ТЕПЛООБМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩАЯ СОБОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ ТРУБКУ С ОРЕБРЕНИЕМ В ВИДЕ СПИРАЛИ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОКИ Российский патент 2011 года по МПК F28F1/36 

Изобретенная теплообменная поверхность обладает наибольшей эффективностью в очень узкой области криогенных температур от 1,2 К до 7 К. Область техники, где она находит применение - криогенная техника, системы, использующие для охлаждения сверхтекучий гелий с температурой до 2,18 К, например рентгеновские лазеры на свободных электронах, детекторы космических излучений, источники синхротронного излучения.

Уровень техники.

Известна теплообменная поверхность, опубликованная в статье UDC 621.59.048.: 66.073.5: 621.6.036 «New Compact Evaporators for Cryogenic Liquid Converters", авторы O.K.Красникова и др.

Эта поверхность представляет собой металлическую трубку с оребрением в виде спирали из металлической проволоки, уложенную виток за витком на поверхность трубки, причем для увеличения термодинамической эффективности оребрения трубки в зазор между витками спирали уложена металлическая проволока, но проволока в аналоге уложена между витками спирали, что видно из чертежа и не увеличивает пятно контакта ребра и трубки, что существенно ухудшает термодинамические характеристики оребрения.

Целью изобретения является создание высокоэффективной теплообменной поверхности для работы в разреженных потоках газа при низких температурах. Теплообменная поверхность, предлагаемая автором, позволяет работать в температурной зоне 1,60 К - 2,18 К.

Однако изобретенная теплообменная поверхность может применяться при изготовлении теплообменников, работающих в диапазоне температур от 1,2 К до 1200 К.

Прототипом изобретения можно считать теплообменную поверхность, опубликованную в статье Аннотации статей журнала "Химическое и нефтегазовое машиностроение" за 2008 г. Аннотации статей журнала №7/2008. Криогенная техника. Производство и применение промышленных газов. Холодильная техника O.K.Красникова, д-р техн. наук (ОАО «НПО ГЕЛИЙМАШ», г.Москва).

Где приведены результаты исследования модельных теплообменников типа «труба в трубе», теплообменная поверхность которых образована из поверхности труб, оребренных спиралью из проволоки, и которые являются наиболее перспективными для режима работы с малыми разностями температур. Из текста статьи ясно видно, что предметом изобретения можно считать теплообменную поверхность, представляющую собой металлическую трубку с оребрением в виде проволочной спирали, уложенную виток за витком на поверхность трубки, причем для увеличения термодинамической эффективности оребрения трубки в зазор между витками спирали уложена металлическая проволока, но проволока в аналоге уложена между витками спирали, автор же предлагает вставить металлическую проволочку внутрь спирали и сделать это с предварительно рассчитанным натягом, и материал проволочки внутри спирали подобрать таким образом, что с изменением температуры теплообменной поверхности от температуры окружающей среды до рабочей температуры за счет разных коэффициентов термического расширения происходит увеличение пятна контакта ребра и трубки, что существенно увеличивает эффективность оребрения теплообменной поверхности.

Вот почему на теплообменных поверхностях, принятых за прототип, не удается достичь температуры сверхтекучего гелия, равной 2,18 К, что и сказано в статье 0009-2355/80/0708-0400$07.50 ©, 1981, Plenum Publishing Corporation, стр.400.

Изобретена теплообменная поверхность, представляющая собой металлическую трубку с оребрением, в виде спирали из металлической проволоки, уложенную виток за витком на поверхность трубки, отличающуюся тем, что для увеличения пятна контакта в точке примыкания ребра оребрения и поверхности трубки внутрь спирали вставлена предварительно натянутая с заданным усилием металлическая проволока, такая, что если рабочая температура теплообменной поверхности больше температуры окружающей среды, то коэффициент линейного расширения вставленной проволочки подбирается меньше коэффициента линейного расширения металла трубки и оребрения, если же рабочая температура теплообменной поверхности меньше температуры окружающей среды, то коэффициент линейного расширения вставленной проволочки подбирается больше коэффициента линейного расширения металла трубки и оребрения, и, как следствие, при изменении температуры поверхности от температуры окружающей среды до рабочей температуры происходит дополнительное прижатие ребра к поверхности трубки и, тем самым, повышение термодинамической эффективности оребрения трубки из-за увеличения пятна контакта ребра и поверхности трубки.

На рисунке представлена фотография изобретенной теплообменной поверхности, где

1 - металлическая трубка (оребряемая поверхность),

2 - проволочная металлическая спираль (оребрение),

3 - прижимная металлическая проволока.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при изготовлении теплообменников. Представлена теплообменная поверхность, представляющая собой оребренную металлической спиралью металлическую трубку, внутри спирали проходит металлическая проволока с заданным коэффициентом линейного расширения, установленная внутрь витков спирали с предварительным натягом. Коэффициент термического расширения металла проволоки внутри спирали подбирается таким образом, что если рабочая температура теплообменной поверхности больше температуры окружающей среды, то коэффициент линейного расширения вставленной проволочки подбирается меньше коэффициента линейного расширения металла трубки и оребрения, если же рабочая температура теплообменной поверхности меньше температуры окружающей среды, то коэффициент линейного расширения вставленной проволочки подбирается больше коэффициента линейного расширения металла трубки и оребрения, как следствие, происходит повышение термодинамической эффективности оребрения трубки при изменении температуры от температуры окружающей среды до рабочей температуры теплообменной поверхности из-за дополнительного притяжения ребра к поверхности трубки и увеличения пятна контакта ребра и поверхности трубки. Технический результат - улучшение термодинамической эффективности оребрения за счет меньшего термического сопротивления в контактной зоне. 1 ил.

Теплообменная поверхность, представляющая собой оребренную металлической проволочной спиралью трубную поверхность, отличающаяся тем, что внутрь спирали вставлена и натянута с предварительно рассчитанным усилием металлическая проволока с заранее подобранным коэффициентом линейного расширения, такая, что если рабочая температура теплообменной поверхности больше температуры окружающей среды, то коэффициент линейного расширения вставленной проволоки подбирается меньше коэффициента линейного расширения металла трубки и металла проволочного оребрения, если же рабочая температура теплообменной поверхности меньше температуры окружающей среды, то коэффициент линейного расширения вставленной проволоки подбирается больше коэффициента линейного расширения металла трубки и металла оребрения, как следствие, происходит повышение термодинамической эффективности оребрения трубки при изменении температуры от температуры окружающей среды до рабочей температуры теплообменной поверхности из-за увеличения пятна контакта ребра и поверхности трубки, что увеличивает термодинамическую эффективность оребрения за счет меньшего термического сопротивления в контактной зоне ребра и трубчатой поверхности.