Трубка теплообменника Российский патент 2024 года по МПК F28F1/02 F28D1/00 F28F1/40 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройствам для охлаждения, в частности, к вентиляционным проходам (каналам) и может использоваться в теплообменниках и установках для охлаждения вычислительного оборудования.

Уровень техники

Из уровня техники известно большое количество корпусов воздуховодов.

В качестве наиболее близкого аналога выбрана многоканальная прессованная трубка, содержащая плоские параллельные верхнюю и нижнюю стенки, переднюю и заднюю стенки, соединяющие верхнюю и нижнюю стенки, продольные перегородки, соединяющие верхнюю и нижнюю стенки (патент RU 2155921, опубликован 10.09.2000). Недостатком данной известной трубки является недостаточные теплоотводные свойства, в частности, в области углов, соединяющих стенки.

Сущность изобретения

Изобретение решает задачу повышения теплопроводных свойств трубок теплообменников.

Достигаемый изобретением технический результат заключается в повышении теплоотводящих свойств за счет равномерного распределения тепловых полей по всей поверхности корпуса, оптимальной турбулизации проходящего потока и нанесения теплопроводящего защитного покрытия с низкой минеральной адгезией.

Указанный технический результат достигается тем, что трубка теплообменника содержит плоский корпус с параллельными внутренними перегородками, выполненные за одно целое, корпус выполнен из алюминия в форме параллелепипеда, малые боковые грани которого выполнены скругленными, а наружная поверхность больших боковых граней содержит рифление в виде параллельных ребер, упомянутый корпус снаружи содержит покрытие, включающее графен.

Указанный технический результат достигается также тем, что высота ребер составляет от 0,5 до 1,5 мм.

Указанный технический результат достигается также тем, что трубка содержит три перегородки внутри корпуса.

Указанный технический результат достигается также тем, что внутренняя поверхность корпуса содержит рифление и покрытие из материала, включающего графен.

Указанный технический результат достигается также тем, что материал покрытие корпуса включает барийсодержащий компонент.

Отличительной особенностью данного изобретения является выполнение трубки из алюминия с покрытием из графен содержащего материала, а также конструкция трубки, обеспечивающие высокие теплоотводящие свойства.

Перечень фигур чертежей

На ФИГ. 1 показан общий вид в перспективе.

На ФИГ. 2 показан вид сбоку.

На ФИГ. 3 показан вид с торца.

Осуществление изобретения

Трубка теплообменника содержит плоский корпус 1, за одно целое с которым внутри выполнены параллельные перегородки 2. Корпус 1 выполнен в форме параллелепипеда, малые боковые грани которого выполнены скругленными 3, а наружная поверхность больших боковых граней содержит рифление в виде параллельных ребер 4. Целесообразная ширина панели от 80 мм до 250 мм при ширине от 10 мм до 60 мм. Корпус 1 с перегородками 2 целесообразно изготавливать экструзией путем продавливания через формовочную фильеру массы материала.

Выполнение боковых граней 3 с формой, приближенной к сферической, обеспечивают равномерный поток воздуха в боковых частях трубки и позволяют качественно продувать эти самые уязвимые части и предотвращать их обмерзание за счет ускоренного прогрева малых боковых сторон трубки. Это позволяет использовать трубку при отрицательных наружных температурах воздуха.

Целесообразно высоту ребер высоту ребер обеспечить от 0,5 до 1,5 мм. Наружные ребра по длинной стороне трубки теплообменника высотой в 1,5 мм, как показано на Фиг. 2 под цифрой 5, позволяют увеличить эффективную площадь отведения тепла от наружной поверхности трубок, что приводит к росту коэффициента теплообмена трубок и интенсификации процесса теплообмена. Для некоторых особых условий высота ребер может достигать 2,5 мм.

Перегородки 2 имеют толщину от 1,0 мм до 2,5 мм и сегментируют внутреннее пространство трубки на несколько частей. Перегородки 2 играют роль аккумуляторов тепла плавно распределяя тепло изнутри наружу и обеспечивают оптимальную турбулизацию проходящего потока по ширине трубки и улучшают коэффициент теплоотдачи из внутреннего потока воздуха на наружную поверхность трубки. Чрезмерная турбулизация потока горячего воздуха уменьшает проходимость воздуховодных каналов и ухудшает темплообмен. Стенки корпуса 1 целесообразно выполнить такой же толщины (без учета высоты ребер), что и перегородки. Выполнение стенок и перегородок одинаковой толщины обеспечит равномерность теплообмена и повысит его эффективность.

Наиболее оптимально выполнить, по меньшей мере, три перегородки внутри корпуса. Точное количество перегородок определяется размером трубки, скоростью потока охлаждаемого воздуха и параметрами процесса адиабатического испарения.

Корпус 1 выполнен из алюминия и содержит снаружи покрытие из материала, включающего графен. Корпус 1 может быть выполнен также из алюминиевых сплавов, как деформируемых, так и недоформируемых.

Покрытие корпуса должно наряду с защитными функциями, также и повышать теплообменные свойства. Покрытие должно защищать алюминий от агрессивных сред таких как вода с растворенными в ней химическими веществами, что дает возможность подавать на трубки теплообменника воду без ее предварительной очистки от минералов и загрязняющих веществ. При этом покрытие должно сохранить высокий уровень теплопроводности алюминия и не допустить его окисление.

Добавление высокодисперсного графена снижает адгезию покрытия к минералам, что позволяет полностью снять риск образования минерализации и выпадения твердого осадка при адиабатическом испарении воды с поверхности трубок.

Применение графена в трубке предложенной конструкции позволяет равномерно распределять тепло по всей поверхности трубки и обеспечивать теплоперенос из внутренней части трубки на наружную с КПД теплообменника более чем 93%, в режиме естественного охлаждения с орошением теплообменника водой - адиабатическое испарение/охлаждения воздуха косвенного типа.

Применение в покрытии барийсодержащего компонента в качестве добавки позволяет еще больше повысить эффективность теплообмена. В качестве барийсодержащего компонента в материале покрытия целесообразно использовать природный сульфат бария (барит) или синтетический сульфат бария (бланфикс). Сочетание барийсодержащего компонента и графеном обеспечивает покрытию повышенную матовость, огнестойкость, твердость, атмосферостойкость, химическую стойкость (особенно кислотостойкость) и сниженное скольжение жидкости. Благодаря этому, вода, сконденсированная на поверхности или орошающая поверхность трубки, задерживается микрорельефом покрытия и увеличивает время теплообмена. Помимо этого, использование барийсодержащего компонента обеспечивает лучшую адгезию покрытия к поверхности трубки и повышает его прочнось.

Применение покрытия из материала, включающего графен, по сути приводит к созданию композитного материала с основой из алюминия.

Для еще большей эффективности теплоотвода внутренняя поверхность корпуса также может содержать рифление ребрами и покрытие из материала, включающего графен и барийсодержащий компонент.

В качестве примера, материал покрытия может иметь следующий состав (в процентах по массе): барит 43,5, графен 5,2, остальное твердая полиэфирная смола, отвердители, пигменты. Конкретное количество компонентов в материале покрытия определяется качеством обработки поверхности корпуса трубки, температурой охлаждаемого воздуха, условиями эксплуатации и другими факторами, существенными для лако-красочных покрытий.

Трубка работает следующим образом.

Трубки, как правило, используются в виде сборок. Для этого в теплообменнике устанавливается пакет параллельно расположенных трубок, имеющий два перекрестных воздушных потока: первый поток проходит внутри трубок, второй поток направлен перпендикулярно первому и обдувает корпуса трубок снаружи. Основной нагретый поток, проходящий внутри трубок, передает тепло на их поверхность, а второй поперечный поток обдувает трубки снаружи и за счет разницы температур происходит теплосъем с поверхности трубок и удаление тепла в атмосферу. Скругленные участки обеспечивают плавное обтекание трубок наружным поперечным потоком, что повышает эффективность теплообмена.

Таким образом, при использовании трубок в составе теплообменника, тепло отводится за счет обдува воздухом и омовением водой наружной поверхности трубок, используя процесс адиабатического испарения.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в устройствах для охлаждения воздуха. Предложена трубка теплообменника, содержащая плоский корпус с параллельными внутренними перегородками, выполненными за одно целое, корпус выполнен из алюминия в форме параллелепипеда, малые боковые грани которого выполнены скругленными, а наружная поверхность больших боковых граней содержит рифление в виде параллельных ребер. Упомянутый корпус содержит снаружи покрытие из материала, включающего сочетание барийсодержащего компонента и графена. Технический результат: повышение эффективности теплоотвода. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Трубка теплообменника, содержащая плоский корпус с параллельными внутренними перегородками, выполненными за одно целое, корпус выполнен из алюминия в форме параллелепипеда, малые боковые грани которого выполнены скругленными, а наружная поверхность больших боковых граней содержит рифление в виде параллельных ребер, упомянутый корпус содержит снаружи покрытие из материала, включающего сочетание барийсодержащего компонента и графена.

2. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что высота ребер составляет от 0,5 до 1,5 мм.

3. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что содержит три перегородки внутри корпуса.

4. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность корпуса содержит рифление и покрытие из материала, включающего графен.