RU2047076C1

RU2047076C1 - Heat-exchanger

Info

Publication number: RU2047076C1
Application number: RU93008744A
Authority: RU
Inventors: Николай Сергеевич Букреев; Зяма Ханинович Фуксман; Владимир Германович Мазеин; Александр Павлович Бычков; Владимир Иванович Тверитин; Лев Самуилович Пружанский; Марк Евгеньевич Дискин; Анатолий Александрович Папин
Original assignee: АО "Кыргызавтомаш"
Priority date: 1993-02-15
Filing date: 1993-02-15
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: heat-exchanger has at least two tanks interconnected through pipes for flowing preferably a liquid heat carrier. The walls of the tanks has inner projections and outer hollows and outer lateral ribs. The ribs are arranged along the pipes and coupled with them to define passageways for flowing the second preferably a gasified heat carrier. The passageways are inclined to the direction of flow of the first heat carrier. The distance between projections (hollows) is greater than the distance between ribs. EFFECT: improved design. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплообменникам, например к радиаторам систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to heat engineering, namely to heat exchangers, for example to radiators of cooling systems of internal combustion engines.

Известны теплообменники, например радиаторы систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания, содержащие по меньшей мере два бачка, соединяющие их трубки, предназначенные для перетекания первого теплоносителя, преимущественно жидкого, между бачками, и соединенные со стенками трубок, например припаянные, наружные поперечные ребра, расположенные с постоянным вдоль трубок шагом и образующие каналы для протекания второго теплоносителя, преимущественно газообразного, например воздуха, под углом к направлению протекания первого теплоносителя. М. Машгиз, 1958 [1]
При создании таких теплообменников существует задача обеспечения заданного теплообмена при оптимальных массогабаритных показателях, малом сопротивлении проходу теплоносителей и технологической приемлемости для массового производства.Heat exchangers are known, for example radiators of cooling systems of internal combustion engines, containing at least two tanks connecting their tubes, designed to flow the first heat carrier, mainly liquid, between the tanks, and connected to the walls of the tubes, for example, soldered, external transverse ribs located with a constant along the tubes in steps and forming channels for the flow of the second coolant, mainly gaseous, such as air, at an angle to the direction of flow of the first heat rer. M. Mashgiz, 1958 [1]
When creating such heat exchangers, there is the task of ensuring a given heat transfer with optimal weight and size indicators, low resistance to the passage of coolants and technological acceptability for mass production.

Известны теплообменники указанного типа с трубками, имеющими на стенках расположенные с постоянным вдоль каждой трубки шагом выдавки, образующие наружные впадины и внутренние выступы [2]
В таких теплообменниках благодаря повышению теплопередачи между первым теплоносителем и стенками трубок можно повысить общий теплообмен либо уменьшить массу и габариты при заданном теплообмене.Known heat exchangers of this type with tubes having on the walls located with a constant extrusion step along each tube forming outer troughs and inner protrusions [2]
In such heat exchangers, due to the increase in heat transfer between the first heat carrier and the walls of the tubes, it is possible to increase the overall heat transfer or to reduce the weight and dimensions for a given heat transfer.

Однако из-за того, что часть наружных поперечных ребер может располагаться против наружных впадин на стенках трубок и не находиться в тепловом контакте со стенками трубок, в таких теплообменниках не достигнуты наиболее оптимальные показатели. However, due to the fact that part of the outer transverse ribs may be located against the outer depressions on the walls of the tubes and not be in thermal contact with the walls of the tubes, the most optimal indicators have not been achieved in such heat exchangers.

Известна также трубка теплообменника, содержащая две плоские противолежащие стенки, по меньшей мере на одной из которых выполнены поперечные выдавки, образующие наружные впадины и внутренние выступы [3] В такой трубке глубина каждой впадины выполнена постоянной. Такое выполнение, обеспечивая повышение теплопередачи между проходящем внутри трубки теплоносителем и стенками трубки благодаря увеличению степени турбулентности потока теплоносителя, неоптимально по прочностным соображениям и не позволяет уменьшать толщину стенок. A heat exchanger tube is also known, containing two flat opposing walls, at least one of which has transverse extrusions forming the external cavities and internal protrusions [3] In such a tube, the depth of each cavity is made constant. This embodiment, providing an increase in heat transfer between the coolant passing inside the tube and the tube walls due to an increase in the degree of turbulence of the coolant flow, is not optimal for strength reasons and does not allow reducing the wall thickness.

Таким образом, несмотря на известность теплообменников указанного типа, их теплотехнические, массогабаритные и прочностные показатели не являются оптимальными. Thus, despite the popularity of heat exchangers of this type, their heat engineering, weight and size and strength indicators are not optimal.

В основу изобретения была поставлена задача создать теплообменник с высоким теплообменом, уменьшенной материалоемкостью и повышенной прочностью. The basis of the invention was the task of creating a heat exchanger with high heat transfer, reduced material consumption and increased strength.

Основной целью изобретения является улучшение теплотехнических и массогабаритных показателей теплообменников указанного типа. Кроме того, целью изобретения является повышение прочности трубок таких теплообменников. Указанная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем по меньшей мере два бачка, соединяющие их трубки, предназначенные для перетекания первого теплоносителя, преимущественно жидкого, между бачками и имеющие на стенках расположенные с постоянным вдоль каждой трубки шагом выдавки, образующие наружные впадины и внутренние выступы, и соединенные со стенками трубок, например припаянные, наружные поперечные ребра, расположенные с постоянным вдоль трубок шагом и образующие каналы для протекания второго теплоносителя, преимущественно газообразного, например воздуха, под углом к направлению протекания первого теплоносителя, согласно изобретению шаг указанных выдавок больше, чем шаг указанных поперечных ребер. The main objective of the invention is to improve the heat engineering and overall dimensions of heat exchangers of this type. In addition, the aim of the invention is to increase the strength of the tubes of such heat exchangers. This goal is achieved by the fact that in the heat exchanger containing at least two tanks connecting their tubes, designed to flow the first coolant, mainly liquid, between the tanks and having extruding spacing on the walls with a constant step along each tube, forming external cavities and internal protrusions and connected to the walls of the tubes, for example, soldered, external transverse ribs located at a constant step along the tubes and forming channels for the flow of the second coolant, advantages gas, for example air, at an angle to the direction of flow of the first coolant, according to the invention, the step of these extrusions is greater than the step of these transverse ribs.

Рекомендуется выполнить отношение шага указанных выдавок к шагу указанных наружных поперечных ребер равным отношению двух взаимно простых чисел, меньшее из которых больше десяти. It is recommended that the ratio of the step of the indicated extrusions to the step of the specified outer transverse ribs be equal to the ratio of two mutually prime numbers, the smaller of which is more than ten.

Такое выполнение теплообменника позволяет свести к минимуму совмещение наружных впадин трубок и наружных поперечных ребер и тем самым исключить между ними зазоры, ухудшающие теплопередачу. This embodiment of the heat exchanger allows you to minimize the combination of the outer hollows of the tubes and the outer transverse ribs and thereby eliminate gaps between them that impair heat transfer.

Глубина каждой указанной впадины в направлении поперек трубки выполнена переменной, имеющей наибольшую величину в ее средней части. The depth of each specified cavity in the direction across the tube is made variable, having the largest value in its middle part.

Каждая впадина в сечении, проведенном поперек трубки, может иметь дугообразную форму. Each cavity in the section drawn across the tube may have an arcuate shape.

Такое выполнение трубки увеличивает ее прочность и жесткость, что позволяет уменьшить толщину стенок трубки и тем самым уменьшить ее материалоемкость. This embodiment of the tube increases its strength and rigidity, which allows to reduce the thickness of the walls of the tube and thereby reduce its material consumption.

Далее изобретение поясняется описанием конкретных примеров его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых на фиг.1 изображен трубчато-ленточный теплообменник согласно изобретению, общий вид спереди; на фиг.2 трубчато-пластинчатый теплообменник согласно изобретению, общий вид спереди; на фиг. 3 разрез III-III на фиг.1; на фиг.4 разрез IV-IV на фиг.3; на фиг.5 разрез V-V на фиг.2; на фиг.6 разрез VI-VI на фиг.5. The invention is further illustrated by the description of specific examples of its implementation and the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a tubular-ribbon heat exchanger according to the invention, a general front view; in Fig.2 a tubular plate heat exchanger according to the invention, a General front view; in FIG. 3 section III-III in figure 1; figure 4 section IV-IV in figure 3; figure 5 section V-V in figure 2; in Fig.6 section VI-VI in Fig.5.

Как показано на фиг.1 и 2, теплообменник содержит два бачка верхний 1 и нижний 2, соединенные трубками 3, предназначенными для перетекания жидкого теплоносителя между бачками, и жесткими боковинами 4. Верхний бачок 1 имеет заливную горловину 5 и подводящий патрубок (не показан). Нижний бачок 2 имеет отводящий патрубок (не показан). Со стенками (не обозначены) трубок 3 соединены наружные поперечные ребра 6а (фиг.1), образованные гофрированными лентами, расположенными между трубками 3 и обозначенными также 6а, либо образованные пластинами 6b (фиг.2). Соединение поперечных ребер со стенками трубок осуществлено при помощи пайки. As shown in figures 1 and 2, the heat exchanger contains two tanks, the upper 1 and lower 2, connected by tubes 3, designed to flow the liquid coolant between the tanks, and rigid sidewalls 4. The upper tank 1 has a filler neck 5 and an inlet pipe (not shown) . The lower tank 2 has a discharge pipe (not shown). With the walls (not indicated) of the tubes 3, the outer transverse ribs 6a (Fig. 1) are formed by corrugated tapes located between the tubes 3 and also designated 6a, or formed by the plates 6b (Fig. 2). The connection of the transverse ribs with the walls of the tubes is carried out by soldering.

Трубки 3 имеют на стенках поперечные выдавки 7 (фиг.3-6), расположенные с постоянным вдоль каждой трубки шагом d. Выдавки 7 образуют наружные впадины 7а и внутренние выступы 7b и расположены в шахматном порядке на противоположных стенках трубок 3. Противоположные стенки трубок 3 трубчато-ленточного теплообменника, на которых выполнены выдавки 7, выполнены плоскими. Стенки трубок трубчато-пластинчатого теплообменника могут быть выпуклыми (не показано на чертежах). The tubes 3 have transverse extrusions 7 on the walls (FIGS. 3-6) located with a constant step d along each tube. The extrusions 7 form the outer depressions 7a and the inner protrusions 7b and are staggered on the opposite walls of the tubes 3. The opposite walls of the tubes 3 of the tubular-ribbon heat exchanger on which the extrusions 7 are made are flat. The walls of the tubes of the tubular plate heat exchanger can be convex (not shown in the drawings).

Поперечные ребра 6а, 6b расположены с постоянным вдоль трубок шагом b и образуют каналы 8 для протекания второго газообразного теплоносителя, например воздуха, снаружи трубок 3 под углом к направлению протекания жидкого теплоносителя внутри трубок. Шаг а выдавок 7 и шаг b поперечных ребер выполнены разными, а именно: шаг а больше шага b. Максимальный размер с каждой выдавки 7 в направлении вдоль трубки 3 больше, чем толщина d каждого ребра 6а, 6b. Шаг b поперечных ребер 6а, 6b больше, чем размер с. Отношение шага а к шагу b равно отношению двух взаимно простых чисел, меньшее из которых больше десяти. The transverse ribs 6a, 6b are arranged with a constant step b along the tubes and form channels 8 for the flow of the second gaseous heat carrier, for example air, outside the tubes 3 at an angle to the direction of flow of the heat transfer fluid inside the tubes. Step a of the extrusions 7 and step b of the transverse ribs are made different, namely: step a is greater than step b. The maximum size from each extrusion 7 in the direction along the tube 3 is greater than the thickness d of each rib 6a, 6b. The pitch b of the transverse ribs 6a, 6b is larger than the size c. The ratio of step a to step b is equal to the ratio of two mutually prime numbers, the smaller of which is more than ten.

В поперечных ребрах 6а, образованных гофрированными лентами, выполнены прорези 9, края которых отогнуты так, что в этих ребрах образованы щели для прохода второго теплоносителя под углом к поверхностям ребер. Поперечные ребра 6b, образованные пластинами, могут иметь гофры (не показаны на чертежах). In the transverse ribs 6a formed by the corrugated tapes, slots 9 are made, the edges of which are bent so that slots are formed in these ribs for the passage of the second coolant at an angle to the surfaces of the ribs. The transverse ribs 6b formed by the plates may have corrugations (not shown in the drawings).

Глубина каждой впадины 7а в стенке трубки 3 (фиг.6) выполнена переменной и имеет наибольшую величину в средней части выдавки 7. Впадина 7а в сечении, проведенном поперек трубки, имеет дугообразную форму. The depth of each cavity 7a in the wall of the tube 3 (Fig.6) is made variable and has the greatest value in the middle part of the extrusion 7. The cavity 7a in the section drawn across the tube has an arcuate shape.

Теплообменник работает следующим образом. The heat exchanger operates as follows.

Первый теплоноситель, имеющий первую температуру, поступает в верхний бачок 1 теплообменника, по трубкам 3 перетекает в нижний бачок 2 и отводится из него. Второй теплоноситель, имеющий вторую температуру, протекает по каналам 8. В результате теплообмена между теплоносителями через стенки трубок 3 происходит изменение температур теплоносителей. Внутренние выступы 7b увеличивают турбулизацию первого теплоносителя и способствуют улучшению теплообмена. Поперечные наружные ребра 6а, 6b, имеющие благодаря вышеописанным особенностям хороший тепловой контакт со стенками трубок, также способствуют улучшению теплообмена. Описанная выше форма впадин, образованных выдавками на стенках трубок, способствует повышению прочности и жесткости трубок. В результате теплообменник имеет при заданных массогабаритных параметрах улучшенные теплотехнические характеристики или при заданных теплотехнических характеристиках меньшую массу и меньшую материалоемкость. The first heat carrier having a first temperature enters the upper tank 1 of the heat exchanger, flows through the tubes 3 into the lower tank 2 and is removed from it. The second coolant having a second temperature flows through the channels 8. As a result of heat transfer between the coolants through the walls of the tubes 3, the temperatures of the coolants change. The inner protrusions 7b increase the turbulization of the first coolant and contribute to improved heat transfer. The transverse outer ribs 6a, 6b, which due to the above-described features have good thermal contact with the walls of the tubes, also contribute to the improvement of heat transfer. The above-described shape of the depressions formed by extrusions on the walls of the tubes helps to increase the strength and stiffness of the tubes. As a result, the heat exchanger has, for given mass and size parameters, improved thermal characteristics or, for given thermal characteristics, lower mass and lower material consumption.

Наиболее успешно изобретение может быть использовано в радиаторах жидкостной системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей и тракторов, в газовоздушных теплообменниках транспортных и стационарных энергетических установок, в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Возможно использование изобретения также в холодильных машинах. Most successfully, the invention can be used in radiators of a liquid cooling system for internal combustion engines of cars and tractors, in gas-air heat exchangers of transport and stationary power plants, in heating, ventilation and air conditioning systems. It is possible to use the invention also in refrigerators.

Claims

1. HEAT EXCHANGER, for example, a radiator of a cooling system of an internal combustion engine, containing at least two tanks connecting their tubes, designed to pass the first heat carrier, mainly liquid, between the tanks and having machines located with a constant extrusion step along each tube, forming external cavities and internal protrusions and connected to the walls of the tubes, for example, soldered, outer transverse ribs located at a constant step along the tubes and forming channels for the second of the coolant, mainly gaseous, such as air, at an angle to the direction of flow of the first coolant, characterized in that the step of said extrusions is greater than the step of said outer transverse ribs.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the ratio of the pitch of said extrusions to the pitch of said outer transverse ribs is equal to the ratio of two mutually prime numbers, the smaller of which is more than ten.

3. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that the depth of each specified cavity in the direction transverse to the tube is made variable, having the largest value in its middle part.

4. The heat exchanger according to claim 3, characterized in that each cavity in the section drawn across the tube is made arcuate.