RU159637U1

RU159637U1 - MICROCHANNEL HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: RU159637U1
Application number: RU2015122237/06U
Authority: RU
Inventors: Андрей Борисович Гаряев; Наталья Михайловна Савченкова; Ольга Евгеньевна Прун; Сергей Витальевич Захаров; Михаил Валентинович Горелов
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2016-02-20

Abstract

1. Микроканальный теплообменник, состоящий из жесткого корпуса, содержащего теплообменную матрицу, образованную из спаянных между собой тонких теплопроводных пластин одинаковой конструкции, образующих каналы, патрубков для подвода и отвода теплоносителей, теплообменная матрица закреплена к расположенным на входе и выходе теплоносителей пластинам с отверстиями, отличающийся тем, что он снабжен двумя видами каналов горячего и холодного теплоносителей: коллекторными, расположенными противоположно друг другу, и основными каналами, при этом пластины с микроканалами соседних слоев теплообменной матрицы по-разному ориентированы относительно друг друга.2. Микроканальный теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что тонкие теплопроводные пластины спаяны между собой с помощью тонкой проволоки, образуя микроканалы, и длина основных каналов соизмерима с их высотой.1. Microchannel heat exchanger, consisting of a rigid casing containing a heat transfer matrix formed of thin heat-conducting plates welded together of the same design, forming channels, pipes for supplying and removing heat carriers, the heat transfer matrix is fixed to plates with holes located at the input and output of the heat carrier, characterized in the fact that it is equipped with two types of channels of hot and cold coolants: collector, located opposite each other, and the main channels, when the volume of the plate with microchannels of adjacent layers of the heat transfer matrix are differently oriented relative to each other. 2. The microchannel heat exchanger according to claim 1, characterized in that the thin heat-conducting plates are soldered together using a thin wire, forming microchannels, and the length of the main channels is comparable with their height.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области теплообменной техники и направлено на повышение эффективности микроканальных теплообменников.The proposed technical solution relates to the field of heat transfer technology and is aimed at improving the efficiency of microchannel heat exchangers.

Известен ряд устройств, где описаны различные существующие способы повышение эффективности, например, RU 2010104252, заявка на изобретение: «Теплообменная система с теплообменным устройством, а также способ изготовления теплообменной системы», 20.08.2011, RU 107582 «Микроканальный теплообменник с нанорельефом».A number of devices are known where various existing methods for increasing efficiency are described, for example, RU 2010104252, application for an invention: “Heat exchange system with a heat exchange device, and also a method for manufacturing a heat exchange system”, 08/20/2011, RU 107582 “Microchannel heat exchanger with nanorelief”.

Наиболее близким к предлагаемому и принятому за прототип, является устройство, представленное в патенте: US 4516632 «Micro Channel cross flow fluid heat exchanger and method for its fabrication» 1982.Closest to the proposed and adopted as a prototype, is the device presented in the patent: US 4516632 "Micro Channel cross flow fluid heat exchanger and method for its fabrication" 1982.

Представленный в патенте США №4516632 микроканальный теплообменник состоит из набора тонких металлических пластин, спаянных вместе, имеющих множество параллельных щелей, которые образуют каналы для движения теплоносителя, включают входные и выходные патрубки, которые обеспечивают подачу теплоносителя к прямоугольным отверстиям коллектора, чтобы сформировать два набора каналов для теплоносителя, с поперечным потоком, и где каждый из указанных листов щелевых включает в себя набор из четырех прямоугольных отверстий коллектора, формирующие внутренние коллекторы для потока жидкости, расположенные противоположно друг другу.The microchannel heat exchanger presented in US Pat. No. 4,516,632 consists of a set of thin metal plates brazed together, having a plurality of parallel slots that form channels for the movement of coolant, include inlet and outlet pipes that supply coolant to the rectangular openings of the collector to form two sets of channels for the coolant, with a transverse flow, and where each of these slit sheets includes a set of four rectangular collector holes, forming e internal manifolds for fluid flow, disposed opposite to each other.

Подобные установки обладают следующими недостатками: последовательные каналы в наборе повернуты на девяносто градусов по отношению друг к другу так, чтобы образовать два набора каналов обеспечивающих перекрестноточную, а не противоточную схему движения. Пластины не зафиксированы относительно друг друга по ходам движения теплоносителей, поэтому конструкция может быть недостаточно жесткой. Кроме того, эти каналы имеют большую длину по ходу движения теплоносителей.Such installations have the following disadvantages: consecutive channels in the set are rotated ninety degrees with respect to each other so as to form two sets of channels providing a cross-flow, rather than counter-current, movement pattern. The plates are not fixed relative to each other along the paths of the coolant, so the design may not be rigid enough. In addition, these channels have a large length in the direction of the coolant.

Традиционный путь повышения эффективности теплообмена в микроканальных теплообменниках состоит также в уменьшении размеров теплообменных каналов при увеличении их числа и создания микрорельефа на поверхности каналов. Это увеличивает материалоемкость и стоимость теплообменников.The traditional way to increase the efficiency of heat transfer in microchannel heat exchangers is also to reduce the size of the heat exchange channels with an increase in their number and create a microrelief on the surface of the channels. This increases the consumption of materials and the cost of heat exchangers.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении эффективности микроканальных теплообменников, снижении потребления дорогостоящей электрической энергии на прокачку теплоносителя, увеличении срока эксплуатации насосного оборудования, уменьшении материалоемкости, снижении стоимости теплообменных аппаратов и эксплуатационных затрат.The technical problem solved by the proposed device is to increase the efficiency of microchannel heat exchangers, reduce the consumption of expensive electric energy for pumping coolant, increase the life of pumping equipment, reduce material consumption, reduce the cost of heat exchangers and operating costs.

Технический эффект, позволяющий решить поставленную техническую задачу, заключается в повышении эффективности путем организации преимущественно противоточной схемы относительного движения теплоносителей, уменьшении гидравлического диаметра и снижении гидравлического сопротивления проточной части за счет снижения длины основных каналов микроканальных теплообменников.The technical effect, which allows to solve the technical problem, is to increase efficiency by organizing a predominantly countercurrent flow diagram for the relative movement of heat carriers, reducing the hydraulic diameter and reducing the hydraulic resistance of the flow part by reducing the length of the main channels of microchannel heat exchangers.

Поставленная задача решается тем, что известный микроканальный теплообменник, состоящий из жесткого корпуса, содержащего теплообменную матрицу, образованную из спаянных между собой тонких теплопроводных пластин одинаковой конструкции, образующих каналы, патрубки для подвода и отвода теплоносителей, при этом теплообменная матрица закреплена к расположенным на входе и выходе теплоносителей пластинам с отверстиями, согласно полезной модели, снабжен двумя видами каналов горячего и холодного теплоносителей: коллекторными, расположенными противоположно друг другу, и основными каналами, при этом пластины соседних слоев теплообменной матрицы по-разному ориентированы относительно друг друга.The problem is solved in that the well-known microchannel heat exchanger, consisting of a rigid body containing a heat transfer matrix formed of thin heat-conducting plates welded together of the same design, forming channels, pipes for supplying and discharging coolants, while the heat-transfer matrix is fixed to located at the input and according to the utility model, it is equipped with two types of channels of hot and cold coolants: collector, located and opposite each other, and the main channels, the heat exchange plates adjacent matrix layers are differently oriented relative to each other.

Кроме того, тонкие теплопроводные пластины спаяны между собой с помощью тонкой проволоки, образуя микроканалы, и длина основных каналов соизмерима с их высотой.In addition, thin heat-conducting plates are soldered together using a thin wire, forming microchannels, and the length of the main channels is comparable with their height.

Таким образом, в микроканальном теплообменнике организуется преимущественно противоточная схема относительного движения теплоносителей, и уменьшается гидравлический диаметр каналов, что при малом гидравлическом сопротивлении проточной части обеспечивает высокую компактность теплообменника и высокое значение коэффициента теплопередачи, в результате, достигается высокая тепловая эффективность аппарата по сравнению с существующими микроканальными теплообменниками.Thus, in the microchannel heat exchanger, a predominantly countercurrent scheme of the relative motion of the coolants is organized, and the hydraulic diameter of the channels is reduced, which, with a small hydraulic resistance of the flow part, ensures high compactness of the heat exchanger and a high heat transfer coefficient; heat exchangers.

На фиг. 1 представлен микроканальный теплообменный аппарат.In FIG. 1 shows a microchannel heat exchanger.

На фиг. 2 изображена сборка пластин теплообменной матрицы.In FIG. 2 shows the assembly of plates of a heat exchange matrix.

На фиг. 3 представлена схема движения теплоносителей по пластинам теплообменной матрицы.In FIG. 3 shows a diagram of the movement of coolants along the plates of a heat transfer matrix.

Микроканальный теплообменный аппарат (Фиг. 1), относящийся к классу рекуперативных теплообменников, состоит из жесткого корпуса 1, содержащего теплообменную матрицу 2 (Фиг. 2), образованную из спаянных между собой тонких гладких теплопроводных пластин 3 (Фиг 3.) одинаковой конструкции, патрубков для подвода 4, 5 и отвода 6, 7 горячего и холодного теплоносителей, теплообменная матрица крепится к расположенным на входе и выходе теплоносителей пластинам 8, с отверстиями 9, обеспечивающими подачу каждого из теплоносителей к коллекторным каналам горячего 10 и холодного 11 теплоносителей, расположенным противоположно друг другу, далее подачу теплоносителя к основным каналам горячего 12 и холодного 13 теплоносителей, при этом соседние пластины с микроканалами теплообменной матрицы по-разному ориентированы друг относительно друга, что обеспечивает возможность подвода и отвода потока теплоносителя с разных сторон, организуя преимущественно противоточную схему движения теплоносителей, более эффективную, чем перекрестноточная схема, при этом гладкие теплопроводные пластины спаяны между собой с помощью тонкой проволоки 14, образуя микроканалы с расстоянием между пластинами от 100 до 2000 микрон.The microchannel heat exchanger (Fig. 1), which belongs to the class of recuperative heat exchangers, consists of a rigid casing 1 containing a heat exchange matrix 2 (Fig. 2) formed of thin smooth heat-conducting plates 3 (Fig. 3) of the same design welded together, pipes for supplying 4, 5 and removal of hot and cold coolants 6, 7, the heat exchange matrix is attached to the plates 8 located at the inlet and outlet of the coolant, with openings 9 that supply each of the coolants to the collector channels of grief of which 10 and cold 11 heat carriers are located opposite to each other, then the coolant is supplied to the main channels of hot 12 and cold 13 coolants, while adjacent plates with microchannels of the heat transfer matrix are differently oriented relative to each other, which makes it possible to supply and discharge the heat carrier flow with of different sides, organizing a predominantly countercurrent flow diagram of coolants, more efficient than a cross-flow diagram, while smooth heat-conducting plates are soldered between by itself using a thin wire 14, forming microchannels with a distance between the plates from 100 to 2000 microns.

Установка работает следующим образом (Фиг. 1 и 3):The installation works as follows (Fig. 1 and 3):

Горячий теплоноситель подается в патрубок 4 и через отверстие 9 в расположенной на входе горячего теплоносителей пластине 8, поступает в пространство над теплообменной матрицей - к коллекторному каналу горячего теплоносителя 10. Далее он заходит в открытые сверху (четные) основные каналы 12, образованные пластинами теплообменной матрицы 3 и напаянной на них проволокой 14.The hot heat carrier is supplied to the nozzle 4 and through the hole 9 in the plate 8 located at the inlet of the hot heat transfer medium, enters the space above the heat transfer matrix - to the collector channel of the hot heat transfer medium 10. Then it enters the main channels 12 open from above (even) formed by plates of the heat transfer matrix 3 and soldered wire 14.

Холодный теплоноситель подается в патрубок 5 и поступает в пространство под теплообменной матрицей - к коллекторному каналу холодного теплоносителя 11. Далее он заходит в открытые снизу (нечетные) основные каналы 13, образованные пластинами теплообменной матрицы 3 и напаянной на них проволокой 14.The cold heat carrier is supplied to the pipe 5 and enters the space under the heat exchange matrix - to the collector channel of the cold heat carrier 11. Then it enters the main channels 13, which are open from the bottom, formed by the plates of the heat exchange matrix 3 and the wire 14 soldered to them.

Через стенки каналов осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному, движущихся по соседним каналам. Зона наиболее интенсивного теплообмена организована так, что обеспечивает противоточное движение теплоносителей в микроканалах.Through the walls of the channels, heat is transferred from the hot coolant to the cold, moving along adjacent channels. The zone of the most intense heat exchange is organized in such a way that it provides countercurrent movement of heat carriers in microchannels.

Охлажденный горячий теплоноситель отводится из теплообменной матрицы и удаляется из теплообменника через патрубок 6.Cooled hot heat carrier is removed from the heat transfer matrix and is removed from the heat exchanger through the pipe 6.

Нагретый холодный теплоноситель отводится из теплообменной матрицы и удаляется из теплообменника через патрубок 7.The heated coolant is removed from the heat transfer matrix and is removed from the heat exchanger through the pipe 7.

Напаянная на пластины проволока играет следующую роль:The soldered wire plays the following role:

- Организует стенки микроканалов с малым гидравлическим диаметром, что приводит к существенному росту теплоотдачи.- Organizes the walls of microchannels with a small hydraulic diameter, which leads to a significant increase in heat transfer.

- Обеспечивает противоточное движение теплоносителей, в зоне наиболее эффективного теплообмена- Provides countercurrent movement of coolants in the zone of the most efficient heat transfer

- Играет роль оребрения поверхности, что ведет к росту теплоотдачи- It plays the role of surface finning, which leads to an increase in heat transfer

- Обеспечивает жесткость конструкции при малой толщине пластин.- Provides structural rigidity with a small plate thickness.

Толщина проволоки и шаг ее расположения на поверхности пластин определяют гидравлический диаметр микроканалов, площадь поверхности оребрения, и таким образом передаваемый тепловой поток и гидравлическое сопротивление в системе.The thickness of the wire and the step of its location on the surface of the plates determine the hydraulic diameter of the microchannels, the surface area of the fins, and thus the transmitted heat flux and hydraulic resistance in the system.

Размеры пластин, расстояние между ними, расстояние между проволокой, образующей каналы рассчитываются и оптимизируются по специальной методике.The dimensions of the plates, the distance between them, the distance between the wire forming the channels are calculated and optimized by a special technique.

Предлагаемый теплообменник отличается от существующих микроканальных теплообменников тем, что в нем обеспечивается преимущественно противоточная схема движения теплоносителей за счет возможности подвода и отвода потока теплоносителя с разных сторон, которая более эффективна, чем схема «перекрестного тока», а также тем, что за счет малой длины каналов достигается малое гидравлическое сопротивление проточной части, и за счет обеспечения высокой компактности и высокого значения коэффициента теплопередачи достигается высокая тепловая эффективность аппарата. Тонкие теплопроводные пластины теплообменника спаиваются между собой с помощью тонкой проволоки, образуя микроканалы, что обеспечивает жесткость конструкции и фиксированное расстояние между пластинами от 100 до 2000 микрон.The proposed heat exchanger differs from existing microchannel heat exchangers in that it provides primarily a countercurrent flow diagram of the heat carriers due to the possibility of supplying and removing the heat carrier flow from different sides, which is more efficient than the cross-current scheme, and also due to the short length channels, low hydraulic resistance of the flow part is achieved, and due to the high compactness and high values of the heat transfer coefficient, high heat vehicle efficiency. Thin heat-conducting plates of the heat exchanger are soldered together using a thin wire, forming microchannels, which ensures rigidity and a fixed distance between the plates from 100 to 2000 microns.

Предлагаемый теплообменник обеспечивает также снижение потребления дорогостоящей электрической энергии на прокачку теплоносителя, увеличение срока эксплуатации насосного оборудования, уменьшение материалоемкости, снижение стоимости теплообменных аппаратов и эксплуатационных затрат.The proposed heat exchanger also provides a reduction in the consumption of expensive electric energy for pumping coolant, an increase in the life of the pumping equipment, a decrease in material consumption, a decrease in the cost of heat exchangers and operating costs.

Claims

1. Microchannel heat exchanger, consisting of a rigid casing containing a heat transfer matrix formed of thin heat-conducting plates welded together of the same design, forming channels, pipes for supplying and removing heat carriers, the heat transfer matrix is fixed to plates with holes located at the input and output of the heat carrier, characterized in the fact that it is equipped with two types of channels of hot and cold coolants: collector, located opposite each other, and the main channels, when the volume of the plate with microchannels of adjacent layers of the heat transfer matrix are differently oriented relative to each other.

2. The microchannel heat exchanger according to claim 1, characterized in that the thin heat-conducting plates are soldered together using a thin wire, forming microchannels, and the length of the main channels is comparable with their height.