Теплообменный аппарат Российский патент 2019 года по МПК F28B1/06 F28D1/53 F28F9/07 

Заявленное техническое решение относится к теплообменникам -конденсаторам, в которых пары теплоносителя отделены от охлаждающей среды - воздуха стенками, выполненными в виде теплообменника рекуперативного типа. Теплообменник выполнен из комплекта труб со средствами для увеличения площади теплопередачи - ребрами, прикрепленными снаружи и поперек его труб. Теплообменник содержит вспомогательные опоры, закрепленные на его ребрах, для установки в корпусе (кожухе) теплообменного аппарата.

Прототипом предполагаемого изобретения является «Ребристый теплообменник, для холодильного, кондиционирующего и нагревательного оборудования, снабженный вспомогательными опорами, закрепленными на его ребрах» по патенту ЕР 1046875 (А2) от 25.10.2000, МПК F28B 1/06, F28F 1/32, F28F 9/00 - [1]. Теплообменный аппарат по прототипу [1] содержит корпус (кожух) в котором находится ребристый теплообменник, состоящий из пакета (множества) продольных параллельных трубок и поперечных прямоугольных ребер (пластин) с отверстиями под продольные параллельные трубки, которые установлены в прямоугольных ребрах с обеспечением тепловых контактов между ними. С двух продольных торцов ребристого теплообменника параллельные трубки соединены между собой С-образными трубками с образованием единой трубки для прохождения теплоносителя. С обоих поперечных торцов ребристого теплообменника на его поперечных прямоугольных ребрах закреплены П-образные короба при помощи адгезивного материала, которыми ребристый теплообменник установлен в корпусе теплообменного аппарата с возможностью скольжения при его термическом расширении между L-образными уголками, закрепленными на внутренней поверхности корпуса (кожуха) теплообменного аппарата. П-образные короба, улучшают возможности крепления ребристого теплообменника в теплообменном аппарате.

Недостатком прототипа [1] является, то, что закрепленные на ребристом теплообменнике известные П-образные короба усложняют технологию сборки устройства и его технические характеристики при эксплуатации, то есть недостаточно эффективны при сборке и эксплуатации устройства.

Исходя из этих недостатков, следует задача повышения эффективности теплообменного аппарата совершенствованием П-образных коробов, а также L-образных уголков, а именно задача повышения эффективности теплообменного аппарата при его сборке и эксплуатации.

Сущность заявленного технического решения состоит в том, что теплообменный аппарат, содержит корпус, в котором находится ребристый теплообменник, состоящий из пакета (множества) продольных параллельных трубок и поперечных прямоугольных ребер (пластин) с отверстиями под продольные параллельные трубки, которые установлены в прямоугольных ребрах с обеспечением тепловых контактов между ними, с двух продольных торцов ребристого теплообменника параллельные трубки соединены между собой С-образными трубками с образованием единой трубки для прохождения теплоносителя, с обоих поперечных торцов ребристого теплообменника на его поперечных прямоугольных ребрах закреплены при помощи адгезивного материала П-образные короба, которыми ребристый теплообменник установлен в корпусе теплообменного аппарата с возможностью скольжения при его термическом расширении между L-образными уголками, закрепленными на внутренней поверхности корпуса теплообменного аппарата. При этом в нижних полках П-образных коробов по их краям выполнены продольные прямоугольные выступы, продольные края П-образных коробов скруглены наружу (например, радиусом 1…3 мм). Боковые полки П-образных коробов и выступающие внутрь теплообменного аппарата полки L-образных уголков имеют сквозную перфорацию (отверстия). В качестве адгезивного материала которым П-образные короба закреплены с обоих поперечных торцов ребристого теплообменника на его поперечных прямоугольных ребрах может быть использован эластичный герметик. Сквозная перфорация боковых полок П-образных коробов и выступающих внутрь теплообменного аппарата полок L-образных уголков может быть выполнена прямоугольным или эллиптическим сечением. Длина выступающих внутрь теплообменного аппарата полок L-образных уголков должна быть меньше длины боковых полок П-образных коробов на величину, которая не менее чем радиус округления наружу продольных краев П-образных коробов.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение эффективности теплообменного аппарата, а именно эффективности его сборки и эксплуатации.

Ограничительные признаки формулы: «теплообменный аппарат, содержащий корпус в котором находится ребристый теплообменник, состоящий из пакета (множества) продольных параллельных трубок и поперечных прямоугольных ребер (пластин) с отверстиями под продольные параллельные трубки, которые установлены в прямоугольных ребрах с обеспечением тепловых контактов между ними, с двух продольных торцов ребристого теплообменника параллельные трубки соединены между собой Сообразными трубками с образованием единой трубки для прохождения теплоносителя, с обоих поперечных торцов ребристого теплообменника на его поперечных прямоугольных ребрах закреплены при помощи адгезивного материала П-образные короба, которыми ребристый теплообменник установлен в корпусе теплообменного аппарата с возможностью скольжения при его термическом расширении между L-образными уголками, закрепленными на внутренней поверхности корпуса теплообменного аппарата» необходимы для описания конструкции (устройства), представленной одинаковым признаками (ограничительными) для прототипа и заявляемого технического решения.

Отличительный признак «в нижних полках П-образных коробов по их краям выполнены продольные прямоугольные выступы» необходим:

- во-первых, для повышения эффективности скольжения П-образных коробов при термическом расширении ребристого теплообменника между L-образными уголками по внутренней поверхности корпуса (кожуха) теплообменного аппарата, так как существенно уменьшается площадь трения при скольжении, а с внешней стороны между продольными прямоугольными выступами может более длительно сохраняться смазочный материал, для уменьшения коэффициента трения;

- во-вторых, для повышения эффективности сборки теплообменного аппарата, когда при закреплении П-образных коробов (расположенными в процессе процедуры крепления снизу) на ребристом теплообменнике (расположенном в процессе процедуры крепления сверху) остатки еще неостывшего адгезивного материала будут стекать под воздействием гравитации в продольные прямоугольные выступы П-образных коробов, и тем самим минимально закрывать теплообменные поверхности ребристого теплообменника, что приведет к повышению эффективности его работы.

Отличительные признаки «продольные края П-образных коробов скруглены наружу (например, радиусом 1…3 мм)» позволяют повысить эффективность монтажа П-образных коробов на ребристом теплообменнике, так как скругленные края П-образных коробов при их монтаже не надо будет раздвигать наружу и тем самим нарушать тонких адгезивный слой, равномерно нанесенный на внутреннюю поверхность П-образных коробов, кроме того, их продольные края не будут деформировать и царапать как правило тонкие ребра (пластины) ребристого теплообменника. Радиус округления продольных краев наружу П-образных коробов в готовых изделиях заявителя составил 2 мм.

Отличительный признак «боковые полки П-образных коробов и выступающие внутрь теплообменного аппарата полки L-образных уголков имеют сквозную перфорацию (отверстия)» позволяет повысить эффективность работы теплообменного аппарата, так как наличие такой сквозной перфорации позволяет через нее проходить дополнительному потоку воздуха, обдувающему ребристый теплообменник. По зависимым пунктам 3 и 4 формулы сквозная перфорация выступающих внутрь теплообменного аппарата боковых полок П-образных коробов, а также полок L-образных уголков может быть выполнена прямоугольным или эллиптическим сечением, что позволяет проходить через сквозную перфорацию воздуху даже при частичном перекрытии отверстий перфораций П-образных коробов и полок L-образных уголков.

Зависимый пункт 2 формулы «в качестве адгезивного материала которым П-образные короба закреплены с обоих поперечных торцов ребристого теплообменника на его поперечных прямоугольных ребрах использован эластичный герметик» позволяет повысить эффективность соединения крепления, так как помимо прочностных характеристик соединение получает улучшенные демпфирующие свойства, позволяющие компенсировать не только температурные деформации в устройстве, но также и влияние вибраций, например от проходящего по ребристому теплообменнику теплоносителя, а также от обдувающего его вентилятора (вентиляторов).

Так известно применение эластичного материала демпфирующего вибрацию в транспортной холодильной установке по патенту RU 2386555 С1 от 20.04.2010, МПК В60Р 3/20, В60Н 1/32, «транспортная холодильная установка» - [2], в которой переднюю закрывающую панель, снабженную решеткой, имеющей ряд отверстий для прохождения потока воздуха к змеевику конденсатора, расположенному за решеткой, опорную раму решетки, закрепленную на каркасе и выполненную из эластичного материала, на которой установлена решетка с ее обрамлением рамой, и вертикально ориентированные опорные элементы, расположенные пространственно отделенными от передней стенки трейлера, на которые установлена передняя закрывающая панель, при этом указанная опорная рама может быть выполнена из термопластичного олефина.

Однако применение в качестве адгезивного материала эластичного герметика для крепления П-образных коробов с обоих поперечных торцов ребристого теплообменника на его поперечных прямоугольных ребрах неизвестно.

Зависимый пункт 5 формулы «длина выступающих внутрь теплообменного аппарата полок L-образных уголков меньше длины боковых полок П-образных коробов на величину, которая не менее чем радиус округления наружу продольных краев П-образных коробов» определяет то, что округления (наружу) продольных краев П-образных коробов должны находиться над выступающими внутрь теплообменного аппарата полками L-образных уголков, что позволяет повысить эффективность их взаимного скольжения при температурных деформациях.

На фиг. 1 представлен теплообменный аппарат в сборе со снятой боковой крышкой корпуса (кожуха).

На фиг. 2 - вид ребристого теплообменника, с закрепленными при помощи адгезивного материала на его поперечных прямоугольных ребрах П-образных коробов.

На фиг. 3 - схематичный вид сбоку установки фрагмента ребристого теплообменника в верхней части корпуса теплообменного аппарата между двумя L-образными уголками.

На фиг. 4 - то же, что на фиг. 3, но с детальной прорисовкой.

На фиг. 5 - схематичный вид расположения П-образного короба между двумя L-образными уголками.

На фиг. 6 - пример выполнения П-образного короба с размерами, вид с торца (с боку).

На фиг. 7 - пример выполнения П-образного короба с размерами, вид сверху.

Теплообменный аппарат, содержит корпус (1) в котором находится ребристый теплообменник (2), состоящий из пакета (множества) продольных параллельных трубок и поперечных прямоугольных ребер (пластин) с отверстиями под продольные параллельные трубки, которые установлены в прямоугольных ребрах с обеспечением тепловых контактов между ними. С двух продольных торцов ребристого теплообменника (2) параллельные трубки соединены между собой С-образными трубками (3) с образованием единой трубки для прохождения теплоносителя. С обоих поперечных торцов ребристого теплообменника (2) на его поперечных прямоугольных ребрах закреплены при помощи адгезивного материала П-образные короба (4), которыми ребристый теплообменник (2) установлен в корпусе теплообменного аппарата (1) с возможностью скольжения при его термическом расширении между L-образными уголками (5), закрепленными на внутренней поверхности корпуса (1) теплообменного аппарата. В нижних полках П-образных коробов (4) по их краям выполнены продольные прямоугольные выступы (6). Продольные края (7) П-образных коробов (4) скруглены наружу, например, радиусом 1…3 мм. Боковые полки П-образных коробов и выступающие внутрь теплообменного аппарата и полки L-образных уголков имеют сквозную перфорацию (отверстия), соответственно (8) и (9). В качестве адгезивного материала которым П-образные короба (4), закреплены с обоих поперечных торцов ребристого теплообменника (2) на его поперечных прямоугольных ребрах может быть использован эластичный герметик. Сквозная перфорация боковых полок (8) П-образных коробов (4), а также сквозная перфорация (9) выступающих внутрь теплообменного аппарата (1), полок L-образных уголков может быть выполнена прямоугольной (в виде прямоугольных отверстий). Также сквозная перфорация боковых полок (8) П-образных коробов (4) и сквозная перфорация (9) выступающих внутрь теплообменного аппарата (1), полок L-образных уголков может быть выполнена эллиптической (в виде эллиптических отверстий). Длина выступающих внутрь теплообменного аппарата полок L-образных уголков (5) меньше длины боковых полок П-образных коробов (4) на величину, которая не менее чем радиус округления наружу продольных краев (7) П-образных коробов (4).

Работы по сборке теплообменного аппарата заключаются в следующим. Первоначально на ребристый теплообменник (2) надевают равномерно смазанные тонким слоем эластичного герметика П-образные короба (4), которые при этом находится снизу ребристого теплообменника (2) и при этом боковые полки П-образных коробов (4) направлены вверх. То есть, П-образные короба (4) надевают на ребристый теплообменник (2) снизу, и после этого делают временную пазу до затвердевания эластичного герметика. При этом лишние остатки эластичного герметика под воздействием гравитации стекут вниз и окажутся в продольные прямоугольные выступах (6) (которые в таком перевернутом положением - будут впадинами) П-образных коробов (4). После установки на нижнюю (первую сторону) часть поперечного торца ребристого теплообменника (2) всех П-образных коробов (4) и застывания эластичного герметика, ребристый теплообменник (2) переворачивают на 180° и аналогично на вторую сторону (часть поперечного торца) ребристого теплообменника (2) закрепляют П-образные короба (4) по всей длине (ставшей при повороте нижней) поперечного торца ребристого теплообменника (2). Округления продольных краев (7) П-образных коробов (4), например, радиусом 2 мм позволяют при креплении П-образных коробов (4) повысить эффективность технологии установки, так, как при этом исключаются повреждения и деформация торцевыми поверхностями боковых полок П-образных коробов (4) тонких поперечных прямоугольных ребер (пластин) ребристого теплообменника (2), также не требуются дополнительные операции по расширению вышеуказанных полок при установки, что дополнительно исключает лишние воздействия на нанесенный тонкий равномерный слой эластичного герметика при установке. При установке в корпус (1) теплообменного аппарата ребристого теплообменника (2) на его торцевые поверхности с закрепленными П-образными коробами (4) может быть нанесен тонкий слой консистентной смазки, излишки которой в последствии могут находится между продольными прямоугольными выступами (6) П-образных коробов (4). При установке ребристого теплообменника (2) между L-образными уголками, необходимо обеспечить максимальное совпадение отверстий сквозных перфораций (9) на выступающих внутрь корпуса (1) теплообменного аппарата полок L-образных уголков (5), а также отверстий сквозных перфораций (8) П-образных коробов (4).

Работает заявленный теплообменный аппарат по известным способам (согласно своему предназначению), при этом обеспечивается повышение эффективности скольжения ребристого теплообменника (2) (при его температурных деформациях) по внутренней поверхности корпуса (1) теплообменного аппарата, что дополнительно приводит к повышению надежности его работы и повышению срока его эксплуатации, так как исключен контакты и трение С-образных трубок (3) ребристого теплообменника (2) с корпусом (1) теплообменного аппарата.

Обеспечение обдувания теплообменных поверхностей ребристого теплообменника (2) через совмещенные сквозные перфорации (отверстия) (8) и (9) будет приводить к повышению эффективности теплообмена, и, следовательно, к повышению эффективности заявленного теплообменного аппарата в целом.

Заявленное устройство теплообменного аппарата обладает всеми критериями изобретения, так как совокупность ограничительных и отличительных признаков его формулы изобретения является новым для таких конструкций, и, следовательно, соответствует критерию "новизна".

Совокупность признаков формулы изобретения предложенного устройства неизвестна на данном уровне развития техники и не следует общеизвестным правилам разработки и конструирования теплообменных аппаратов, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".

Разработка, конструирование и внедрение предложенного устройства теплообменного аппарата не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".

Литература

1. Патент ЕР 1046875 (А2) от 25.10.2000, МПК F28B 1/06, F28F 1/32, F28F 9/00, «Ребристый теплообменник, для холодильного, кондиционирующего и нагревательного оборудования, снабженный вспомогательными опорами, закрепленными на его ребрах» - прототип.

2. Патент RU 2386555 С1 от 20.04.2010, МПК В60Р 3/20, В60Н 1/32, «Транспортная холодильная установка».

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при изготовлении воздушных рекуперативных теплообменных аппаратов. Теплообменный аппарат содержит корпус (1) и установленный в корпусе посредством П-образных коробов (4) ребристый теплообменник (2) с возможностью скольжения при его термическом расширении между L-образными уголками (5), закрепленными на внутренней поверхности корпуса (1). В нижних полках П-образных коробов (4) по их краям выполнены продольные прямоугольные выступы (6). Продольные края (7) П-образных коробов (4) скруглены наружу, например, радиусом 1...3 мм. Боковые полки П-образных коробов, выступающие внутрь теплообменного аппарата, и полки L-образных уголков имеют сквозную перфорацию прямоугольного или эллиптического сечения, а длина выступающих внутрь теплообменного аппарата полок L-образных уголков (5) должна быть меньше длины боковых полок П-образных коробов (4) на величину, которая не менее чем радиус округления наружу продольных краев (7) П-образных коробов (4). Технический результат - повышение эффективности сборки теплообменного аппарата. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Теплообменный аппарат, содержащий корпус, в котором находится ребристый теплообменник, состоящий из пакета продольных параллельных трубок и поперечных прямоугольных ребер с отверстиями под продольные параллельные трубки, которые установлены в прямоугольных ребрах с обеспечением тепловых контактов между ними, с двух продольных торцов ребристого теплообменника параллельные трубки соединены между собой С-образными трубками с образованием единой трубки для прохождения теплоносителя, с обеих поперечных торцов ребристого теплообменника на его поперечных прямоугольных ребрах закреплены при помощи адгезивного материала П-образные короба, которыми ребристый теплообменник установлен в корпусе теплообменного аппарата с возможностью скольжения при его термическом расширении между L-образными уголками, закрепленными на внутренней поверхности корпуса теплообменного аппарата, отличающийся тем, что в нижних полках П-образных коробов по их краям выполнены продольные прямоугольные выступы, продольные края П-образных коробов скруглены наружу, боковые полки П-образных коробов и выступающие внутрь теплообменного аппарата полки L-образных уголков имеют сквозную перфорацию.

2. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в качестве адгезивного материала, которым П-образные короба закреплены с обоих поперечных торцов ребристого теплообменника на его поперечных прямоугольных ребрах, использован эластичный герметик.

3. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что сквозная перфорация боковых полок П-образных коробов и выступающих внутрь теплообменного аппарата полок L-образных уголков выполнена прямоугольной.

4. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что сквозная перфорация боковых полок П-образных коробов и выступающих внутрь теплообменного аппарата полок L-образных уголков выполнена эллиптической.

5. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что длина выступающих внутрь теплообменного аппарата полок L-образных уголков меньше длины боковых полок П-образных коробов на величину, которая не менее чем радиус округления наружу продольных краев П-образных коробов.