ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1995 года по МПК F28D9/02 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплообменникам, например к радиаторам систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

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.

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.

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.

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.

Таким образом, несмотря на известность теплообменников указанного типа, их теплотехнические, массогабаритные и прочностные показатели не являются оптимальными.

В основу изобретения была поставлена задача создать теплообменник с высоким теплообменом, уменьшенной материалоемкостью и повышенной прочностью.

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.

Рекомендуется выполнить отношение шага указанных выдавок к шагу указанных наружных поперечных ребер равным отношению двух взаимно простых чисел, меньшее из которых больше десяти.

Такое выполнение теплообменника позволяет свести к минимуму совмещение наружных впадин трубок и наружных поперечных ребер и тем самым исключить между ними зазоры, ухудшающие теплопередачу.

Глубина каждой указанной впадины в направлении поперек трубки выполнена переменной, имеющей наибольшую величину в ее средней части.

Каждая впадина в сечении, проведенном поперек трубки, может иметь дугообразную форму.

Такое выполнение трубки увеличивает ее прочность и жесткость, что позволяет уменьшить толщину стенок трубки и тем самым уменьшить ее материалоемкость.

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.

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.

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).

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.

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).

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.

Теплообменник работает следующим образом.

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.

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.

Использование: в теплотехнике, в частности, в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: улучшение теплотехнических и массогабаритных показателей, а также повышение надежности обеспечивается тем, что в теплообменнике, содержащем по меньшей мере два бачка, соединенных трубками для прохода, преимущественно, жидкого теплоносителя, имеющими на стенках расположенные с постоянным шагом a выдавки 7, образующие наружные впадины и внутренние выступы, и соединенные со стенками трубок наружные поперечные ребра 6a, расположенные по длине трубок с постоянным шагом b и образующие каналы для прохода второго, преимущественно, газообразного теплоносителя под углом к направлению прохода первого теплоносителя, шаг a выдавок 7 выполнен больше шага b ребер 6a. 3 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. ТЕПЛООБМЕННИК, например радиатор системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере два бачка, соединяющие их трубки, предназначенные для прохода первого теплоносителя, преимущественно жидкого, между бачками и имеющие на станках 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, отличающийся тем, что шаг указанных выдавок больше, чем шаг указанных наружных поперечных ребер. 2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что отношение шага указанных выдавок к шагу указанных наружных поперечных ребер равно отношению двух взаимно простых чисел, меньшее из которых больше десяти. 3. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что глубина каждой указанной впадины в направлении поперек трубки выполнена переменной, имеющей наибольшую величину в ее средней части. 4. Теплообменник по п. 3, отличающийся тем, что каждая впадина в сечении, проведенном поперек трубки, выполнена дугообразной.