RU2042911C1 - Plate heat exchanger - Google Patents

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: heat exchanger consists of housing and dismountable bank of plates arranged inside the housing. The plates of the bank are rigidly interconnected over the closed loops into groups, particularly in pairs. The bank of plates is separated with baffles into sections. The configuration of heat carrier flow is defined by mutual arrangement of openings made in the adjacent baffles. The heat exchanger has controllable characteristics as the number of plates as well as the number of and position of baffles in the bank can be changed. The heat exchanger can be modular. Each module can be dismounted and serve as autonomous heat exchanger. EFFECT: improved design. 4 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к теплообменникам с увеличенной площадью поверхности теплообмена в единичном объеме теплообменника, и может быть использовано в энергетике, химической и пищевой промышленности. The invention relates to heat engineering, in particular to heat exchangers with increased heat exchange surface area in a unit volume of the heat exchanger, and can be used in energy, chemical and food industries.

Известен пластинчатый теплообменник из гофрированных пластин [1] Прямоугольные в плане пластины имеют штампованный выпукло-вогнутый рельеф в виде треугольных гофров и четыре отверстия по углам. Пластины собраны в пакет с фигурными уплотнительными элементами между каждыми двумя соседними пластинами. Уплотнительные элементы герметично отделяют межпластинные каналы от внешней среды по периферии пластин и от одной пары отверстий в углах каждой пластины, оставляя доступ из этого канала к другой паре угловых отверстий. Чередование в пакете пластин фигурных уплотнений двух типов позволяет образовать в углах пластин в местах расположения угловых отверстий коллекторы теплоносителей для групп межпластинных каналов и организовать последовательное или параллельное течение теплоносителей в этих группах каналов. Known plate heat exchanger from corrugated plates [1] Rectangular in terms of plate have a stamped convex-concave relief in the form of triangular corrugations and four holes in the corners. The plates are packaged with shaped sealing elements between each two adjacent plates. Sealing elements hermetically separate the interplate channels from the external medium along the periphery of the plates and from one pair of holes in the corners of each plate, leaving access from this channel to another pair of corner holes. The alternation of two types of shaped seals in a package of plates makes it possible to form heat collectors for groups of interplate channels in the corners of the plates at the locations of the corner openings and to organize sequential or parallel flow of coolants in these channel groups.

Теплообменник функционирует при протекании горячего и холодного теплоносителей по системе разделенных пластинами щелевых каналов от входного коллектора до выходного в тракте каждого теплоносителя. Недостатком этой конструктивной схемы пластинчатого теплообменника являются высокие требования к качеству фигурных уплотнительных элементов, отделяющих межпластинные каналы теплоносителей от внешней среды. Нарушение герметичности одного любого из таких, обычно многочисленных, уплотнений приводит к утечке теплоносителя наружу теплообменника. Ввиду того, что уплотнительные элементы размещены по всему периметру каждой пластины, их общая протяженность обычно велика. Вследствие этого сравнительно велика вероятность нарушения герметичности одного из участков этого общего протяженного уплотнения. По той же причине обычно велико усилие затяжки пакета пластин с уплотнениями и соответственно массивна система затяжки. Так как усилие затяжки пропорционально перепаду давлений на уплотнении, эта конструктивная схема мало пригодна для систем и контуров теплоносителей высокого давления. The heat exchanger functions during the flow of hot and cold fluids through a system of slotted channels separated by plates from the input collector to the output in the path of each coolant. The disadvantage of this design scheme of the plate heat exchanger is the high quality requirements of the figured sealing elements that separate the interplate channels of the coolant from the external environment. A leak in one of any of these, usually numerous, seals leads to leakage of the coolant out of the heat exchanger. Due to the fact that the sealing elements are placed around the entire perimeter of each plate, their total length is usually large. As a result of this, there is a comparatively high probability of a leak in one of the sections of this common extended seal. For the same reason, the tightening force of a pack of plates with seals is usually great and, accordingly, the tightening system is massive. Since the tightening force is proportional to the pressure drop across the seal, this design scheme is not very suitable for high pressure coolant systems and circuits.

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому изобретению является пластинчатый теплообменник [2] для теплообмена между двумя теплоносителями, содержащий корпус с отверстиями в боковой стенке для входа и выхода теплоносителя А и установленный в корпусе пакет пластин с выпукло-вогнутым рельефом, которые размещены попарно одинаковой стороной друг к другу, так что между пластинами каждой пары образован канал для протока теплоносителя Б, а между парами пластин каналы для протока теплоносителя А. В корпусе имеется по меньшей мере одна перегородка, параллельная пластинам, разделяющая внутреннюю полость корпуса на камеры, каждая из которых содержит некоторое количество пластин. Схема движения теплоносителя А по разделенным перегородкой секциями пакета пластин определяется положением пропускных отверстий для этого теплоносителя в перегородке. Теплоноситель Б проходит параллельно через все разделенные перегородками секции. Коллекторы теплоносителя А в общем случае образованы стенками корпуса, его днищами и перегородками, коллекторы теплоносителя Б элементами межпластинных полостей, сообщающимися через отверстия в пластинах. The closest in design to the proposed invention is a plate heat exchanger [2] for heat exchange between two heat carriers, comprising a housing with holes in the side wall for entering and exiting the heat carrier A and a package of plates with a convex-concave relief that are placed in pairs on the same side each other to a friend, so that between the plates of each pair a channel is formed for the flow of coolant B, and between the pairs of plates there are channels for the flow of coolant A. There is at least one town, parallel plates separating the inner cavity of the housing into chambers, each of which comprises a number of plates. The flow diagram of the coolant A along sections of the package of plates divided by the partition is determined by the position of the through holes for this coolant in the partition. The coolant B passes in parallel through all sections separated by partitions. The collectors of the coolant A in the general case are formed by the walls of the housing, its bottoms and partitions, the collectors of the coolant B by the elements of interplate cavities communicating through the holes in the plates.

Пластины неразъемно (пайкой) соединены между собой по периметру пластин и периметру отверстий для прохода теплоносителя Б, образуя неразборный пакет, содержащий фиксированное число пластин. Перегородки могут быть выполнены в виде плоских пластин. Роль перегородки может также выполнять одна из пары обращенных друг другу пластин, между которыми протекает теплоноситель Б. Для этого она должна иметь продолжение, перекрывающее один из коллекторов теплоносителя А. В варианте выполнения перегородок в виде плоских пластин перегородки могут быть неподвижно и неразъемно скреплены со стенкой корпуса (например, с помощью развальцовки кромок перегородок совместно с кромками кольцевых фрагментов стенки) или выполнены заодно с кольцевыми фрагментами стенки корпуса в виде днищ ящичных элементов модулей, установленных один на другом с плотным неразъемным соединением их друг с другом. Описанный теплообменник в основном предназначен для охлаждения масла в автомобильном двигателе. Теплообменник функционирует при пропускании горячего и холодного теплоносителей по системе разделенных пластинами щелевых каналов от входного коллектора до выходного в каждом тракте. The plates are inseparably (soldered) interconnected around the perimeter of the plates and the perimeter of the holes for the passage of the coolant B, forming a non-separable package containing a fixed number of plates. Partitions can be made in the form of flat plates. The role of the partition can also be played by one of a pair of plates facing each other, between which the coolant B flows. To do this, it must have a continuation overlapping one of the collectors of the coolant A. In the embodiment of the partitions in the form of flat plates, the partitions can be fixedly and permanently fixed to the wall the case (for example, by flaring the edges of the partitions together with the edges of the annular wall fragments) or made integral with the ring fragments of the wall of the body in the form of bottoms of box elements These modules are installed one on top of another with a tight one-piece connection to each other. The described heat exchanger is mainly intended for cooling oil in an automobile engine. The heat exchanger operates by passing hot and cold fluids through a system of slotted channels separated by plates from the input collector to the output in each path.

Недостатком описанного корпусного пластинчатого теплообменника является фиксированная для каждого типоразмера теплообменника длина проточного тракта теплоносителей, а также фиксированное число пластин в пакете, определяемое высотой корпуса. Из-за этого, в отличие от описанного выше бескорпусного теплообменника с фигурными уплотнительными элементами, данный теплообменник теплоносителей входных параметрах (температура, давление и расход теплоносителей) имеет однозначно определяемые, не поддающиеся внутреннему регулированию выходные характеристики (тепловая мощность, температура и давление теплоносителей на выходе), что ограничивает эксплуатационные возможности теплообменников этого вида и увеличивает ряд типоразмеров при проектировании теплосистем. The disadvantage of the described case plate heat exchanger is a fixed length of the heat carrier flow path for each heat exchanger size, as well as a fixed number of plates in the package, determined by the height of the case. Because of this, in contrast to the open-frame heat exchanger described above with shaped sealing elements, this heat exchanger of the input heat transfer parameters (temperature, pressure and flow rate) has uniquely defined output characteristics that are not amenable to internal regulation (heat output, temperature and pressure of the heat transfer medium at the outlet ), which limits the operational capabilities of heat exchangers of this type and increases a number of sizes in the design of heating systems.

Целью изобретения является повышение эффективности рабочего процесса корпусного пластинчатого теплообменника благодаря обеспечению возможности оптимизации геометpических характеристик трактов теплоносителей в пакете пластин при эксплуатации теплообменника одного типоразмера в различных условиях, а также уменьшение стоимости разработки и изготовления типового ряда теплообменников для заданного диапазона характеристик благодаря увеличению диапазона рабочих характеристик теплообменника каждого типоразмера и соответствующего уменьшения числа типоразмеров. The aim of the invention is to increase the efficiency of the working process of the casing plate heat exchanger due to the possibility of optimizing the geometric characteristics of the heat carrier paths in the package of plates when using a heat exchanger of one standard size in various conditions, as well as reducing the cost of developing and manufacturing a typical series of heat exchangers for a given range of characteristics due to an increase in the range of operating characteristics of the heat exchanger each size and corresponding mensheniya of sizes.

Для этого внутри корпуса корпусного пластинчатого теплообменника установлен разборный пакет пластин с перегородками и конструктивная схема теплообменника позволяет изменять по желанию число пластин, число и положение перегородок в пакете, организовывать движение каждого из двух и более теплоносителей через разделенные перегородками секции параллельно, последовательно, параллельно-по- следовательно, по схеме прямотока, противотока или перекрестного тока. To do this, a collapsible package of plates with partitions is installed inside the body of the casing plate heat exchanger, and the design of the heat exchanger allows you to change the number of plates, the number and position of partitions in the package, organize the movement of each of two or more coolants through sections divided by partitions in parallel, sequentially, parallel-by - therefore, according to the forward flow, countercurrent or cross-current scheme.

Меняя число пластин в пакете, а также число перегородок, их положение в пакете, а также расположение в них проходов для теплоносителей, можно при неизменных условиях на входе в теплообменник и неизменных его внешних геометрических характеристиках изменять по желанию (в диапазоне, возможном для данного типоразмера) выходные характеристики теплообменника (тепловую мощность, температуру и давление теплоносителей на выходе из теплообменника). При этом каждый типоразмер теплообменника может удовлетворять требованиям потребителя в гораздо более широком диапазоне, чем корпусной пластинчатый теплообменник с фиксированным числом пластин и жестко определенной схемой протока теплоносителей. Changing the number of plates in the bag, as well as the number of partitions, their position in the bag, as well as the location of the passages for the coolant in them, you can change the conditions at the inlet of the heat exchanger and its external geometric characteristics at will (in the range possible for this size ) output characteristics of the heat exchanger (thermal power, temperature and pressure of the coolant at the outlet of the heat exchanger). Moreover, each size of the heat exchanger can satisfy the requirements of the consumer in a much wider range than the case plate heat exchanger with a fixed number of plates and a rigidly defined scheme of the coolant flow.

На фиг. 1 изображен предлагаемый теплообменник, вариант с перегородками из плоского листа, течение теплоносителей по схеме чистого противотока (штриховыми линиями показано положение выходного патрубка теплоносителя Б и отверстий в перегородках в варианте течения теплоносителей по схеме общего противотока с прямотоком в отдельных секциях), продольный разрез; на фиг. 2 вариант использования в качестве перегородки одиночной пары соединенных по замкнутому контуру теплообменных пластин; на фиг. 3 теплообменная пластина; на фиг. 4 перегородка; на фиг. 5 разрез Д-Д на фиг. 3 и 4; на фиг. 6 вариант подвижной силовой связи перегородки со стенкой корпуса, сечение плоскостью, параллельной перегородке; на фиг. 7 вариант подвижной силовой связи перегородки со стенкой корпуса, сечение плоскостью, пеpпендикуляpной к перегородке 2; на фиг. 8 теплообменник, вариант последовательного гидравлического соединения каналов, образованных одиночными парами пластин, продольный разрез; на фиг. 9 теплообменник в модульном варианте, продольный разрез; на фиг. 10 схема течения теплоносителей в четерхпоточном теплообменнике с двумя теплоносителями (А-Б, А-Г, В-Г) в каждой секции; на фиг. 11 вариант размещения проходов для теплоносителей в трехпоточном теплообменнике с тремя теплоносителями (А-Б-В) в каждой секции, сечение параллельно пластинам; на фиг. 12 сечение Е-Е на фиг. 11. In FIG. 1 shows the proposed heat exchanger, an option with partitions from a flat sheet, the flow of coolants according to the scheme of the clean counterflow (dashed lines show the position of the outlet pipe of the coolant B and the holes in the partitions in the variant of the flow of coolants according to the scheme of the common counterflow with direct flow in separate sections), longitudinal section; in FIG. 2 variant of using as a partition a single pair of heat exchange plates connected in a closed circuit; in FIG. 3 heat transfer plate; in FIG. 4 partition; in FIG. 5 a section DD in FIG. 3 and 4; in FIG. 6 version of the movable power connection of the partition with the wall of the housing, section by a plane parallel to the partition; in FIG. 7 is a variant of the movable power connection of the partition with the wall of the casing, a section is made with a plane perpendicular to the partition 2; in FIG. 8 heat exchanger, a variant of the serial hydraulic connection of the channels formed by single pairs of plates, a longitudinal section; in FIG. 9 heat exchanger in a modular version, a longitudinal section; in FIG. 10 flow diagram of heat carriers in a four-flow heat exchanger with two heat carriers (AB, AG, VG) in each section; in FIG. 11 embodiment of the placement of passages for the coolant in a three-flow heat exchanger with three coolants (A-B-C) in each section, the cross section is parallel to the plates; in FIG. 12 section EE in FIG. eleven.

Теплообменник (на фиг. 1 изображен двухпоточный вариант с теплоносителями А и Б) содержит разборный пакет пластин 1, в котором все пластины или их часть неразъемно соединены между собой по замкнутым контурами в группы так, что отдельные пары соединенных пластин образуют между пластинами каждой пары каналы для протока избранных теплоносителей. Число групп не менее двух. Число пластин в группе не менее двух. В частном случае двухпоточного теплообменника, изображенного на фиг. 1, все группы соединенных пластин содержат каждая по две пластины, между которыми движется теплоноситель А. Один из теплоносителей (Б на фиг 1) движется по каналам, ограниченным пластинами и стенкой 3 корпуса. Пластины могут быть гладкими, иметь штампованный рельеф или оребрение. Группы пластин в пакете могут различаться по геометрическим характеристикам составляющих их пластин и форме замкнутого контура попарного соединения пластин. Пакет пластин 1 разделен на секции перегородками 2, преграждающими в местах их расположения проход избранным теплоносителям в направлении, перпендикулярном к плоскости пластин. The heat exchanger (Fig. 1 shows a two-flow version with coolants A and B) contains a collapsible package of plates 1, in which all the plates or part of them are inseparably interconnected in closed circuits into groups so that individual pairs of connected plates form channels between the plates of each pair for the flow of selected coolants. The number of groups is at least two. The number of plates in the group is at least two. In the particular case of the dual-flow heat exchanger shown in FIG. 1, all groups of connected plates each contain two plates, between which the coolant A moves. One of the coolants (B in FIG. 1) moves along the channels bounded by the plates and the wall 3 of the housing. The plates can be smooth, have a stamped relief or ribbing. The groups of plates in the package can differ in the geometric characteristics of their constituent plates and the shape of the closed loop of the pairwise connection of the plates. The package of plates 1 is divided into sections by partitions 2, blocking at their locations a passage to selected coolants in a direction perpendicular to the plane of the plates.

Функцию перегородки 2 в некоторых случаях может выполнять одиночная теплообменная пластина или одиночная пара соединенных по замкнутому контуру пластин 1 [2] (см. фиг. 2), в которых избранные отверстия закрыты для прохода теплоносителей. Между любыми двумя группами соединенных пластин, а также между любой крайней в секции пластиной и перегородкой или днищем могут размещаться одиночные пластины. The function of the partition 2 in some cases can be performed by a single heat exchange plate or a single pair of plates 1 connected in a closed circuit [2] (see Fig. 2), in which selected openings are closed for the passage of coolants. Single plates can be placed between any two groups of connected plates, and also between any extreme plate in the section and the partition or bottom.

Пакет пластин помещен в корпус, включающий замкнутую боковую стенку 3 и днища крышки 4. Пластины 1 (фиг. 3) и перегородки 2 (фиг. 4) оборудованы отвеpстиями 5 и 6 для прохода соответственно теплоносителей А и Б. Проход для теплоносителя Б, протекающего снаружи попарно соединенных пластин, может быть обеспечен также с помощью местно увеличенного зазора между кромкой перегородки и стенкой корпуса. На фиг. 3 и 4 показан один из вариантов размещения отверстия 5 и 6 в пластине 1 и перегородке 2. Отверстия 5 и 6 могут быть на одной оконечности перегородки 2, на противоположных, а также вблизи прилежащих друг к другу кромок (в случае перекрестного тока теплоносителей А и Б). В последнем случае соответственно изменяется также взаимное расположение отверстий 5 и 6 в пластине 1. The package of plates is placed in a housing including a closed side wall 3 and the bottoms of the cover 4. The plates 1 (Fig. 3) and partitions 2 (Fig. 4) are equipped with holes 5 and 6 for the passage of coolant A and B. The passage for coolant B flowing outside of pairwise connected plates can also be provided with a locally increased gap between the edge of the partition and the wall of the housing. In FIG. 3 and 4 show one of the options for placing holes 5 and 6 in the plate 1 and the partition 2. Holes 5 and 6 can be at one end of the partition 2, on the opposite, and also adjacent to adjacent edges (in the case of a cross-flow of coolants A and B) In the latter case, the relative position of the holes 5 and 6 in the plate 1 also changes accordingly.

В любых двух соседних перегородках расположение проходов для любого из теплоносителей может различаться, обеспечивая возможность последовательного соединения групп каналов более чем одного теплоносителя. В конструктивных вариантах многопоточного теплообменника в отдельных перегородках полностью отсутствуют проходы для избранных теплоносителей. In any two adjacent partitions, the location of the passages for any of the coolants can be different, providing the possibility of sequential connection of groups of channels of more than one coolant. In the constructive versions of a multi-threaded heat exchanger in individual partitions, there are completely no passages for selected coolants.

В местах контакта пластин, крайних в неразъемных группах, с аналогичными пластинами других групп, перегородками, днищами или одиночными пластинами установлены уплотнения по замкнутым контурам (в наиболее простом виде кольцевым) вокруг избранных отверстий или групп отверстий в пластинах. Уплотнения вокруг отверстия 5 (фиг. 5) для прохода теплоносителей разделяют тракты теплоносителей. Необходимое давление в кольцевых уплотнениях достигается при затяжке пакета пластин 1 между перегородками 2 с помощью любого затяжного устройства (например, затяжных шпилек, проходящих вне контура 8, по которому соединена каждая пара пластин). Усилие затяжки передается между уплотнениями 7 с помощью жестких вкладышей 9, не препятствующих прохождению теплоносителя А из межпластинного канала 10 к отверстиям 5 и обратно. Уплотнительные элементы теплообменника этой конструкции имеют относительно небольшую общую длину. Ввиду меньшего размера и простой кольцевой формы они более надежны в эксплуатации и имеют меньшую стоимость изготовления, чем фигурные уплотнения бескорпусного теплообменника. At the contact points of the plates, extreme in one-piece groups, with similar plates of other groups, partitions, bottoms or single plates, seals are installed along closed loops (in the simplest form, annular) around selected holes or groups of holes in the plates. Seals around the hole 5 (Fig. 5) for the passage of coolants share the paths of coolants. The necessary pressure in the O-rings is achieved by tightening the package of plates 1 between the partitions 2 using any tightening device (for example, tightening studs passing outside the circuit 8, through which each pair of plates is connected). The tightening force is transmitted between the seals 7 with the help of rigid liners 9, which do not impede the passage of the coolant A from the interplate channel 10 to the holes 5 and vice versa. The sealing elements of the heat exchanger of this design have a relatively small overall length. Due to their smaller size and simple ring shape, they are more reliable in operation and have a lower manufacturing cost than figured seals of a frameless heat exchanger.

Параллельно потоку теплоносителя Б вновь продольных кромок пластин могут быть уложены объемные заполняющие элементы вытеснители 11 или установлены дефлекторы для преимущественного направления расхода теплоносителя Б в зону межпластинного канала, где теплоноситель Б имеет непосредственный тепловой контакт через стенку с теплоносителем А. Parallel to the flow of the coolant B of the longitudinally longitudinal edges of the plates, volumetric filling elements of the displacers 11 can be laid or deflectors can be installed to preferentially direct the flow of the coolant B to the area of the interplate channel, where the coolant B has direct thermal contact through the wall with the coolant A.

Перегородки 2 могут иметь подвижную или неподвижную силовую связь со стенками 3 корпуса. В таком случае перегородка 2 выполняет дополнительную функцию элемента, скрепляющего противоположные участки замкнутой стенки 3 корпуса и таким образом уменьшающего нагрузку на стенку 3 при давлении внутри корпуса, превышающем наружное. Вариант подвижной связи перегородки 2 со стенкой 3, не препятствующей перемещению перегородки во время затяжки пакета пластин, показан на фиг. 6 и 7. Через пазы типа ласточкина хвоста в перегородках 2 проходит шпонка 12 клиновидного сечения, которая подтягивается к стенке 3 болтами 13 c уплотнениями 14. Partitions 2 can have a movable or fixed power connection with the walls 3 of the housing. In this case, the partition 2 performs the additional function of an element that fastens the opposite sections of the closed wall 3 of the housing and thus reduces the load on the wall 3 when the pressure inside the housing exceeds the external. A variant of the movable connection of the partition 2 with the wall 3, which does not interfere with the movement of the partition during the tightening of the plate package, is shown in FIG. 6 and 7. Through the grooves of the dovetail type in the partitions 2 passes a key 12 of a wedge-shaped section, which is pulled to the wall 3 by bolts 13 with seals 14.

Перегородки 2 могут уплотняться (фиг. 5, упругий элемент 12) относительно стенок корпуса 3 по всему периметру перегородки или его части, например вдоль двух продольных кромок и одной поперечной (с той стороны, где отсутствует проход 6 в перегородке для теплоносителя Б). В том случае, когда расстояние между перегородками сравнительно мало, уплотнение перегородок относительно стенок корпуса может быть выполнено в виде сальника 15 (фиг. 8). Partitions 2 can be sealed (Fig. 5, elastic element 12) relative to the walls of the housing 3 around the entire perimeter of the partition or its part, for example along two longitudinal edges and one transverse (on the side where there is no passage 6 in the partition for the coolant B). In the case when the distance between the partitions is relatively small, the seal of the partitions relative to the walls of the housing can be made in the form of an oil seal 15 (Fig. 8).

Все межпластинные каналы теплоносителей А и Б в каждой секции объединены входным и выходным коллекторами, которые образованы полостями, соединенными через отверстия 5 (для теплоносителя А), и полостями, соединенными через отверстия 6 (для теплоносителя Б). Межпластинные каналы теплоносителя Б ограничены с двух сторон стенками корпуса 3 теплообменника, поэтому для вывода теплоносителя Б из теплообменника используется отверстие в стенке 3 или днище крышке 4 (как это показано на фиг. 1). Теплоноситель А выводится наружу теплообменника через тракт, отделенный от внутрикорпусной полости. Например, в варианте, изображенном на фиг. 1, теплоноситель А выводится через патрубок, проходящий через сальниковое уплотнение в днище крышке 4 и соединенный в месте расположения отверстия 5 с перегородкой 3, ограничивающей последнюю по ходу теплоносителя А секцию. С одной стороны этой перегородки отсутствуют пластины, участвующие в теплообмене между теплоносителями. All interplate channels of the coolant A and B in each section are combined by inlet and outlet manifolds, which are formed by cavities connected through openings 5 (for coolant A), and cavities connected through openings 6 (for coolant B). The interplate channels of the coolant B are bounded on both sides by the walls of the heat exchanger body 3, therefore, an opening in the wall 3 or the bottom of the cover 4 is used to withdraw the coolant B from the heat exchanger (as shown in Fig. 1). The coolant A is discharged to the outside of the heat exchanger through a path separated from the internal cavity. For example, in the embodiment shown in FIG. 1, the coolant A is discharged through a pipe passing through the stuffing box seal in the bottom of the lid 4 and connected at the location of the hole 5 with the partition 3, which limits the last section along the coolant A. On one side of this partition there are no plates involved in the heat exchange between the heat carriers.

Применительно к теплообменникам с большим числом пластин и соответственно сравнительно большой высотой стенки корпуса 3 возможен модульный вариант описываемой конструкции (фиг. 9), позволяющий упростить изготовление корпуса и использовать в случае надобности комплект одного модульного теплообменника с небольшой доукомплектацией (силовыми днищами) для формирования от двух до N теплообменников меньшего по высоте корпуса размера, чем исходный теплообменник, содержащий N модулей. With regard to heat exchangers with a large number of plates and a correspondingly large wall height of the casing 3, a modular version of the described construction is possible (Fig. 9), which allows to simplify the manufacture of the casing and, if necessary, use a set of one modular heat exchanger with a small complement (power bottoms) for forming from two up to N heat exchangers of a smaller size than the original heat exchanger containing N modules.

В модульном теплообменнике (фиг. 9) каждый модуль 16 имеет корпус, в котором размещен пакет пластин 1, в общем случае разделенный перегородками 2 на секции, в частном случае не имеющий перегородок. Корпус модуля, входящего в состав теплообменника, включает замкнутую боковую стенку 3 и присоединенное к ней с одной стороны днище 17, образуя ящик без крышки, в который уложен пакет пластин. Уплотнения 7 в пакете пластин модуля зажимаются при стыковке данного модуля с соседними; днище соседнего модуля при этом выполняет роль крышки, поджимающей пакет пластин 1 с уплотнениями 7 между ними. В модуле, замыкающем в теплообменнике сборку модулей, зажатие пакета пластин осуществляется с помощью днища крышки 4 или подвижной перегородки 2 (как это изображено на фиг. 1). Днища 17 модулей в модульном теплообменнике выполняют роль перегородок, определяющих схему протока теплоносителей через соседние модули, и элементов, усиливающих боковую стенку 3 при воздействии на нее разности давлений внутри и снаружи корпуса. In a modular heat exchanger (Fig. 9), each module 16 has a housing in which a stack of plates 1 is placed, generally divided by partitions 2 into sections, in the particular case without partitions. The housing of the module included in the heat exchanger includes a closed side wall 3 and a bottom 17 attached to it on one side, forming a box without a lid, in which a package of plates is laid. Seals 7 in the package of module plates are clamped when this module is docked with neighboring ones; the bottom of the adjacent module in this case acts as a cover, pressing the package of plates 1 with seals 7 between them. In the module closing the assembly of modules in the heat exchanger, the package of plates is clamped using the bottom of the cover 4 or the movable partition 2 (as shown in Fig. 1). The bottoms of 17 modules in a modular heat exchanger serve as partitions that define the flow of coolants through adjacent modules and elements that strengthen the side wall 3 when exposed to pressure differences inside and outside the housing.

Модульный теплообменник с унифицированными разъемами, имеющий в своем составе модули двух-трех оптимальным образом подобранных типоразмеров, может иметь сравнительно плавное регулирование выходных характеристик с помощью изменения состава и числа модулей в теплообменнике. A modular heat exchanger with standardized connectors, comprising two or three optimally selected sizes, can have relatively smooth control of the output characteristics by changing the composition and number of modules in the heat exchanger.

Каждый отдельный модуль модульного теплообменника, дополненный днищем крышкой 4, может функционировать в качестве автономного теплообменника. При этом в случае надобности днище 17 может быть усилено жесткими съемными элементами. Each individual module of a modular heat exchanger, supplemented by a bottom cover 4, can function as a stand-alone heat exchanger. Moreover, if necessary, the bottom 17 can be reinforced with rigid removable elements.

Как следует из приведенного выше описания, число потоков теплоносителей в теплообменнике предлагаемой конструкции не ограничивается двумя. As follows from the above description, the number of coolant flows in the heat exchanger of the proposed design is not limited to two.

Многопоточная схема может быть реализована в изначально двухпоточном теплообменнике введением в пакет пластин специальных перегородок 18, в которых полностью отсутствуют проходы для избранных теплоносителей. При этом в каждой секции теплообменника будет осуществляться теплообмен между двумя теплоносителями (фиг. 10). A multi-threaded scheme can be implemented in an initially two-threaded heat exchanger by introducing special partitions 18 in the plate package, in which there are completely no passages for selected coolants. In this case, in each section of the heat exchanger, heat exchange between two heat carriers will be carried out (Fig. 10).

Вариант многопоточного теплообменника с теплообменом в каждой секции более двух теплоносителей реализуется с помощью пакета пластин, в котором по меньшей мере у двух пар соединенных пластин, образующих между пластинами каждой пары плоский канал для прохода теплоносителя, различаются по форме замкнутые контуры 8 попарного соединения пластин. В этом случае в каждой паре соединенных пластин 1, образующих между собой канал для данного теплоносителя, отверстия 5 для прохода этого теплоносителя размещаются внутри контура 8 в областях, не перекрывающихся при сборке в пакет контурами других соединенных между собой пластин 1, между которыми протекают другие теплоносители (фиг. 11). Уплотнения 7 в этой конструкции (фиг. 12) местами имеют соответственно увеличенную высоту по сравнению с вариантом двухпоточного теплообменника. A variant of a multi-threaded heat exchanger with heat transfer in each section of more than two coolants is implemented using a plate package in which at least two pairs of connected plates forming a flat channel between the plates of each pair for passage of the heat carrier, the closed contours 8 of the pairwise connection of the plates differ in shape. In this case, in each pair of connected plates 1, which form a channel for a given coolant, openings 5 for the passage of this coolant are placed inside the circuit 8 in areas that do not overlap when the circuits are assembled with other connected plates 1, between which other coolants flow (Fig. 11). Seals 7 in this design (Fig. 12) in places have a correspondingly increased height compared to the dual-flow heat exchanger.

Теплообменник во всех описанных выше конструктивных вариантах функционирует при пропускании теплоносителей по системе каналов, образованных пластинами 1, перегородками 2 и стенкой 3 корпуса, между входными и выходными коллекторами. На фиг. 8 и 9 для варианта двухпоточного теплообменника стрелками показаны вход и выход теплоносителей А и Б при организации течения теплоносителей по схеме противотока. Для организации течения теплоносителей по схеме прямотока необходимо для любого одного из теплоносителей поменять местами вход и выход. Как отмечалось выше, предлагаемая конструктивная схема позволяет также организовывать движение теплоносителей по схеме перекрестного тока. The heat exchanger in all the structural variants described above functions when the heat carriers pass through a system of channels formed by plates 1, partitions 2 and the wall 3 of the housing, between the inlet and outlet manifolds. In FIG. 8 and 9 for a variant of a dual-flow heat exchanger, the arrows show the input and output of heat carriers A and B when organizing the flow of heat carriers according to the counterflow scheme. To organize the flow of coolants according to the direct-flow scheme, it is necessary for any one of the coolants to swap the input and output. As noted above, the proposed structural scheme also allows you to organize the movement of coolants according to the cross-current scheme.

Технический эффект использования теплообменников предлагаемой конструкции проистекает из возможности в каждом отдельном применении при заданных входных и выходных параметрах теплоносителей привести геометрические характеристики теплообменника в состояние, близкое к оптимальному, и в случае изменения входных или выходных параметров гибко реагировать на это изменением геометрических характеристик сердечника теплообменника в направлении их оптимизации, изменяя число пластин и перегородок в пакете пластин и относительное положение перегородок в пакете. Предлагаемый теплообменник позволяет более рационально использовать тепловую энергию и энергию давления теплоносителей, благодаря уменьшению потерь тепловой энергии и давления в устройствах, компенсирующих неоптимальность геометрических характеристик теплообменника для поддержания требуемых выходных характеристик тепловой системы. The technical effect of using heat exchangers of the proposed design stems from the possibility in each individual application for given input and output parameters of the coolants to bring the geometric characteristics of the heat exchanger to a state close to optimal, and in case of changes in the input or output parameters, respond flexibly to this by changing the geometric characteristics of the heat exchanger core in the direction their optimization by changing the number of plates and partitions in the package of plates and the relative position partitions in the package. The proposed heat exchanger allows a more rational use of thermal energy and pressure energy of the coolant, due to the reduction of heat and pressure losses in devices that compensate for the non-optimal geometry of the heat exchanger to maintain the required output characteristics of the heat system.

Предлагаемые теплообменники обеспечивают гибкую оптимизацию геометрических характеристик теплообменника сообразно требованиям к выходным характеристикам теплоносителей в сравнительно широком диапазоне последних при относительно малом числе типоразмеров деталей, узлов и сборок. Оптимизированный теплообменник характеризуется минимальной для заданных условий площадью поверхности теплообмена, т.е. минимальными габаритами, материалоемкостью, массой, числом типовых деталей. Отсюда экономический эффект, выражающийся в уменьшении стоимости изготовления и эксплуатации теплообменников предлагаемой конструкции, благодаря их меньшим габаритам, материалоемкости и трудоемкости изготовления по сравнению с корпусными пластинчатыми теплообменниками, имеющими фиксированное число пластин и неизменную схему движения теплоносителей. Присущая предлагаемой конструкции теплообменника увеличенная ширина диапазона рабочих характеристик каждого типоразмера теплообменника позволяет при проектировании типового ряда теплообменников уменьшить число типоразмеров в ряде и таким образом уменьшить стоимость проектных работ по сравнению с вариантом использования корпусного теплообменника с фиксированным числом пластин и схемой протока теплоносителей. Отсутствие многочисленных сложных по форме и сравнительно больших по размерам уплотнительных элементов в предлагаемых теплообменниках делает их более дешевыми в изготовлении и эксплуатации по сравнению с бескорпусными пластинчатыми теплообменниками. The proposed heat exchangers provide flexible optimization of the geometric characteristics of the heat exchanger in accordance with the requirements for the output characteristics of the coolants in a relatively wide range of the latter with a relatively small number of sizes of parts, assemblies and assemblies. The optimized heat exchanger is characterized by a minimum heat exchange surface area for given conditions, i.e. minimum dimensions, material consumption, weight, number of typical parts. Hence the economic effect, expressed in reducing the cost of manufacturing and operation of the heat exchangers of the proposed design, due to their smaller dimensions, material consumption and laboriousness of manufacturing compared to case plate heat exchangers having a fixed number of plates and an unchanged flow pattern of heat carriers. The increased width of the performance range of each heat exchanger size inherent in the proposed heat exchanger design allows reducing the number of standard sizes in a series when designing a standard series of heat exchangers and thus reducing the cost of design work compared to the case of using a case heat exchanger with a fixed number of plates and a flow diagram of heat carriers. The absence of numerous complex in shape and relatively large size sealing elements in the proposed heat exchangers makes them cheaper to manufacture and operate compared to shell-less plate heat exchangers.

Claims (4)

1. ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий корпус, состоящий из замкнутой стенки и двух днищ, и установленный в нем пакет пластин, пространство между которыми и отверстия в которых образуют каналы и проходы для теплоносителей, и содержащий внутри корпуса перегородки, параллельные пластинам, с соответствиями для прохода теплоносителей, отличающийся тем, что корпус теплообменника имеет по меньшей мере один разъем, а также входные и выходные отверстия для двух или более теплоносителей, соединенные с коллекторными полостями теплоносителей, пакет пластин выполнен разборным, причем все пластины в пакете или их часть соединены между собой неразъемно по замкнутым контурам в не менее чем две группы, по меньшей мере по две пластины в каждой группе, в пакете пластин размещены перегородки, числом одна или более, перекрывающие все или отдельные проходы в направлении, перпендикулярном плоскости пластин, для любого числа теплоносителей, протекающих через теплообменник, при этом пакет пластин в направлении, перпендикулярном плоскости пластин, ограничен в каждой из двух сторон перегородкой или днищем корпуса, а в местах контакта пластин, крайних в неразъемных группах, с аналогичными пластинами других групп, перегородками или днищами корпуса установлены уплотнения по замкнутым контурам вокруг избранных отверстий или групп отверстий в пластинах, причем теплообменник оборудован устройством для зажатия пакета пластин и уплотнений между ними в направлении, перпендикулярном плоскости пластин. 1. LAMINATED HEAT EXCHANGER, comprising a housing consisting of a closed wall and two bottoms, and a plate pack installed in it, the space between which and the openings in which form channels and passages for the heat transfer media, and containing inside the body of the partition wall parallel to the plates, corresponding to the passage coolants, characterized in that the heat exchanger housing has at least one connector, as well as inlet and outlet openings for two or more coolants, connected to the collector cavities of the coolants, p The plate assembly is made collapsible, with all the plates in the package or part of them interconnected in closed circuits in at least two groups, at least two plates in each group, partitions with one or more numbers covering all or separate passages in the direction perpendicular to the plane of the plates, for any number of coolants flowing through the heat exchanger, while the package of plates in the direction perpendicular to the plane of the plates is limited in each of the two sides of the partition one or the bottom of the case, and in the places of contact of the plates, extreme in one-piece groups, with similar plates of other groups, partitions or bottoms of the case, seals are installed along closed circuits around selected holes or groups of holes in the plates, and the heat exchanger is equipped with a device for clamping the package of plates and seals between them in the direction perpendicular to the plane of the plates. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что в качестве по меньшей мере одной перегородки использована типовая для данного теплообменника одиночная теплообменная пластина или пара соединенных по замкнутому контуру пластин с избранно закрытыми для прохода теплоносителей отдельными отверстиями. 2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that a single heat exchanger typical for a given heat exchanger or a pair of plates connected in a closed circuit with individual openings selected for closed by the heat carrier are used as at least one partition. 3. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что в избранных местах пакет пластин содержит сообъемные заполняющие элементы, дефлекторы, уплотнения по всему периметру или части периметра избранных перегородок. 3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that in selected places the package of plates contains co-filling elements, deflectors, seals around the entire perimeter or part of the perimeter of the selected partitions. 4. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что пакет пластин содержит различающиеся между собой по геометрическим характеристикам пластины. 4. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the package of plates contains plates that differ in geometry.

Images