Испаритель для компрессорной холодильной установки

 

Полезная модель относится к элементам холодильной техники. Испаритель для компрессорной холодильной установки, образован двумя контактирующими по линиям ненулевой ширины и соединенными контактной сваркой листами металла, с общим герметичным наружным контуром, причем, по меньшей мере, в одном из листов выполнены фигурные выемки, которые образуют в пространстве между листами щелевые каналы, сообщающиеся между собою всей своей длине через множество окон. Фигурные выемки так же образуют в пространстве между листами систему перегородок, формирующих поток фреона. Каждая перегородка примыкает не более чем одним концом к наружному контуру. Протяженность перегородок больше протяженности окон. В листах выполнены подводящее и отводящее фреон отверстия, сообщающиеся со щелевыми каналами. Существенное отличие полезной модели от известных конструкций заключается в том, что длина каждой линии контакта листов больше ее ширины, причем все линии контакта листов, включая наружный герметичный контур, расположены в одной плоскости.

Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к испарителям-теплообменникам холодильных установок. Полезная модель может найти применение в испарителях компрессорных холодильных установок различного назначения, например используемых для охлаждения молока или рассола; в домашних и промышленных холодильниках и морозильниках.

Известно техническое решение испарителя, входящего как элемент в молочную холодильную установку по патенту RU 2337534 (опубл. 10.11.2008. Бюлл. 31). V-образное днище квадратного резервуара, в котором осуществляют охлаждение молока представляет собою два идентичных испарителя подключенные к холодильной компрессорной установке. Корпус испарителя-прототипа выполнен методом шовной сварки из двух листов нержавеющей стали, один из которых плоский, а на втором методом прокатки в вальцах выполнены параллельные фигурные выемки (выполнена «вальцовка щелей» - в терминологии автора). Сварное соединение двух листов образует щелевую конструкцию, причем профиль сечения щелей определяется профилем вальцованных фигурных выемок второго листа. Существенные признаки технического решения, в части касающейся испарителя, определяют его тип - щелевой, косвенно определяют форму испарителя - прямоугольный (V образное днище квадратного резервуара), наличие как отдельного элемента инжектора, наличие как отдельного элемента всасывающего коллектора, глубину вальцовки щелей (не менее 30 мм) и уточненное определение конструктивной разновидности неподвижного соединения элементов испарителя (шовная сварка с шириной швов не менее 4 мм и шагом швов не более 35 мм). В рамках защищенной патентом сущности данного аналога, при всех его несомненных достоинствах, присутствует возможность образования в нем ледяных пробок, т.к. каждая продольная щель испарителя-аналога представляет собою, в сущности, отдельную трубу, присоединенную к двум коллекторам, несмотря на то, что испаритель заявлен как щелевой. Образование ледяных пробок в отдельных трубах коллекторных трубчатых испарителей является хорошо известным фактом (см. журнал "Холодильная техника" 6, 2004 г.). Кроме того, при изготовлении прототипа, оказывается затруднительным применение качественной автоматической сварки коллекторных полостей (инжектора и отводящего коллектора), поскольку сварной шов каждого из этих элементов, соединяющий его с остальной конструкцией, является фигурным и имеющим пространственное расположение относительно щелей испарителя. Ручное и даже робототехническое выполнение данного шва, с очевидностью для специалиста, не может обеспечить его достаточно высокую прочность и надежность по герметичности наравне с шовной роликовой сваркой, которая является наилучшим технологическим решением, примененным в аналоге для сварки двух образующих листов корпуса. При этом значительно увеличивается стоимость производства испарителя. В этой связи, неслучайным является выполнение испарителя в форме прямоугольной панели, как простейшей диктуемой технологией формы и при этом вынужденным становится выполнение резервуара установки квадратной формы (кубической), что в свою очередь не позволяет улучшить дизайн установки, уменьшить мощность мешалки, а так же снизить габариты, металлоемкость, а, следовательно, и стоимость всей холодильной установки.

Наиболее близким к полезной модели по совокупности существенных признаков аналогом (прототипом) является испаритель «S.T.I.», входящий как элемент в молочный танк-охладитель «Kryos» произв. концерна GEA Farm Tecnologies (описание). прилагается). Прототип представляет собою щелевой испаритель, полностью, в отличие от предыдущего аналога, изготовленный из двух листов нержавеющей стали. В листах выполнены фигурные выемки, и листы сплошным сварным швом соединены между собою по внешнему контуру. В щелевом пространстве между листами фигурными выемками сформированы прямолинейные щелевые каналы и выполнены перегородки между этими каналами, формирующие поток фреона. Сварка конструкции выполнена двумя типами сварочных швов.

1. Герметичный наружный контур и контуры перегородок выполнены контактным роликовым герметичным швом.

2. Прочность конструкции к воздействию внутреннего давления и, одновременно формирование прямолинейных щелевых каналов обеспечивается множественными точечными контактными соединениями, выполненными методом шаговой точечной сварки (пунктирным точечным швом).

При всех несомненных достоинствах прототипа, он, как это известно из практики, (см. описание к патенту RU 2337534) обладает недостаточным запасом прочности к воздействию избыточного внутреннего давления и имеет свойство разрушаться с образованием усталостных трещин при циклическом нагружении внутренним давлением, что имеет место в танке-охладителе «Kryos» и его аналогах (Российский аналог - резервуар охладитель молока МКА - 2000Л-2ЛБ. ТУ 4741-083-00238523-97, г.Курган, ОАО «Кургансельмаш»). Испаритель испытывает циклическое воздействие избыточного внутреннего давления при регулярной промывке танка горячей водой в ходе его эксплуатации. Возможно, именно такое техническое решение обеспечивает расчетный ограниченный срок службы изделия и является технической особенностью, которая способствует реализации маркетинговой стратегии компании-производителя. Подробно, с элементами прочностного расчета, указанный технический недостаток прототипа обоснован в описании к патенту RU 2337534 (см. предыдущий аналог).

Целью полезной модели «Испаритель для компрессорной холодильной установки» является создание высокотехнологичной, надежной, недорогой и эстетичной конструкции испарителя с эффективностью на уровне лучших современных образцов.

Сущность полезной модели: испаритель для холодильной компрессорной установки, образованный двумя контактирующими по линиям ненулевой ширины и соединенными контактной сваркой листами металла, с общим герметичным наружным контуром, причем, по меньшей мере, в одном из листов выполнены фигурные выемки, которые образуют в пространстве между листами щелевые каналы, сообщающиеся между собою по всей своей длине через множество окон. Фигурные выемки так же образуют в пространстве между листами систему перегородок, формирующих поток фреона. Каждая перегородка примыкает не более чем одним концом к наружному контуру. Протяженность перегородок больше протяженности окон. В листах выполнены подводящие и отводящие фреон отверстия, сообщающиеся со щелевыми каналами. Существенное отличие полезной модели от прототипа заключается в том, что длина каждой линии контакта листов больше ее ширины, причем все линии контакта листов, включая наружный герметичный контур, расположены в одной плоскости.

Заявленная сущность полезной модели обеспечивает достижение совокупности следующих полезных технических результатов:

1. Все сварные швы конструкции приведены к одной плоскости и к одному типу - контактному по линии ненулевой ширины. Технологической разновидностью такого шва является роликовый контактный шов (Технология электрической сварки металлов и сплавов: / Под ред. акад. Б.Е.Патона. - М.: Машиностроение, 1974. - 768 с.)

За счет этого первичного технического результата достигаются два важнейших

вторичных технических результата, а именно:

1.1. Достигается повышение надежности испарителя по двум причинам:

а) Обеспечивается возможность автоматического выполнения всех сварных операций на станке роликовой шовной сварки, притом, что роликовый контактный шов является более прочным по сравнению с контактным точечным, в том числе выполненным лазерной сваркой, и это увеличивает прочность испарителя к воздействию внутреннего давления, в том числе циклическому, и, следовательно, уменьшает вероятность его разрушения и выхода из строя (по сравнению с прототипом).

б) Исключается присущее аналогу RU 2337534 влияние человеческого фактора на качество сварного шва и его герметичность, поскольку патентуемая конструкция обеспечивает возможность применения оборудования автоматической роликовой шовной сварки для всех сварных швов и это уменьшает вероятность разгерметизации испарителя и выхода его из строя.

1.2 Достигается возможность высокотехнологичного выполнения испарителей с разнообразными формами наружного герметичного контура, в частности, круглой формы, при этом все сварные швы конструкции приведены к одной плоскости и испарителя представляет собою круглую или овальную панель, совпадающую с формой днища цилиндрического резервуара, что весьма ценно, т.к. такая форма резервуара является общепринятой и наилучшей по целому ряду причин.

2. Достигается требуемая интенсивность теплообмена в различных зонах поверхности испарителя. В частности, может быть достигнута высокая равномерность теплообмена по поверхности испарителя, за счет формирования заданной конфигурации и интенсивности потока фреона в щелевых каналах. Указанный первичный технический результат обеспечивается в каждом конкретном случае надлежащим выполнением формы, протяженности и направления окон и направляющих перегородок (т.е. соответствующих фигурных выемок и линий контакта металлических листов, образующих испаритель), в соответствии с газодинамическими или гидродинамическими расчетами или в соответствии с опытно-практическими соображениями.

3. Исключается возможность образования ледяных пробок в испарителе.. В патентуемом решении, как и в прототипе, эффект образования ледяных пробок исключен за счет того, что все щелевые каналы по всей своей длине соединены друг с другом множеством окон.

4. Уменьшается стоимость испарителя за счет исключения, из его конструкции коллекторный полостей как отдельных узлов.

На Фиг.1 схематично изображен патентуемый испаритель для компрессорной холодильной установки с наиболее технологичным, а именно - с параллельным взаимным расположением сообщающихся щелевых каналов, выполненный с применением контактной роликовой шовной сварки.

На Фиг.2 схематично изображен патентуемый испаритель для компрессорной холодильной установки, обеспечивающий более высокую равномерность теплообмена по поверхности по сравнению со схемой Фиг.1., так же выполненный с применением контактной роликовой шовной сварки.

Испаритель для компрессорной холодильной установки (Фиг.1) выполнен методом контактной роликовой шовной сварки из двух листов (1) и (2) металла, в качестве которого может быть использована, например, нержавеющая сталь. При этом в листе (2) методом листовой штамповки или другим методом (например, гидравлическим выдавливанием - раздуванием предварительно сваренной конструкции) выполнены фигурные выемки (3). При соединении листов (1) и (2) они контактируют друг с другом по линиям ненулевой ширины, лежащим на внутренней плоскости листа (1). Ширина линий определяется шириной контактного роликового шва и зависит от толщины листов металла и расчетной прочности и долговечности изделия. Согласно сущности полезной модели, длина каждой линии контакта листов больше ее ширины. В соответствии с этим признаком, фигурные выемки (3) выполнены таким образом, что лист (1) контактирует с листом (2) не только по протяженным линиям (4) и (5), но и по более коротким линиям (6), длина которых все же превышает ширину роликового шва, образуя щелевые каналы (7), причем стенка каждого щелевого канала (7) оказывается приваренной к листу (1) короткими роликовыми контактными швами. Практика использования предлагаемого технического решения показала, что совокупность всех заявленных технических результатов проявляется наилучшим образом в том случае, если длина каждой линии контакта листов превышает ее ширину, по меньшей мере, в два раза. В пространстве между листами (1) и (2), на участках между отдельными швами линии (6), поверхности фигурных выемок образуют множество окон (8), которые регулярно соединяют соседние щелевые каналы (7) между собою. Наружный герметичный контур, по которому соединены листы (1) и (2) так же лежит в плоскости поверхности листа (2) и выполнен сплошным контактным роликовым швом по линии (4). Примыкающие к наружному контуру перегородки контактируют с листом (1) по сплошным линиям (5) и, так же как и окна (8), образованы поверхностями фигурных выемок (3). При этом стенка каждой перегородки оказывается приваренной к листу (1) сплошным роликовым контактным швом по линии (5). Протяженность каждой сплошной линии (5) ln , т.е. протяженность любой перегородки превышает длину любого из окон (8) lок и, при этом, перегородки примыкают к наружному контуру, т.е. к линии (4) не более чем одним концом (могут вообще не примыкать, см. Фиг.2), т.к. в противном случае щелевые каналы (7) будут разобщены, конструкция не будет должным образом работоспособна и не будет отвечать сущности полезной модели. Конкретно, для конструкции, схема которой изображена на Фиг.1 все сварные швы, за исключением линии (4) шва внешнего герметичного контура выполнены параллельно друг другу. В рамках заявленной сущности полезной модели, фигурные выемки (3) могут быть выполнены как на одном, так и на обоих листах, причем их конфигурация и, соответствующая им, форма линий взаимного контакта может быть различной, и диктуется конкретными требованиями к конструкции испарителя и к технологии его изготовления. В испарителе выполнены подводящее (9) и отводящее (10) фреон отверстия. Отверстия (9) и (10) могут быть выполнены как в одном и том же листе (1) или (2) так и в разных этих листах, что зависит от конструкции и компоновки агрегата, включающего испаритель. Отверстия (9) и (10) испарителя в процессе его эксплуатации подсоединяются к подводящему и отводящему трубопроводам компрессора холодильной установки (не показан) любым из общеизвестных способов (штуцерами, сваркой и т.п.). Схема испарителя, изображенная на Фиг.2 так же полностью отвечает сущности полезной модели и содержит все ее существенные признаки и, при более низкой технологичности, обеспечивает более равномерное распределение теплообмена по поверхности, по сравнению со схемой Фиг.1, за счет двух симметричных основных контуров течения фреона в щелевых каналах между листами и за счет более благоприятного формирования потоков фреона в зонах подводящего и отводящего отверстий (9) и (10). В качестве ноу-хау автор располагает обоснованной и апробированной методикой выбора исходных материалов и расчета всех конструкторско-технологических параметров испарителя, в зависимости от его типового применения, хладопроизводительности и условий эксплуатации.

Испаритель для компрессорной холодильной установки функционирует по тому же принципу, как и его аналоги, т.е. следующим образом. От компрессорного агрегата холодильной установки, по питающему трубопроводу через подводящее отверстие (9) в щелевые каналы (7) подается (впрыскивается) жидкий фреон. Поток фреона в виде двухфазной смеси (жидкость+насыщенный пар) распределяется в щелевых каналах (7) и испаряется на внутренних поверхностях щелевых каналов (7), образуя стационарную конфигурацию потоков, сформированную щелевыми каналами (7), окнами (8) и направляющими поток фреона перегородками, которые контактируют с листом (1) по линиям (5). По мере прохождения фреона по щелевым каналам (7) через стенку, отделяющую его от охлаждаемой среды, т.е. через толщину листа (1) и/или толщину листа (2), осуществляется процесс теплообмена между испаряющимся фреоном и охлаждаемой средой, при этом происходит полное или частичное испарение фреона и теплота парообразования отбирается от охлаждаемой среды. Через отводящее отверстие (10), пар фреона отводится в обратно в компрессорный агрегат для регенерации (охлаждение-сжатие-сжижение). По сравнению с прототипом, патентуемая конструкция (Фиг.1, Фиг 2) способствует более равномерному распределению интегральных потоков фреона в щелевых каналах (7), т.к. достаточно протяженные стенки между окнами (8), контактирующие с листом (1) по линиям (6) обеспечивают более равномерное течение фреона во всех зонах испарителя. Эта же особенность полезной модели, дает возможность конструктору, если поставлена такая задача, сформировать требуемую интенсивность теплообмена в различных зонах поверхности испарителя, путем вариации ширины окон (8), длины, формы и месторасположения направляющих перегородок, т.е путем формирования в щелевом пространстве между листами (1) и (2) поля гидравлических сопротивлений, которыми обеспечивается заданная (расчетная) конфигурация и интенсивность потоков фреона в щелевых каналах (7).

Патентуемая конструкция испарителя предназначена для изготовления промышленным способом на базе современного машиностроительного предприятия с электромеханическим профилем производства без применения специальных технологий и оборудования.

1. Испаритель для компрессорной холодильной установки, образованный двумя контактирующими по линиям ненулевой ширины и соединенными контактной сваркой листами металла, с общим герметичным наружным контуром, причем, по меньшей мере, в одном из листов выполнены фигурные выемки, которые образуют в пространстве между листами щелевые каналы, сообщающиеся между собою всей своей длине через множество окон; фигурные выемки также образуют в пространстве между листами систему перегородок, формирующих поток фреона; каждая перегородка примыкает не более чем одним концом к наружному контуру; протяженность перегородок больше протяженности окон; в листах выполнены подводящие и отводящие фреон отверстия, сообщающиеся со щелевыми каналами, отличающийся тем, что длина каждой линии контакта листов больше ее ширины, причем все линии контакта листов, включая наружный герметичный контур, расположены в одной плоскости.

2. Испаритель по п.1, отличающийся тем, что контактная сварка выполнена роликовыми контактными швами.

3. Испаритель по п.1 или 2, отличающийся тем, что длина каждой линии контакта листов превышает ее ширину, по меньшей мере, в два раза.

4. Испаритель по п.1 или 2, отличающийся тем, что все сварные швы параллельны друг другу.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к области сельского хозяйства и может быть использована для перевозки молока с летних лагерей и пастбищ

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении декоративных решеток ворот, калиток и им подобных изделий, а также самостоятельных полуфабрикатов в совокупности с прессами и молотами в процессе единичного или серийного производства

Изобретение относится к устройствам для поиска подземных коммуникаций и может быть использовано при строительстве и эксплуатации сервисных линий: общего применения, кабельного телевидения, газопровода, связи, сточных вод и канализации, водопровода, силовых и пр
Наверх