Теплообменный аппарат Советский патент 1989 года по МПК F28D7/00 

1

Изобретение относится к тепло- обменной технике и может быть использовано в силовых установках, системах отопления транспортных средств и домов, например, использующих солнечную и геотермальную энергию.

Цель изобретения - интенсификация теплообмена путем периодического изменения направления движения среды межтрубного пространства.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого теплообменного аппарата, ист пользуемого в системе отопления жи- лого дома; на фиг,2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг.1; на фиг.5- сечение Г-Г на фиг.1; на фиг.6 - сечение Д-Д на фиг.1; на фиг.7 - сечение Е-Е на фиг.1; на фиг.8 - сечение Ж-Ж на фиг.1.

Теплообменный аппарат состоит из собственно теплообменника и поршне- вого дозатора. Теплообменник образован кожухом 1 в виде прямоугольной рамки, крышками 2 и 3 и теплообмен- ным блоком, состоящим из капиллярных трубок 4 и трубных досок 5-8, охва- тывающих пучки трубок 4 с четырех сторон. Трубки 4 расположены послойно со взаимно перпендикулярной ориентацией в смежных слоях. Трубньге доски 5-8 образуют прямоугольную рамку, проемы которой обращены к полостям 9 и 10 кожуха 1, По крайней мере горизонтальные трубные доски 5 и 6 имеют выступы для отделения полостей 9 и 10 от воздушных полостей 11 и 12 в крьпиках 2 и 3. Жидкостные полости 9 и 10 отделены от полостей 13 и 14 кожуха 1 выступами 15 в его углах. В каждой крышке 2 и 3 выполнено по одному выступу 16 (фиг.З), которые после сборки оказываются противоположными и за счет которых из полосте 11 и 13 образована Г-образная камера для приема предварительно подогретого воздуха из трубы 17, а из полостей 12 и 14 - Г-образная камера для выпуска горячего воздуха в трубу 18. Все конщС трубок 4 выходят в Г-об- разные камеры, благодаря чему воздух проходит только через трубки 4. Подвод воздуха в теплообменник осуществляется побудителем движения 19 через фильтр 20 и рекуператор 21. Горячий воздух из теплообменника по трубке 18 поступает в проницаемую нижнюю панель 22 дома 23. Из помещений дома отработанньш воздух через проницаемьй потолок удаляется по трубе 24 в рекуператор 21 и далее в атмосферу.

Циркуляция жидкости 25 по замкнутому контуру осуществляется насосом 26, забирающим ее из коллектора 27 солнечной энергии и нагнетающим по трубе 28 через поршневой дозатор в теплообменник. Две противоположные жидкостные полости 9 и 10 теплообменника при этом соединены с дозатором четырьмя трубами - верхними 29, 30 и нижними 31, 32. Возврат охлажденной жидкости из теплообменника в коллектор 27 осуществляется поочередно по трубам 31 и 32, через дозатор и далее по трубе 33.

Дозатор состоит из цилиндрического корпуса ЗА, поршня 35, двухпози- ционного распределителя 36 потоков, крышек 37 и 38, образующих вместе с поршнем 35 левую и правую подпорш- невые полости. Корпус 34 в своей средней плоскости имеет следующие .радиальные отверстия: отверстие 39 для впуска жидкости 25 с давлением MQkc 3 трубы 28, два отверстия 40 и 41 для выпуска в трубы 29 и 30 (поочередно) отмеренных доз жидкости с уменьшенным давлением Р из правой и левой подпорщневых полостей, два отверстия 42 и 43 для приема из труб 32 и 31 (поочередно) охлажденной жидкости с еще более низким давление Р, одно отверстие 44 для выпуска жидкости с давлением Р в трубу 33, одно резьбовое отверстие для винта 45, предотвращающего проворачивае- мость поршня 35 относительно корпуса 34. Поршень 35 выполнен со сквозным трехступенчатым отверстием (для размещения распределителя 36), с радиальными отверстиями и окнами и продольными несквозными проточками на цилиндрической поверхности. Проточка 46 расположена под отверстием 39 корпуса 34 и с ее дна просверлено два симметричных относительно поршня 35 радиальных отверстия 47 и 48, выходящих в диаметрально противоположную проточку 49 на поршне 35, равную по площади проточке 46 и предназначенную для уравновешивания радиальных

сил, действующих на поршень 35. Проточка 50 расположена под отверстием 40 и с ее дна в правой половине поршня 35 просверлено сквозное отверстие 51,. выходящее в диаметрально проти- воположную проточку 52. Проточка 53 расположена под отверстием 41 и с ее дна в левой половине поршня 35 прос10

15

0

5

0

5

0

5

0

5

верлено сквозное отверстие 54, выходящее в диаметрально противоположную проточку 55. Проточка 56 расположена под отверстием 42 и сообщена в правой половине поршня 35 сквозным отверстием 57 с диаметрально противоположной проточкой 58. Проточка 59 расположена под отверстием 43 и сообщена сквозным отверстием 60 с противоположной проточкой 61 в левой половине поршня 35. Под отверстием 44 расположена проточка 62, сообщенная сквозными отверстиями 63 и 64 с диаметрально противоположной проточкой 65. Две короткие проточки 66, выходящие на торцы поршня 35 и расположенные на одной его образующей, предназначены для ввода через них (и вывода) жидкости в подпоршневые полости. Со дна проточек-выполнены продольные окна 67 прямоугольного сечения и длиной, равной шагу расположения кольцевых канавок 68 на распределителе 36. Диаметрально проточкам 66 выполнены равные им две короткие уравновешивающие проточки 69. Распределитель 36 образован из двух одинаковых стержней, имеющих по три канавки 68, расположенных с равным ша- .гом. Стержни соединены друг с другом плоскими торцами после введения их в крайние ступени трехступенчатого осевого отверстия поршня 35, выполненные эксцентрично по отношению к средней ступени 70. Последняя симметрична относительно поршня 35 и имеет длину 1, которая определяет величину осевых смещений распределителя 36. Суммарная длина распределителя больше длины поршня 35 на вели- чину 1. В средней продольной плоскости распределителя 36 после соединения его стержневых частей образуются два серповидных участка, которые поочередно упираются в торцы средней ступени 70 трехступенчатого осевого отверстия поршня 35. Концы распределителя 36 выполнены закругленными и не отнимают у поршня 35 площадь его торцовых поверхностей в начале каждого его хода.

Теплообменный аппарат работает следующим образом.

Через теплообменник прокачиваются во взаимно перпендикулярных направлениях нагреваемый воздух и отдающая тепло жидкость 25. Свежий воздух, забираемый из атмосферы через фильтр

20 побудителем движения 19 (насосом), проходит через рекуператор 21 и далее через трубу 17 и полости 11 и 13 поступает в трубки 4, в которых нагревается от жидкости, протекающей через межтрубное пространство. Из трубок 4 воздух попадает в полости 12 и 14 и далее через трубу 18 и проницаемую панель 22 входит в отапливаемые помещения снизу. В рекуператоре 21 уходящая с отработанным воздухом теплота используется на подогрев свежего воздуха, подаваемого в теплообменник.

Жидкость 25 проходит по всем коммуникациям замкнутого циркуляционного контура от напора, создаваемого насосом 26. Поршневой дозатор обеспечивает требуемое периодическое автоматическое изменение направления движения жидкости 25 через зазоры между трубками 4. Периодичность зависит от объема подпоршневых полостей в дозаторе, а автоматичность обеспечивается самопереключаемостью двухпозиционного распределителя 36 и подвижностью поршня 35 от напора Е макс жидкости, подаваемой насосом 26. При движении поршня 35 вправо распределитель 36 смещен вправо относительно поршня 35, жидкость проходит в левую подпоршневую полость через конструктивные элементы доза

1469279

обменника, проходит через зазоры м ду трубками А в левую жидкостную п лость 9 и из нее по трубе 31 входи g в дозатор, проходит далее в трубу и по ней возвращается в коллектор При подходе к крьш1ке 37 распредели тель 36 снова автоматически перекл чается и поршень снова начинает дв

10 гаться вправо.

Использование изобретения позво ляет интенсифицировать теплообмен как за счет повышения компактности теплообменных поверхностей и турбул

15 зации жидкости, проходящей в межтр ном пространстве теплообменника, т и за счет периодического изменения направления ее движения. Периодиче кие изменения направлений движения

20 жидкости исключают возможность поя ления застойных зон с пониженным д лением, где могли бы скапливаться осадки и образовываться накипи, сн жающие коэффициент теплопередачи.

25 Каждое изменение направления движе ния жидкости приводит к резкому во растанию и затем понижению давлени в межтрубных зазорах, что препятст вует появлению на трубках 4 осадко

30 Всплески давления жидкости в межтр ных зазорах воздействуют и на внутренние поверхности капиллярных тру бок 4, с которых также стряхиваютс частицы, которые могут налипать из

тора. В это .время из правой подпорш- воздуха, что способствует интенсиН КЛИ ЗПЯ т Чгг1г1Л7г чуч кч чДх тт п Р«.П «.;-. ..невой полости жидкость вытесняется поршнем 35 в трубу 29 через доэатор (фиг.5); Из трубы 29 жидкость входит в левую жидкостную полость 9, проходит через зазоры между трубками 4, отдавая тепло воздуху, в правую полость 10 и из нее по трубе 32 входит в дозатор. Затем жидкость проходит через конструктивные элементы дозатора и по трубе 33 возвращается в коллектор 27. При подходе к крьшгке 38 распределитель 36 смещается относительно поршня 35 влево на величину 1 и жидкостные потоки переключаются: жидкость из продольной проточки 46 начинает поступать в отверстие 48 (фиг,4), из него через канавку 68, окно 67 и проточку 66 (фиг.6) в правую подпоршневую полость. Поршень 35 начинает двигаться влево и жидкость из левой под порщневой полости вытесняется в трубу 30.

Из трубы 30 жидкость входит в правую жидкостную полость 10 теплофикации теплообмена в теплообменник

.Формула изобретени

40

Теплообменный аппарат, содержащи кожух с размещенными внутри пучками теплообменных труб, расположенных послойно взаимно перпендикулярно в

g смежных слоях, закрепленных концами в трубных досках, и коллекторы сред трубного и межтрубного пространства отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена пу тем периодического изменения направ ления движения среды межтрубного пр странства, он дополнительно содержи порционный поршневой дозатор этой среды, выполненный в виде установленного в корпусе подвижного поршня с расположенным по его оси двухпо- зиционным золотниковым распределите лем, причем распределитель снабжен кольцевыми канавками, поршень доза50

55

обменника, проходит через зазоры между трубками А в левую жидкостную полость 9 и из нее по трубе 31 входит в дозатор, проходит далее в трубу 33 и по ней возвращается в коллектор 27. При подходе к крьш1ке 37 распределитель 36 снова автоматически переключается и поршень снова начинает двигаться вправо.

Использование изобретения позволяет интенсифицировать теплообмен как за счет повышения компактности теплообменных поверхностей и турбулизации жидкости, проходящей в межтрубном пространстве теплообменника, так и за счет периодического изменения направления ее движения. Периодические изменения направлений движения

жидкости исключают возможность появления застойных зон с пониженным давлением, где могли бы скапливаться осадки и образовываться накипи, снижающие коэффициент теплопередачи.

Каждое изменение направления движения жидкости приводит к резкому возрастанию и затем понижению давления в межтрубных зазорах, что препятствует появлению на трубках 4 осадков.

Всплески давления жидкости в межтрубных зазорах воздействуют и на внутренние поверхности капиллярных тру- бок 4, с которых также стряхиваются частицы, которые могут налипать из

воздуха, что способствует интенсиДх тт п Р«.П «.;-. ..фикации теплообмена в теплообменнике.

.Формула изобретения

40

Теплообменный аппарат, содержащий кожух с размещенными внутри пучками теплообменных труб, расположенных послойно взаимно перпендикулярно в

g смежных слоях, закрепленных концами в трубных досках, и коллекторы сред трубного и межтрубного пространства, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена путем периодического изменения направления движения среды межтрубного пространства, он дополнительно содержит порционный поршневой дозатор этой среды, выполненный в виде установленного в корпусе подвижного поршня с расположенным по его оси двухпо- зиционным золотниковым распределителем, причем распределитель снабжен кольцевыми канавками, поршень доза50

55

тора - продольными проточками и радиальными отверстиями, а корпус имеет входные и выходные отверстия, сообамеетб14692798

щеняые с коллекторами среды межтрубного пространства для поочередного подвода в них и отвода последней.

Изобретение относится к тепло- обменной технике и м.б. использовано а силовых установках, системах отопления транспортных средств и домов, например, использующих солнечную и геотермальную энергию. Цель изобре

5 62 6437

60

59

.3

Фи,г.2

47 3d

.ЛЙ:

riT

Г7

37 5 68 67

38

бб 57 35 68 10

50

5f

Фи,г.6

Е Е

Редактор В.Ковтун

Составитель М.Косоротов

Техред М.Дидык Корректор В.Романенко

Заказ 1345/43

Тираж 569

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-:35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина,101

Подписное