ТЕПЛООБМЕННИК И ХОЛОДИЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2012 года по МПК F25B41/06 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к теплообменнику и холодильному аппарату, снабженному теплообменником согласно изобретению.

Уровень техники

Для подвода хладагента к испарителю и отвода от него в холодильном аппарате, например холодильнике или морозильнике, обычно используется следующая схема: капиллярная трубка, по которой сжатый, относительно теплый хладагент поступает от компрессора к дроссельной заслонке на входе испарителя, проложена внутри всасывающего трубопровода значительно большего сечения, по которому испаренный хладагент вытягивается из испарителя и направляется на компрессор. Капилляр должен располагаться внутри всасывающего трубопровода таким образом, чтобы обеспечивать предварительное охлаждение сжатого хладагента еще до достижения им дроссельной заслонки при помощи текущего навстречу снаружи капилляра испаренного хладагента. То есть всасывающий трубопровод и капилляр образуют теплообменник.

Капилляр, свободно проложенный внутри всасывающего трубопровода, колеблется под влиянием вибрации двигателя компрессора и неконтролируемо сталкивается с внутренними стенками всасывающего трубопровода, следствием чего является шум, неприятный для пользователя аппарата. Кроме того, может случиться так, что капилляр на большей части своего протяжения будет соприкасаться с внутренней стенкой всасывающего трубопровода, в результате чего образуется нежелательный тепловой мост, препятствующий предварительному охлаждению хладагента в капилляре.

Решение, описанное в заявке DE 202006005550 U1, использует фиксаторы, удерживающие капилляр внутри всасывающего трубопровода, благодаря чему устраняются связанные с биением шумы, а также предотвращается прилегание капилляра к внутренней стенке всасывающего трубопровода.

Недостаток этого решения заключается, однако, в том, что фиксаторы, расположенные во всасывающем трубопроводе, сужают его сечение. Кроме того, фиксаторы приходится изготавливать как отдельные детали, а монтаж капилляра и всасывающего трубопровода требует выполнения дополнительных ручных операций по установке фиксаторов.

Раскрытие изобретения

Поэтому задачей предлагаемого изобретения является разработка теплообменника с внешним и внутренним трубопроводом, отличающегося быстротой и простотой монтажа, причем в этом теплообменнике капилляр должен быть зафиксирован во всасывающем трубопроводе таким образом, чтобы были предотвращены как длинные тепловые мосты, так и нежелательные шумы.

Задача решается за счет того, что в теплообменнике с внешним трубопроводом для первого потока теплоносителя и внутренним трубопроводом для второго теплоносителя, расположенным внутри внешнего трубопровода, внутренняя труба волнообразно изогнута с амплитудой, которая, по меньшей мере, соответствует разнице между внутренним диаметром внешней трубы и внешним диаметром внутренней трубы. За счет того, что наивысшие точки изгиба опираются на противоположные стороны внутренней стенки внешней трубы, внутренняя труба приобретает стабильность, то есть более не может перемещаться под влиянием вибрации двигателя компрессора. Амплитуда изгибов выбрана таким образом, чтобы внутренняя труба волнообразной формы занимала весь внутренний диаметр внешней трубы. Благодаря этому можно гарантировать отсутствие областей, в которых внутренняя труба может свободно перемещаться. Сечение внешней трубы не уменьшается никакими дополнительными препятствиями, так что первому потоку теплоносителя ничего не может препятствовать.

В отношении внутренней трубы выгодна форма, при которой изгибы трубы лежат в одной плоскости. Таким образом, внутренней трубе можно без труда придать нужную форму и стабильно зафиксировать во внешней трубе. В альтернативном варианте изгибы могут располагаться в двух плоскостях со сдвигом по фазе, так что внутренняя труба имеет закрученную в эллипс волнистую форму.

С целью неподвижной фиксации внутреннего трубопровода желательно иметь множество точек контакта внутреннего и внешнего трубопровода. С другой стороны, сильная кривизна внутреннего трубопровода повышает его гидродинамическое сопротивление и увеличивает склонность первого потока теплоносителя к турбулентным завихрениям. Кроме того, каждый контакт внутреннего и внешнего трубопровода представляет собой тепловой мост, количество которых (мостов) должно бы быть минимальным. Обнаружилось, что удовлетворительная стабильность положения внутреннего трубопровода может быть достигнута, если длина изгиба, по меньшей мере, в пять, или даже в десять раз превышает амплитуду.

Кроме того, для монтажа обеих труб внутри друг друга выгодно, если внутренняя труба на конечном участке внешней трубы будет прямолинейной. Прямолинейный участок облегчит введение внутренней трубы во внешнюю трубу, а также соединение теплообменника с другими компонентами.

Применение теплообменника согласно изобретению выгодно за счет того, что к одной оконечности труб подсоединен испаритель. Таким образом, испаритель для монтажа в холодильный аппарат нуждается только в одном трубопроводе, который может служить одновременно для подачи и отвода потока теплоносителя, так что в теплоизоляции внутренней полости холодильного аппарата должно быть предусмотрено только одно сквозное отверстие.

Таким образом, шумность холодильного аппарата, в котором применяется теплообменник согласно изобретению, может быть снижена, причем энергопотребление аппарата не увеличивается. То есть из сказанного вытекают конструктивные преимущества аппарата.

Краткое описание чертежей

Прочие признаки и преимущества изобретения вытекают из последующего описания вариантов исполнения с учетом прилагаемых фигур, на которых изображено:

Фигура 1: перспективный вид в разрезе фрагмента трубы теплообменника, по которой проходит внутренняя труба согласно изобретению.

Фигура 2: разрез внешней и внутренней труб теплообменника вдоль плоскости А-А.

Фигура 3: разрез внешней и внутренней труб теплообменника согласно другому варианту исполнения вдоль плоскости А-А.

Фигура 4: схематичный вид испарителя с теплообменником согласно изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг.1 представлен теплообменник в форме двух труб 1, 2, расположенных одна внутри другой, причем внешняя труба 1 охватывает внутреннюю трубу 2 на всем протяжении, а сечение внутренней трубы 2 заметно меньше сечения внешней трубы 1. На фигуре показан разрез внешней трубы 1 на некоторой части ее протяжения.

Внутренняя труба 2 волнообразно проходит внутри внешней трубы 1, причем внутренняя труба 2 изгибается во внешней трубе 1, а точки максимальной кривизны соприкасаются с противоположными сторонами внутренних стенок внешней трубы 1. Амплитуда изгибов выбирается таким образом, чтобы внутренняя труба 2 могла садиться между внутренних стенок внешней трубы 1 с легким усилием и удерживаться там. Амплитуда изгибов соответствует, по меньшей мере, разнице между внутренним диаметром 11 внешней трубы 1 и внешним диаметром 21 внутренней трубы 2.

Изгиб имеет сильно вытянутую форму, причем длина изгибов примерно в десять раз превышает амплитуду изгибов. На конечном участке 12 внешней трубы 1 внутренняя труба 2 прекращает изгибаться, то есть внутренняя труба 2 в этом месте имеет прямолинейный конечный участок 22.

На фиг.2 представлено сечение внешней трубы 1 и внутренней трубы 2 вдоль плоскости А-А, обозначенной на фиг.1. Внутренняя труба 2 соприкасается с одной стороной внутренней стенки внешней трубы 1 на уровне плоскости сечения в первой точке. Так как изгибы внутренней трубы 2 лежат в одной плоскости, следующая точка внутренней трубы 2 соприкасается с внутренней стенкой внешней трубы 1 на стороне внутренней стенки, противоположной первой точке. Таким образом, внутренняя труба 2 изгибается в плоскости 3 между внутренними стенками внешней трубы 1.

На фиг.3 аналогично фиг.2 представлено сечение альтернативного варианта исполнения. В этом варианте изгибы внутренней трубы пролегают со сдвигом по фазе в двух плоскостях 3, 3'. Точки соприкосновения внутренней трубы 2 со внутренними стенками внешней трубы 1 расположены аналогично варианту, показанному на фиг.2, однако имеет место трехмерное закручивание внутренней трубы 2 наподобие спирали. Так как амплитуда изгибов в направлении плоскости 3 превышает амплитуду в направлении плоскости 3', то спираль внутри имеет не круглую, а эллиптическую форму.

На фиг.4 представлен схематичный вид части испарителя 4, устанавливаемого в холодильный аппарат, например холодильник или морозильник. Специалист может изготовить испаритель 4 известным способом из ровной пластины, на которой в качестве канала 41 для хладагента закреплен трубопровод, или ровной пластины и пластины, в которой выдавлен канал 41 для хладагента.

К левому верхнему углу пластины присоединяется всасывающий трубопровод, ведущий к компрессору холодильного аппарата. Этот трубопровод образован внешней трубой 1 и расположен на канале 41 для хладагента. Капилляр, проложенный внутри всасывающего трубопровода в виде внутренней трубы 2, плотно введен в точке 42 впрыска в узость канала 41 для хладагента. Испаритель 4, например, может монтироваться на задней стенке холодильного аппарата, между внутренней полостью и слоем изолирующей пены, ровной пластиной в сторону внутренней полости. Однако изобретение может применяться и на испарителе 4, который расположен во внутренней полости холодильника и огибает морозильный отсек, а также на испарителях любой другой конструкции.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменниках холодильных аппаратов. Теплообменник с внешним трубопроводом для первого потока теплоносителя и внутренним трубопроводом для второго теплоносителя, расположенным внутри внешнего трубопровода, причем внутренняя труба волнообразно изогнута с амплитудой, которая, по меньшей мере, соответствует разнице между внутренним диаметром внешней трубы и внешним диаметром внутренней трубы. Технический результат - упрощение монтажа, снижение уровня шума при сохранении уровня энергопотребления. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Теплообменник с внешним трубопроводом (1) для первого потока теплоносителя и внутренним трубопроводом (2) для второго теплоносителя, расположенным внутри внешнего трубопровода (1), отличающийся тем, что внутренняя труба (2) волнообразно изогнута с амплитудой, которая, по меньшей мере, соответствует разнице между внутренним диаметром (11) внешней трубы (1) и внешним диаметром (21) внутренней трубы (2).

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что амплитуда соответствует, по меньшей мере, внутреннему диаметру (11) внешней трубы.

3. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что изгибы трубы лежат в одной плоскости (3).

4. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что изгибы расположены со сдвигом по фазе в двух плоскостях (3, 3').

5. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что длина изгибов, по меньшей мере, в десять раз превышает амплитуду изгибов.

6. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутренняя труба (2) на конечном участке (12) внешней трубы (1) прямолинейна.

7. Теплообменник по п.1 или 2, отличающийся тем, что к оконечности труб присоединен испаритель (4).

8. Холодильный аппарат, отличающийся тем, что содержит теплообменник по одному из предыдущих пунктов.