Теплообменный аппарат

Авторы патента:

F28F1/02 - Элементы теплообменных или теплопередающих устройств общего назначения (водоотделители и воздухоотделители, устройства для вентиляции или аэрации замкнутых полостей F16)

B29C64/00 - Формование или соединение пластиков; формование веществ в пластическом состоянии вообще; последующая обработка формованных изделий, например ремонт (металлорежущие станки B23; шлифование, полирование B24; резка B26D, B26F, изготовление заготовок B29B 11/00)

Владельцы патента RU 2731504:

Барон Александр Витальевич (RU)

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при изготовлении теплообменных аппаратов. Теплообменный аппарат, полученный с использованием аддитивных технологий (3D печати), содержащий патрубки подвода и отвода теплообменивающихся сред и теплопередающий блок, состоящий из основного участка, сформированного продольно ориентированными, расположенными в шахматном порядке для каждой из теплообменивающихся сред и имеющими общие стенки каналами, и двух концевых участков. Форма поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в любой его точке является результатом растяжения, сжатия, смещения формы поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в его начальной точке, а также поворота поперечного сечения основного участка теплопередающего блока вокруг продольной оси блока. Площадь поперечного сечения каждого канала остается неизменной по всей длине теплопередающего блока. Технический результат - повышение эффективности теплообменного аппарата без опережающего увеличения его гидравлического сопротивления, что обеспечивает уменьшение веса и габаритов теплообменного аппарата. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области теплотехники, в частности, к рекуперативным теплообменным аппаратам.

Известен теплообменный аппарат, выбранный в качестве аналога, содержащий патрубки подвода и отвода теплообменивающихся сред и теплопередающий блок, состоящий из основного, сформированного продольно ориентированными теплообменными трубами зигзагообразной формы, и двух концевых участков. Зигзагообразная форма труб обеспечивается одновременным сдвигом центра масс поперечного сечения труб относительно центра масс поперечного сечения труб в их начальной точке (патент RU №2384802).

Недостатками известного устройства являются низкая надежность, обусловленная колебаниями труб в пучке при движении сред, и повышенное гидравлическое сопротивление, обусловленное наличием пакетов дистанционирующих гофрированных пластин межтрубного пространства.

Известен теплообменный аппарат, выбранный в качестве прототипа, содержащий патрубки подвода и отвода теплообменивающихся сред и теплопередающий блок, состоящий из основного участка, сформированного продольно ориентированными, расположенными в шахматном порядке для каждой из теплообменивающихся сред и имеющими общие стенки каналов, и двух концевых участков (патент RU №2701971).

В данном техническом решении обеспечивается повышенная надежность, т.к. теплопередающий блок сформирован не склонными к колебательным движениям трубками, а имеющими общие стенки каналами, и не подвержен колебательным движениям. Поскольку теплопередающий блок сформирован имеющими общие стенки каналами, а не требующими опор трубками, в данном техническом решении обеспечивается пониженное, по сравнению с аналогом, гидравлическое сопротивление.

Однако отсутствие мер по интенсификации теплообмена обуславливает низкую тепловую эффективность теплообменного аппарата, выбранного в качестве прототипа.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение тепловой эффективности теплообменного аппарата без опережающего увеличения его гидравлического сопротивления.

Поставленная задача решается тем, что форма поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в любой его точке является результатом растяжения и сжатия формы поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в его начальной точке, причем площадь поперечного сечения каждого канала остается неизменной по всей длине основного участка теплопередающего блока, а величины коэффициентов растяжения и сжатия поперечных сечений основного участка теплопередающего блока находятся в пределах от 1 до 15. Центры масс поперечных сечений основного участка теплопередающего блока могут быть смещены относительно центра масс поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в его начальной точке. Поперечные сечения основного участка теплопередающего блока могут быть повернуты вокруг продольной оси блока. Площадь поперечного сечения каждого канала на концевых участках может оставаться Неизменной по всей длине концевых участков. Поперечные сечения каналов основного участка теплопередающего блока в его начальной точке могут иметь любую форму, например, многоугольника, круга, овала, стадиона, звезды.

То, что форма поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в любой его точке является результатом растяжения и сжатия формы поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в его начальной точке, обеспечивает растяжение и сжатие каждого его канала, т.е. изменение формы поперечного сечения каждого канала, что обеспечивает турбулизацию пристенных слоев обеих теплообменивающихся сред в каналах за счет возникновения микровихревых структур в пристенных областях, что повышает тепловую эффективность. Однако ввиду отклонения формы поперечного сечения каналов от начальной формы, изменяется их эквивалентный гидравлический диаметр, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления на участках с уменьшенным эквивалентным гидравлическим диаметром. Для обеспечения повышения тепловой эффективности без опережающего увеличения гидравлического сопротивления величины коэффициентов растяжения и сжатия поперечных сечений основного участка теплопередающего блока находятся в пределах от 1 до 15. Сохранение неизменной площади поперечного сечения каждого канала в любой точке основного участка теплопередающего блока достигается за счет изменения периметра поперечного сечения каждого канала. Это позволяет сохранить неизменной среднюю скорость теплоносителя в любом поперечном сечении основного участка теплопередающего блока, что исключает рост гидравлического сопротивления, обусловленный локальным повышением скорости.

Смещение центров масс поперечных сечений основного участка теплопередающего блока относительно центра масс поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в его начальной точке обеспечивает дополнительные усилия по отрыву пристенного слоя теплоносителя, что способствует росту тепловой эффективности.

Поворот поперечных сечений основного участка теплопередающего блока вокруг продольной оси блока обеспечивает спиральное закручивание периферийных каналов, что способствует турбулизации потоков теплоносителей в этих каналах и ведет к повышению тепловой эффективности.

Сохранение неизменной площади поперечного сечения каждого канала на концевых участках теплопередающего блока по всей длине концевых участков также достигается за счет изменения периметра поперечного сечения каждого канала. Это позволяет сохранить неизменной среднюю скорость теплоносителя в любом поперечном сечении концевого участка теплопередающего блока, что исключает рост гидравлического сопротивления, обусловленный локальным повышением скорости.

Поперечные сечения каналов основного участка теплопередающего блока в его начальной точке могут иметь любую форму, например, многоугольника, круга, овала, стадиона, звезды.

Заявляемое техническое решение может быть реализовано, например, с использованием аддитивных технологий (3D печати).

На рисунке 1 представлен заявляемый теплообменный аппарат, в котором форма поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в любой его точке является результатом растяжения и сжатия формы поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в его начальной точке, а центры масс поперечных сечений основного участка теплопередающего блока смещены относительно центра масс поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в его начальной точке. Также на рисунке 1 представлены поперечные сечения основного участка теплопередающего блока.

Поз. 1 - основной участок теплопередающего блока, поз. 2 и поз. 3 - концевые участки теплопередающего блока, поз. 4 - патрубок подвода первой теплообменивающейся среды, поз. 5 - патрубок отвода первой теплообменивающейся среды, поз. 6 - патрубок подвода второй теплообменивающейся среды, поз. 7 - патрубок отвода второй теплообменивающейся среды.

На рисунке 2 представлен заявляемый теплообменный аппарат, в котором форма поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в любой его точке является результатом растяжения и сжатия формы поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в его начальной точке, а поперечные сечения основного участка теплопередающего блока повернуты вокруг продольной оси блока. Также на рисунке 2 представлены поперечные сечения основного участка теплопередающего блока.

На рисунке 3 представлен основной участок теплопередающего блока теплообменного аппарата, представленного на рисунке 1 и его поперечные сечения.

На рисунках 4 и 5 представлены взаимно перпендикулярные продольные сечения основного участка теплопередающего блока теплообменного аппарата, представленного на рисунке 1. Знаком Δ обозначено смещение центров масс поперечных сечений основного участка теплопередающего блока относительно центра массы поперечного сечения основного участка в его начальной точке.

Заявляемый теплообменный аппарат работает следующим образом.

Первая среда через патрубок 4 подается в концевой участок 3 теплопередающего блока, где распределяется по предназначенным для нее каналам, расположенным в шахматном порядке и имеющим общие стенки с каналами второй среды. Первая среда проходит по каналам основного участка 1 теплопередающего блока, попадает в концевой участок 2 и отводится из аппарата через патрубок 5.

Вторая среда через патрубок 6 подается в концевой участок 2 теплопередающего блока, где распределяется по предназначенным для нее каналам, расположенным в шахматном порядке и имеющим общие стенки с каналами первой среды. Вторая среда проходит по каналам основного участка 1 теплопередающего блока, попадает в концевой участок 3 и отводится из аппарата через патрубок 7.

При движении теплообменивающихся сред на основном участке теплопередающего блока по каналам с изменяющейся (благодаря растяжению и сжатию) формой поперечного сечения происходит турбулизация пристенных слоев. Поскольку при этом площадь поперечного сечения каналов (благодаря изменению периметров поперечных сечений каналов) остается неизменной по всей длине теплопередающего блока, средняя скорость движения сред на всем протяжений каналов остается неизменной, что исключает повышение гидравлического сопротивления из-за изменения скоростей. Благодаря смещению центров масс поперечных сечений основного участка теплопередающего блока относительно центра масс поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в его начальной точке происходит изменение направления вектора средней скорости рабочих сред, движущихся в каналах, что способствует общей турбулизации потока. Благодаря повороту поперечных сечений основного участка теплопередающего блока вокруг продольной оси блока происходит спиралеобразная закрутка потока рабочих сред, что способствует общей турбулизации потока.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность теплообменного аппарата без опережающего увеличения его гидравлического сопротивления, что обеспечивает уменьшение веса и габаритов теплообменного аппарата.

Применение заявляемого аппарата создает наиболее благоприятные условия для теплообмена сред с близкими теплофизическими характеристиками за счет идентичности каналов обеих сред, а также за счет обеспечения чистого противотока на всем протяжении каналов.

1. Теплообменный аппарат, содержащий патрубки подвода и отвода теплообменивающихся сред и теплопередающий блок, состоящий из основного участка, сформированного продольно ориентированными, расположенными в шахматном порядке для каждой из теплообменивающихся сред и имеющими общие стенки каналами, и двух концевых участков, отличающийся тем, что форма поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в любой его точке является результатом растяжения и сжатия формы поперечного сечения основного участка теплопередающего блока в его начальной точке, причем площадь поперечного сечения каждого канала остается неизменной по всей длине основного участка теплопередающего блока.

2. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что величины коэффициентов растяжения и сжатия поперечных сечений основного участка теплопередающего блока в любой его точке находятся в пределах от 1 до 15.

3. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что центры масс поперечных сечений основного участка теплопередающего блока в любой его точке смещены относительно центра масс поперечного сечения основного участка в его начальной точке.

4. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что поперечные сечения основного участка теплопередающего блока в любой его точке повернуты вокруг продольной оси блока.

5. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения каждого канала на концевых участках остается неизменной по всей длине концевых участков.

6. Теплообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что поперечные сечения каналов основного участка теплопередающего блока в его начальной точке могут иметь любую форму, например, многоугольника, круга, овала, стадиона, звезды.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в теплообменных аппаратах. В трубном пучке конденсатора пара, содержащем теплообменные трубки, установленные в трубных досках цилиндрическими соосными рядами, теплообменные трубки, как минимум, каждого ряда выполнены с овальным или плоскоовальным поперечным сечением с переменным в радиальном направлении отношением большего наружного размера поперечного сечения теплообменных трубок к его меньшему наружному размеру, при этом продольная ось поперечного сечения теплообменных трубок рядов периферийной зоны направлена радиально, а продольная ось поперечного сечения теплообменных трубок рядов центральной зоны направлена перпендикулярно радиусу трубного пучка, при этом теплообменные трубки установлены винтообразно с переменным в радиальном направлении углом закрутки к образующей цилиндрической поверхности ряда с уменьшением угла закрутки от периферии трубного пучка к его центру.

Многоформенный композитный биметаллический трубопровод // 2725307

Изобретение относится к области трубной техники и может быть использовано в различных теплогенерирующих и теплообменных установках, а также сетях снабжения или системах циркуляции теплоносителя в качестве устройства, регулирующего эксплуатационные параметры перемещаемой рабочей среды.

Стреловидное оребрение теплообменного трубопровода // 2724090

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменных аппаратах. В оребренной теплообменной трубе на каждом ребре прессованием или штамповкой выполнено множество стреловидных фигурных элементов, при этом стреловидный фигурный элемент образован двумя пересекающимися клиновидными секциями.

Улучшение производительности по теплообмену оребренного теплообменника с эллиптической рабочей поверхностью // 2721956

Предложены охладители с замкнутым контуром и испарительные конденсаторы хладагентов с трубами эллиптического сечения со спиральными ребрами, в которых поток воздуха, попадающий в блок, направляется через трубы в направлении, которое параллельно осям труб и в целом перпендикулярно ребрам, что дает совершенно неожиданный прирост производительности на 25% по сравнению со сравнимыми блоками, в которых поток воздуха направлен поперек осей труб или перпендикулярно им.

Водонагреватель, труба выпуска газообразных продуктов сгорания для водонагревателя и способ нагревания текучей среды // 2721496

Изобретение относится к водонагревателям, а также к трубам выпуска газообразных продуктов сгорания водонагревателя и способам нагревания текучей среды. Содержит корпус, ограничивающий внутреннее пространство, источник нагревания, размещенный во внутреннем пространстве корпуса и содержащий по меньшей мере одну горелку, трубу выпуска газообразных продуктов сгорания, размещенную во внутреннем пространстве корпуса и выполненную с возможностью выпуска через нее газообразных продуктов сгорания от по меньшей мере одной горелки, и теплообменники.

Теплообменник с контролем волны ребра // 2712563

Пластинчатый ребристый теплообменник содержит множество ребристых холодных рядов, выполненных с возможностью проводить первую текучую среду, и множество ребристых теплых рядов, выполненных с возможностью проводить вторую текучую среду.

Ребро для трубной системы котла и узел, содержащий такое ребро // 2708733

Предлагается ребро (4, 4a, 4b, 4c, 4d) для трубной системы котла, содержащей несколько труб (34, 36, 38, 40) котла, проходящих вдоль друг друга, и узел (32), содержащий такую трубную систему котла и такое ребро.

Теплообменный аппарат // 2701971

Теплообменный аппарат, изготовленный с использованием аддитивных технологий (3D печати), содержит теплопередающий блок, состоящий из основного и двух концевых участков.

Способ продольного оребрения рабочей поверхности теплообменника // 2700805

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при изготовлении элементов систем теплообмена. В заявляемом способе продольного оребрения рабочей поверхности теплообменника, конвективный модуль, состоящий из конвективных элементов, изготовленных из листового металла произвольной конфигурации, в том числе U-, V-, W-образного типа, каждый из которых имеет вершину, правое и левое ребро произвольной конфигурации и фальцевые кромки, выполненные таким образом, что при сопряжении конвективных элементов друг с другом разноименными ребрами с образованием фальцевого подвижного соединения, на рабочей поверхности теплообменника конвективные элементы зацепляют в натяг, используя их упругие свойства, при этом последний конвективный элемент замыкают с первым, образуя конвективный модуль.

Теплообменное устройство на основе пульсационной тепловой трубы // 2697589

Изобретение относится к теплообменному устройству на основе пульсационной тепловой трубы и системе охлаждения. Система охлаждения, содержащая множество блоков, которые механически соединены друг с другом, причем каждый блок содержит теплообменное устройство на основе пульсационной тепловой трубы; и устройство коммутации, причем устройство коммутации находится в физическом контакте с упомянутым, теплообменным устройством для переноса тепловой нагрузки из устройства коммутации в теплообменное устройство, и между двумя соседними блоками обеспечен электроизолирующий элемент, при этом теплообменное устройство содержит множество трубок для обеспечения путей протекания текучей среды между первым и вторым элементами распределения текучей среды теплообменного устройства, причем каждая трубка содержит группу каналов, при этом как первый, так и второй элементы распределения текучей среды содержат, пластину первого типа, причем каждая пластина первого типа имеет отверстия для обеспечения выравнивания множества трубок, пластины первого типа имеют одинаковую толщину, первый элемент распределения текучей среды содержит пластину второго типа, пластина второго типа имеет отверстия для обеспечения путей протекания текучей среды между трубками из множества трубок, и пластина второго типа расположена с противоположной стороны пластины первого типа из пластин первого элемента распределения текучей среды относительно второго элемента распределения текучей среды.

Соединение объектов друг с другом // 2731394

Изобретение относится к области машиностроения и конструирования, в частности механического конструирования, например автостроения. Обеспечивают наличие первого и второго объектов, а также профильной детали, удлиненной в продольном направлении и имеющей форму, определяющую первый подрез и второй подрез.