ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2000 года по МПК F28D7/16 F24H3/00 F28F1/28 

Изобретение относится к теплообменнику, особенно для регулирования температуры воздуха посредством жидкости, подаваемой в теплообменник, или наоборот, причем теплообменник содержит секцию труб для циркуляции жидкости и ребра, которые прикреплены к наружным поверхностям секции трубопровода для увеличения теплообменной поверхности.

Этот тип теплообменников хорошо известен из различных областей технологии. Примером области техники, применяющей такие теплообменники, является технология вентиляции. Часто системы вентиляции оснащают теплообменниками упомянутого типа, расположенными в соединении с устройствами для обработки воздуха или с трубопроводами. В наиболее простой ситуации внутри трубопроводов проходит жидкость, а снаружи трубопроводов проходит воздух. Для обеспечения лучшей теплопередачи ребра, которые проходят по теплообменной поверхности, прикреплены к наружной поверхности труб. Для обеспечения хорошего коэффициента теплопередачи ребра часто являются волнистыми и расположены очень близко друг от друга. Для достижения требуемого состояния воздуха для его подачи зимой воздух подогревают в устройстве подачи воздуха, а летом его возможно охлаждают. Стадия нагрева часто состоит из двух или трех этапов. Первым этапом является процесс восстановления" тепла, в котором, если это жидкостной теплообменник, жидкость является жидкостью, защищенной от замерзания. Следующим этапом является применение нагревательного радиатора для увеличения тепла, или если стадия регенерации тепла отсутствует, то подача тепла осуществляется таким образом, чтобы получить требуемую температуру воздуха или в качестве окончательного или промежуточного состояния. Третий этап, который представляет этап после нагрева, осуществляют в радиаторе после нагрева, что обычно требуется после увлажнения, после процесса осушения, осуществляемого путем охлаждения, или для нагрева к конкретной зоне.

Процесс охлаждения имеет место не только летом в теплообменнике для подачи воздуха, но также зимой в радиаторе для использования тепла из устройства отработанного воздуха, причем в этом случае жидкостью является та жидкость, которая не замерзает. В других отношениях этот способ соответствует описанному способу.

Если в технологическую схему добавлены жидкостные радиаторы, то их целью является создание контура циркуляции жидкости с требуемой температурой частично или полностью, причем от этого обычно также извлекает выгоду одновременно и воздушная система. Также существуют такие жидкостные радиаторы, которые применяют как для нагрева, так и для охлаждения последовательно или в различное время.

Обычно конструкция теплообменников с плавниковыми трубами не изменяется. Конструкция состоит из следующих элементов: соединение для подачи воды в радиатор, прикрепленное к распределительной трубе, от которой расходятся секции труб или так называемые трубопроводы, проходящие на глубину через ребра радиатора согласно конкретной геометрии, которая повторяется время от времени и которая определяется отверстиями, образованными в ребрах. Трубы образуют пути для воды через радиатор, и они оканчиваются в коллекторной трубе, из которой вода выходит через соединительную трубу для воды, оставляющей радиатор. Такие радиаторы содержат одну распределительную трубу или отводной трубопровод и одну коллекторную трубу или коллекторный трубопровод для выпуска воды.

Во всех описанных случаях радиаторы обычно работают таким образом, что происходит изменение температуры в радиаторе, которое является равномерным в направлении движения воздуха. Случай, в котором ребро выступает благодаря способу изготовления, может быть исключением, однако и в таком случае работа радиаторов остается одинаковой. Мощность радиатора обычно регулируют путем регулирования потока жидкости или его температуры, либо путем регулирования температуры воздуха в зависимости от направления потока энергии.

Эффективное использование энергии часто приводит к очень небольшим разностям температур. В области ребер радиатора происходит "напластовывание" температур воздуха с боков, которое может быть значительным и которое ухудшает коэффициент общей теплопередачи, зависящий от путей труб. Температура жидкости изменяется между различными путями воды в зависимости от того, как равномерно разделяется поток жидкости. Результатом небольших различий в температурах являются глубокие радиаторы. На практике количество рядов труб в направлении потока воздуха может быть высокое, например двенадцать. Небольшой шаг ребер, волнистые ребра и возможное производственно-техническое удлинение ребер - все это вместе делает невозможным эффективную очистку радиатора. Поскольку нельзя очищать радиатор, то слой загрязнения, образующийся на его поверхности, ухудшает теплопередачу, таким образом мощность радиатора уменьшается. Для достижения требуемой мощности радиатор необходимо излишне усложнить, применяя так называемый коэффициент загрязнения, который может составлять, например, приблизительно 1,3 в промышленных применениях. В результате этого, помимо увеличения капиталовложений, увеличиваются сопротивление и результирующее потребление электрической энергии воздуходувкой. Поскольку слой загрязнения также делает каналы для потока между ребрами более узкими, то в результате увеличивается сопротивление потоку и расход электрической энергии. Общий эффект может увеличивать сопротивление потока в радиаторе и расход электрической энергии, который прямо пропорционален сопротивлению потока более чем на 50% для радиатора. Это приводит к необходимости излишне усложнять также приводной двигатель, ременный привод, контакторы, кабели и т.п. Результатом этого является значительное повышение эксплуатационных расходов и капиталовложений.

Согласно исследованиям в некоторых случаях увеличение сопротивления потока уменьшает значительно поток воздуха, например на 30%, когда радиатор загрязняется. Особенно в промышленных процессах всю систему в таком случае необходимо повторно регулировать путем увеличения скорости вращения воздуходувки со специальными заслонками или т.п. Это, естественно, создает значительные затраты.

Из-за большого сопротивления потока уровень шума воздуходувки увеличивается. Необходимо также излишне усложнять систему устранения шума или необходимо конструировать дополнительный механизм для устранения шума.

Особенно вредно загрязнение радиаторов, применяемых для регенерации тепла. Помимо упомянутых недостатков снижается эффективность использования тепла. Это значит, что кроме расхода электрической энергии также увеличивается расход тепловой энергии, причем в некоторых случаях даже увеличивается вдвое.

Очень серьезным недостатком является опасность для здоровья, связанная с загрязнением. Слой загрязнения создает основу для стремительного размножения бактерий и грибков, содержащих споры, которые могут попадать в поток воздуха и вызывать аллергические реакции, а в худшем случае лихорадку, известную как "болезнь печатника" в типографии и в текстильной отрасли промышленности. Другой известной проблемой является неприятный запах, который распространяется из некоторых установок с самого начала отопительного сезона и который вызывается тем фактом, что популяции, которые образовались на холодных поверхностях радиатора во время лета, начинают выделять испаряемые вещества при повышении температуры радиаторов.

Задачей настоящего изобретения является создание теплообменника, посредством которого можно устранить недостатки известных технических решений.

Поставленная задача решается тем, что в теплообменнике, особенно для регулирования температуры воздуха посредством жидкости, подаваемой в теплообменник, или наоборот, содержащем секцию труб для циркуляции жидкости и ребристые элементы, которые прикреплены к наружным поверхностям секции труб для увеличения теплообменной поверхности, причем ребристые элементы разделены, по меньшей мере, на две зоны, а секции труб в зонах ребер соединены с коллекторными трубопроводами и с распределительными трубопроводами, таким образом, после прохождения жидкости через одну зону ребер она смешивается, по меньшей мере, в одном коллекторном трубопроводе до ее подачи в распределительный трубопровод следующей зоны или в распределительные трубопроводы последующих зон, согласно изобретению ребристые элементы разделены на зоны таким образом, что между зонами остается промежуточное пространство, где смешивается воздух до его прохождения в следующую зону. На наружной поверхности теплообменника, в промежуточном пространстве, установлено очистное устройство.

Резервуар приемника для жидкости установлен в соединении с нижней частью теплообменника и оснащен соединением для слива.

Соединительные трубы прикреплены к концам обводного трубопровода и коллекторного трубопровода параллельно трубопроводам.

Кроме того, поставленная задача решается и тем, что в теплообменнике, особенно для регулирования температуры воздуха посредством жидкости, подаваемой в теплообменник, или наоборот, содержащем секцию труб для циркуляции жидкости и ребристые элементы, прикрепленные к наружным поверхностям секции труб для увеличения теплообменной поверхности, согласно изобретению ребристые элементы разделены по меньшей мере на две зоны таким образом, что между зонами остается промежуточное пространство, где смешивается воздух до его прохождения в следующую зону. На наружной поверхности теплообменника, в промежуточном пространстве также может быть установлено очистное устройство.

Резервуар приемника для жидкости установлен в соединении с нижней частью теплообменника и оснащен соединением для слива.

Соединительные трубы прикреплены к концам обводного трубопровода и коллекторного трубопровода параллельно трубопроводам.

Основным преимуществом настоящего изобретения является его гибкость, поскольку, когда это потребуется, можно извлечь выгоду как на стороне жидкости, так и на сторонах жидкости и воздуха в зависимости от требований всей ситуации. Также оно обеспечивает производственно-технические преимущества, поскольку позволяет выбрать ребристую зону в соответствии с технологией изготовления, таким образом отсутствует необходимость в применении удлиненных ребер. Удлиненные ребра имеют тенденцию создавать дополнительное сопротивление на стороне воздуха и увеличивать концентрацию грязи и пыли. Дополнительное преимущество обеспечивается тем фактом, что теплообменник согласно настоящему изобретению можно чистить в два или более этапа в зависимости от количества пространств, оставшихся между ребристыми зонами. Способом очистки может быть, например, вакуумирование, пистолет для очистки, комбинация вакуумного устройства для очистки и пистолета для очистки или некоторый другой способ очистки, известный по существу, которые временно устанавливают для стадии очистки. Смешение воздуха можно сделать более эффективным, например со специальными вихревыми слоями, струями воздуха, направляющими или с другим известным по существу устройством.

Теперь настоящее изобретение будет описано более подробно на примере конкретных исполнений, показанных на приложенных чертежах, на которых:
фиг. 1 показывает соединительный конец в первом варианте исполнения теплообменника согласно настоящему изобретению,
фиг. 2 - вид теплообменника, представленного на фиг. 1, в плоскости II-II фиг. 1,
фиг. 3 показывает другой вариант исполнения, представленного на фиг. 1, аналогичным образом, как и на фиг. 2,
фиг. 4 - вид сверху второго варианта исполнения теплообменника согласно настоящему изобретению,
фиг. 5 - вид с торца устройства для очистки в варианте исполнения, показанном на фиг. 1,
фиг. 6a и 6b показывают различные исполнения детали теплообменника согласно настоящему изобретению, и
фиг. 7 показывает модификацию варианта исполнения, представленного на фиг. 1.

На фиг. 1, позицией 1 обозначен обводной трубопровод для входящей воды, а позицией 2 обозначен коллекторный трубопровод для воды, оставляющей теплообменник. Соединительная труба от обводного трубопровода 1 к системе обозначена в позиции 3, а соединительная труба для коллекторного трубопровода 2 обозначена, в свою очередь, позицией 4. Позицией 12 обозначен элемент крышки возможного корпуса теплообменника, соответственно нижний элемент обозначен позицией 13.

Согласно существенной основной идее настоящего изобретения элементы ребер разделены по меньшей мере на две зоны 6, 5 таким образом, что между зонами остается промежуточное пространство 7, где должен смешиваться воздух до его прохождения в следующую зону. Это можно увидеть четко на фиг. 1, которая показывает направление потока воздуха стрелкой. В примере на этой фиг. первая зона ребер в направлении движения воздуха обозначена в позиции 6, а вторая зона ребер - соответственно в позиции 5. Промежуточное пространство, где воздух смешивается механически или термически, обозначено в позиции 7, как было указано выше.

Фиг. 2 представляет вид сверху теплообменника согласно фиг. 1. На фиг. 2 позицией 8 обозначена секция трубы, так называемый трубопровод, которая начинается от распределительного трубопровода 1 для воды и проходит через зону ребер 5, поворачиваясь назад в зону ребер 5 при помощи колена 10. Ребра в зоне ребер четко видны в увеличенном частичном изображении на фиг. 2. Колено 11 передает жидкость в следующую зону ребер 6 мимо промежуточного пространства 7, после которого трубная секция 9, так называемый трубопровод, направляет жидкость через зону ребер. Наконец, жидкость прибывает в коллекторный трубопровод 2 для выпуска жидкости. Следует отметить, что хотя описана циркуляция жидкости через одну секцию труб, однако, в действительности, существует несколько секций труб, т.е. трубопроводов. Фиг. 2 также показывает возможные крышки теплообменника, обозначенные в позициях 14 и 15.

Как было описано, настоящее изобретение можно применять как на стороне воздуха, так и на стороне жидкости. Согласно основной идее настоящего изобретения ребристые элементы разделены по меньшей мере на две зоны 6, 5, и секции труб 8, 9 зон ребер соединены с коллекторными трубопроводами 16 и распределительными трубопроводами 18, таким образом, что, когда жидкость проходит через одну зону ребер 5, она смешивается по меньшей мере в одном коллекторном трубопроводе 16 до ее подачи в распределительный трубопровод 18 следующей зоны 6 или в распределительные трубопроводы последующих зон. Такой тип исполнения показан на фиг. 3, которая представляет две отдельные зоны ребер 5 и 6, промежуточное пространство 7, и два трубопровода 8 и 9, которые проходят через зоны ребер 5 и 6. Позицией 16 показан коллекторный трубопровод, расположенный после зоны ребер 5 и соединенный трубой или практически трубами 8. Жидкость, которая течет через зону ребер 5, смешивается в коллекторном трубопроводе 16 до ее прохождения через соединитель 17 в распределительный трубопровод 18, из которого трубы 9 в зоне ребер 6 направляют жидкость дальше в зону ребер 6.

В варианте исполнения, показанном на фиг. 3, зоны ребер 5, 6 представляют отдельные зоны. Однако это не является единственной альтернативой. Если основную идею настоящего изобретения используют только на стороне жидкости, зоны ребер можно также выполнить как фиктивные зоны. Такой вариант исполнения показан на фиг. 4. Фиктивные зоны ребер обозначены позициями 19 и 20. Трубы в зоне ребер 19 соединены с коллекторным трубопроводом 21, из которого проходит жидкость, после смешения, через соединитель 22 в распределительный трубопровод 23, где трубы ответвляются в зону ребер 20.

Таким образом, следует отметить, что термин, используемый в формуле изобретения, охватывает как отдельные зоны ребер, так и фиктивные зоны ребер на фиг. 4. Фиктивные зоны ребер можно образовать достаточно свободно без каких-либо промежуточных пространств. Основная идея состоит в том, что разности температур, которые создаются в жидкости в зоне ребер, уравниваются до подачи жидкости в следующую зону ребер.

Фиг. 5 показывает, в свою очередь, очищающее устройство в варианте исполнения, представленном на фиг. 1. Позицией 24 обозначена крышка, при помощи которой обеспечивается очистка в промежуточном пространстве 7. Теплообменник можно успешно очищать этим способом очистки посредством соответствующего очищающего устройства или очищающего агента.

Фиг. 6a и 6b показывают два варианта резервуара приемника для жидкости, прикрепленного к нижней секции теплообменника согласно настоящему изобретению. В позиции 25 показан вариант исполнения резервуара, не содержащего соединение для слива, а в позиции 26 показан вариант резервуара с соединением для слива.

Фиг. 7 показывает модификацию варианта исполнения, представленного на фиг. 1. Так же, как и фиг. 1, фиг. 7 показывает конец соединения теплообменника согласно настоящему изобретению. В соответствующих местах используются те же обозначения, что и на фиг. 1. На фиг. 7 обводной трубопровод для входящей воды обозначен позицией 27, а коллекторный трубопровод для воды, оставляющей теплообменник, обозначен позицией 28. В этой модификации обводной трубопровод и коллекторный трубопровод оснащены соединительными трубами 29 и 30, которые расположены параллельно с трубопроводами. Соединительные трубы 29 и 30 могут быть ориентированы параллельно, как на фиг. 7, или в противоположных направлениях.

Описанные варианты исполнения не предназначены для ограничения настоящего изобретения каким-то образом, поскольку настоящее изобретение можно модифицировать достаточно легко в объеме формулы изобретения. Таким образом ясно, что теплообменник согласно настоящему изобретению или его детали необязательно должны точно соответствовать тем, которые показаны на фиг., но возможны также другие типы расположения. Например, настоящее изобретение не ограничено двумя зонами ребер, даже если примеры на фиг. показывают такие варианты исполнения. Настоящее изобретение можно также применять в соединении с двумя, тремя или более зон ребер. Также, как было отмечено, настоящее изобретение можно применять как для целей нагрева, так и охлаждения.

Изобретение предназначено для регулирования нагрева или охлаждения и может применяться в системах вентиляции. Теплообменник содержит секцию труб для циркуляции жидкости и ребристые элементы, прикрепленные к наружным поверхностям секции труб для увеличения теплообменной поверхности. Для того чтобы сделать теплообменник более эффективным, ребристые элементы разделены по меньшей мере на две зоны (5, 6). Секции труб (8, 9) зон ребер могут быть соединены с коллекторными трубопроводами (16) и с распределительными трубопроводами (18), таким образом, после прохождения жидкости через одну зону ребер (5) она смешивается по меньшей мере в одном коллекторном трубопроводе (16) до ее подачи в распределительный трубопровод (18) следующей зоны (6) или в распределительных трубопроводах последующих зон, что позволяет эффективнее регулировать температуру нагреваемой или охлаждаемой среды. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Теплообменник, особенно для регулирования температуры воздуха посредством жидкости, подаваемый в теплообменник, или, наоборот, содержащий секцию труб для циркуляции жидкости и ребристые элементы, которые прикреплены к наружным поверхностям секции труб для увеличения теплообменной поверхности, причем ребристые элементы разделены по меньшей мере на две зоны (5, 6; 19, 20), а секция труб (8, 9) в зонах ребер соединены с коллекторными трубопроводами (16, 21) и с распределительными трубопроводами (18, 23), таким образом, после прохождения жидкости через одну зону ребер (5, 19) она смешивается по меньшей мере в одном коллекторном трубопроводе (16; 21) до ее подачи в распределительный трубопровод (18; 23) следующей зоны (6; 20) или в распределительные трубопроводы последующих зон, отличающийся тем, что ребристые элементы разделены на зоны (5, 6) таким образом, что между зонами остается промежуточное пространство (7), где смешивается воздух до его прохождения в следующую зону. 2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что на наружной поверхности теплообменника, в промежуточном пространстве (7) установлено очистное устройство. 3. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что резервуар приемника для жидкости (25, 26) установлен в соединении с нижней частью теплообменника. 4. Теплообменник по п.3, отличающийся тем, что резервуар приемника (26) оснащен соединением для слива. 5. Теплообменник по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что соединительные трубы (29, 30) прикреплены к концам обводного трубопровода и коллекторного трубопровода (27, 28) параллельно трубопроводам. 6. Теплообменник, особенно для регулирования температуры воздуха посредством жидкости, подаваемой в теплообменник, или, наоборот, содержащий секцию труб для циркуляции жидкости и ребристые элементы, прикрепленные к наружным поверхностям секции труб для увеличения теплообменной поверхности, отличающийся тем, что ребристые элементы разделены по меньшей мере на две зоны (5, 6) таким образом, что между зонами остается промежуточное пространство (7), где смешивается воздух до его прохождения в следующую зону. 7. Теплообменник по п.6, отличающийся тем, что на наружной поверхности теплообменника в промежуточном пространстве (7) установлено очистное устройство. 8. Теплообменник по п.6 или 7, отличающийся тем, что резервуар приемника для жидкости (25, 26) установлен в соединении с нижней частью теплообменника. 9. Теплообменник по п.8, отличающийся тем, что резервуар приемника (26) оснащен соединением для слива. 10. Теплообменник по любому из пп.6 - 9, отличающийся тем, что соединительные трубы (29, 30) прикреплены к концам обводного трубопровода и коллекторного трубопровода (27, 28) параллельно трубопроводам.