ТЕПЛООБМЕННЫЙ МОДУЛЬ С КРИВОЛИНЕЙНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ (ВАРИАНТЫ)
HEAT EXCHANGE MODULE WITH CURVILINEAR SURFACE AND METHOD OF ITS ASSEMBLY (VERSIONS)

Изобретение относится к теплообменному модулю с криволинейной поверхностью и вариантам способа его сборки и может быть использовано, в частности, горной промышленности для тепловой защиты конструктивных элементов горных выработок от образования льда, сушки и нагрева в технологических процессах, обогрева промышленных помещений, обогрева помещений со взрывоопасной средой и т.д.
Известно устройство для предупреждения образования льда в транспортных тоннелях (патент RU 2123117 С1, кл. E21F 17/02, опуб. 10.12.1998), состоящее из сетчатой облицовки, подвешенной к крепи и обогревательной системы из электрических проводников и обогревательных элементов, выполненных из нескольких витков гибкого нагревательного кабеля.
К недостаткам данного устройства относится сравнительно невысокая эффективность тепловой защиты поверхности горных пород, что связано как с равномерным распределением нагревательных элементов по ширине поверхности, предохраняемой от образования льда, так и со значительными потерями теплоты от обогревательных элементов в окружающею воздушную среду и повышенная трудоемкость процесса крепления нагревательных элементов.
Известен теплообменный модуль и способ его сборки (патент RU 2640856 С1, кл. E21F 17/02, опуб. 12.01.2018), состоящий из элементов, образующих поверхность нагрева, и нагревательного элемента, имеющего контакт с элементами, образующими поверхность нагрева, причем элементы, образующие поверхность нагрева, выполнены в виде экструдированных металлических панелей, имеющих обращенные в противоположные стороны наружную и внутреннюю поверхности и боковые кромки, выполненные с одной стороны в виде выступа, а с другой в виде паза, которые при стыковке образуют замок для соединения экструдированных металлических панелей и образования теплообменного модуля, причем, по крайней мере один край теплообменного модуля, перпендикулярный соединениям экструдированных металлических панелей, загнут, а нагревательный элемент уложен в соответствующих каналах или креплениях, выполненных на внутренней поверхности экструдированных металлических панелей, образующих поверхность нагрева.
Недостатками данного устройства являются необходимость специальных технологических операций для скрепления пластин при формировании модуля, а также отсутствие возможности фокусирования или рассеивания тепловой энергии.
Техническим результатом является повышение эффективности теплообмена - заданная кривизна излучающей поверхности позволяет формировать интенсивность теплового потока, т.е. концентрировать (фокусировать) или рассеивать излучаемую лучистую энергию, а также формировать необходимое направление излучения в зависимости от особенностей технологического процесса.
Предложен теплообменный модуль с криволинейной поверхностью, содержащий элементы, образующие поверхность нагрева, и нагревательный элемент, имеющий контакт с элементами, образующими поверхность нагрева, причем элементы, образующие поверхность нагрева, выполнены в виде экструдированных металлических панелей, имеющих обращенные в противоположные стороны наружную (рабочую) и внутреннюю поверхности и боковые кромки, выполненные с одной стороны в виде выступа, а с другой в виде паза, которые при стыковке образуют замок для соединения экструдированных металлических панелей и образования единой поверхности нагрева теплообменного модуля, выполненной вогнутой и/или выпуклой в виде части/частей цилиндрических поверхностей, ось/оси которых перпендикулярны линиям соединения экструдированных металлических панелей, при этом нагревательный элемент уложен в соответствующих креплениях, выполненных на внутренней поверхности экструдированных металлических панелей, образующих поверхность нагрева. При этом экструдированная металлическая панель выполнена из алюминия. Причем на внутренней поверхности экструдированной металлической панели выполнены Г-образные ребра, с обращенными друг к другу полками, которые образуют монтажные каналы и одновременно являются ребрами жесткости, а наружная поверхность экструдированной металлической панели выполнена рифленой. Нагревательный элемент выполнен в виде нагревательного кабеля, или в виде трубки с теплоносителем. Крепление нагревательного элемента выполнено в виде двух продольных щек, повторяющих форму нагревательного элемента и обхватывающих нагревательный элемент по всей длине экструдированных металлических панелей. Наружная поверхность экструдированной металлической панели выполнена с покрытием, повышающим излучательную способность поверхности нагрева.
Также предложен вариант 1 способа сборки вышеуказанного теплообменного модуля с криволинейной поверхностью, включающий соединение элементов, образующих поверхность нагрева, выполненных в виде экструдированных металлических панелей, имеющих обращенные в противоположные стороны наружную (рабочую) и внутреннюю поверхности и боковые кромки, с помощью которых стыкуют пазы и соответствующие им выступы по противоположным краям элементов с образованием замка для соединения экструдированных металлических панелей и образования единой поверхности нагрева теплообменного модуля, затем теплообменному модулю придают вогнутую и/или выпуклую форму в виде части/частей цилиндрических поверхностей, ось/оси которых перпендикулярны линиям соединения экструдированных металлических панелей, после чего укладывают нагревательный элемент в соответствующие крепления, выполненные на внутренней поверхности экструдированных металлических панелей, образующих поверхность нагрева.
Также предложен вариант 2 способа сборки вышеуказанного теплообменного модуля с криволинейной поверхностью, характеризующегося тем, что элементам, образующим поверхность нагрева, выполненным в виде экструдированных металлических панелей, предварительно придают кривизну с одинаковым радиусом изгиба, и имеющих обращенные в противоположные стороны наружную (рабочую) и внутреннюю поверхности и боковые кромки, с помощью которых стыкуют пазы и соответствующие им выступы по противоположным краям элементов с образованием замка для соединения экструдированных металлических панелей и образования единой вогнутой или выпуклой поверхности нагрева теплообменного модуля в виде части цилиндрической поверхности, ось которой перпендикулярна линиям соединения экструдированных металлических панелей, после чего укладывают нагревательный элемент в соответствующие крепления, выполненные на внутренней поверхности экструдированных металлических панелей, образующих поверхность нагрева.
На фиг. 1 показан вид фрагмента (части) модуля в разрезе; на фиг. 2 - вид вогнутого модуля, на фиг. 3 - вид выпуклого модуля, на фиг. 4 - вид выпуклого и вогнутого модуля, на фиг. 5 - вид крепления для нагревательного элемента.
Теплообменный модуль с криволинейной поверхностью 1 содержит элементы, выполненные в виде экструдированных металлических панелей 2, имеющих обращенные в противоположные стороны наружную и внутреннюю поверхности и боковые кромки, выполненные с одной стороны в виде выступа 3, а с другой в виде паза 4, которые при стыковке образуют замок 5 для соединения экструдированных металлических панелей 2 и образования единой поверхности нагрева теплообменного модуля 1, выполненной вогнутой и/или выпуклой, в виде части/частей цилиндрических поверхностей, ось/оси 7 которых перпендикулярны линиям соединения (замкам 5) экструдированных металлических панелей 2, нагревательный элемент 6, уложенный в соответствующих креплениях 8, выполненных на внутренней поверхности экструдированных металлических панелей 2, образующих поверхность нагрева. При этом экструдированная металлическая панель 2 выполнена из алюминия. Причем на внутренней поверхности экструдированной металлической панели 2 выполнены Г-образные ребра, с обращенными друг к другу полками, которые образуют монтажные каналы и одновременно являются ребрами жесткости 9, а наружная поверхность экструдированной металлической 2 панели выполнена рифленой 10 и с покрытием, повышающим излучательную способность поверхности нагрева. Нагревательный элемент 6 выполнен в виде нагревательного кабеля, или в виде трубки с теплоносителем. Крепление 8 нагревательного элемента 6 выполнено в виде двух продольных щек, повторяющих форму нагревательного элемента 6 и обхватывающих нагревательный элемент 6 по всей длине экструдированных металлических панелей 2 (фиг. 5).
Сборка теплообменного модуля с криволинейной поверхностью 1, по варианту 1, осуществляется следующим образом: соединяют элементы, образующие поверхность нагрева, выполненные в виде экструдированных металлических панелей 2, имеющих обращенные в противоположные стороны наружную и внутреннюю поверхности и боковые кромки, с помощью которых стыкуют пазы 4 и соответствующие им выступы 3 по противоположным краям элементов с образованием замка 5 для соединения экструдированных металлических панелей и образования единой поверхности нагрева теплообменного модуля 1, затем теплообменному модулю 1 придают вогнутую и/или выпуклую форму в виде части/частей цилиндрических поверхностей, ось/оси 7 которых перпендикулярны линиям соединения (замкам 5) экструдированных металлических панелей 2, после чего укладывают нагревательный элемент 6 в соответствующие крепления 8, выполненные на внутренней поверхности экструдированных металлических панелей 2, образующих поверхность нагрева.
Сборка теплообменного модуля с криволинейной поверхностью 1, по варианту 2, осуществляется следующим образом: элементам, образующим поверхность нагрева, выполненным в виде экструдированных металлических панелей 2, предварительно придают кривизну (выпуклую или вогнутую) с одинаковым радиусом изгиба и имеющих обращенные в противоположные стороны наружную и внутреннюю поверхности и боковые кромки, с помощью которых стыкуют пазы 4 и соответствующие им выступы 3 по противоположным краям элементов с образованием замка 5 для соединения экструдированных металлических панелей 2 и образования вогнутой или выпуклой поверхности нагрева теплообменного модуля 1 в виде части цилиндрической поверхности, ось 7 которой перпендикулярна линиям соединения (замкам 5) экструдированных металлических панелей 2, после чего укладывают нагревательный элемент 6 в соответствующие крепления 8, выполненные на внутренней поверхности экструдированных металлических панелей 2, образующих поверхность нагрева.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При подаче напряжения или теплоносителя в нагревательный элемент 6, происходит нагрев экструдированных металлических панелей 2 составляющих единую поверхность нагрева и с наружной поверхности начинает выделяться лучистая энергия, которая распространяется в виде электромагнитных колебаний, а направление излучения определяется формой излучающей поверхности модуля. Вогнутая форма излучателя позволяет, например, концентрировать энергию в определенном месте, определяемом радиусом кривизны поверхности, выпуклая поверхность позволяет рассеивать энергию, позволяя распространять ее с максимально возможной широтой. Кривизна поверхности изготавливается под конкретную задачу (технологический нагрев, сушка, локальный обогрев рабочего места и т.д.) для наиболее эффективного ее решения.