ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1998 года по МПК F28D7/00 F28D9/00 F28F1/16 F28F1/02 

Изобретение относится к теплообмену, а более конкретно к теплообменникам с пластинчатыми неподвижными каналами, в которых тепло подводимых горячих газов используется для нагрева жидкого теплоносителя.

Известны жидкостные теплообменники, содержащие корпус, разделенный на две полости, в одной из которой циркулирует нагреваемая жидкость, в другой - нагревающий газ (см. книгу Николаев Л.А. и др Системы подогрева тракторных дизелей при пуске. - М.: Машиностроение, 1977, с. 42, рис.9).

От формы и взаимного расположения полостей теплообменника зависит турбулизация теплоносителей, т.е. скорости и режимы их течения относительно стенок полостей и, как следствие, теплоотдача, а также трудоемкость изготовления теплообменника и условия очистки его в эксплуатации. Недостатком данного теплообменника является сложность или практическая невозможность механической очистки труб от сажи, например, ершом, из-за шахматного расположения относительно друг друга. Кроме того, при его изготовлении трудоемкость сварки сравнительно велика.

Известен также теплообменник, состоящий из смещенных относительно друг друга пакетов, выполненных из сваренных между собой двух штампованных пластин каждый. Смещение пакетов относительно друг друга с целью получения шахматного расположения газовых полостей обеспечивает турбулизацию газа (см. книгу Николаев Л.А. и др. Системы подогрева тракторных дизелей при пуске. - М.: Машиностроение, 1977, с. 43, рис. 10 - прототип).

Этот теплообменник проще в изготовлении, но не исключает трудоемкую сварку. Кроме того, чистка газовых полостей от осевших на них стенках продуктов сгорания механическим способом практически также невозможна или, в случае использования каких-либо специальных приспособлений, крайне затруднена. Поэтому, как правило, сердцевины из таких пакетов периодически заменяются целиком, что дорого.

Задачей данного изобретения является создание теплообменника, свободного от указанных недостатков и исключающего сварку при изготовлении пакетов сердцевины, а также обеспечивающего удобство чистки их в условиях эксплуатации и должную турбулизацию теплоносителей.

Поставленная задача достигнута здесь благодаря тому, что пакеты теплообменника, содержащего корпус с состоящей из штампованных пакетов сердцевиной и патрубками для подвода теплоносителей в соответствующие полости для вывода их из тех же полостей, выполнены в виде бесшовных труб с прямоугольными торцами, соседние боковые стороны которых совмещены друг с другом, а полости теплоносителей внутри пакетов и между ними образованы волнообразными углублениями на сплющенных боковых поверхностях пакетов, крайние из которых образуют боковые стенки корпуса.

Именно указанная совокупность признаков обеспечивает заявленному теплообменнику более высокие по сравнению с прототипом эксплуатационные и энергетические технические результаты: снижение технико-экономических показателей при изготовлении и эксплуатации теплообменника, а именно исключение сварочных работ при изготовлении пакетов сердцевины, обеспечение очистки пакетов от продуктов сгорания (нагара, сажи) простыми механическими приспособлениями при техобслуживании транспортного средства, т.е. снижение эксплуатационных расходов. Более того, при оптимальном расстоянии между волнистыми боковыми поверхностями пакетов имеет место должная турбулизация потоков теплоносителей, в первую очередь газов, поскольку газ, периодически проходя между гребнями волн, сжимается, а после прохода гребней расширяется (эжектируется) и ударяется о те стенки, которые формируют очередные гребни и в результате отражают частицы газа к центру потока в обратном направлении. Этот эффект повторяется с частотой прямо пропорциональной числу волны на боковых поверхностях теплообменника. Положительный эффект приумножается исключением смещения пакетов в корпусе и, как следствие, уменьшением габаритов корпуса по сравнению с прототипом.

Указанная совокупность отличается от прототипа и не обнаружена среди аналогичных теплообменников - аналогов в тракторной отрасли техники, что позволяет сделать вывод о наличии у заявленного теплообменника критерия "новизна".

Анализ отечественной информации 1975-1994 гг. и иностранный по публикациям в сборниках ВНИИПИ(ИСМ) за 1980-1994 гг. не дает оснований считать, в частности, известным из уровня техники заявляемое выполнение пакетов сердцевины теплообменников в виде бесшовных труб с прямоугольными торцами и образование при этом полостей для теплоносителей путем создания волнообразных углублений на сплющенных боковых поверхностях пакетов, а также многократного эффекта эжекции газа (теплоносителя), что может свидетельствовать о наличии у заявляемого теплообменника критерия "изобретательский уровень".

Применение в теплообменнике только металлических корпуса и сердцевины из пакетов указывает на возможность использования заявляемого изобретения в промышленности, в частности, в производстве систем обогрева тяжелых промышленных тракторов, что указывает на промышленную применимость предлагаемого изобретения.

На фиг. 1 изображен общий вид теплообменника в сборе; на фиг. 2 - вид сверху по фиг. 1; на фиг. 3 - пакет сердцевины теплообменника; на фиг. 4 - вид сбоку по фиг. 3; на фиг. 5 - вид сверху по фиг. 3; на фиг. 6 - разрез А-А по фиг.4.

Теплообменник содержит корпус 1 с выходным патрубком 2 для жидкого нагреваемого теплоносителя, например, тосола и патрубок 3.

В корпусе герметично установлена сердцевина 4 в виде штампованных пакетов 5. Полость 6 для тосола расположена внутри пакетов 5, а полость 7 для прохода газообразного теплоносителя расположена между пакетами, точнее, между углублениями 8 на сплющенных из боковых поверхностях 9. Пакеты 5 выполнены в виде бесшовных труб, торцы 10 которых в сущности прямоугольны, причем малые стороны торцов 10 перпендикулярны потоку газообразного теплоносителя и приварены к корпусу 1, а большие стороны того же торца сварены между собой, образуя полость для жидкого теплоносителя, проходящего по патрубку 3 внутрь пакетов 5 и далее через патрубок 2 - к потребителю. Пакеты 5 не смещены относительно друг друга, т.е. гребни волн углублений образуют поочередно или минимальное расстояние 11 между ними, или максимальное 12. Такое чередование зазоров между пакетами 5, обусловленное наличием на боковых поверхностях волнообразных углублений 8, обеспечивает должную турбулизацию газообразного теплоносителя и, как следствие, максимальную теплоотдачу от него при минимальной длине боковой стороны торца пакета. Соседние боковые стороны прямоугольных торцев совмещены друг с другом. Такое расположение пакетов не требует, в отличие от прототипа, смещения их относительно друг друга для искривления оси потока и, как следствие, увеличения габаритов корпуса 1 пропорционально величине указанного смещения пакетов. Более того, при таком расположении пакетов и непрерывной кривизне их боковых поверхностей гребни волн и впадин углублений расположены напротив друг друга. В результате исключаются плоские участки на тех же поверхностях пакетов, что вынуждает частицу газа постоянно отклоняться, менять свою траекторию за счет перепадов давлений, обусловленных, в свою очередь, изменениями объемов газовых полостей при переходе из одного углубления в другое.

Корпус 1 образован верхней 13 и нижней 14 крышками по фиг. 1, на которых соответственно установлены патрубки 2 и 3. Пакеты 5 приварены друг к другу согласно фиг. 4 своими боковыми сторонами торцев, образуя сердцевину 4, к малым сторонам пакетов 5 которой приварен фланец 15 корпуса 1 слева по фиг. 1, а справа газовод 16. Крышки 13 и 14 герметично связаны с боковыми сторонами крайних торцев крайних пакетов 5, а также с фланцем 15 и газоводом 16, образуя герметичное жесткое устройство, у которого функцию боковых стенок несут крайние пакеты 5. При этом газовод 16 жестко и герметично связан с входным фланцем 17, к которому приварены обечайка 18 и бонки 19. Обечайка 18 герметично соединена с крышками 14 и 13 боковыми сторонами торцев 10 крайних пакетов 5, вследствие чего окончательно формируются полости 6 и 7, исключаются обычные боковые стенки корпуса-прототипа, а технико-экономические показатели (масса) заявляемого теплообменника улучшаются.

Изобретение может быть использовано в теплообменниках для нагрева теплом газов жидкого теплоносителя. Изобретение позволяет компенсировать сердцевины теплообменников из сравнительно дешевых штампованных пакетов, обеспечивающих удобство их чистки в эксплуатации и должную турбулизацию теплоносителей. Пакеты теплообменника, содержащего корпус, сердцевину и патрубки входа в полости и выхода из них, выполнены в виде бесшовных труб с прямоугольными торцами, соседние боковые стороны которых совмещены друг с другом, а полости внутри пакетов и между ними образованы волнообразными углублениями на сплющенных боковых поверхностях пакетов, крайние из которых образуют стенки корпуса. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Теплообменник, содержащий корпус с состоящей из штампованных пакетов сердцевиной и с патрубками для подвода теплоносителей в соответствующие полости и отвода их обратно, отличающийся тем, что пакеты выполнены в виде бесшовных труб с прямоугольными торцами, соседние боковые стороны которых совмещены друг с другом, а полости внутри пакетов и между ними образованы волнообразными углублениями на сплющенных их боковых поверхностях. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что боковые стенки корпуса его образованы крайними пакетами сердцевины.