этом пластины с выступами выполнены из стали, а на всех поверхностях пластин и выступов имеется покрытие из меди, частично диффундированной в сталь.
В результате выполнения выступов в форме усеченного конуса по всей высоте выступов в соответствии с выявленной зависимостью угла наклона образующей конического выступа от толщины стенки пластины и расстояния между смежными пластинами обеспечивается постоянная толщина стенки выступа, равная толщине стенки пластины, а также обеспечивается плотное прилегание смежных поверхностей выступов с минимальными зазорами и исключается пластическая деформация пластин теплообменника при сборке.
Такое выполнение конических выступов создает наилучшие условия для пайки, в результате которой на всех поверхностях образуется покрытие из меди, частично диффундированной в сталь, из которой изготовлены пластины с выступами.
Сформированный из конических выступов канал для прохождения теплоносителя имеет высокие прочностные характеристики, так как по всей его длине толщина стенки канала не меньше удвоенной толщины стенки каждого выступа.
Покрытие поверхностей всех конструктивных элементов теплообменника медью, частично диффундированной в сталь, повышает теплоотдачу теплообменника, выполненного из стали. Такое изделие практически не подвержено коррозии и может эксплуатироваться в различных агрессивных средах.
Желательно, чтобы каждая пластина имела развитую теплообменную поверхность, выполненную, например, гофрированной или волнообразной. Такое выполнение пластин повышает эффективность теплообменных процессов.
Достигаемым техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности конструкции пластинчатого теплообменника за счет создания оптимальных условий для пайки мест соединения и за счет создания высокопрочного канала для прохождения теплоносителя.
Другим техническим результатом является длительный срок эксплуатации даже в условиях резких изменений давления и присутствия агрессивных сред.
Изобретение описывается детально в нижеприведённом примере, не являющемся при этом исключительным и единственным в рамках исполнения патентуемого пластинчатого теплообменника, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Краткое описание чертежей
Фиг.l изображает пластинчатый теплообменник в продольном разрезе, согласно изобретению;
Фиг.2 - фрагмент теплообменника, изображенного на фиг.l, в увеличенном масштабе, согласно изобретению,
Фиг.З а) б) - зависимость угла наклона образующей конического выступа пластинчатого теплообменника, изображенного на фиг.l, в увеличенном масштабе, согласно изобретению.
Лучший вариант осуществления изобретения
Пластинчатый теплообменник содержит пакет 1 пластин 2 (фиг.l), расположенных с зазором h одна относительно другой. В каждой пластине 2 выполнен по меньшей мере один выступ 3 в форме полого усеченного конуса. В описываемом варианте пластинчатого теплообменника, который может быть применен в качестве радиатора отопления, в каждой пластине 2 выполнено два выступа 3 (на чертеже представлен фрагмент теплообменника с одной группой конических выступов). Выступы 3 в пакете 1 смежных пластин 2 вставлены один в другой и закреплены с образованием канала 4 для прохождения теплоносителя. Пластины 2 и выступы 3 на пластинах 2 имеют одинаковую толщину стенок и выполнены из стали с покрытием всех их поверхностей из меди, частично диффундированной в сталь. Каждая пластина 2 плавно сопряжена с коническим выступом 3 посредством переходного криволинейного участка 5, толщина стенки которого равна толщине стенки пластины 2 и конического выступа 3.
Теплообменник имеет концевые штуцеры 6, соединенные с каналом 4 для прохождения теплоносителя.
Как видно из фиг.1 , толщина стенки канала 4 для прохождения теплоносителя по всей его длине равна по меньшей мере удвоенной толщине стенок выступов 3 и
состоит из чередующихся между собой участков 7,8, на первых из которых толщина стенки канала 4 равна удвоенной толщине стенки выступов, а на вторых - утроенной толщине этой стенки за счет трех вставленных один в другой выступов 3. Более детально расположение и соотношение элементов, образующих канал 4, будет представлено ниже со ссылками на фиг.2 и 3.
Для повышения эффективности теплообменных процессов каждая пластина 2 имеет развитую теплообменную поверхность, которая может быть выполнена гофрированной (как представлено на фиг.l) или волнообразной. Однако перечисленные возможности увеличения теплообменной поверхности являются конкретными примерами и не являются исчерпывающими.
Основной отличительной особенностью настоящего изобретение является выполнение конических выступов 3 на пластинах 2 с геометрическими характеристиками, обеспечивающими установку каждого выступа 3 в ответной части смежного с ним выступа 3 с определенным минимальным зазором без применения больших механических усилий, способных вызвать пластическую деформацию пластин 2.
Такое выполнение конических выступов 3 обеспечивается благодаря установленной зависимости угол α наклона (фиг.2) образующей 9 усеченного конуса к его оси: tgα = S/А, где S - толщина стенки соответствующей пластины 2, A - расстояние между одноименными поверхностями смежных пластин 2. Высота H выступа 3 - это максимальная высота, которая может быть получена при штамповке пластины 2 при одновременном сохранении толщины стенки выступа 3, равной толщине стенки пластины 2. Высота H определяется пластическими свойствами и толщиной металла, из которого выполнена пластина 2.
В описываемом примере, для пластин толщиной 0.3 - 0.5 мм, как наиболее часто применяемых в теплообменниках, высота H составляет 16-17 мм
На фиг.З а) б) иллюстрирует зависимость угла α наклона образующей конической поверхности выступа 3 к его оси от толщины стенки пластины 2 и расстояния между пластинами 2. Определяющим условием выбора угла α наклона является толщина S стенки пластины 2. Это наглядно демонстрирует фиг.З а) б), на которых угол α наклона соответствует толщине стенки S, при этом в случае увеличения толщины стенки в варианте а) до величины Si угол наклона уменьшается
до значения αi и наоборот, при уменьшении толщины стенки в варианте б) до величины S2 угол наклона увеличивается до значения аг.
В качестве примера приводятся выявленные соотношения геометрических размеров α, S, А, которые сведены в таблицу.
В связи с тем, что угол α достаточно мал и представляет сложность в графическом представлении, на фиг.2 и 3 а) б) угол α имеет значения, отличные от указанных в таблице.
Патентуемый пластинчатый теплообменник изготавливается в несколько этапов следующим образом.
На первом этапе из листовой стали выбранной толщины делают заготовки пластин теплообменника и задают расстояние между ними.
Далее в соответствии с выявленным соотношением tgα = S/А настраивают оснастку штампа и осуществляют штамповку пластин, в результате которой получаются пластины, на каждой из которых выполнено, например, два выступа конической формы, плавно соединенных с пластиной.
После этого пластины с выступами собирают в пакет и устанавливают концевые штуцеры для подвода и отвода теплоносителя. Образованный канал для прохождения теплоносителя имеет по всей длине толщину стенки, по меньшей мере равную удвоенной толщине стенки выступов. Благодаря тому, что выступы выполнены коническими, обеспечивается плотное прилегание смежных поверхностей выступов с зазором не более 0,1 мкм и исключается пластическая деформация пластин теплообменника при сборке, которая могла бы в дальнейшем негативно сказаться на качестве изделия.
Далее пакет стальных пластин с концевыми штуцерами покрывают жидкой паяльной пастой, содержащей медь, и помещают в проходную конвейерную печь в
защитно-восстановительную среду. В такой среде, которая содержит свободный водород, при температуре 1120°C происходит частичное восстановление меди из паяльной пасты и ее диффузия в поверхностный слой стали на глубину от 4 до 15 мкм и проникновение меди во все зазоры между поверхностями смежных выступов.
За счет этого при последующем охлаждении изделия происходит спаивание пакета пластин в единую монолитную конструкцию. Также происходит спаивание крайних конических выступов с концевыми штуцерами для подвода и отвода теплоносителя.
Такое изделие практически не подвержено коррозии и может эксплуатироваться в различных агрессивных средах, за исключением аммиака.
Применение для пластин теплообменника листового материала толщиной 0,3- 0,5 мм позволяет на 30-40% снизить металлоемкость изделий и достичь высоких массовых показателей веса на единицу площади 1,6-1,9 кг/м2 по сравнению с традиционными теплообменниками 10 1,6-1,9 кг/м2. При этом возрастает КПД теплообменника, а коэффициент теплопередачи составляет 40-70 Вт/м2.
Изготовленный в соответствии с настоящим изобретением пластинчатый теплообменник подвергали гидравлическим испытаниям при давлении 36 атм. Стабильная работа теплообменника была обеспечена при давлении 24 атм, а сам теплообменник был способен выдержать гидравлические удары при давлении до 60 атм. Указанные технические характеристики дают основание полагать, что срок безаварийной эксплуатации может достигать 50 лет.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение может быть использовано в качестве беструбных бытовых конвекторов, теплообменников обогревательных котлов, автотранспортных радиаторов, водомаслоохладителей, теплообменников электротрансформаторов и холодильных машин, а также в качестве других теплообменных аппаратов.
Claims
1. Пластинчатый теплообменник, содержащий пакет пластин, расположенных с зазором одна относительно другой, при этом в каждой пластине выполнен по меньшей мере один выступ, а выступы смежных пластин вставлены один в другой и закреплены с образованием канала для прохождения теплоносителя, отличающийся тем, что каждый выступ по всей своей высоте выполнен в форме полого усеченного конуса, угол наклона образующей которого к его оси выбран из соотношения tgα = S/А, где S - толщина стенки соответствующей пластины, А - расстояние между одноименными поверхностями смежных пластин, пластины и выступы на пластинах имеют по существу одинаковую толщину стенки, а толщина стенки канала для прохождения теплоносителя по всей его длине равна по меньшей мере удвоенной толщине стенки выступов, каждый из которых имеет высоту, при которой стенки канала для прохождения теплоносителя имеет участки, образованные стенками трех вставленных один в другой выступов, при этом на всех поверхностях выполнено покрытие, коэффициент теплопроводности и коррозионная стойкость которого выше таких же показателей пластин и выступов.
2. Пластинчатый теплообменник по п.l, отличающийся тем, что каждая пластина имеет развитую теплообменную поверхность.
3. Пластинчатый теплообменник по п.З, отличающийся тем, что развитая теплообменная поверхность выполнена гофрированной или волнообразной.
4. Пластинчатый теплообменник по п.l, отличающийся тем, что пластины с выступами выполнены из стали, а покрытие на всех поверхностях пластин и выступов выполнено из меди, частично диффундированной в сталь.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008119058 | 2008-05-15 | ||
| RU2008119058/06A RU2366879C1 (ru) | 2008-05-15 | 2008-05-15 | Пластинчатый теплообменник |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2009139662A1 true WO2009139662A1 (ru) | 2009-11-19 |
Family
ID=41166665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2009/000096 WO2009139662A1 (ru) | 2008-05-15 | 2009-02-27 | Пластинчатый теплообменник |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2366879C1 (ru) |
| WO (1) | WO2009139662A1 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102245994B (zh) | 2008-12-17 | 2015-09-23 | 舒瑞普国际股份公司 | 热交换器的开口 |
| EP2618093A3 (en) * | 2012-01-23 | 2015-03-18 | Danfoss A/S | Heat exchanger, heat exchanger plate, and method for producing a heat exchanger |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1215929A1 (ru) * | 1984-09-18 | 1986-03-07 | Производственное Объединение "Ворошиловградский Тепловозостроительный Завод Им.Октябрьской Революции" | Способ изготовлени ребристых радиаторов |
| RU2059186C1 (ru) * | 1992-01-10 | 1996-04-27 | Филиал Государственного научно-производственного предприятия "Прибор" | Способ изготовления пластинчато-трубного теплообменника |
| RU2137076C1 (ru) * | 1997-09-19 | 1999-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Контэкс" | Пластинчато-трубный теплообменник |
| US6161615A (en) * | 1997-05-27 | 2000-12-19 | Knecht Filterwerke Gmbh | Plate-type heat exchanger, especially oil/coolant cooler in vehicles |
-
2008
- 2008-05-15 RU RU2008119058/06A patent/RU2366879C1/ru active IP Right Revival
-
2009
- 2009-02-27 WO PCT/RU2009/000096 patent/WO2009139662A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1215929A1 (ru) * | 1984-09-18 | 1986-03-07 | Производственное Объединение "Ворошиловградский Тепловозостроительный Завод Им.Октябрьской Революции" | Способ изготовлени ребристых радиаторов |
| RU2059186C1 (ru) * | 1992-01-10 | 1996-04-27 | Филиал Государственного научно-производственного предприятия "Прибор" | Способ изготовления пластинчато-трубного теплообменника |
| US6161615A (en) * | 1997-05-27 | 2000-12-19 | Knecht Filterwerke Gmbh | Plate-type heat exchanger, especially oil/coolant cooler in vehicles |
| RU2137076C1 (ru) * | 1997-09-19 | 1999-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Контэкс" | Пластинчато-трубный теплообменник |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2366879C1 (ru) | 2009-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210071971A1 (en) | Heat exchanger with aluminum tubes rolled into an aluminum tube support | |
| US11519673B2 (en) | Plate heat exchanger and heat pump device including the same | |
| WO2002097352A1 (fr) | Echangeur thermique multitubulaire | |
| US10215496B2 (en) | Multi-flow heat exchanger for exchanging heat between cool fluid and hot fluid | |
| JP4311373B2 (ja) | 電気温水器用の熱交換器 | |
| EP2395308B1 (en) | Heat exchanger | |
| CN203190861U (zh) | 用于散热的多孔折叠微通道扁管 | |
| CN104019544A (zh) | 热水器和形成热水器的方法 | |
| JP2007017132A (ja) | 熱交換用チューブおよび熱交換器 | |
| EP1094291A2 (en) | Plate heat exchanger | |
| JP2001241872A (ja) | 多管式熱交換器 | |
| US7036568B2 (en) | Heat exchanger having projecting fluid passage | |
| CN210242495U (zh) | 一种换热器 | |
| EP2400251B1 (en) | Gas cooler | |
| WO2009139662A1 (ru) | Пластинчатый теплообменник | |
| RU76433U1 (ru) | Пластинчатый теплообменник | |
| US20110203782A1 (en) | Heat exchanger fins, assemblies and methods | |
| JP3939090B2 (ja) | 多管式熱交換器 | |
| CN111141163B (zh) | 焊接式板形热交换器 | |
| JP2006317094A (ja) | 熱交換器 | |
| CN114923350A (zh) | 一种高效换热器 | |
| JP5257102B2 (ja) | 熱交換器および冷凍空調装置 | |
| JP3922088B2 (ja) | 熱交換器 | |
| JP2004218945A (ja) | 熱交換器およびその製造方法 | |
| US20050211424A1 (en) | Duct |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09746831 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 18-07-2011) |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09746831 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |