Теплообменник

(51)28 15/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(72) Авторы Дьяков Алексей Игоревич Киселев Владимир Григорьевич(57) Теплообменник, включающий испаритель и расположенный над ним конденсатор,выполненные в виде двух секций из змеевиковых оребренных труб, соединенных с паровым и жидкостным коллекторами для циркуляции рабочей жидкости, отличающийся тем, что змеевиковые оребренные трубы выполнены в виде плоских многоканальных труб с нечетным количеством прямых участков и индивидуальным лепестковым оребрением с противоположных сторон плоской трубы, а паровой и жидкостный коллекторы размещены в одной плоскости и включают по два участка, расположенных перпендикулярно друг 9216 1 2007.04.30 к другу, участок соединения с змеевиковыми трубами испарителя и участок соединения с змеевиковыми трубами конденсатора, при этом каждый участок жидкостного коллектора установлен параллельно одному из участков парового коллекторов, а змеевиковые трубы испарителя и конденсатора одним концом соединены с жидкостным коллектором, а другим - с паровым, причем место соединения каждой змеевиковой трубы с паровым коллектором расположено выше места соединения ее с жидкостным коллектором. Изобретение относится к теплотехнике, в частности - к теплообменным устройствам для утилизации тепла в сушильных установках, системах вентиляции и кондиционирования и направлено на усовершенствование конструкции таких теплообменных устройств. Известен теплообменник (патент 909547, 1982), состоящий из набора отдельных тепловых труб с оребренной внешней поверхностью, в котором зона испарения рабочей жидкости расположена в потоке нагретого воздуха, а зона конденсации - в потоке холодного воздуха. Большую долю в затратах на изготовление такого теплообменника занимают операции вакуумирования, заполнения рабочей жидкостью и герметизации каждой отдельной тепловой трубы, что приводит к увеличению как трудоемкости изготовления устройства так и его себестоимости. На снижение трудоемкости и себестоимости изготовления теплообменника направлено техническое решение, предложенное в патенте 5924479 А, 1999. Данная цель достигается тем, что теплообменник выполнен в виде набора оребренных змеевиковых тепловых труб, одни участки которых расположены в потоке нагретого воздуха, а другие участки - в потоке холодного воздуха. При этом на внутренней поверхности трубы участков в нагретом потоке воздуха происходит испарение рабочей жидкости, а на внутренней поверхности трубы участков в холодном потоке воздуха происходит конденсация ее паров. В паровом канале каждого прямого участка змеевиковой трубы имеет место встречное движение потоков пара и конденсата. Взаимодействие этих потоков снижает скорость возврата рабочей жидкости в зону испарения и ограничивает теплопередающие характеристики устройства. Кроме этого, в данной конструкции змеевиковой тепловой трубы, имеющей одну общую полость, из-за неравномерности условий теплообмена при длительной эксплуатации происходит перераспределение рабочей жидкости между прямыми участками змеевиковой трубы, что снижает эффективность устройства. Наиболее близким к заявляемому объекту по техническому существу и достигаемому эффекту является техническое решение, предложенное в патенте 5921315 А, 1999. В соответствии с этим изобретением теплообменник включает испаритель и расположенный над ним конденсатор, выполненные в виде секций из змеевиковых оребренных труб, которые соединены между собой паровым и жидкостным коллекторами для циркуляции рабочей жидкости. Такая конструкция теплообменника позволяет обеспечить однонаправленное движение теплоносителя в полости тепловой трубы, что обеспечивает высокие теплопередающие характеристики теплообменника. Однако в данной конструкции не до конца решена проблема снижения трудоемкости и себестоимости изготовления теплообменника. Это связано с тем, что для обеспечения больших значений тепловых потоков и высокой эффективности теплообменника необходимо в каналах для нагретого и холодного воздуха как по фронту, так и по глубине, размещать набор тепловых труб, для каждой из которых необходимо выполнить операции вакуумирования, заполнения рабочей жидкостью и герметизации. Это увеличивает трудоемкость изготовления и себестоимость конструкции, а также усложняет обслуживание теплообменника в период эксплуатации. Данное изобретение решает техническую задачу усовершенствования конструкции теплообменника включающего испаритель и расположенный над ним конденсатор, выполненные в виде секций из змеевиковых оребренных труб, которые соединены между собой паровым и жидкостным коллекторами. Оно обеспечивает снижение трудозатрат на изготовление теплообменника и простоту обслуживания в период его эксплуатации. 2 9216 1 2007.04.30 Решение указанной технической задачи обеспечивается тем, что змеевиковые оребренные трубы выполнены в виде плоских многоканальных труб с нечетным количеством прямых участков и индивидуальным лепестковым оребрением с противоположных сторон плоской трубы, а паровой и жидкостный коллекторы, размещены в одной плоскости,включают по два участка, расположенных перпендикулярно друг к другу участка, участок соединения с змеевиковыми трубами испарителя и участок соединения с змеевиковыми трубами конденсатора, при этом каждый участок жидкостного коллектора установлен параллельно одному из участков парового коллектора, а змеевиковые трубы испарителя и конденсатора одним концом соединены с жидкостным коллектором, а другим - с паровым, причем место соединения каждой змеевиковой трубы с паровым коллектором расположено выше место соединения ее с жидкостным коллектором. Сущность изобретения поясняется на рисунках, на которых представлены на фиг. 1 - вид теплообменника со стороны потоков нагретого и холодного воздуха,на фиг. 2 - элемент многоканальной плоской трубы с лепестковым оребрением. Заявляемый теплообменник содержит испаритель 1 и расположенный над ним конденсатор 2, которые сообщаются между собой паровым коллектором 3 и жидкостным коллектором 4. Испаритель 1 и конденсатор 2 выполнены из параллельно подсоединенных к паровому коллектору 3 и жидкостному коллектору 4 плоских змеевиковых многоканальных труб 5, которые на внешней поверхности имеют лепестковое оребрение 6. Использование в конструкции теплообменника плоской многоканальной трубы 5 позволяет без дополнительных трудозатрат изготовить теплообменник любой глубины по направлению движения потока воздуха. Это увеличивает площадь теплообмена до требуемой величины и повышает эффективность теплообменника. Лепестковое оребрение 6 необходимо для того, чтобы обеспечить высокую эффективность теплообмена в испарителе теплообменника при конденсации паров влаги из потока нагретого воздуха, что имеет место при его использовании в системах вентиляции, кондиционирования и в сушильных установках. Паровой коллектор 3 и жидкостный коллектор 4 расположены в одной плоскости. Паровой коллектор 3 состоит из двух участков участок 7, к которому подсоединены змеевиковые трубы 5 конденсатора 2, и участок 8, к которому подсоединены змеевиковые трубы 5 испарителя 1. Жидкостный коллектор 4 также состоит из двух участков участок 9, к которому подсоединены змеевиковые трубы 5 конденсатора 2, и участок 10, к которому подсоединены змеевиковые трубы 5 испарителя 1. Участок 7 расположен перпендикулярно участку 8 и параллельно участку 9, а участок 10 расположен перпендикулярно участку 9 и параллельно участку 8. При этом змеевиковые трубы 5 имеют нечетное количество прямых участков, что дает возможность подключить трубы к коллекторам 3 и 4 с противоположных сторон прямых участков и обеспечивает расположение коллекторов 3, 4 и змеевиковых труб 5 в одной плоскости. Расположение коллекторов 3 и 4 в одной плоскости обеспечивает максимальный гидравлический напор для возврата рабочей жидкости из конденсатора в испаритель и, следовательно, максимальную величину передаваемого теплообменником теплового потока. В испарителе 1 и конденсаторе 2 места соединения 11 змеевиковых труб 5 с жидкостным коллектором 4 расположены выше мест соединения 12 змеевиковых труб 5 с паровым коллектором 3. Такое подсоединение змеевиковых труб 5 обеспечивает равномерную подачу рабочей жидкости в испаритель 1 и эффективный отвод конденсата влаги с внешней поверхности его труб 5, а также минимальные потери давления при движении двухфазного потока в конденсаторе 2. Все это обеспечивает эффективную передачу теплового потока. Как видно из описания конструкции и фиг. 1, в предлагаемом техническом решении теплообменник, предназначенный для передачи больших тепловых потоков, имеет развитую теплообменную поверхность и одну полость для осуществления испарительноконденсационного цикла тепловой трубы. Это обеспечивает минимально возможные за 3 9216 1 2007.04.30 траты на операции вакуумирования, заполнения рабочей жидкостью и герметизации. Это упрощает также процесс обслуживания и ремонта теплообменника в процессе эксплуатации, так как контролируется функционирование только одного элемента с испарительноконденсационным циклом. Работа заявляемого теплообменника отличается от работы известного теплообменника только условиями протекания теплообменных процессов, своей эффективностью и заключается в следующем при циркуляции теплого воздуха через испаритель 1 рабочая жидкость поступает из участка 10 жидкостного коллектора 4 в его змеевиковые трубы 5 и,двигаясь в каналах труб, испаряется, при этом за счет испарения от стенок внутренних каналов труб отнимается тепло, которое поступает к стенкам от потока нагретого воздуха образовавшийся в каналах змеевиковых труб 5 испарителя 1 пар рабочей жидкости поступают в полость участка 8, затем участка 7 парового коллектора 3 и подаются в каналы змеевиковых труб 5 конденсатора 2 в каналах змеевиковых труб 5 конденсатора 2 при конденсации паров рабочей жидкости происходит отдача тепла сначала стенкам труб, а затем потоку холодного воздуха образовавшийся конденсат поступает в участок 9 и под действием сил гравитации затем направляется в участок 10 жидкостного коллектора 4, что обеспечивает непрерывность работы устройства. При движении парожидкостного потока через змеевиковые трубы 5 испарителя 1 и конденсатора 2, а также через коллекторы 3, 4 имеют место потери давления. Эти потери давления компенсируются превышением уровня рабочей жидкости в участке 9 коллектора 4 над местами соединений 12 змеевиковых труб 5 испарителя 1. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4