RU187165U1

RU187165U1 - Simplified Mounted Heat Exchanger Panel

Info

Publication number: RU187165U1
Application number: RU2018127691U
Authority: RU
Inventors: Максим Александрович Говорунов; Анастасия Петровна Пирожникова; Генрих Эдуардович Муро
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2019-02-21

Abstract

Полезная модель относится к области теплотехники, в частности гелиотехники, и может использоваться для нагрева воды в солнечных коллекторах.Целью полезной модели является оптимизация процесса теплопередачи от абсорбирующей поверхности панели к трубам теплоносителя.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.Теплообменная панель устроена таким образом, что элементы алюминиевого профиля выполнены осесимметрично с кромками и пазами, позволяющими легко соединить элементы друг с другом и образовать вокруг трубки с теплоносителем замкнутый контур. Что осуществимо вследствие образования волнообразной конфигурации поверхности, позволяющей деформировать элемент профиля до формы пригодной для соединения с другим элементом с последующим восстановлением первоначальной формы, ввиду удовлетворяющего осуществлению данного процесса модуля упругости алюминия. В результате, процесс сборки панели выполняется вручную, без использования каких-либо приспособлений, с применением простых фиксирующих оснований.Теплоноситель, циркулирующий по трубкам, забирает тепло от корпуса теплообменной панели, тем самым охлаждая её, и далее транспортируется в накопитель потребителя. Для реализации этого процесса с наибольшей эффективностью, необходимо минимизировать сопротивление теплопередаче и теплоемкость конструкции, что в данном случае достигается при помощи заданного конструкционного материала – алюминия, а также за счет плотного охвата панелью трубки с теплоносителем по всей ее поверхности.The utility model relates to the field of heat engineering, in particular solar engineering, and can be used to heat water in solar collectors. The purpose of the utility model is to optimize the heat transfer process from the absorbent surface of the panel to the coolant pipes. The essence of the proposed utility model consists in the fact that the device consists of elements of the aluminum profile of the heat exchange panel tightly compressing the tube with a coolant, to optimize the heat transfer process, the panel elements are made with fully equivalent identical to the tubes with an inner surface that excludes air cavities from the heat-conducting section, which reduce the heat transfer efficiency in the most heated areas of the panel. It is necessary to reduce the thickness of the panel in the place most susceptible to bending by changing the flat configuration of the panel to a wavy one with U-shaped channels provided on its surface, which will lead to a decrease in the complexity of installation, with a comparatively lower level of material consumption and radiation-receiving surface area, as well as more efficient heat transfer . The heat exchange panel is designed so that the elements of the aluminum profile are made axisymmetrically with edges and grooves, making it easy to connect the elements to each other. with a friend and form a closed loop around the coolant tube. What is feasible due to the formation of a wave-like configuration of the surface, which allows the profile element to be deformed to a form suitable for joining with another element with the subsequent restoration of the original shape, in view of the elastic modulus of aluminum satisfying this process. As a result, the panel assembly process is carried out manually, without the use of any devices, using simple fixing bases. The heat carrier circulating through the tubes takes heat from the heat exchanger panel body, thereby cooling it, and then it is transported to the consumer's storage. To implement this process with the greatest efficiency, it is necessary to minimize the heat transfer resistance and heat capacity of the structure, which in this case is achieved with the help of a given structural material - aluminum, as well as due to the panel's tight coverage of the tube with the coolant over its entire surface.

Description

Полезная модель относится к области теплотехники, в частности гелиотехники, и может использоваться для нагрева воды в солнечных коллекторах.The utility model relates to the field of heat engineering, in particular solar engineering, and can be used to heat water in solar collectors.

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.Known heat-exchange panels of solar collectors made of an aluminum profile obtained by drawing from a melt (Z. A. Kabolov, VV Peller, GG Khokhlov and others. "Development of work on metal shaped products for solar energy", Zh Proceedings of the Academy of Sciences, ser. Physical, t. 58, No. 9, p. 172-175, 1994). The disadvantage of heat exchange panels of solar collectors in the form of profiles of aluminum alloys is their low corrosion resistance when interacting with heated water.

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.A known heat exchange panel of a solar collector and a method of assembling it from an aluminum profile of a sheet-tube structure obtained by extrusion and a copper tube (Tanaka S., Sudi R. “Residential buildings with autonomous solar heat supply.” M., 1989, p. 37). A longitudinal section is arranged along the entire length of the aluminum profile, the inner diameter of which has a slightly smaller diameter than that of a copper tube. The assembly of the panel is carried out by laying copper tubes in the cavity of longitudinal sections and their subsequent fixation due to deformation of the walls, under the action of compression force and thermal expansion. A disadvantage of the known heat exchange panel and the method of its manufacture are poor thermal contact and low durability of the structure, due to the increased thermocyclic loading due to a change in the temperature regimes of work day and night.

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.Known heat exchange panel containing elements forming a heating surface, and a tube for circulating a coolant in contact with elements forming a heating surface, characterized in that the elements forming a heating surface are made on opposite edges from the lower plane along the entire length with half rings, facing back to each other, and with downward flanges, while on the upper plane of the element along opposite edges along the entire length of the half rings above them on one side you a U-shaped groove is filled, and on the other, a corresponding protrusion engaging with a U-shaped groove when joining elements with miscellaneous half rings to form an annular channel and a lock, and a compression tube is installed in the ring channels formed by half rings, provided by fastening on the side of the flanges with given compression force, in turn, the elements forming the heating surface are made with thinning of the cross section to the center (see patent RU 2298143 C1, F28F 1/14, F24J 2/24, published 04/27/2007). The disadvantage of this model is the high material consumption of the structure and low efficiency, due to the presence of parts of fasteners that are not involved in the heat transfer process.

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..The closest technical solution is the device of a heat exchange panel (see patent RU 2520775 C1, F24J 2/24, F28F 1/14, published 06/27/2014), including elements from aluminum profiles with a heat-transfer tube inserted into their channels, and the flat surface of the aluminum profile the heat exchange panel is made with V-shaped longitudinal channels with a width and depth of 0.5 mm with a step between centers of 10 mm and coated with heat-resistant nitro-paint diluted with solvent, and the elements of the aluminum profile are made on opposite edges with edges, which, when docking one element with another, form a closed loop around the coolant tube, being part of the heat-conducting section of the panel, and compress it due to some structurally defined interference fit ..

Однако данное устройство имеет ряд недостатков:However, this device has several disadvantages:

- поверхность теплообменной панели выполнена плоской, в результате чего в наиболее высокотемпературных областях между трубками и панелью образуются воздушные полости, препятствующие эффективному теплообмену;- the surface of the heat exchange panel is made flat, as a result of which air cavities are formed in the most high-temperature areas between the tubes and the panel, which impede efficient heat transfer;

- способ сборки такой панели предусматривает использование специального сборочного стола.- the method of assembling such a panel involves the use of a special assembly table.

Задачей полезной модели является оптимизация процесса теплопередачи от абсорбирующей поверхности панели к трубкам теплоносителя и упрощение монтажа.The objective of the utility model is to optimize the heat transfer process from the absorbent surface of the panel to the coolant tubes and simplify installation.

Технический результат - сокращение теплопроводного слоя и материалоемкости.The technical result is a reduction in the heat-conducting layer and material consumption.

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.The essence of the proposed utility model is that in a device consisting of elements of an aluminum profile of a heat exchange panel that tightly compresses the tubes with a coolant, to optimize the heat transfer process, the panel elements are made with an inner surface completely equidistant to the tubes, eliminating air cavities from the heat-conducting section, which reduce the heat exchange efficiency in most heated areas of the panel. It is necessary to reduce the thickness of the panel in the place most susceptible to bending by changing the flat configuration of the panel to a wavy one with U-shaped channels provided on its surface, which will lead to a decrease in the complexity of installation, with a comparatively lower level of material consumption and radiation-receiving surface area, as well as more efficient heat transfer .

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен общий вид теплообменной панели.In FIG. 1 shows a general view of a heat exchange panel.

На фиг. 2 изображен вертикальный разрез А-А элемента панели.In FIG. 2 shows a vertical section AA of a panel element.

На фиг. 3 представлена изометрическая проекция элемента панели.In FIG. 3 is an isometric view of a panel element.

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.The heat exchange panel 1 consists of individual elements 2 of an aluminum profile and a tube 3 with a coolant. On opposite edges, the elements 2 of panel 1 are provided with edges 4 and grooves 5 for joining the elements 2 with each other, which, after joining, form a closed loop around the tube 3 with the heat carrier acting as the heat-conducting section of the panel 1. In addition, the assembly of the heat exchange panel 1 is carried out according to the principle joining elements 2 with each other with tubes 3 embedded in them. At the same time, around the tube 3 with the coolant, the surface of the heat exchange panel 1 is completely equidistant to its surface, due to which the effect The objective heat exchange between the panel 1 and the tubes 2. Also, the surface of the heat exchange panel 1 contains an absorbing coating 6 and U-shaped longitudinal channels 7 with a pitch of 8 mm between the centers in the projection and the radius of the segment segment 0.5 mm.

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.Elements 2 of the heat exchange panel 1 is made of aluminum alloys by extrusion. Tubes 3 with a coolant can be used from thin-walled copper, stainless steel and other highly conductive materials available that meet the operating conditions. The outer diameter of the tubes 3 should be equal to the diameter formed by the inner surface of the elements 2 of the heat exchange panel 1. The method of laying the pipes can be either longitudinal sections with the subsequent formation of the collector system, or a “snake”. To optimize the process of heat transfer and installation, the wall thickness of the elements 2 of the heat exchange panel 1 can vary within 3-5 mm.

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.The method of mounting the heat exchange panel 1 provides for the connection of the individual elements 2 of the aluminum profile with each other, using the edges 4 inserted into the grooves 5. The process is implemented as follows: a separate element 2 of the heat exchange panel 1 is installed on the outside of the longitudinal channel 7, placed in it coolant tube 3, then the extreme edge 4 of the second element 2 is joined with the corresponding groove 5 of the first, pressing the first element 2 with the tube 3 against the stop, pull the longitudinal channel 7 of the second element 2 and insert the edge 4 of the second element 2 into the groove 5 of the first, place the tube 3 in the next element 2 and repeat the process until the design specified by the design is formed. This method is feasible due to the use of elements 2 forming an arched surface with the possibility of its elongation in a flat scan, as well as a low elastic modulus of aluminum, which allows the structure to easily deform, but to restore its shape if the elastic limit is not exceeded. In addition, the implementation of this process is facilitated by the presence on the absorbent surface of the elements 2 of the panel 1 of U-shaped longitudinal channels 7, allowing the aluminum profile to bend and stretch by reducing the thickness of the layer of the profile in the place most subjected to bending.

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.Thus, the presented utility model implements the process of heating the coolant in the tubes 3 by maximizing the efficiency of the heat transfer process from the absorbent surface of the heat exchange panel 1 to the coolant. This is achieved by optimizing the inner surface of the elements 2 of the heat exchange panel 1 in contact with the tube 3 and the concomitant exclusion of air gaps from the heat-conducting section in the region of greatest heating.

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.Also, due to the tight coverage of the heat transfer tube 3, the special arc-shaped configuration of the panel, and the presence of U-shaped elements on the absorbent surface of the aluminum profile, the design of the heat exchange panel 1 is formed, which reduces the complexity of the installation process.

Claims

The heat exchange panel consists of aluminum profile elements made with a completely equidistant inner surface of the tubes and having U-shaped longitudinal channels on its surface, an absorbent coating deposited on the surface of the heat exchange panel, and tubes with a coolant tightly compressed by the aluminum profile elements of the heat exchange panel.