RU1127385C - Теплообменник - Google Patents

Description

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в энергетической промышленности.

Известны кожухотрубные перекрестно-точные теплообменники для двух теплоносителей, один из которых подается в пакет оребренных теплообменных труб, подключенных к впускному и выпускному коллекторам и установленных на трубных решетках, в кожухе теплообменника, в котором организуется движение другого теплоносителя.

Недостатком известных теплообменников - сложность и малая интенсивность теплообмена, связанная со сравнительно высокими термическими сопротивлениями труб при омывании вторым теплоносителем.

Известны теплообменники, в которых с целью интенсификации теплообмена каждое ребро является общим для пакета, состоящего из множества тонких труб, и выполнено в виде тонкой плоской зигзагообразной пластины с отверстиями под трубы.

Эти теплообменники компактны и эффективны.

Повышение эффективности достигается путем увеличения поверхности теплообмена, с этой целью пакет труб оребрен множеством плоских зигзагообразных ребер, максимально приближенных друг к другу (до 0,8 мм), причем каждое из ребер является общим для всех труб пакета.

Недостатком этих теплообменников является их сложность, обусловленная необходимостью снижения термических сопротивлений в местах контакта каждого ребра с пакетом труб. Кроме того, интенсивность теплообменника пропорциональна поверхности теплообмена, увеличение которой в этих теплообменниках достигнуто повышением плотности оребрения, что значительно увеличивает аэродинамическое сопротивление потоку теплоносителя и связано с необходимостью значительного повышения мощности вентилятора, что является отрицательным фактором при применении таких теплообменников на транспортных средствах с дефицитом энергии на борту, например на электромобилях.

Известен также теплообменник, содержащий корпус с тонкостенными трубами внутри, разделенный в межтрубном пространстве радиальной перегородкой на отсеки, подключенные к патрубкам ввода и вывода одной из сред.

Данный теплообменник наиболее близок к описываемому.

Недостатком известного теплообменника (как и описанных выше) является его сложность, обусловленная использованием множества тонкостенных труб. Это повышает трудоемкость изготовления, увеличивает стоимость теплообменника и его металлоемкость. Одновременно это снижает и надежность конструкции, т. к. герметичность обеспечивается пайкой или сваркой, а такие соединения в процессе эксплуатации в результате коррозии и механических воздействий, как правило, нарушаются.

Целью изобретения является упрощение монтажно-демонтажных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем корпус по крайней мере с одной трубой внутри, разделенный радиальной перегородкой на отсеки, подключенные к патрубкам ввода и вывода одной из сред, труба выполнена составной из частей, соединенных между собой преимущественно с помощью резьбового соединения и снабженных монолитными ребрами в виде двояковыпуклых линз, имеющих на обеих поверхностях штыри.

Таким образом, в результате применения теплопередающего элемента (трубы) с повышенной средней температурой существенно увеличивается коэффициент теплоотдачи между элементом и окружающей средой при одновременном достижении оптимальных массогабаритных показателей элемента в расчете на единицу рассеиваемой мощности, а также минимального аэродинамического сопротивления потоку среды межтрубного пространства вторичного теплоносителя. Кроме того, элемент может быть изготовлен одним из наиболее прогрессивных методов - литьем, а такие трудоемкие операции, как пайка и сварка, будут исключены, что наиболее приемлемо в условиях массового производства. Кроме того, возможно плавное регулирование производительности теплообменника и создание на этой основе целой серии теплообменных аппаратов различных габаритов и различной мощности.

При этом предпочтительно, чтобы ребра были выполнены в виде двояковыпуклых линз, снабженных множеством штырей, вершины у которых расположены вблизи условных поверхностей, эквидистантных поверхностям ребер.

Такая форма поперечного сечения ребер является оптимальной с точки зрения теплопередачи. Эффективность теплообмена дополнительно повышается путем двустороннего оребрения множеством штырей. При этом теплообменник отличается простотой и удобством в эксплуатации при постоянных коэффициентах теплоотдачи, например, при охлаждении воздухом или жидкостью с принудительной прокачкой.

Желательно, чтобы крышки корпуса охватывали всю поверхность, образованную вершинами штырей, и были размещены относительно них с минимальным зазором. Это позволяет повысить интенсивность обдува теплоотводящей поверхности ребер.

Подводящий патрубок среды межтрубного пространства вторичного теплоносителя выполнен в виде раструба, расширяющегося по высоте корпуса. Этим обеспечивается равномерный обдув воздухом всех частей всех труб. При этом части труб последовательно соединены посредством элементов крепления, которые предпочтительно выполнять в виде резьбовых соединений. Возможен вариант, когда на одной из частей резьба выполнена снаружи, а на другой - изнутри. Возможны и другие варианты крепления частей труб, например посредством соединительных муфт. Соединение в этом месте может быть и неразъемным, например, сварным.

При последовательном соединении частей труб, в которые подается первичный теплоноситель, и для обеспечения подачи вторичного теплоносителя от одного источника (вентилятора) подводящие патрубки вторичного теплоносителя объединяются в общий коллектор.

В зависимости от конкретной конструкции отводящие патрубки вторичного теплоносителя также могут быть объединены в общий коллектор.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано осевое сечение описываемого теплообменника (для упрощения показан теплообменник, содержащий одну секцию, в которой установлена только одна часть теплоотводящего элемента - трубы); на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 показан секционный теплообменник с трубой, состоящей из нескольких частей; на фиг.4 - то же, вид сверху; на фиг.5 показан теплообменник с общим коллектором для подводящих патрубков вторичного теплоносителя; на фиг.6 показан теплообменник с общими коллекторами для подводящих и отводящих патрубков вторичного теплоносителя.

Теплообменник с перекрестно-точным движением теплоносителей содержит теплообменную трубу 1, заключенную в корпус 2, выполненный в виде цилиндра, ограниченного крышками 3 и 4, и разделенный радиальной перегородкой 5, ориентированной продольно на два отсека с подводящим 6 и отводящим 7 патрубками вторичного теплоносителя.

В трубу 1 по патрубку 8 подводится первичный теплоноситель, который отводится через патрубок 9. Труба 1 имеет монолитные ребра 10 в виде двояковыпуклых линз со штырями 11 на обеих поверхностях.

Вершины штырей 11 расположены на условной поверхности, эквидистантной поверхности ребер 10. Другими словами, ребра 10 снабжены множеством равновеликих штырей 11. Крышки 3 и 4 корпуса 2 охватывают поверхность, образованную вершинами штырей 11, и размещены относительно них с минимальным зазором.

Как это видно на фиг.3, подводящий патрубок 6 вторичного теплоносителя выполнен в виде раструба, расширяющегося по высоте корпуса 2 и охватывающего все части трубы 1.

Как это видно на фиг.5, части трубы 1 соединены последовательно. При этом подводящие патрубки 6 вторичного теплоносителя объединены в общий коллектор 12.

На фиг.6 видно, что отводящие патрубки 7 вторичного теплоносителя также объединены в общий коллектор 13.

Соединение частей трубы 1 может быть осуществлено одним из известных способов (например, как это видно на фиг.1), патрубки 8 и 9 для первичного теплоносителя снабжены резьбовыми участками 14. Причем, если на одном из патрубков резьбу выполнить снаружи, а на другом - изнутри, части трубы 1 можно наворачивать друг на друга без применения каких-либо переходных деталей.

Работает теплообменник следующим образом.

Горячий (первичный) теплоноситель подается в подводящий патрубок 8 и, проходя через трубу 1, отдает тепло через стенку радиальным ребрам 10 и штырям 11. При этом, имея оптимальную конструктивную форму с точки зрения теплоотдачи, теплопередающий элемент (труба 1) разогревается практически равномерно из-за его низкого термического сопротивления и выполнения ребер 10 монолитными за одно целое с трубой 1. Вторичный теплоноситель подается через патрубок 6 в подводящий отсек, отделенный от отводящего отсека перегородкой 5, и выводится из этого отсека через патрубок 7. При этом достигается интенсивный теплообмен между обеими средами, разделенными теплопередающим элементом. Интенсивность теплообмена обеспечивается высокой средней температурой элемента (обусловлено незначительными термическими сопротивлениями), достижением интенсивной турбулизации потока теплоносителя (обусловлено наличием штырей) при одновременном снижении аэродинамического сопротивления потоку вторичного теплоносителя, что приводит к снижению затрат на собственные нужды - обеспечивается снижение мощности вентиляторов.

Описываемый теплообменник отличается простотой, надежностью в работе и экономичностью, что является очень существенным фактором при применении теплообменника на электромобилях.

Изготовление теплообменников достигнуто одним из наиболее прогрессивных методов - литьем. Количество деталей, составляющих конструкцию теплообменника, сведено к минимуму. Это является положительным фактором в массовом производстве. Кроме того, снижена материалоемкость теплообменника, его себестоимость и повышена технологичность изготовления.

Достигнута универсальность теплообменника вследствие возможности регулирования его производительности и габаритов. Это делает возможным применение такого теплообменника в самых различных областях энергетической промышленности.

Claims (1)

1. ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий корпус по крайней мере с одной трубой внутри, разделенный радиальной перегородкой на отсеки, подключенные к патрубкам ввода и вывода одной из сред, отличающийся тем, что, с целью упрощения монтажно-демонтажных работ, труба выполнена составной из частей, соединенных между собой преимущественно с помощью резьбового соединения и снабженных монолитными ребрами в виде двояковыпуклых линз, имеющих на обеих поверхностях штыри.

Images