ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к теплообменным устройствам, и может быть использована для тепловой и хладо обработки сред, а именно, жидкостей, газообразных сред, суспензий и взвесей.
Известен многоканальный теплообменный аппарат, содержащий пакет, по крайней мере из трех труб, расположенных соосно с образованием кольцевых каналов, два установленных навстречу друг другу кольцевых коллектора с наружными соосными ступенчатыми цилиндрическими поверхностями, введенными в каналы и контактирующими с их стенками, причем каждый из коллекторов имеет два продольных глухих канала, сообщенных с соответствующими кольцевыми каналами проточками. (Патент РФ №54731, МПК 6 F28D 7/10).
Недостатком данной конструкции является сложность изготовления, так как она состоит из большого количества деталей, а также недостаточность контакта с поверхностью теплообменного устройства, снижающая эффективность теплообмена.
Известны трубки теплообмена, имеющие вставки в виде продольных ребер в центральной части и радиальных поперечных на внешней поверхности теплообменной трубки. (См. патент US 4.031.602, МПК F28F 11/00, опубликован 28.06.1977). Форма вставки увеличивает площадь внутренней поверхности трубы, а также теплообменные характеристики, предназначенные для повышения эффективности теплопередачи, то есть увеличивает производительность теплообмена трубки.
Данные трубки теплообмена имеют меньше деталей, чем в предыдущем аналоге, но также сложны в изготовлении.
Наиболее близким по технической сущности является «Теплообменник для топливного обогревательного прибора», выполненный методом экструзии, включающий трубчатый корпус круглой формы и множество радиальных ответвлений внутрь и наружу. При этом внутренних ответвлений гораздо больше, чем наружных. Ответвления расположены на некотором, одинаковом расстоянии друг от друга (см. патент США №4657074, МПК F28F 1/42, опубликован 19.02.1986). Выбран авторами как наиболее близкий аналог). Такой теплообменник также сложен в изготовлении.
Задачей полезной модели является увеличение площади контакта сред с теплообменным устройством, увеличение количества охлаждаемых или нагреваемых сред и уменьшение эксплуатационных затрат, при простоте изготовления.
Предлагаемое теплообменное устройство выполнено в виде профильного изделия, изготовленного методом экструзии, заключающийся в продавливании материала обладающего высокой вязкостью через профилирующий инструмент и формованием этого изделия с образованием заданных форм. Профильное изделие выполнено из пластичного металла, например алюминия.
Поставленная задача решается за счет того, что теплообменное устройство выполнено следующим образом. Оно состоит из одной детали, выполненной методом экструзии в виде трубчатого тела с наружными и внутренними радиальными ответвлениями, при этом в трубчатом теле по окружности выполнены одинаковые продольные круглые отверстия, а на наружной поверхности трубчатого тела выполнено, как минимум, одно крепление. Внутренние и наружные радиальные ответвления сужаются от основания к краю ответвлений и выполнены синусоидальными с постоянным шагом и амплитудой в одном из решений; Они могут быть выполнены одинаковой ширины от основания до края ответвлений. Синусоиды наружных радиальных ответвлений могут быть выполнены с изменяющейся амплитудой и шагом от основания до края ответвлений. Наружные радиальные синусоидальные ответвления могут быть выполнены различной длины, по отношению друг к другу, и на разном расстоянии друг от друга. Наружные и внутренние радиальные ответвления могут быть выполнены с дополнительными волнообразными выступами. Продольные круглые отверстия выполнены по всей окружности трубчатого тела на одинаковом расстоянии друг от друга. На стенках продольных круглых отверстий могут быть выполнены дополнительные радиальные волнообразные выступы, направленные внутрь отверстий. Крепления могут быть выполнены в виде выступов с круглым утолщением сверху и различной длины, а также могут быть расположены в различных местах на наружной поверхности трубчатого тела. Высота радиальных ответвлений, выполненных на наружной поверхности трубчатого тела, может быть равна нулю. Одновременно в теплообменном аппарате может использоваться количество устройств более одного.
Заданным расположением и заданной длинной радиальных синусоидальных ответвлений наружных и внутренних достигается наибольший необходимый контакт с поверхностью теплообменного устройства и сред, движущихся внутри, и тепло или хладоносителя, движущегося снаружи. При этом теплообменное устройство может использоваться для перемещения различных сред, требующих охлаждения или нагревания, на дальнее расстояние.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
фиг.1 - теплообменное устройство в сечении, в аксонометрии;
фиг.2 - теплообменное устройство с незаваренными технологическими разрывами;
фиг.3 - теплообменное устройство, закрепленное в круглом корпусе;
фиг.4 - фрагмент крепления теплообменного устройства к корпусу;
фиг.5 - теплообменное устройство, закрепленное в квадратном корпусе;
фиг.6 - теплообменное устройство с радиальными, синусоидальными ответвлениями различной длины по отношению друг к другу, закрепленное в квадратном корпусе;
фиг.7 - фрагмент радиального, синусоидального ответвления внутреннего и наружного, с продольными круглыми отверстиями, стенки которых выполнены с дополнительными радиальными волнообразными выступами;
фиг.8 - фрагмент радиального, синусоидального ответвления внутреннего и наружного, а также круглого отверстия с дополнительными волнообразными выступами по всей поверхности трубчатого тела;
фиг.9 - вид четырех теплообменных устройств с радиальными, синусоидальными ответвлениями различной длины по отношению друг к другу, закрепленных в квадратном корпусе;
фиг.10 - вид восьми теплообменных устройств с радиальными, синусоидальными ответвлениями различной длины по отношению друг к другу, закрепленных в круглом корпусе;
фиг.11 - теплообменное устройство с наружными радиальными ответвлениями, равными нулю.
Теплообменное устройство состоит из одной детали 1 (фиг.1). Оно выполнено методом экструзии. В изделии выполнены технологические разрывы 2 и 3, которые в дальнейшем завариваются (фиг.2). Теплообменное устройство выполнено в виде трубчатого тела 4 с наружными 5 и внутренними 6 радиальными ответвлениями. Геометрия радиальных наружных 5 и внутренних 6 ответвлений определяется расчетным путем, исходя из теплового баланса заданного устройства. По окружности трубчатого тела выполнены одинаковые продольные круглые отверстия 7 (фиг.3). Устройство выполнено для установки его внутрь корпуса 8 и фиксируется внутри корпуса 8 в выступающие части 9 с проемами 10 посредством крепления, расположенного на наружной поверхности трубчатого тела. Крепление выполнено в виде выступов 11 с круглым утолщением по краям 12 (фиг.4). Крепление может быть различной длины, а также выполнено в различных местах на наружной поверхности трубчатого тела (Фиг.11). Количество креплений выбирается расчетным путем и зависит от типа корпуса, в котором используется теплообменное устройство. Устройство предусматривает прохождение через теплообменный аппарат, как минимум, трех сред, например, охлаждающая среда 13, рабочие среды, требующие охлаждения 14 и 15, либо теплоноситель 13, рабочие среды, требующие нагрева 14 и 15 и д.р. При этом рабочая среда, требующая охлаждения либо нагревания, может быть различной и иной, чем среда 13 и может быть разной в разных образованных каналах. Внутренние радиальные ответвления 6 и наружные радиальные ответвления 5 могут быть выполнены сужающимися от основания к краю ответвлений, Они могут выполняться синусоидальными, с постоянным шагом 16 и амплитудой 17; могут быть одинаковой ширины от основания до края ответвлений 18. Теплообменное устройство может быть установлено в круглом корпусе 8 (фиг.3) или в квадратном корпусе 8 (фиг.5). Синусоиды наружных радиальных ответвлений 5 могут быть выполнены с изменяющейся амплитудой и шагом от основания до края ответвлений. Наружные радиальные синусоидальные ответвления могут быть выполнены различной длины 19, по отношению друг к другу, и на разном расстоянии друг от друга, например, в теплообменном устройстве, закрепленном в квадратном корпусе (фиг.6). Наружные радиальные ответвления 5 и внутренние радиальные ответвления 6 могут быть выполнены с дополнительными волнообразными выступами 20 и 21 для увеличения площади контакта сред с поверхностью теплообменного устройства и увеличения теплообмена, (фиг.7, 8). Продольные круглые отверстия 15 выполнены по всей окружности трубчатого тела на одинаковом расстоянии друг от друга. На стенках продольных круглых отверстий 15 могут быть выполнены дополнительные радиальные волнообразные выступы 22 для увеличения площади контакта среды с теплообменным устройством, направленные внутрь отверстий 15. Высота радиальных наружных ответвлений 5, выполненных на наружной поверхности трубчатого тела, может быть равна нулю (фиг.11). Одновременно может использоваться количество устройств более одного. Например, четыре теплообменных устройства с наружными радиальными ответвлениями 5, выполненными синусоидальными и различной длины по отношению друг к другу, закреплены в квадратном корпусе (фиг.9) или восемь теплообменных устройств с наружными радиальными ответвлениями 5, выполненными синусоидальными и различной длины по отношению друг к другу, закреплены в круглом корпусе (фиг.10).
В зависимости от длины самого теплообменного устройства, среды можно перемещать на дальние расстояния.
Теплообменное устройство изготавливается например, из алюминия методом экструзии, заключающимся в непрерывном продавливании расплава материала, обладающего высокой вязкостью, через формующий инструмент - фильеру, с целью получения изделия с поперечным сечением нужного вида.
Теплообменное устройство работает следующим образом.
Теплообменное устройство устанавливают в корпус 8, фиксируют креплением 9, 10, 11, 12. Подсоединяют к рабочему оборудованию. Охлаждающая либо нагревающая среда, например, 13, проходя между стенками наружных радиальных ответвлений 5 устройства, охлаждает либо нагревает их по всей длине. Охлаждение либо нагревание, принятое наружными стенками наружных радиальных ответвлений 5 устройства, передается внутренним стенкам внутренних радиальных ответвлений 6 устройства. Охлаждаясь либо нагреваясь, внутренние стенки внутренних радиальных ответвлений 6 устройства отдают охлаждение либо нагрев средам 14 и 15.
Конструкция теплообменного устройства проста, экономична и эффективна за счет увеличения количества охлаждаемых либо нагреваемых сред и увеличения площади контакта сред с теплообменным устройством. Изделие выполнено в виде одной детали, что упрощает сборку теплообменного аппарата и в результате приводит к уменьшению эксплуатационных расходов.
Таким образом, поставленная задача выполнена.