Теплообмінник для систем нагрівання та охолодження

1. Теплообмінник для систем нагріву і охолоджування, що складається з корпусу коробчатої форми, утворюючого камеру теплообміну, і розташованого всередині корпусу трубчастого теплообмінного елемента із закріпленими на ньому ребрами, при цьому корпус і трубчастий теплообмінний елемент виконаний з можливістю роздільного підведення і відведення теплоносіїв за допомогою розподільних колекторів, який відрізняється тим, що корпус виконаний замкнутої коробчатої форми, на зовнішніх поверхнях щонайменше двох протилежних бічних стінок корпусу закріплені ребра, розташовані з деяким кроком одне щодо одного і перпендикулярно до поверхні цих стінок, а трубчастий теплообмінний елемент розміщений із зміщенням до однієї з торцевих стінок корпусу. 2. Теплообмінник за п. 1, який відрізняється тим, що корпус і ребра виконані з тонкого листового металу, що не взаємодіє з вживаним теплоносієм, наприклад алюмінію. 3. Теплообмінник за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що стінки корпусу з'єднані в короб за допомогою заклепувальних з'єднань. 4. Теплообмінник за п. 3, який відрізняється тим, що в зоні заклепувальних з'єднань між прилеглими одна до одної поверхнями кромок стінок корпусу розташований герметик, наприклад силікон. C2 2 (19) 1 3 88706 4 диціонування повітря в житлових і виробничих значної кількості деталей в теплообмінних пакеприміщеннях, а також в холодильних установках з тах, що суттєво збільшує вартість його виготовкамерним і локальним охолоджуванням. лення; Важливими умовами функціонування тепло- складність технічного обслуговування і ремообмінних пристроїв, які повинні враховуватися при нту в процесі експлуатації, обумовлена необхіднісїх розробці і подальшій експлуатації, є, по-перше, тю демонтажу і подальшого монтажу великої кільзабезпечення оптимальної ефективності теплообкості деталей. мінного процесу (теплова потужність, тиск, темпеВ сукупності вказані недоліки суттєво обмежуратура і витрата теплоносія) для заданих умов ють функціональні можливості теплообмінникааналога. експлуатації, по-друге, можливість регулювання Відомий теплообмінник (Патент RU процесу теплообміну з урахуванням зміни умов №1531615, F28D1/00, дата публікації експлуатації при незмінних параметрах на вході в 10.07.2006p.), що складається з корпусу коробчастеплообмінник, по-третє, простота конструкції в тої форми, утворюючого камеру теплообміну, і поєднанні з невисокою вартістю вживаних матерірозташованого всередині корпуси трубчастого алів і теплообмінних пристроїв в цілому, і, потеплообмінного елемента із закріпленими на ньочетверте, зручність і надійність в процесі експлуаму ребрами, при цьому корпус і трубчастий теплотації, у тому числі при обслуговуванні і ремонті. Відомий теплообмінник (Патент RU обмінний елемент виконаний з можливістю розді№2042911, F24D9/00, дата публікації льного підведення і відведення теплоносіїв. 27.08.1995p.), що складається з корпусу коробчасКорпус виконаний прямокутної форми з відкрититої форми, утворюючого камеру теплообміну. Корми торцями, які з'єднані з газовою магістраллю. пус виконаний з відкритими торцями, на одному з Трубчастий теплообмінний елемент виконаний яких закріплено днище. Усередині корпусу над зігнутим у формі змійовика і містить гофровані днищем розміщені теплообмінні елементи у виребра, між якими змонтовані пластини з відбуртогляді пакету пластин з ущільнювачами між ними, вками для кріплення до внутрішніх стінок корпусу. утворюючими роздільні проточні канали для двох Дві протилежні стінки корпусу виконано з напівцитеплоносіїв. На протилежному торці корпусу вкаліндровими виїмками, з'єднаними з додатковими напівциліндровими елементами, утворюючими заний пакет зафіксований знімною кришкою. Коррозподільні колектори для підведення і відведення пус містить щонайменше один рознімач, а також теплоносія в трубчастий теплообмінний елемент вхідні і вихідні отвори для двох теплоносіїв, виковід розподільних колекторів. Теплообмінник застонані з можливістю з'єднання з колекторами. Ефексовується в системах для нагріву і охолоджування тивність теплообміну регулюється як за рахунок рідин на стаціонарних і автономних об'єктах. зміни об'єму камери теплообміну шляхом підбору Відомий теплообмінник дозволяє забезпечити відповідної кількості пластин і ущільнювачів в паефективність теплообмінного, процесу для задакеті, так і за рахунок зміни організації руху теплоносія - по схемах простотоку, протитечії або перених умов експлуатації і відрізняється простотою хресних потоків — шляхом різних варіантів подачі конструкції і зручністю обслуговування в процесі експлуатації. теплоносіїв через вхідні і вихідні отвори в корпусі. Недоліками відомого теплообмінника є: Теплообмінник може використовуватися з од- обмежена область застосування, обумовленим пакетом в корпусі, а також в зборі з декількох пакетів. В збірному варіанті виконання знімні крина конструктивним виконанням, що виключає його шки розміщені між пакетами пластин з ущільнювавикористовування в системах, в яких теплоперечами і зверху замикаючого пакету. При цьому знідача здійснюється від корпусу безпосередньо в мні кришки є перегородками, що задають схеми об'єкт обслуговування, а також в системах, в яких потоку теплоносія в прилеглих пакетах, а також первинним теплоносієм є рідина; перерозподіляють зусилля тиску між стінками кор- відсутність можливості регулювання процесу пусу. Такий варіант виконання дозволяє реалізутеплообміну з урахуванням зміни умов експлуатації при незмінних параметрах на вході в теплообвати багатоконтурну схему теплообміну. Відомий теплообмінник дозволяє забезпечити мінник; - порівняно велика матеріаломісткість, обумоефективність теплообмінного процесу для заданих влена застосуванням товстостінних деталей для умов експлуатації, а також можливість його регувиготовлення корпусу. лювання з урахуванням зміни цих умов при неВ основу винаходу поставлена задача ствозмінних параметрах на вході в теплообмінник як за рахунок зміни об'єму камери теплообміну - при рення такого теплообмінника для систем нагріву і зміні кількості пластин і ущільнень в пакетах, так і охолоджування, в якому за рахунок іншого консза рахунок зміни схеми руху теплоносіїв - при зміні труктивного виконання корпусу, утворюючого кавзаємного розташування пакетів. меру теплообміну, іншого виконання і розміщення Недоліками відомого теплообмінника є: в корпусі трубчастого теплообмінного елемента, а - обмежена область застосування, обумовлетакож оснащення стінок корпусу ребрами, забезна конструктивним виконанням, що виключає його печуються підвищення ефективності теплообміну і використовування в системах, в яких теплоперерозширення області застосування в поєднанні з простотою конструкції, невисокою вартістю вигодача здійснюється від корпусу безпосередньо в товлення і експлуатації. об'єкт обслуговування; Поставлена задача вирішується тим, що в те- велика матеріаломісткість і складність консплообміннику, що складається з корпусу коробчаструкції, обумовлена застосуванням товстостінних тої форми, утворюючого камеру теплообміну, і деталей для виготовлення корпусу і наявністю 5 88706 6 розташованого всередині корпуси трубчастого атації, а також його регулювання з урахуванням теплообмінного елемента із закріпленими на ньозміни цих умов при незмінних параметрах на вході му ребрами, при цьому корпус і трубчастий теплов теплообмінник за рахунок зміни кількості теплообмінний елемент виконаний з можливістю роздіобмінників в системі. Вказаний результат досягального підведення і відведення теплоносіїв за ється в поєднанні з невеликими габаритними роздопомогою розподільних колекторів, згідно винамірами і масою теплообмінника, простотою ходу корпус виконаний замкнутої коробчастої фоконструкції, невисокою вартістю, а також зручністю рми, на зовнішніх поверхнях щонайменше двох і технологічністю монтажу і обслуговування в пропротилежних бічних стінок корпусу закріплені ребцесі експлуатації. Виконання корпусу і ребер у вира, розташовані з деяким кроком одне відносно гляді плоских поверхонь, з'єднаних між собою на одного і перпендикулярно до поверхні цих стінок, а хлистом за допомогою заклепок, дозволяє як заготрубчастий теплообмінний елемент розміщений із тівки використовувати тонкостінний листовий мезміщенням до однієї з торцевих стінок корпусу. тал, що суттєво знижує трудомісткість виготовленДля підвищення ефективності теплообміну і ня і ремонту теплообмінника. зниження його маси корпус і ребра виконаний з В нижченаведених прикладах розглядається тонкого листового металу, що не взаємодіє з вжиконструктивне виконання теплообмінника і схем його застосування в системах теплообміну. Тепваним теплоносієм, наприклад алюмінію. Для спрощення конструкції і зниження вартості лообмінник може використовуватися для тепловиготовлення при одночасному забезпеченні необміну між середовищами: рідина-рідина-рідина, обхідних якостей міцності стінки корпуси з'єднані в рідина-рідина-повітря і повітря-рідина-повітря. Як рідкий теплоносій в камері теплообміну можуть короб за допомогою заклепувальних з'єднань. застосовуватися незамерзаючі рідини (пропіленгДля підвищення надійності в процесі експлуаликоль, етиленгликоль) або олива, в трубчастому тації в зоні заклепувальних з'єднань між прилегтеплообмінному елементі - гаряча і холодна вода, лими одна до одної поверхнями кромок стінок корпусу розташований герметик, наприклад силікон. незамерзаючі рідини (пропіленгликоль, етиленглиДля спрощення конструкції і зниження вартості коль) або холодоагенти для холодильної техніки виготовлення на одній із стінок корпуси виконано (окрім аміаку). щонайменше один отвір для підведення і відвеСутність винаходу пояснюється представледення теплоносія в камеру теплообміну. ними фігурами креслення, де на Фіг.1-загальний вид теплообмінника; на Фіг.2 - схема використовуДля підвищення ефективності теплообміну ківання теплообмінника як джерело тепла; на Фіг.3 лькість і висота ребер, закріплених на корпусі, висхема використовування теплообмінника як джебираються з умови, при якій загальна площа їх рело охолоджування. поверхні не менше загальної площі поверхні стінок Теплообмінник (Фіг.1) складається з корпусу 1 корпусу. замкнутої коробчастої форми, утвореного з'єднанДля спрощення конструкції і зниження вартості ням стінок 2, 3, 4 і 5 за допомогою заклепок 6. При виготовлення ребра виконані у вигляді, наприклад, цьому верхня стінка 4 утворена нахлистним з'єдП-подібних профілів, закріплених на зазначених нанням відтбуртовок бічних стінок 2 і 3, а торцеві стінках корпусу через перемичку профілю за достінки 7 і 8 - аналогічним з'єднанням відбуртовок помогою заклепувального з'єднання, що включає чотирьох стінок 2, 3, 4 і 5. Поверхні в зонах з'єдне менше ніж три заклепки по довжині кожного нання зазначених стінок загерметизовані герметиребра. ком, наприклад силіконом або ущільнювальними Для спрощення конструкції ребра закріплені на протилежних стінках корпусу симетрично одне прокладками (не показані). Внутрішня порожнина відносно одного або з деяким зміщенням, наприкорпусу 1 являється камерою теплообміну (не поклад на ½ кроку. значена). На стінці 4 є отвір 9 для підведення тепДля підвищення надійності в процесі експлуалоносія в камеру теплообміну і відведення з неї, тації в зоні заклепувального з'єднання між прилегяке в робочому стані теплообмінника герметизулими одна до одної поверхнями перемичок ребер і ється, наприклад, гвинтовою пробкою (не показазазначених стінок корпусу розташований герметик, на). наприклад силікон. На бічних стінках 2 і 3 перпендикулярно до їх Для підвищення ефективності теплообміну і поверхонь із заданим кроком закріплені ребра 10, виконані у вигляді П-подібних профілів з перемичзниження вартості виготовлення трубчастий тепкою 11 і вертикальними поверхнями 12, які разом лообмінний елемент виконаний, наприклад, з мідіз стінками корпусу 1 утворюють теплообмінні поної трубки U-подібної або S-подібної форми з поверхні. Кріплення ребер 10 до стінок 2 і 3 виконано слідовно поперемінними ділянками звуження і за допомогою не менше трьох заклепок 13. Ребра розширення внутрішнього каналу. 10 на протилежних стінках 2 і 3 розташовані із Для підвищення ефективності теплообміну і зміщенням одне відносно одного на ½ кроку. Між зниження вартості виготовлення ребра на трубчаповерхнями перемичок 11 і прилеглими до неї постому теплообмінному елементі закріплені із задаверхнями стінок 2 і 3 розміщений герметик - силіним кроком перпендикулярно до внутрішньої поверхні стінок корпусу і виконані, наприклад з кон (не показаний). Довжина кожного ребра 10 плоских пластин. відповідає довжині стінки 2 і 3, а сумарна площа Сукупність загальних і відрізнювальних суттєвертикальних поверхонь 12 більше загальної плових ознак винаходу, що заявляється, дозволяє щі зовнішньої поверхні стінок корпусу 1. Усередині корпусу 1 змонтований трубчастий реалізувати в теплообміннику високу ефективність теплообмінний елемент 14, виконаний з мідної теплообмінного процесу для заданих умов експлу 7 88706 8 трубки U-подібної форми з послідовно поперемін16 и далі через розширювальний бачок 19 і циркуними ділянками звуження і розширення внутрішляційний насос 20 повертається до системи нього каналу. Вказаний елемент 14 розташований централізованого опалювання 18. Для підвищення із зміщенням до торцевої стінки 8 і зазором між ефективності теплообміну, наприклад в системах ним і протилежною торцевою стінкою 7, а також вентиляції або кондиціонування, може використобічними стінками 2, 3, 4 і 5 вільних порожнин. Кінвуватися примусовий зовнішній обдув теплообмінцеві частини 15 і 16 трубчастого теплообмінного ника за допомогою вентилятора (не показаний). елемента 14 закріплені на торцевій стінці 8 і викоЗазначена схема дозволяє використовувати тепнані з можливістю їх з'єднання з розподільними лообмінник для теплообміну в невеликих приміколекторами (не показані). На трубчастому теплощеннях, в локальних зонах приміщень або в сисобмінному елементі 14 жорстко закріплені плоскі темах вентиляції і кондиціонування. Приклад 2. ребра 17. Ребра 17 розташовані з однаковим кроТеплообмінник використовується як джерело охоком і перпендикулярно стінкам корпусу 1. Висота і лоджування (Фіг.3). Виконання теплообмінника: ширина ребер 17 менше відповідних розмірів кортрубчастий теплообмінний елемент 14 виконаний пусу 1. з мідної трубки S-подібної форми з послідовно В розглянутому прикладі корпус 1 і ребра 11 поперемінними ділянками звуження і розширення виконані з листового алюмінію марки АМЦН-2 завнутрішнього каналу (не показано) і розташований втовшки 0,5мм. Габаритні розміри корпусу: без із зміщенням до однієї торцевої стінки корпусу 1, ребер - 550x280x15мм, з ребрами - 550x280x75мм. його кінцеві частини 15 і 16 закріплені на протилеВисота П-подібного профілю - 30мм, ширина його жних торцевих стінках (не позначені) корпусу 1 і перемички - 12мм. Кількість ребер на кожній стінці виконані з можливістю їх з'єднання з розподільни- 13 штук. Площа поверхні теплообміну: корпусу ми колекторами. 2 2 2 0,324м , ребер - 0,437м , загальна - 0,761м . ТрубТеплообмінники розміщуються в камерах 21, частий теплообмінний елемент 14 і закріплені на наприклад, вітринах для швидкопсувних продуктів ньому плоскі ребра 17 виконані з міді. холодильних установок 22. В камери теплообміну Теплообмінник працює таким чином. на кожному теплообміннику через отвір 9 (Фіг.1) Приклад 1. Теплообмінник використовується заливається рідкий теплоносій, наприклад, пропіяк джерело тепла (Фіг.2). ленгликоль, після чого отвори герметизуються Виконання теплообмінника: трубчастий теплогвинтовими пробками (не показані). Для регулюобмінний елемент 14 виконаний з мідної трубки Uвання процесу теплообміну з урахуванням зміни подібної форми з послідовно поперемінними діляумов експлуатації при незмінних параметрах на нками звуження і розширення внутрішнього каналу вході в теплообмінник в кожній камері 21 монту(не показано) і розташований із зміщенням до торються локальні системи охолоджування, що вклюцевої стінки 8 корпусу 1, його кінцеві частини 15 і чають теплообмінник, циркулярний насос 23, дат16 закріплені на зазначеній торцевій стінці 8 і вичик температури 24 і вентилятор 25. Локальні конані з можливістю їх з'єднання з розподільними системи охолоджування через кінцеві частини 15 і колекторами. 16 трубчастого теплообмінного елемента 14 підВ камеру теплообміну корпусу 1 через отвір 9 ключаються до системи циркуляції холодоагента, (Фіг.1) заливається рідкий теплоносій, наприклад, яка містить розширювальний бачок 26 і циркулярпропіленгликоль, після чого отвір герметизується ний насос 27. Процес теплообміну між теплоносігвинтовою пробкою (не показана). Кінцеві частини ями здійснюється аналогічно розглянутому вище 15 і 16 трубчастого теплообмінного елемента 14 прикладу. Відпрацьований холодоагент виводитьпідключаються до колекторів джерела теплової ся з трубчастих теплообмінних елементів 14 в сисенергії, наприклад, системи циркуляції гарячої тему його циркуляції, повертаючись в холодильну води централізованого опалювання 18. Проходячи установку 22. Схеми підключення теплообмінника через трубчастий теплообмінний елемент 14, гаможуть доповнюватися пристроями для захисту ряча вода в процесі теплової взаємодії з його стінвід замерзання. ками і плоскими ребрами 17 передає частину тепПропонована конструкція теплообмінника є лової енергії теплоносію в камері теплообміну, а універсальною, оскільки може використовуватися через нього - теплообмінної поверхні, утвореної для нагріву і охолоджування в системах опалюстінками корпусу 1 і ребрами 10. Висока ефективвання, вентиляції і кондиціонування повітря в житність теплообміну в первинному контурі теплооблових і виробничих приміщеннях, а також в холоміну досягається за рахунок виконання трубчастодильних установках з камерним і локальним го теплообмінного елемента 14 з послідовно охолоджуванням. Теплообмінник володіє високою поперемінними ділянками звуження і розширення ефективністю теплообміну, а також можливістю внутрішнього каналу, що додає потоку теплоносія регулювання процесу теплообміну з урахуванням турбулентного характеру, і збільшення його площі зміни умов експлуатації при незмінних параметрах теплообміну за допомогою плоских ребер 17, а у на вході в теплообмінник. При цьому теплообмінвторинному контурі - за рахунок збільшення більш ник відрізняється простотою конструкції, має неніж в два рази поверхні теплообміну корпусу 1 із великі габаритні розміри і невисоку вартість вигозакріпленими на ньому ребрами 10. Відпрацьоватовлення в поєднанні із зручністю і технологічністю ний теплоносій виводиться із трубчастого тепломонтажу i обслуговування процесі експлуатації. обмінного елемента 14 через його кінцеву частину 9 88706 10 11 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 88706 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601