Теплообменник Российский патент 2024 года по МПК F28D21/00 F28F21/08 H01L23/34 H05K7/20 

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано в энергетической и химической отраслях промышленности, в частности для испытаний электронно-компонентной базы (далее ЭКБ) на стойкость в условиях космического пространства, а также в области вакуумной техники.

Задачей, на которое направлено данное изобретение, является создание теплообменного аппарата, способного работать в условиях высокого и сверхвысокого вакуума в широком диапазоне температур и с высоким КПД.

Известен водоблок для центрального процессора Bykski (артикул С2-0189, www.evopc.ru), имеющий гальваническую медную опорную пластину, покрытую прецизионно обработанной верхней частью. В верхней части предусмотрены пазы для подключения водяной магистрали, через которые осуществляется циркуляция теплоносителя через внутреннее пространство и отвод тепла от медной пластины.

Недостатком данного решения является конструкционный материал верхней части и уплотнения в соединении медной пластины с верхней частью, не позволяющий использовать данный водоблок при повышенном давлении и в условиях агрессивной среды (вакуум, давление, атмосфера из различных газов). Помимо этого небольшой размер самой медной платы не позволяет использовать данный водоблок для охлаждения изделий крупнее, чем центральный процессор компьютера.

В качестве наиболее близкого по технической сущности аналога выбрана конструкция теплообменника [патент на полезную модель RU № 43954, МПК: F28F1/28, патентообладатель Петров Г.И., Злотин В.Е., Злотников И.С., дата публик: 10.02.2005 г, авторы: Петров Г.И. и др.], содержащего корпус, выполненный из тонкого металлического листа с патрубками ввода и вывода теплоносителя и размещенный в корпусе (медный) радиатор с оребренной теплообменной поверхностью. Радиатор выполнен в виде соединенных между собой сваркой секций с плоскими или с заданным радиусом кривизны стенками. Секции расположены однорядно или многорядно по высоте и/или по глубине. Стенки секции устанавливаются заданным образом друг относительно друга или соединяются разборным или неразборным образом с возможностью получения внутреннего и/или внешнего продольного и/или поперечного оребрения секции.

Известное техническое решение предназначено для использования в качестве секционного отопительного радиатора или конвектора, который может устанавливаться на трубы отопления и не может быть применено в условиях высокого и сверхвысокого вакуума. Помимо этого конструкция данного теплообменника не позволяет использовать его в широком диапазоне температур (накладывается ограничение по теплоносителю, в качестве которого принята трубопроводная вода).

Технический результат изобретения заключается в улучшении эксплуатационных характеристик с одновременной областью расширения возможности применения за счет использования теплообменника в разреженной атмосфере.

Данный технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного теплообменника, содержащего корпус с патрубками ввода и вывода теплоносителя и размещенный в корпусе радиатор с оребренной теплообменной поверхностью, в предложенном теплообменнике корпус выполнен составным и представляет собой разборную конструкцию в виде опорного и свободного фланцев с уплотняющими поверхностями со стороны радиатора, в котором выполнен ответный уплотняющий элемент, при этом во фланцах выполнены резьбовые отверстия под крепежные элементы, в опорном фланце выполнены отверстия под патрубки ввода и вывода теплоносителя, а радиатор с оребренной теплообменной поверхностью выполнен в виде единой цилиндрической детали с возможностью создания продольных и/или поперечных прорезей, дополнительно содержит защитный элемент, установленный заподлицо с наружной стороны радиатора и закрепленный на опорном фланце корпуса с помощью крепежных элементов, причем со стороны корпуса защитный элемент содержит отверстия под крепежные элементы для размещения испытуемого оборудования.

Влияние отличительных признаков формулы изобретения на вышеуказанный технический результат

Выполнение корпуса составным в виде разборной конструкции из опорного и свободного фланцев с уплотняющими поверхностями со стороны радиатора, в котором выполнен ответный уплотняющий элемент, а также выполнение во фланцах резьбовых отверстий под крепежные элементы, а в опорном фланце - отверстий под патрубки ввода и вывода теплоносителя позволяют герметизировать внутренний объем теплообменника, что обеспечивает возможность его применения в вакууме.

Выполнение радиатора с оребренной теплообменной поверхностью в виде единой цилиндрической детали с возможностью создания продольных и/или поперечных прорезей обеспечивает максимальную площадь теплообмена, что улучшает эксплуатационные характеристики теплообменника и повышает эффективность теплообмена.

Выполнение корпуса в виде опорного и накидного фланцев позволяет использовать теплообменник в условиях глубокого и среднего вакуума.

Дополнительное использование защитного элемента, установленного заподлицо с наружной стороны радиатора и закрепленного на опорном фланце корпуса с помощью крепежных элементов, и содержание со стороны корпуса защитного элемента группу отверстий под крепежные элементы для размещения испытуемого оборудования позволяет плотно примыкать испытуемому объекту к теплообменнику без угрозы деформации теплопередающей поверхности, что расширяет эксплуатационные характеристики.

Рассмотрим реализацию предлагаемого изобретения, представленного на фиг. 1 и фиг. 2, на которых представлена конструктивная схема теплообменника. Позициями на чертежах обозначены: 1 - патрубки ввода и вывода теплоносителя, 2 - опорный фланец корпуса, 3 - свободный фланец корпуса, 4 - крепежный элемент, 5 - радиатор, 6 - защитный элемент, 7 -уплотняющая поверхность фланцев, 8 - уплотняющий элемент радиатора.

Теплообменник содержит составной корпус с патрубками ввода и вывода теплоносителя 1 и размещенный в корпусе медный радиатор 5 с оребренной теплообменной поверхностью. Корпус представляет собой разборную конструкцию в виде опорного 2 и свободного фланцев 3 с уплотняющими поверхностями 7 в виде проточек на фланцах со стороны радиатора 5, в котором выполнен ответный уплотняющий элемент 8 толщиной 2,2 мм из бескислородной меди. Во фланцах 2,3 выполнены отверстия под крепежные элементы 4, в качестве которых применены болты М6. В опорном фланце 2 выполнены отверстия под патрубки ввода и вывода теплоносителя 1, а радиатор 5 с оребренной теплообменной поверхностью выполнен в виде единой цилиндрической детали с поперечными и продольными прорезями в виде штырьков, выполненными с шагом в 3 мм, создавая тем самым массив штырьков, расположенных с шагом 3 мм по каждому направлению.

Теплообменник содержит выполненный из алюминиевого сплава защитный элемент 6, установленный заподлицо с наружной стороны радиатора 5 и закрепленный на опорном фланце 2 корпуса с помощью крепежных элементов 4, причем со стороны корпуса защитный элемент содержит отверстия под крепежные элементы для размещения испытуемого оборудования. Металлоемкость теплообменника составила от 8 кг/кВт до 10 кг/кВт. В качестве теплоносителя выбрана жидкая или газообразная среда в зависимости от требуемых рабочих температур.

Предлагаемое устройство - теплообменник работает следующим образом. Теплоноситель через патрубок ввода 1 поступает в пространство, создаваемое радиатором 5, ответным фланцем 3 и опорным фланцем 2, стянутыми болтами 4 и зажатыми их уплотняющими поверхностями 7 к уплотнительному элементу 8 радиатора 5. Попадая в вышеописанный объем, теплоноситель вступает в конвективный теплообмен с радиатором 5, и с помощью его прорезей интенсифицирует процесс теплообмена, и увеличивает площадь теплообмена. В зависимости от температур на поверхности радиатора 5 и теплоносителя с помощью конвекции радиатор или охлаждается или нагревается до заданной температуры. Затем, при непосредственном контакте радиатора 5 и защитного элемента 6, на котором располагается непосредственно испытуемый объект (на фиг. не показан), происходит контактный (при полном отсутствии конвекции, так как в вакууме конвекция невозможна) теплообмен между контактирующими поверхностями, за счет чего происходит температурное воздействие непосредственно на испытуемый объект. После теплообмена с радиатором теплоноситель вытесняется из теплообменника через патрубок вывода 1.

Представленный теплообменный аппарат позволил обеспечить работоспособность в разреженной атмосфере в условиях высокого и сверхвысокого вакуума в широком диапазоне температур и с высоким КПД, также улучшение эксплуатационных характеристик, а именно увеличил температурный диапазон использования и теплообменные характеристики.

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано, в частности, для испытаний электронно-компонентной базы (далее ЭКБ) на стойкость в условиях космического пространства, а также в области вакуумной техники. Теплообменник содержит корпус с патрубками ввода и вывода теплоносителя и размещенный в корпусе радиатор с оребренной теплообменной поверхностью. Корпус выполнен составным и представляет собой разборную конструкцию в виде опорного и свободного фланцев с уплотняющими поверхностями со стороны радиатора, в котором выполнен ответный уплотняющий элемент, при этом во фланцах выполнены резьбовые отверстия под крепежные элементы, в опорном фланце выполнены отверстия под патрубки ввода и вывода теплоносителя, а радиатор с оребренной теплообменной поверхностью выполнен в виде единой цилиндрической детали с возможностью создания продольных и/или поперечных прорезей, дополнительно содержит защитный элемент, установленный заподлицо с наружной стороны радиатора и закрепленный на опорном фланце корпуса с помощью крепежных элементов, причем со стороны корпуса защитный элемент содержит отверстия под крепежные элементы для размещения испытуемого оборудования. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик, возможность применения в разреженной атмосфере. 2 ил.

Теплообменник, содержащий корпус с патрубками ввода и вывода теплоносителя и размещенный в корпусе радиатор с оребренной теплообменной поверхностью, отличающийся тем, что корпус выполнен составным и представляет собой разборную конструкцию в виде опорного и свободного фланцев с уплотняющими поверхностями со стороны радиатора, в котором выполнен ответный уплотняющий элемент, при этом во фланцах выполнены отверстия под крепежные элементы, в опорном фланце выполнены отверстия под патрубки ввода и вывода теплоносителя, а радиатор с оребренной теплообменной поверхностью выполнен в виде единой цилиндрической детали с возможностью создания продольных и/или поперечных прорезей, дополнительно содержит защитный элемент, установленный заподлицо с наружной стороны радиатора и закрепленный на опорном фланце корпуса с помощью крепежных элементов, причем со стороны корпуса защитный элемент содержит отверстия под крепежные элементы для размещения испытуемого оборудования.