жидкостно-жидкостный теплообменник для двигателей внутреннего сгорания

Формула изобретения

Жидкостно-жидкостный теплообменник, соединяющий секции труб, закрепленные в герметичном корпусе и подключенные к раздельным коллекторам по контурам охлаждающих теплоносителей, отличающийся тем, что в контуре змеевикообразного теплоносителя каждая секция труб выполнена в виде спиралеобразного конусного змеевика сходящегося и расходящегося типа, установленных попарно большими основаниями, обращенными друг к другу, и попарно меньшими основаниями, обращенными друг к другу, причем секции разделены поперечными перегородками в местах больших оснований змеевиков отверстиями кольцеобразных прорезей, в местах меньших оснований - центральными отверстиями в контуре охлаждающего теплоносителя.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое устройство относится к теплообменникам, в которых теплопередача производится через неподвижные стенки аналогично типу змеевик сходящийся-расходящийся одной трубки в трубе.

В процессе теплопередачи через стенки змеевика сходящейся-расходящейся одной трубки температура хладона, имеющая температуру от минус 15°C до минус 20°C, нагревается за счет температуры охлаждающей жидкости, которая поступает в теплообменник из циркуляционной замкнутой системы трубопроводов, заглубленных в грунт земли на глубине от 0,8 до 1,5 метра, имеющей температуру теплообмена зимой на уровне плюс 6-8°C, и за счет этого создается перепад температур 21÷28°C для нагрева хладона до предела от 0°C до плюс 1÷2°C. Процесс теплопередачи может быть иным в части источника теплообмена для нагрева низкотемпературного хладона за счет тепла водоема, энергии солнечных лучей или какого либо горячего источника.

Известно устройство, такое как микротеплообменник змеевикового типа с дроссельным клапаном (смотри а.с. № 542896, опубликованный 15.01.1977 г.), состоящий из цилиндрической формы змеевикового типа трубного пучка с встроенным дроссельным клапаном.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции с примененным дроссельным устройством, кроме того, что дросселирование хладона в предлагаемом устройстве уже состоялось и необходимо произвести его прогрев каким-либо источником теплоты большого объема для достижения его температуры от минус 15÷20°C до плюс 1÷2°C.

Известно устройство, такое как кожухотрубчатый теплообменник, содержащий размещенные вокруг полого сердечника секции труб, закрепленные в трубных решетках, выполненных в виде боковых граней усеченной пирамиды, и подключенные к раздающему и собирающему коллекторам (смотри а.с. № 542901, опубликованный 15.01.1977 г.).

Недостатком данного устройства является сложность и громоздкость конструкции пучков труб.

Технический результат - упрощение конструкции при повышении уровня стабильности теплопередачи температуры хладона.

Задача решается тем, что в жидкостно-жидкостном теплообменнике, соединяющем секции труб, закрепленных в герметичном корпусе и подключенных к раздельным коллекторам по контурам охлаждающих теплоносителей, в контуре змеевикообразного теплоносителя каждая секция труб выполнена в виде спиралеобразного конусного змеевика сходящегося и расходящегося типа, установленных попарно большими основаниями, обращенными друг к другу, и попарно меньшими основаниями, обращенными друг к другу, причем секции разделены поперечными перегородками в местах больших оснований змеевиков отверстиями кольцеобразных прорезей, в местах меньших оснований - центральными отверстиями в контуре охлаждающего теплоносителя.

На фигуре 1 изображен заявляемый жидкостно-жидкостный теплообменник, на фигуре 2 - поперечная перегородка с отверстиями-прорезями, на фигуре 3 - поперечная перегородка с центральными отверстиями.

Жидкостно-жидкостный теплообменник соединяет секции труб, закрепленные в герметичном корпусе 1 и подключенные к раздельным коллекторам 2 и 3 по контурам охлаждающих теплоносителей, т.е. 2 - входной коллектор водяного контура жидкостно-жидкостного теплообменника, а 3 - выходной коллектор, причем входной коллектор 2 снабжен входным патрубком 4, а выходной коллектор 3 - выходным патрубком 5. В контуре змеевикообразного теплоносителя 6 каждая секция труб выполнена в виде спиралеобразного конусного змеевика сходящегося 7 и расходящегося 8 типа, установленных попарно большими основаниями, обращенными друг к другу, и попарно меньшими основаниями, обращенными друг к другу. Секции труб разделены поперечными перегородками 9 в местах больших оснований змеевиков отверстиями кольцеобразных прорезей 10, ближе к внешнему диаметру, а в местах меньших оснований - поперечными перегородками 11 с центральными отверстиями 12 в контуре охлаждающего теплоносителя. Соединение концов спиралеобразных конусных змеевиков сходящегося 7 и расходящегося 8 типа осуществляется твердой пайкой меднофосфористым припоем или латунью и применением развальцовки одного конца и вставлением внутрь другого конца.

Жидкостно-жидкостный теплообменник работает следующим образом. После дросселирования хладона его давление снижается до атмосферного давления в 1,3 МПа, а его температура снижается от плюс 66÷70°C до минус 15÷20°C. Такой теплоноситель поступает через входной патрубок 4 для хладона во входной коллектор 2 контура змеевикообразного теплоносителя 6 и за счет теплообмена с жидким теплоносителем (вода - «рапа»), имеющим температуру плюс 6÷8°C и преобладающую производительность по расходу, повышает свою температуру до значений от минус 15÷20°C до минус 4°C или до 0°C, а температура жидкого теплоносителя (вода - «рапа») соответственно снижается от плюс 6÷8°C до 0°C на выходе из выходного коллектора 3, связанного с выходным патрубком 5, и отправляется в грунтовый змеевик, где восстанавливает свою первоначальную температуру. Хладоновый теплоноситель выходит из патрубка 5 змеевикового теплоносителя жидкостно-жидкостного теплообменника и поступает в компрессор теплового насоса, где сжимается до давления 1,3 МПа и нагревается до температуры плюс 95°C. Горячий хладоновый теплоноситель может быть использован для нагрева отопительной воды и воды для санитарно-водных процедур в нагревательном котле, в котором температура хладона снизится до плюс 65÷70°C. Далее цикл дросселирования хладона повторяется.

Выполнение в контуре змеевикообразного теплоносителя 6 каждой секции труб в виде спиралеобразного конусного змеевика сходящегося 7 и расходящегося 8 типа, установленных попарно большими основаниями, обращенными друг к другу, и попарно меньшими основаниями, обращенными друг к другу, позволяет повысить уровень стабильности теплопередачи температуры хладона за счет равномерного охвата объема нагревающей жидкости внутри корпуса 1 и конструкций поперечных перегородок 9, установленных в местах больших оснований змеевиков отверстиями кольцеобразных прорезей 10, а в местах меньших оснований - поперечных перегородок 11 с центральными отверстиями 12 в контуре охлаждающего теплоносителя, вода омывает последовательно пучки спиралей в противотоке по спиралеобразным конусным змеевикам сходящегося 7 и расходящегося 8 типа.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция жидкостно-жидкостного теплообменника проще за счет оригинальной навивки спиралеобразного змеевика правого и левого хода, при этом повышается уровень стабильности теплопередачи температуры хладона.