Теплообменник холодильного аппарата

Полезная модель относится к холодильной технике, а именно к фреоновым и жидкостным трубчато-ребристым теплообменникам, и может быть использована для оборудования промышленных холодильных аппаратов.
Из уровня техники известен теплообменник холодильного аппарата, образованный оребренными алюминиевыми трубками и алюминиевыми коллекторами с плоскими внешними гранями и круглым проходным сечением, к которым подведены концы указанных трубок (см. патент JPH 04370492, кл. B21C 23/20, опубл. 22.12.1992). Основными недостаткам известного устройства являются сложность конструкции, неремонтопригодность и относительно малый срок службы.
Технической проблемой является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в снижении трудоемкости изготовления устройства. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в теплообменнике холодильного аппарата, образованном оребренными алюминиевыми трубками и алюминиевыми коллекторами с плоскими внешними гранями и круглым проходным сечением, к которым подведены концы указанных трубок, коллекторы выполнены с внешним поперечным сечением в форме выпуклого многоугольника, а вдоль плоских граней коллекторов в стенках выполнены ряды радиальных отверстий с внутренним ступенчатым уступом, в которых с упором на указанный уступ установлены указанные трубки. Трубки предпочтительно зафиксированы в отверстиях посредством капиллярной пайки в индукционной печи. В каждом коллекторе может быть выполнено по одному ряду отверстий вдоль одной плоской грани. В коллекторе может быть выполнено по два или более ряда отверстий вдоль разных плоских граней, тогда угол между, по меньшей мере, двумя смежными гранями коллекторов должен составлять 135°. Подводной и отводной патрубки могут быть зафиксированы на свободной от трубок плоской грани коллектора с помощью усилительной алюминиевой шайбы. Подводной и отводной патрубки по форме поперечного сечения могут быть выполнены аналогично коллекторам и зафиксированы на свободной от трубок плоской грани коллектора за счет выполнения на патрубках концевой цилиндрической проточки соосной проходному сечению, а в стенке коллектора - ответного отверстия диаметром больше диаметра проходного сечения патрубка, но меньше его характерного внешнего линейного размера. Патрубки предпочтительно зафиксированы посредством капиллярной пайки в индукционной печи. Ось круглого проходного сечения предпочтительно смещена относительно центральной оси коллекторов таким образом, что стенки коллекторов со стороны ступенчатых отверстий имеют большую толщину.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого теплообменника;
на фиг. 2 - схема установки трубок и отводов в коллекторах;
на фиг. 3 - узел А по фиг. 2;
на фиг. 4-6 - варианты выполнения внешней формы коллекторов;
на фиг. 7 - вариант выполнения патрубков по форме коллектора;
на фиг. 8 - то же, что на фиг. 7 в поперечном сечении.
Предлагаемый теплообменник холодильного аппарата содержит корпус 1 с вентилятором 2, внутри которого расположены оребренные алюминиевые трубки 3, выходящие за его пределы, и соединенные с ними алюминиевые коллекторы 4, расположенные снаружи корпуса 1. Для изготовления устройства может быть использован материал АД-0, АД-31, АД-31Т1, АМЦ.
Каждый коллектор 4 выполнены с плоскими внешними гранями 5 шириной 25 мм, образующими внешнее поперечное сечение в форме выпуклого многоугольника (шести- или восьмигранника, что позволяет повысить жесткость коллекторов 4 на изгиб и скручивание), и круглым проходным сечением 6 (что позволяет работать хладагенту внутри контура как в обычной круглой трубе). В полость сечения 6 перпендикулярно граням 5 подведены концы указанных трубок 3 с одинаковым посадочным заглублением. При этом к коллектору может быть подведена каждая трубка 3 (см. фиг. 2) или трубки 3 могут с помощью поворотных элементов образовывать змеевик, концы которого уже подведены к коллектору 4 (см. фиг. 1).
Вдоль плоских граней коллекторов 4 в стенках выполнены ряды радиальных отверстий 7 с внутренним ступенчатым уступом 8, в которых с упором на указанный уступ 8 установлены трубки 3. На каждом коллекторе 4 может быть выполнено по одному ряду отверстий 7 вдоль одной плоской грани 5 или по два или более ряда отверстий 7 вдоль разных плоских граней 5 (тогда угол между, по меньшей мере, двумя смежными гранями 5 должен составлять 135° для обеспечения возможности подвода трубок 3 под углом 45° к плоскости корпуса 1).
Подводной и отводной патрубки 9 (круглая труба диаметром 22 мм) могут быть зафиксированы на свободной от трубок плоской грани 5 с помощью усилительной алюминиевой шайбы 10, шириной, равной ширине соответствующей грани 5 используемого коллектора 4, и толщиной в 1/3 патрубка 9.
В альтернативном варианте подводной и отводной патрубки 9 по форме поперечного сечения выполнены аналогично коллекторам 4 и зафиксированы на свободной от трубок плоской грани коллектора за счет выполнения на патрубках концевой цилиндрической проточки 11 соосной проходному сечению 6, а в стенке коллектора - ответного отверстия диаметром больше диаметра проходного сечения 6, но меньше характерного внешнего линейного размера патрубка 9. Такое выполнение позволяет использовать неизбежно появляющиеся отрезки профиля при формировании коллекторов 4 и усилить соединения за счет отсутствия промежуточных деталей. При этом форма профиля с плоскими внешними гранями обеспечивает надежную фиксацию в станке для формирования проточки 11. Внутрь отвода 9 могут быть установлены медные элементы 12.
Ось круглого проходного сечения 6 предпочтительно смещена относительно центральной оси коллекторов таким образом, что стенки коллекторов 4 со стороны ступенчатых отверстий 7 имеют большую толщину, что упрощает формирование уступа 8.
Предлагаемый коллектор изготавливают следующим образом.
В алюминиевом ALD-профиле, образующем коллекторы 4, фрезеруют отверстия 7 на станке с числовым программным управлением (далее - ЧПУ) с точностью позиционирования деталей 0,01 мм с допуском на посадку коллекторной трубки +0,1 мм, что исключает возможность при сборке коллектора заглубить коллекторные трубки 3 чрезмерно. Отверстия 7 выполняют сквозными с небольшим уступом 8, благодаря которому обеспечивается контролируемое заглубление коллекторной трубки 3. Отверстия и проточки 11 для патрубков 9 также фрезеруется на станке с ЧПУ, накладная шайба 10 может быть вырезана на лазерном станке с ЧПУ с допуском +0,1 мм по отношению к наружному диаметру патрубков 9. Торцевые заглушки коллекторов 4 (на чертежах не показаны) изготавливают толщиной не менее 5 мм из алюминиевого прутка с выборкой с одной плоской стороны под закладку припоя колечком, а с другой плоской стороны - с фаской для посадки в проходное сечение 6 коллектора 4.
Предлагаемая форма профиля коллектора 4 позволяет плотно фиксировать трубки 3 в теле коллектора 4 после фрезеровки отверстий 7, не требуя дополнительной вытяжки (отбортовки), как в случае с медными коллекторами с круглым сечением, а также позволяет делать отверстия 7 под разными углами в диапазоне 90°.
После сборки коллектор 4 с установленными трубками 3 и патрубками 9 нагревают в индукционной печи по заданной программе. При этом трубки 3 и патрубки 9 фиксируют в отверстиях 7 посредством капиллярной пайки. Повторяемость программы позволяет достичь одинакового нагрева всех элементов для одинаковых коллекторов 4. В случае выполнения коллекторов 4 иного типоразмера, программы для них заносятся в отдельные ячейки памяти и при необходимости воспроизводятся. При разогреве специальный припой плавится и капиллярным способом растекается между сопрягаемыми поверхностями трубок 3 и коллекторов 4. Такой (капиллярный) способ фиксации обеспечивает надежность паяного соединения, не разрушая структуру исходного материала.
Предлагаемые коллекторы 4 с внешним сечением в форме многогранника имеют существенные преимущества по сравнению с традиционными коллекторами с круглым внешним сечением, т.к. паять к плоским гранями 5 и обеспечить при этом требуемый прижим сопрягаемых деталей значительно проще, а деформировать плоские поверхности на коротких участках - сложнее. В частности на плоской грани 5 значительно проще зафиксировать накладную шайбу 10 или патрубок 9 с проточкой 11, поскольку в противном случае пришлось бы фрезеровать цилиндрическую поверхность и обеспечивать надежный прижим, сохраняя геометрию трубы.
Таким образом, благодаря описанной конструкции предлагаемый коллектор значительно менее трудоемок при изготовлении, к тому же описанный способ сборки коллектора сокращает срок производства до 5 раз, по сравнению с пайкой заполнением (пайщиком), при этом дополнительно снижая расход припоя до 10 раз. Увеличенная толщина стенок делает коллектор 4 более устойчивым к внешним факторам, что в свою очередь дает возможность работать при давлении до 50 бар и увеличивает срок службы изделия. Плоские грани 5 со строго заданными углами позволяют легко позиционировать коллектор 4 на фрезерных станках без четверной оси, изготавливать детали с минимальной величиной погрешности и выполнять быструю и качественную сборку теплообменника.