Сборная теплообменная панель упрощенного монтажа

Полезная модель относится к области теплотехники, в частности гелиотехники, и может использоваться для нагрева воды в солнечных коллекторах.
Известны теплообменные панели солнечных коллекторов, выполненные из алюминиевого профиля, полученного методом вытягивания из расплава (З.А. Каболов, В.В. Пеллер, Г.Г. Хохлов и др. «Развитие работ по металлическим профилированным изделиям для солнечной энергетики», Ж. Известия Академии Наук, сер. Физическая, т. 58, №9, с. 172-175, 1994 г.). Недостатком теплообменных панелей солнечных коллекторов в виде профилей из алюминиевых сплавов является их низкая коррозионностойкость, при взаимодействии с нагреваемой водой.
Известна теплообменная панель солнечного коллектора и способ ее сборки из алюминиевого профиля листотрубной конструкции, полученного методом экструзии и медной трубки (Танака С., Суди Р. «Жилые дома с автономным солнечным теплоснабжением». М., 1989 г., стр. 37). По всей длине алюминиевого профиля устроен продольный разрез, внутренний диаметр которого имеет несколько меньший диаметр, чем у медной трубки. Сборка панели осуществляется путем укладки медных трубок в полости продольных разрезов и их последующей фиксации за счет деформации стенок, под действием силы обжатия и температурного расширения. Недостатком известной теплообменной панели и способа ее изготовления служат плохой тепловой контакт и низкая долговечность конструкции, ввиду повышенного термоциклического нагружения за счет смены температурных режимов работы днем и ночью.
Известна теплообменная панель, содержащая элементы, образующие поверхность нагрева, и трубку для циркуляции теплоносителя, имеющую контакт с элементами, образующими поверхность нагрева, отличающаяся тем, что элементы, образующие поверхность нагрева, выполнены по противоположным краям со стороны нижней плоскости по всей длине с полукольцами, обращенными друг к другу тыльными сторонами, и с направленными вниз отбортовками, при этом на верхней плоскости элемента по противоположным краям по всей длине полуколец над ними с одной стороны выполнен П-образный паз, а с другой - соответствующий выступ, входящий в зацепление с П-образным пазом при стыковке элементов разносторонними полукольцами с образованием кольцевого канала и замка, причем в образованные полукольцами кольцевые каналы установлена трубка с обжатием, обеспечиваемым скреплением со стороны отбортовок с заданной силой обжатия, в свою очередь, элементы, образующие поверхность нагрева, выполнены с утонением поперечного сечения к центру (см. патент RU 2298143 C1, F28F 1/14, F24J 2/24, опубликовано 27.04.2007). Недостатком данной модели является высокая материалоемкость конструкции и низкая эффективность работы, ввиду наличия не участвующих в процессе теплообмена частей крепежа.
Наиболее близким техническим решением является устройство теплообменной панели (см. патент RU 2520775 C1, F24J 2/24, F28F 1/14, опубликовано 27.06.2014), включающее элементы из алюминиевых профилей со вставленной в их каналы трубкой теплоносителя, причем плоская поверхность алюминиевого профиля теплообменной панели изготовлена с V-образными продольными каналами шириной и глубиной 0,5 мм с шагом между центрами в 10 мм и покрыта жаропрочной нитрокраской, разведенной растворителем, а элементы алюминиевого профиля выполнены по противоположным краям с кромками, которые при стыковке одного элемента с другим образуют замкнутый контур вокруг трубки теплоносителя, являясь частью теплопроводящего сечения панели, и обжимают ее за счет некоторого конструктивно заданного натяга..
Однако данное устройство имеет ряд недостатков:
- поверхность теплообменной панели выполнена плоской, в результате чего в наиболее высокотемпературных областях между трубками и панелью образуются воздушные полости, препятствующие эффективному теплообмену;
- способ сборки такой панели предусматривает использование специального сборочного стола.
Задачей полезной модели является оптимизация процесса теплопередачи от абсорбирующей поверхности панели к трубкам теплоносителя и упрощение монтажа.
Технический результат - сокращение теплопроводного слоя и материалоемкости.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что в устройстве, состоящем из элементов алюминиевого профиля теплообменной панели плотно обжимающих трубки с теплоносителем, для оптимизации процесса теплопередачи элементы панели изготавливаются с полностью эквидистантной трубкам внутренней поверхностью, исключающей из теплопроводного сечения воздушные полости, снижающие эффективность теплообмена в наиболее нагретых областях панели. Следует уменьшить толщину панели в наиболее подверженном ее изгибу месте, изменив плоскую конфигурацию панели на волнообразную с предусмотренными на ее поверхности U-образными каналами, что приведет к снижению трудоемкости монтажа, при сравнительно более меньшем уровне материалоемкости и площади лучевоспринимающей поверхности, а также более эффективному теплообмену.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен общий вид теплообменной панели.
На фиг. 2 изображен вертикальный разрез А-А элемента панели.
На фиг. 3 представлена изометрическая проекция элемента панели.
Теплообменная панель 1 состоит из отдельных элементов 2 алюминиевого профиля и трубки 3 с теплоносителем. По противоположным краям элементы 2 панели 1 снабжены кромками 4 и пазами 5 для стыковки элементов 2 друг с другом, которые после стыковки образуют замкнутый контур вокруг трубки 3 с теплоносителем, выступающим в роли теплопроводящего сечения панели 1. Кроме этого сборка теплообменной панели 1 осуществляется по принципу стыковки элементов 2 друг с другом с вложенными в них трубками 3. При этом вокруг трубки 3 с теплоносителем образуется полностью эквидистантная ее поверхности поверхность теплообменной панели 1, за счет чего осуществляется эффективный теплообмен между панелью 1 и трубками 2. Также поверхность теплообменной панели 1 содержит абсорбирующее покрытие 6 и U-образные продольные каналы 7 с шагом 8 мм между центрами в проекции и радиусом сегмента сечения 0,5 мм.
Элементы 2 теплообменной панели 1 изготавливается из алюминиевых сплавов методом экструзии. Трубки 3 с теплоносителем могут применяться из тонкостенных медных, стальных нержавеющих и других высокотеплопроводных доступных материалов, отвечающих условиям эксплуатации. Наружный диаметр трубок 3 должен быть равен диаметру, образованному внутренней поверхностью элементов 2 теплообменной панели 1. Способ укладки труб может быть как продольными отрезками с последующим формированием коллекторной системы, так и «змейкой». Для оптимизации процесса теплообмена и монтажа толщина стенок элементов 2 теплообменной панели 1 может варьироваться в пределах 3-5 мм.
Способ монтажа теплообменной панели 1 предусматривает соединение отдельных элементов 2 алюминиевого профиля между собой, при помощи кромок 4, вставляемых в пазы 5. Реализация этого процесса осуществляется следующим образом: отдельный элемент 2 теплообменной панели 1 устанавливают внешней стороной продольного канала 7 в упор, в него помещают трубку 3 теплоносителя, затем стыкуют крайнюю кромку 4 второго элемента 2 с соответствующим ей пазом 5 первого, прижимая первый элемент 2 с трубкой 3 к упору, оттягивают продольный канал 7 второго элемента 2 и вставляют кромку 4 второго элемента 2 в паз 5 первого, помещают трубку 3 в следующий элемент 2 и повторяют процесс, до формирования заданной проектом конструкции. Данный метод осуществим ввиду применения элементов 2, образующих дугообразную поверхность с возможностью ее удлинения в развертке на плоскости, а также низкого модуля упругости алюминия, который позволяет конструкции легко деформироваться, но восстанавливать свою форму, если не превышен предел упругости. Дополнительно, выполнению данного процесса способствует наличие на абсорбирующей поверхности элементов 2 панели 1 U-образных продольных каналов 7, позволяющих алюминиевому профилю изгибаться и растягиваться за счет уменьшения толщины слоя профиля в месте наиболее подверженном изгибу.
Таким образом, в представленной полезной модели реализуется процесс нагрева теплоносителя в трубках 3 путем максимизации эффективности процесса теплопередачи от абсорбирующего поверхности теплообменной панели 1 к теплоносителю. Что достигается при помощи оптимизации контактирующей с трубкой 3 внутренней поверхности элементов 2 теплообменной панели 1 и сопутствующего исключения воздушных прослоек из теплопроводящего сечения в области наибольшего прогрева.
Также вследствие плотного охвата трубки 3 с теплоносителем, особой дугообразной конфигурации панели и наличия U-образных элементов на абсорбирующей поверхности алюминиевого профиля, формируется конструкция теплообменной панели 1, позволяющая снизить трудоемкость процесса монтажа.