СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ИЗ ПОЛИМЕРОВ Российский патент 2005 года по МПК F28D9/02 

Изобретение относится к теплотехническому оборудованию, обеспечивающему передачу тепла от одного теплоносителя к другому при содержании агрессивных коррозионно-воздействующих компонентов в одном из них, и может быть использовано в газовоздушных вентиляционных установках рекуперации тепла птицеводческих и животноводческих ферм.

Как правило, в таких агрессивных средах в теплообменниках используются дорогостоящие цветные металлы - алюминий и медь. Известен теплообменник, изготовленный из полимеров (каталог фирмы MAICO, Германия, aeronom ZEG 2000), используемый в системе рекуперации воздуха жилых коттеджей. Теплообменник перекрестного типа теплопроизводительностью 4500 ккал/ч обеспечивает подогрев свежего воздуха, имеющего расход 300 м³/ч теплым воздухом жилого помещения.

Теплообменник представляет собой параллелепипед, имеющий габариты в корпусе 550×550×508 мм, собранный из полимерных панельных теплообменных элементов путем их склейки и в дальнейшем помещении в рабочее место корпуса установки, обеспечивающий раздельное прохождение теплого и холодного воздушных потоков. При соединении панельных теплообменных элементов использовались клеи и сложная термическая обработка места склейки. Клеевые соединения, соответствующая термообработка не всегда могут обеспечить необходимой герметичности каналов между теплоносителями. Клеевая основа не может быть использована для сред, включающих пары бензола и тонзола.

Теплообменник с сотовой поверхностью по каналу воздуха, из которого может конденсироваться или вымораживаться влага, ввиду значительной силы смерзания льда с металлом, исключает возможность его использования при низких температурах и затрудняет возможность регенерации.

Рассматриваемая конструкция обеспечивает низкие теплопроизводительности.

Наиболее близким к заявленному объекту является пакет пластинчатого теплообменника по патенту РФ №2172909 (МПК F 28 D 9/02), содержащий набор пластин, имеющих в плане форму выпуклого четырехугольника, уложенных друг на друга с образованием между обращенными друг к другу поверхностями соседних пластин чередующихся между собой каналов для рабочих сред, ограниченных с двух сторон расположенными друг напротив друга стенками, примыкающими к противолежащим сторонам четырехугольника каждой из двух соседних пластин, причем эти стенки, ограничивающие один из двух соседних каналов, примыкают к упомянутым сторонам из одной пары расположенных напротив друг друга сторон четырехугольника, а с другой - к упомянутым сторонам другой пары противолежащих сторон, отличающийся тем, что четырехугольник имеет такую конфигурацию, при которой прямые линии, проведенные через середины его противолежащих сторон, не перпендикулярны друг другу, при этом четырехугольник симметричен относительно одной из его диагоналей, а четырехугольник имеет вид ромба, при этом величина большего угла между прямыми, проведенными через середины противолежащих сторон четырехугольника, составляет 110-160°, а сами пластины выполнены из полимерного материала сотовой структуры. В конструкции пакета полимерного пластинчатого теплообменника утверждается, что увеличение угла между направляющими потоков в перекрестном потоке относительно 90° на 20-70° приводит к повышению температуры напора между рабочими средами, т.е. приточным и вытяжным воздухом. Такой эффект может быть справедлив для пластинчатых теплообменников из металла, но теплопроводность пластин (стенок) полимеров относительно теплопроводности пластин из металла (нержавеющей стали) отличается в 300 раз, поэтому повышение температурного напора между рабочими средами будет существенно снижено.

К числу недостатков способа изготовления пакета пластинчатого полимерного теплообменника по патенту РФ №2172909 можно отнести следующие недостатки:

- скрепление в торцах пластин пакета между металлом и поликарбонатом на больших отрезках не позволяет получить хорошей герметичности (особенно в атмосфере влажного воздуха), ухудшает процесс регенерации. Аналогичный недостаток имеет скрепление элементов пакета с помощью заклепок;

- использование в качестве базовой форму пластин для пакета в виде ромба создает трудности экономичного раскроя полимерного материала.

Поставленные в изобретении задачи решаются в способе изготовления перекрестноточного теплообменника из полимерного материала, содержащего пакет, выполненный из полимерных ячеечных пластин, связанных друг с другом, заключенный в короб, обеспечивающий вход и выход теплого и холодного потоков воздуха, причем согласно изобретению расположенные в одном направлении ячеистые пластины в пакете соединяются друг с другом путем двухстороннего полимерного скотча через прокладки из того же полимера, расположенные вдоль поверхности и перпендикулярно направлениям ячеек в пластине, выдерживаются до полной полимеризации соединений с дальнейшим оформлением пакета по всем углам уголками в жесткий металлический каркас, при этом в одной из вертикальных сторон уголка высверливаются отверстия, обеспечивающие свободный проток жидкости, пакет вводят по скользящей посадке в направляющие из уголков, установленные перпендикулярно углам воздушно-распределительного короба, так чтобы отверстия нижнего уголка пакета совместились с отверстиями боковой стороны направляющей, пакет закрепляют в направляющих из уголков, при этом отверстия нижнего уголка направляющей должны располагаться напротив отверстий высверленных в нижней стенке воздушного канала короба, находящегося над дренажной емкостью.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Фиг.1- показана ячеечная пластина с прокладкой

Фиг.2 - показан общий вид теплообменника.

Способ изготовления теплообменника выполняется следующим образом. В соответствии с расчетом, исходя из тепловой нагрузки аппарата, из полимера вырезается заданных размеров квадратная ячеечная пластина 1, фиг.1, входящая в пакет 1 - основной рабочий элемент теплообменника, фиг.2. Из того же материала вырезаются прокладочные пластины 2, фиг.1, толщина прокладочных пластин задает проходное сечение канала 3 и выбирается из теплотехнического расчета. Торцы ячеечных пластин 1 со стороны ячеек обезжириваются и покрываются двусторонним полимерным скотчем 4, покрытого с двух сторон бумагой. Формирование пакета пластин осуществляется следующим образом. С одной из сторон скотча снимается слой бумаги. Скотч накладывается вдоль поверхности, на скотч 4 со стороны ячеек укладываются прокладочные пластины 2. Верхние поверхности прокладочных пластин 2 покрываются двухсторонним полимерным скотчем 4, с наружной поверхности которого снимается слой бумаги, фиг.1. На открытую липкую поверхность скотча 4 накладываются вторая ячеечная пластина 1 (на фиг.1 не показана). Высота и число прокладочных пластин 2 определяются теплотехническим расчетом. По истечении 5 минут происходит полимеризация между слоями: прокладка 2 - скотч 4 - ячеечная пластина 1, представляющими секцию, формирующую каналы теплообменника по удаляемому воздуху фиг.1. Скотчевая пленка обеспечивает в связи с полимеризацией надежное прочное соединение по всей плоскости прокладки и плоскости пластины, без наличия воздушных зазоров. Для формирования теплообменника под заданную расчетную производительность набирается необходимое количество секций (пакет), определяемое расчетным путем.

Для больших площадей ячеечных пластин 1 необходимое количество прокладок 2 может быть установлено на определенном расстоянии друг от друга по потоку удаляемого воздуха.

Обычно сечение канала 3, фиг.1, по удаляемому воздуху выбирается ввиду конденсации влаги на охлажденных стенках и повышения газодинамического сопротивления не менее чем в полтора раза больше, чем сечение противоположного ячеистого канала. При этом сконденсированная влага в канале 3, фиг.1, стекает вниз, не создавая значительного сопротивления потоку воздуха. Пакет 5, фиг.2, из пластин, фиг.1, по всем углам оформляют жестко соединенными уголками 6. В боковой стороне одного из уголков (нижнего) 7 по местам выхода всех каналов по удаляемому воздуху высверливаются отверстия 8, фиг.2, для свободного выхода конденсированной влаги. Размеры отверстий 8, фиг.2, выбираются такими, чтобы исключалось воздействие в них капиллярных сил и сил поверхностного натяжения на сток конденсированной влаги через отверстия 9 в нижней стенке 10 короба 11 в емкость 12, фиг.2. Пакет 5 устанавливается в корпус короба 11 путем его ввода по скользящей посадке в направляющие 13 в форме уголков, фиг.2, в нижней 14 из которых в боковой стенке уголка имеются отверстия 8, с шагом друг относительно друга и диаметром, соответствующим в одном из уголков пакета. При этом ввод пакета 5 на вход в стенке 10 удаляемого воздуха проводится так, чтобы отверстия 8 в стенке уголка пакета 5 и уголка направляющей 14 совпали, Стенки всех направляющих уголков 13, 14 перпендикулярны стенкам воздушных распределительных каналов 15, по удаляемому и приточному воздуху. Торцы четырех направляющих уголков 13, 14 жестко закреплены с торцами четырех воздушных каналов 15. В нижней стенке канала удаляемого воздуха 10 напротив отверстий направляющего уголка 14 высверливаются отверстия аналогичного диаметра для слива конденсата из пакета 5 в дренажную емкость 12.

Пакет 5 в коробе 11 герметично закрывается крышкой (на фиг.2 не показано). Пакет 5, помещенный в короб 11, представляет собой перекрестноточный теплообменник, который может быть использован в рекуператорах вентиляционных установок. Принцип работы такого перекрестноточного теплообменника в рекуперационных системах следующий. Холодный чистый воздух из окружающей среды подается в канал 16, удаляемый загрязненный воздух из животноводческого помещения подается в канал 17, фиг.2. Холодный воздух распределяется по ячеечным каналам пластин, удаляемый загрязненный воздух распределяется между плоскими пластинами с возможностью конденсации на них влаги. Влага в пленочном виде непрерывно стекает по поверхностям пластин и выводится через отверстия уголков 8, в дренажную емкость 12. В процессе движения удаляемого загрязненного воздуха происходит его осушка и охлаждение, а холодный чистый воздух из окружающей среды прогревается и вводится в животноводческое помещение. Преимущества теплообменника из полимеров:

- компактность и малая масса;

- способность выдерживать в процессе эксплуатации технологические значения температур и давлений (температура до 120°, давление до - 1,5 атм);

- возможность очистки рабочих поверхностей теплообменника ввиду съемной конструкции его пакета и малой адгезионной способности полимерных пластин к загрязнению по сравнению с теплообменниками, имеющими металлические поверхности.

Разработка теплообменника может начинаться при наличии следующих данных:

- рабочих сред, влажности и их загрязненности;

- расходов обеих сред или тепловой нагрузки;

- начальных и конечных температур сред;

- рабочих давлений сред;

- допустимых потерь давлений сред в теплообменнике.

Изобретение относится к теплотехническому оборудованию, обеспечивающему передачу тепла от одного теплоносителя к другому при содержании агрессивных коррозионно-воздействующих компонентов в одном из них, и может быть использовано в газовоздушных вентиляционных установках рекуперации тепла птицеводческих и животноводческих ферм. Способ изготовления перекрестноточного теплообменника из полимерного материала, содержащего пакет, выполненный из полимерных ячеечных пластин, связанных друг с другом, заключенный в короб, обеспечивающий вход и выход теплого и холодного потоков воздуха, причем расположенные в одном направлении ячеистые пластины в пакете соединяются друг с другом путем двухстороннего полимерного скотча через прокладки из того же полимера, расположенные вдоль поверхности и перпендикулярно направлениям ячеек в пластине, выдерживаются до полной полимеризации соединений с дальнейшим оформлением пакета по всем углам уголками в жесткий металлический каркас, при этом в одной из вертикальных сторон уголка высверливаются отверстия, обеспечивающие свободный проток жидкости, пакет вводят по скользящей посадке в направляющие из уголков, установленные перпендикулярно углам воздушно-распределительного короба так, чтобы отверстия нижнего уголка пакета совместились с отверстиями боковой стороны направляющей, пакет закрепляют в направляющих из уголков, при этом отверстия нижнего уголка направляющей должны располагаться напротив отверстий, высверленных в нижней стенке воздушного канала короба, находящегося над дренажной емкостью. Изобретение позволяет обеспечить необходимую герметичность каналов между теплоносителями, позволяет обеспечить возможность использования теплообменника при низких температурах, а также повысить экономичность раскроя полимерного материала. 2 ил.

Способ изготовления перекрестноточного теплообменника из полимерного материала, содержащего пакет, выполненный из полимерных ячеечных пластин, связанных друг с другом, заключенный в короб, обеспечивающий вход и выход теплого и холодного потоков воздуха, отличающийся тем, что расположенные в одном направлении ячеистые пластины в пакете соединяются друг с другом путем двухстороннего полимерного скотча через прокладки из того же полимера, расположенные вдоль поверхности и перпендикулярно направлениям ячеек в пластине, выдерживаются до полной полимеризации соединений с дальнейшим оформлением пакета по всем углам уголками в жесткий металлический каркас, при этом в одной из вертикальных сторон уголка высверливаются отверстия, обеспечивающие свободный проток жидкости, пакет вводят по скользящей посадке в направляющие из уголков, установленные перпендикулярно углам воздушно-распределительного короба так, чтобы отверстия нижнего уголка пакета совместились с отверстиями боковой стороны направляющей, пакет закрепляют в направляющих из уголков, при этом отверстия нижнего уголка направляющей должны располагаться напротив отверстий, высверленных в нижней стенке воздушного канала короба, находящегося над дренажной емкостью.