Микротеплообменник

 

Использование: для повышения эффективности теплообмена в криогенной технике , в которой хладагентом является газ с использованием эффекта Джоуля-ТомсЧэна и при площади поперечного сечения каналов , не превышающей 200 мкм. Сущность изобретения микротеплообменник содержит соединенные между собой с образованием каналов высокого и низкого давления центральную 1 и покрывные 2, 3 пластины На одной стороне центральной пластины выполнены канавки 4 для образования каналов высокого давления и каналы 5 для дросселирования потока. На другой стороне пластины 1 выполнены канавки 6 для теплоносителя низкого давления. В покрывных пластинах 2, 3 выполнены канавки 7, 8 Последние расположены под углом к соответствующим канавкам 4, 6 центральной пластины 1. 3 ил. сл С vj Ј О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 25 В 9/02

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Г g б С

«1К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4820448/06 (22) 27.04,90

{46) 07.11,92, Бюл. N.. 41 (71) Научно-производственное объединение

"Орион" (72) К.Н.Героев и Г,И,Симонов (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 554477660022, кл. F 25 В 9/02, 1972.

2. Обзорная информация В Н ИИОЭ НТ.

Пластинчатые теплообменники в газоперерабатывающей промышленности, M., 1978, с. 22-23.

3. Патент Великобритании N 1316514, кл. F 4 S, 1950.

4, Авторское свидетельство СССР

N 1302107, кл. F 25 В 9/02, 1986. (54) МИКРОТЕПЛООБМЕННИК (57) Использование: для повышения эффективности теплообмена в криогенной техни„„. Ж„„1774140 А1 ке, в которой хладагентом является газ с использованием эффекта Джоуля-ТомСона и при площади попЕречного сечения каналов, не превышающей 200 мкм, Сущность изобретения: микротеплообменник содержит соединенные между собой с образованием каналов высокого и низкого давления центральную 1 и покрывные 2, 3 пластины, На одной стороне центральной пластины выполнены канавки 4 для образования каналов высокого давления и каналы 5 для дросселирования потока. На другой стороне пластины 1 выполнены канавки 6 для теплоносителя низкого давления. В покрывных пластинах 2. 3 выполнены канавки 7, 8.

Последние расположены под углом к соответствующим канавкам 4, 6 центральной пластины 1. 3 ил.

1774140

Изобретение относится к криогенной технике, в которой хладагентом является газ с использованием эффекта Джоула-Томсона.

Известны теплообменники, работающие по дроссельному циклу с одноконтурной теплообменной поверхностью (13.

Однако такие теплообменники имеют низкую эффективность теплообмена.

Известны также конструкции пластинчатых теплообменников с прямыми и пересекающимися каналами (2, 3), где поперечные размеры каналов составляют 5 мм и более, При этом физика процессов теплообмена отличается от процессов, происходящих в микротеплообменниках, где поперечные размеры каналов не превышают 200 мкм и сказывается шероховатость стенок каналов. Малые размеры каналов в микротеплообменниках приводят к: — заметным переносам тепла по материалу вдоль теплообменника за счет теплопроводности; — перераспределению температур между теплоносителем и стенками, т.к, размеры каналов соизмеримы с толщиной разделяющей стенки; — влиянию осевой теплопроводности, которая вырастает с уменьшением числа

Рейнольдса и увеличением числа Рейнольдса и увеличением относительной величины осевой теплопроводности, приводя к значительному снижению интенсивности процесса теплообмена.

Наиболее близким техническим решением принятым за прототип, является микротеплообменник (4), состоящий из склеенных между собой центральной и покрывных пластин. В центральной пластине выполнены канавки, образующие каналы для теплоносителя высокого и низкого давлений. В покрывной пластине зеркально канавкам центральной пластины, образующим каналы для теплоносителя низкого давления, выполнены аналогичные канавки, Недостатком указанного микротеплообменника является то, что не достигается высокая эффективность теплообмена, вследствие низкой турбулизации потока и разности скоростей в каналах.

Цель изобретения — повышение эффективности теплообменника при размерах площади поперечного сечения каналов не йревышающей 200 мкм путем снижения осевой теплопроводности, Указанная цель достигается тем, что в микротеплообменник, содержащий соединенные между собой с образованием каналов высокого и низкого давления центральную и покрывные пластины, при

55 этом рабочие поверхности центральной и одна из поверхностей покрывной пластины со стороны каналов низкого давления имеют канавки, дополнительно на покрывной пластине, примыкающей к центральной со стороны каналов высокого давления, также выполнены канавки, при этом все вышеупомянутые канавки в покрывных пластинах расположены под углом к канавкам центральной пластины.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается тем, что в обеих покрывных пластинах выполнены канавки под углом относительно канавок, имеющимся на центральной пластине, в результате такого выполнения прилегающих пластин образуются аналогичные каналы для теплоносителя высокого и низкого давления, имеющие ответвления, способствующие образованию завихрений теплоносителя и, как следствие, повышению эффективности теплообмена.

На фиг.1 изображена схема теплообменника; на фиг,2 — разрезы à — Г и Д-Д (каналы для теплоносителя высокого давления — прямой поток); на фиг,3 — разрез Б — Б и С вЂ” С (каналы для теплоносителя низкого давления — обратный поток).

Предлагаемый микротеплообменник (фиг,1) содержит центральную пластину 1 и две покрывные пластины 2 и 3. В центральной пластине 1 выполнены канавки 4 для образования каналов теплоносителя высокого давления (прямого потока) и каналы 5 (фиг.1, 2) служащие для дросселирования потока. На другой стороне центральной пластины 1 выполнены канавки б (фиг,1,3) для образования каналов теплоносителя низкого давления (обратного потока). В покрывных пластинах 2, 3 выполнены канавки 7, 8 под углом к канавкам 4 и б центральной пластины 1, при этом образующиеся каналы для теплоносителя прямого и обратного хода, имеют кроме прямого направления и разветвления, при этом площадь поперечного сечения каналов не превышает 200 мкм Отверстие 9 служит для подачи потока теплоносителя высокого давления, полость

10 соединена с канавкой 5, канала теплоносителя высокого давления, и с канавками 6, канала теплоносителя низкого давления.

Отверстие 11 служит для отвода теплоносителя низкого давления, Микротеплообменник работает следующим образом, прямой поток теплоносителя высокого давления через отверстие 9 проходит по прямым канавкам 4 и наклонным канавкам 7 и поступает в канавки 5 малого сечения, где происходит дросселирование и

1774140

Г-Г дальнейшее охлаждение потока (распределенный дроссель) фиг.1, 2. После дросселирования поток теплоносителя выходит с наиболее низкой температурой в полость

10, представляющую собой испарительную зону, и через каналы. образованные иэ канавок 6 на противоположной стороне пластины 1 и канавок 8 на покрывной пластине

3 и отводится через отверстие 11. Обратный поток поступает к теплому концу микротеплообменника, отбирая тепло flo всей длине.

Таким образом, каналы прямого и обратного потока теплоносителя, образованные смежно перекрещивающимися канавками

4 — 7 и 6 — 8, поперечные размеры которых не превышают 200 мкм, соответственно обеспечивают повышение эффективности теплообмена и снижение осевой теплопроводности за счет увеличения турбулизации потока, с одновременным выравниванием давления в каждом поперечном сечении каналов, и диагонального направления теплового потока по ребрам покрывных пластин. В результате экспериментальной проверки предлагаемый микротеплообменник имеет повышение эффективности теплообмена более, чем на 10 g, по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Микротеплообменник, содержащий соединенные между собой с образованием каналов высокого и низкого давлений

10 центральную и покрывные пластины, при этом рабочие поверхности центральной и одна из поверхностей покрывной пластины со стороны каналов низкого давления имеют канавки, отл и ч а ю щи и с я тем, что, 15 с целью повышения эффективности теплообменника при размерах площади поперечного сечения каналов, не превышающей 200 мкм, путем снижения осевой теплопровод2 ности, на покрывной пластине. примы ;аю20 щей к центральной со стороны каналов высокого давления, также выполнены канавки, при этом все упомянутые канавки в покрывных пластинах расположены под углом к канавкам центральной пластины.

Составитель T,Äoâãåëè

Редактор С. Кулакова Техред M.Моргентал Корректор А.Ворович

Заказ 3918 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям.и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101