УСТАНОВКА ТЕПЛООБМЕННИКА
HEAT EXCHANGER INSTALLATION

Заявка относится к установке теплообменника, в частности к установке теплообменника, которая должна использоваться в холодильных контурах, например, в системах отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и охлаждения (HVAC/R).
Известный уровень техники
В холодильных контурах теплообменники используются для передачи тепла между циркулирующим хладагентом и окружающей средой.
Было бы целесообразно создать установку теплообменника, которая обеспечивает эффективный теплообмен, проста в монтаже и имеет длительный срок службы.
Изложение сущности изобретения
Установка теплообменника в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения содержит по меньшей мере один теплообменник и опорную конструкцию. По меньшей мере один теплообменник имеет по меньшей мере один, преимущественно горизонтально ориентированный коллектор, образующий верхнюю сторону теплообменника, по меньшей мере один коллектор, имеющий боковые концевые части. Опорная конструкция имеет основную часть, содержащую, по меньшей мере частично, металлический материал и опорные части коллектора, связанные с соответствующими боковыми концевыми частями по меньшей мере одного коллектора. Опорные части коллектора изготовлены, по меньшей мере частично, из неметаллического материала и выполнены с возможностью приема боковых концевых частей по меньшей мере одного коллектора для предотвращения контакта коллектора с любыми металлическими частями опорной конструкции.
В установке теплообменника в соответствии с иллюстративными вариантами осуществления изобретения, не существует контакта металл-металл между металлическими частями по меньшей мере одного теплообменника и металлическими частями опорной конструкции. Это позволяет избежать коррозии, вызванной электрохимическим эффектом, который может возникнуть на поверхности раздела двух (разных) металлов.
В теплообменнике в соответствии с иллюстративными вариантами осуществления изобретения, теплообменник, в частности, подвешен к опорной конструкции с помощью опорных частей коллектора. Учитывая, что в этой конфигурации нет необходимости поддерживать теплообменник(-и) снизу, облегчается установка теплообменника(-ов) внутри опорной конструкции. Это также облегчает сбор и слив конденсата, образующегося на поверхности(-ях) теплообменника(-ов) в области ниже теплообменника(-ов).
В теплообменнике, в соответствии с иллюстративными вариантами осуществления изобретения, количество точек контакта между теплообменником(-ами) и опорной конструкцией уменьшается. Это также уменьшает количество областей, в которых вода может накапливаться/застаиваться, и из которых вода должна быть слита, чтобы избежать коррозии.
Иллюстративные варианты осуществления изобретения также обеспечивают механическую развязку между теплообменником(-ами) и опорной конструкцией, которая обеспечивает эффективное гашение вибрации. Это также позволяет компенсировать тепловое расширение и деформацию змеевиков теплообменников.
Ниже установка теплообменника в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения будет подробно описана со ссылкой на прилагаемые фигуры.
Краткое описание Фигур
На фиг. 1 показан вид в перспективе установки теплообменника в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе установки теплообменника, показанной на фиг. 1.
На фиг. 3 показан увеличенный вид в разрезе установки теплообменника, показанной на фиг. 1 и 2, где теплообменник расположен на опорной конструкции.
На фиг. 4a-4f показаны схематические виды сбоку, иллюстрирующие различные формы теплообменников, в том виде, в котором они могут быть размещены в установках теплообменника в соответствии с иллюстративными вариантами осуществления изобретения.
Подробное описание фигур
На фиг. 1 показан вид в перспективе установки теплообменника 2 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения, а на фиг. 2 показан ее вид сбоку в разрезе.
Установка теплообменника 2 содержит опорную конструкцию 10, образованную рамой, состоящей из четырех вертикальных стоек 12 и двух горизонтальных балок 18, каждая из которых соединяет верхние концы смежных вертикальных стоек 12.
Кроме того, опорная конструкция 10 содержит наклонные усилительные опоры 20. Каждая наклонная усилительная опора 20 соединяет вертикальную стойку 12 с горизонтальной балкой 18 для повышения жесткости опорной конструкции 10.
Иллюстративный вариант установки теплообменника 2, показанный на фиг. 1 и 2, состоит из двух V-образных теплообменников 4, поддерживаемых опорной конструкцией 10, расположенных симметрично относительно пунктирной линии М. V-образная форма теплообменников 4 будет более подробно обсуждена ниже со ссылкой на фиг. 4с и 4d.
Как можно видеть на фиг. 1, установка теплообменника может включать накладные пластины 26, поддерживаемые опорной конструкцией 10. Одна накладная пластина 26, закрывающая правую сторону установки теплообменника 2, показана на фиг. 1. Вторая накладная пластина 26, которая может быть предусмотрена для покрытия левой стороны установки теплообменника 2, на фиг. 1 не показана, чтобы обеспечить беспрепятственный обзор внутренней части установки теплообменника 2. Накладная пластина 26 снабжена отверстием 28, имеющим круглую форму для установки вентилятора, создающего поток воздуха, проходящего через теплообменники 4. На фиг. 1 показан только двигатель 24, но не пропеллер вентилятора.
Верхние концы теплообменников 4 снабжены коллекторами 6а, 6b соответственно. Плоскость проекции фиг. 2 ориентирована перпендикулярно оси А, показанной на фиг. 1, т.е. коллекторы 6а, 6b расположены перпендикулярно плоскости проекции фиг.2.
Коллекторы 6а, 6b гидравлически соединены с трубками 22 теплообменников 4. Трубки 22 теплообменников 4 не видны на фиг. 1 и 2, но видны на фиг. 3. Коллекторы 6а, 6b настроены на подачу хладагента в указанные трубки 22 и прием хладагента из них, соответственно.
Кроме того, указанные коллекторы 6а, 6b настроены на соединение теплообменников 4 с опорной конструкцией 10. Это описано ниже более подробно со ссылкой на фиг. 3.
На фиг. 3 показан увеличенный вид сбоку в разрезе области, в которой один из теплообменников 4 соединен с опорной конструкцией 10, например, в верхнем правом углу конструкции, показанной на фиг. 2. Плоскость проекции фиг. 3, показанная линией Р на фиг. 2, ориентирована перпендикулярно плоскости проекции фиг. 2.
Теплообменник 4 содержит множество трубок 22, три из которых показаны на фиг. 3. Трубки 22 могут быть многопортовыми и/или снабжены ребрами для улучшения теплообмена. Трубки 22 проходят между первым коллектором 6а и вторым коллектором 6b. Второй коллектор 6b не показан на фиг. 3. Трубки 22 гидравлически соединены с указанными коллекторами 6а, 6b, позволяя коллекторам 6а, 6b подавать хладагент в указанные трубки 22 и принимать хладагент из них.
В частности, коллекторы 6а, 6b снабжены полыми трубками, проходящими за боковой кромкой теплообменника 4, образуя боковые концевые части 8, выступающие из боковых кромок теплообменника 4. Полые трубки плотно закрыты с обоих концов соответствующими уплотнениями 30, например, заглушками или крышками.
Хотя только правая часть теплообменника 4 / коллектора 6 показана на фиг. 3, специалист поймет, что левая сторона сформирована соответственно.
Опорная конструкция 10 содержит опорные части коллектора 14, только одна из которых показана на фиг. 3, которые выполнены с возможностью размещения боковых концевых частей 8 коллекторов 6а, 6b, выступающих из боковых кромок теплообменника 4.
В иллюстративном варианте осуществления, показанном на фиг. 3, опорная часть коллектора 14 содержит выступ 15 с внутренней стороны стойки 12 опорной конструкции 10 в направлении теплообменника 4. В альтернативном варианте осуществления, который не показан на чертежах, опорные части коллектора 14 могут быть реализованы соответственно сформированными трубчатыми сегментами, которые выполнены с возможностью размещения боковых концевых частей 8 коллектора 6а.
Опорная часть коллектора 14 дополнительно содержит соединительный элемент 16, окружающий соответствующую боковую концевую часть 8 коллектора 6а и соединяющий соответствующую боковую концевую часть 8 с выступом 15 или трубчатым сегментом (не показан).
Соединительный элемент 16 выполнен из неметаллического материала, например, пластика или резины. Это позволяет избежать любого прямого контакта между коллектором 6а, который обычно выполнен из металла, и опорными частями коллектора 14, которые обычно также изготавливаются из металла.
Соединительный элемент 16, в частности, может быть выполнен из упругого материала, чтобы обеспечить упругое демпфирование между теплообменником 4 и опорной конструкцией 10, например, для вибрационной развязки теплообменника 4 и опорной конструкции 10.
В альтернативном варианте осуществления, который не показан на чертежах, выступы 15 опорных частей коллектора 14 могут быть сформированы с использованием неметаллического и/или эластичного материала, такого как пластик или резина. В таком варианте осуществления неметаллические соединительные элементы 16 необходимы для предотвращения прямого контакта металл-металл между коллектором 6а и выступами 15.
Выступы 15 и/или соединительные элементы 16 выполнены таким образом, что не существует прямого или непосредственного контакта между теплообменником 4 и опорной конструкцией 10. Вместо этого, теплообменники 4 прикреплены к опорным частям коллектора 14 только боковыми концевыми частями 8 коллекторов 6а, 6b и через (необязательные) соединительные элементы 16.
Такая подвесная конфигурация предотвращает прямой контакт металл-металл между металлическим теплообменником 4 и металлической опорной конструкцией 10, и нет необходимости дополнительно поддерживать теплообменник 4. Теплообменник 4, в частности, не нуждается в опоре снизу.
Поскольку нет необходимости поддерживать теплообменник(-и) 4 снизу, сбор и дренаж конденсата, образующегося на поверхности(-ях) теплообменника(-ов) 4 в области под теплообменником(-ами) 4, облегчен.
Такая конфигурация дополнительно обеспечивает механическую развязку между теплообменником(-ами) (4), и опорной конструкцией 10. Это приводит к эффективному гашению вибрации. Это также позволяет компенсировать тепловое расширение и деформацию змеевиков теплообменников 22.
На фиг. 4a-4f показаны схематические виды сбоку, иллюстрирующие различные формы теплообменников 4, поскольку они могут быть размещены в установках теплообменника 2 в соответствии с иллюстративными вариантами осуществления изобретения. Для достижения эффективного теплообмена, формы, в частности геометрия, углы и размеры теплообменников 4, предназначены для оптимизации почти однородного распределения воздуха, протекающего по поверхности теплообменников 4. Специалист поймет, что примеры, показанные на фиг. 4a-4f, не являются исчерпывающими и что также могут использоваться теплообменники 4, имеющие другие формы.
Каждый из теплообменников 4, показанных на фиг. 4a-4f, содержит множество трубок 22, расположенных параллельно друг другу в плоскости, проходящей перпендикулярно плоскости проекции фиг. 4a-4f. Поэтому на каждом из фиг. 4a-4f видна только первая (передняя) трубка из множества трубок 22.
На фиг. 4а показана форма теплообменника 4, в котором множество трубок 22 теплообменника 4 имеют 1-образную форму, если смотреть сбоку, проходящих вертикально от первого (верхнего) коллектора 6а до второго (нижнего) коллектора 6b.
Такой I-образный теплообменник 4 также может быть ориентирован наклонно относительно вертикали, как показано на фиг. 4b.
На фиг. 4 с показан теплообменник 4, имеющий V-образную форму, в том виде, как он используется в теплообменном узле 2, показанном на фиг. 1 и 2. Теплообменник 4, показанный на фиг. 4с, в частности, включает первую часть 4а, проходящую вдоль вертикальной плоскости вниз от первого коллектора 6а, и вторую часть 4b, которая наклонена относительно указанной вертикальной плоскости. Вторая часть 4b может быть наклонена под углом от 30° до 60°, особенно под углом от 40° до 50° относительно вертикальной плоскости. Второй коллектор 6b расположен на верхнем конце второй части 4b. Первая и вторая части 4а и 4b гидравлически соединены друг с другом на своих нижних концах, что позволяет хладагенту перемещаться между частями 4а и 4b.
На фиг. 4d показан альтернативный V-образный теплообменник 4, который выполнен симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии S.
На фиг. 4е показан теплообменник 4, имеющий U-образную форму, содержащий две, преимущественно вертикальные части 4а и 4b, соответственно проходящие вниз от верхнего коллектора 6а и 6b, и дугообразную часть 4с, гидравлически соединяющую нижние концы вертикальных частей 4а и 4b.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 4е, два коллектора 6а и 6b, соединенные с верхними концами вертикальных частей 4а и 4b теплообменника 4, расположены на одной высоте. Это, однако, только один пример. В общем случае, коллекторы 6а и 6b / верхние концы вертикальных частей 4а и 4b теплообменника 4 могут быть расположены на разных высотах.
На фиг. 4f показан другой пример, в котором вторая вертикальная часть 4b не показана, а второй коллектор 6b прикреплен непосредственно к верхнему концу арочной части, противоположной первой вертикальной части 4а.
В дополнительных вариантах осуществления, которые не показаны на фигурах, дугообразная часть 4с может проходить дальше на другую высоту, и/или наклонная вторая часть 4b, показанная на фиг. 4с, может быть соединена с концом дугообразной части 4с, противоположной первой части 4а.
Во всех вариантах осуществления хладагент может проходить параллельно через все трубки 22 от первого коллектора 6а ко второму коллектору 6b или наоборот.
В альтернативном варианте осуществления коллекторы 6а и 6b могут быть разделены по меньшей мере на две секции с помощью соответствующих разделительных стенок, сформированных внутри коллекторов 6а и 6b. Каждая из указанных секций может гидравлически соединяться с группой соседних трубок 22. Такая конфигурация позволяет хладагенту двигаться в противоположном направлении через теплообменник 4. То есть хладагент может проходить через первую группу трубок 22 из первого коллектора 6а во второй коллектор 6b в первом направлении и через вторую группу трубок 22 из второго коллектора 6b обратно в первый коллектор 6а во втором направлении, противоположном первому направлению. Разделяя коллекторы 6а и 6b на более чем две секции, можно создавать дополнительные пути потока для обеспечения многопоточной конфигурации.
В конфигурации, в которой, по меньшей мере, один коллектор содержит по меньшей мере одну разделительную стенку, входное и выходное отверстия теплообменника 4 могут быть расположены в тех же коллекторах 6а и 6b на противоположных сторонах по меньшей мере одной разделительной стенки. В альтернативном варианте осуществления входное отверстие может быть расположено в первом из коллекторов 6а и 6b, в то время как выходное отверстие может быть расположено во втором из коллекторов 6b и 6а.
Дополнительные варианты осуществления
Ниже описан ряд дополнительных особенностей. Эти особенности могут быть реализованы в конкретных вариантах осуществления отдельно или в сочетании с любыми другими особенностями.
В одном из вариантов осуществления опорные части коллектора снабжены неметаллическими выступами или неметаллическими трубчатыми сегментами, расположенными на внутренних сторонах противоположных стоек опорной конструкции на высоте, соответствующей высоте, по крайней мере, одного из коллекторов. Боковые концевые части, по меньшей мере, одного коллектора принимаются соответствующими неметаллическими выступами или неметаллическими трубчатыми сегментами. Это позволяет легко устанавливать теплообменники без необходимости обеспечения дополнительных неметаллических соединительных элементов для предотвращения прямого контакта металл-металл.
В другом варианте осуществления опорные части коллектора содержат неметаллические соединительные элементы, позволяющие принимать боковые концевые части по меньшей мере одного коллектора через соответствующие соединительные элементы для предотвращения контакта по меньшей мере одного коллектора с любыми металлическими частями опорной конструкции.
Части опорной конструкции, контактирующие с коллектором, в частности, могут содержать металлические или неметаллические выступы или металлические или неметаллические трубчатые сегменты, расположенные на внутренних сторонах противоположных стоек опорной конструкции в вертикальном положении, соответствующем вертикальному положению по меньшей мере одного коллектора, и неметаллические соединительные элементы, расположенные между соответствующими металлическими или неметаллическими выступами или трубчатыми сегментами, и/или связанные с боковыми концевыми частями по меньшей мере одного коллектора. Боковые концевые части, по меньшей мере, одного коллектора, в частности, принимаются соответствующими металлическими или неметаллическими трубчатыми сегментами через соответствующие неметаллические элементы.
Такая конфигурация позволяет избежать прямого контакта металл-металл, который может вызывать коррозию за счет электрохимического эффекта, даже в случае использования металлических выступов или трубчатых сегментов для соединения теплообменников с опорной конструкцией. Использование металлических выступов или трубчатых сегментов для соединения теплообменников может упростить их конструкцию и/или изготовление опорной конструкции.
В другом варианте осуществления теплообменник и опорная конструкция соединены только через боковые концевые части, по меньшей мере, одного коллектора и в остальном остаются разнесенными друг от друга, то есть прямой контакт отсутствует. Это надежно предотвращает коррозию, вызванную или усиливаемую электрохимическим эффектом.
В другом варианте осуществления опорная конструкция может содержать множество, например, четыре, вертикальных стойки, и множество, например, четыре, горизонтальных балки для соединения смежных верхних концов вертикальных стоек. Такая конфигурация обеспечивает создание опорной конструкции с высокой жесткостью при низких затратах.
В другом варианте осуществления опорная конструкция может дополнительно содержать наклонные усилительные опоры, причем каждая наклонная усилительная опора соединяет вертикальную стойку с горизонтальной балкой. Установка таких усилительных опор еще больше повышает жесткость опорной конструкции.
В другом варианте осуществления теплообменник может содержать первый и второй коллекторы и множество трубок, в частности, многопортовые трубки и/или трубки, снабженные ребрами, проходящие между первым и вторым коллекторами и гидравлически соединенные с первым и вторым коллекторами. В такой конфигурации коллекторы позволяют эффективно распределять хладагент между трубками и эффективно принимать из них хладагент.
В другом варианте осуществления первый и второй коллекторы и множество трубок могут иметь I-образную форму, если смотреть в вертикальном поперечном сечении. Первый коллектор может располагаться сверху, а второй коллектор - снизу. Боковые концевые части верхнего коллектора могут быть соединены с соответствующими коллекторными опорными частями опорной конструкции, расположенными на верхних концевых частях внутренних сторон противоположных стоек опорной конструкции. Множество трубок, в частности, может проходить преимущественно в вертикальном направлении. Такая конфигурация обеспечивает простой теплообменник, который прост в установке и может быть реализован при низких затратах.
В другом варианте осуществления первый и второй коллекторы и множество трубок могут иметь V-образную или U-образную форму, если смотреть в вертикальном поперечном сечении. Первый коллектор может обеспечивать левый верхний коллектор, расположенный на левом верхнем конце теплообменника, а второй коллектор может обеспечить правый верхний коллектор, расположенный на правом верхнем конце теплообменника. Боковые концевые части левого верхнего коллектора могут быть соединены с соответствующими коллекторными опорными частями опорной конструкции, расположенными на верхних концевых частях внутренних сторон противоположных стоек или балок опорной конструкции; а боковые концевые части правого верхнего коллектора могут быть соединены с соответствующими коллекторными опорными частями опорной конструкции, расположенными на верхних концевых частях внутренних сторон противоположных стоек или балок опорной конструкции.
Теплообменник, содержащий трубки V-образной или U-образной формы, обеспечивает большую поверхность теплопередачи, позволяющую осуществлять очень эффективную передачу тепла. Установка такого теплообменника с использованием левых и правых верхних коллекторов обеспечивает легкий монтаж и надежное соединение теплообменника с опорной конструкцией.
В другом варианте осуществления, множество трубок V-образной формы могут содержать первую, преимущественно вертикальную часть, и вторую часть, которая наклонена относительно первой части. Первая и вторая секции могут быть гидравлически соединены на своих нижних концах. Вторая наклонная часть, в частности, может быть ориентирована под углом от 30° до 60°, в частности от 40° до 50°, более конкретно - под углом 45° относительно первой части. Такая конфигурация позволяет эффективно использовать доступное пространство для обеспечения поверхности теплопередачи, которая является максимально возможной при данных условиях.
В другом варианте осуществления множество трубок U-образной формы может содержать первую и вторую, преимущественно вертикальные части, которые гидравлически соединены с соответствующим образом закругленной/дугообразной соединительной частью на их нижних концах так, что первая и вторая, преимущественно вертикальные части преимущественно параллельны друг другу. Такая конфигурация позволяет эффективно использовать доступное пространство, чтобы обеспечить максимально возможную площадь теплопередачи.
В другом варианте осуществления множество трубок может иметь J-образную форму, если смотреть в вертикальном поперечном сечении. В этом варианте первый коллектор образует верхний коллектор, а второй коллектор образует нижний коллектор. Боковые концевые части верхнего коллектора соединяют с соответствующими коллекторными опорными частями опорной конструкции, расположенными на верхних концевых частях внутренних сторон противоположных стоек опорной конструкции, а боковые концевые части нижнего коллектора соединяют с соответствующими коллекторными опорными частями опорной конструкции, расположенными на промежуточных частях внутренних сторон противоположных стоек опорной конструкции. Множество трубок, в частности, может содержать первую, преимущественно вертикальную часть и вторую закругленную часть, которая гидравлически соединена с нижним концом первой части.
В другом варианте осуществления конструкция теплообменника может содержать по меньшей мере два теплообменника, которые подвешены в общей опорной конструкции. Установка теплообменника, в частности, может содержать два V-образных теплообменника, расположенных так, что их наклонные секции обращены друг к другу. В альтернативном варианте осуществления установка теплообменника может содержать два J-образных теплообменника, расположенных так, что их закругленные части обращены друг к другу. Такие конфигурации позволяют очень эффективно использовать доступное пространство.
В другом варианте осуществления один из коллекторов может содержать входное и выходное отверстия и внутреннюю стенку коллектора, разделяющую первое пространство, связанное с входным отверстием, и второе пространство, связанное с выходным отверстием. Это обеспечивает конфигурацию с противотоком, в которой хладагент протекает через первую часть множества трубок в первом направлении через теплообменник и через вторую часть множества трубок во втором, противоположном направлении через теплообменник. Такая конфигурация может повысить эффективность теплопередачи. Создание входного и выходного отверстий в одном и том же коллекторе может облегчить установку теплообменника; в частности, может потребоваться меньшее количество трубопроводов.
В другом варианте осуществления установка теплообменника может дополнительно содержать, по меньшей мере, один вентилятор, расположенный возле или на опорной конструкции. По меньшей мере один вентилятор, в частности, может быть расположен по горизонтали между противоположными горизонтальными балками опорной конструкции. Более конкретно, он может быть расположен над наклонной частью V-образного теплообменника или над закругленной частью J-образного или U-образного теплообменника для улучшения теплообмена путем продувки воздуха через теплообменник и/или вдоль его поверхности.
В другом варианте осуществления по меньшей мере один коллектор и/или трубки по меньшей мере частично изготовлены из металла, в частности, из алюминия или алюминиевого сплава. Алюминий - это легкий материал, который обладает высокой теплопроводностью. Поэтому он позволяет создать эффективный, но легкий теплообменник.
Хотя это изобретение было описано со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть выполнены различные изменения, и что элементы могут быть заменены эквивалентами без отхода от объема этого изобретения. Кроме того, может быть сделано множество модификаций, чтобы адаптировать конкретную ситуацию или материал в соответствии с идеями настоящего изобретения без отхода от его существенного объема. Следовательно, предполагается, что это изобретение не ограничено конкретным раскрытым вариантом осуществления, и что оно включает все варианты осуществления, охватываемые объемом прилагаемой формулы изобретения.
Ссылки
2 установка теплообменника
4 теплообменник
4а первая часть теплообменника
4b вторая часть теплообменника
4с соединительная часть теплообменника
6а первый коллектор
6b второй коллектор
8 боковая концевая часть
10 опорная конструкция
12 стойка
14 опорная часть коллектора
15 выступ
16 соединительный элемент
18 горизонтальная балка
20 усилительная опора
22 трубка
24 двигатель вентилятора
26 верхняя пластина
28 круглое отверстие
30 уплотнение
А ось коллектора
М зеркальная плоскость
Р плоскость проекции фиг. 3, показанная на фиг. 2
S плоскость симметрии V-образного теплообменника.