УСТРОЙСТВО ПОВЫШЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2012 года по МПК F28F13/02 F24H4/00 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится, в общем, к устройству теплопередачи и конкретнее к системе повышения теплопередачи для улучшения характеристик теплопередачи на различных поверхностях устройства теплопередачи.

Устройство теплопередачи, такое как теплообменник, это устройство, которое переносит термическую энергию между горячей текучей средой и холодной текучей средой. Тепло проходит из горячей текучей среды к холодной текучей среде в устройстве теплопередачи через множество поверхностей теплопередачи, таких как трубы или панели. Теплообменники можно классифицировать в разнообразные типы, такие как тип параллельного течения, тип встречного течения, тип поперечного течения, тип одного прохода или тип многократного прохода. Теплообменники, используемые на заводах обработки текучих сред, например испарители сжиженного природного газа или ожижители природного газа, основываются на нескольких традиционных технологиях теплопередачи, чтобы повышать термическую эффективность или чтобы повышать другие характеристики теплопередачи между стороной технологической жидкости (например, сжиженным природным газом) и источником тепла или теплоотводной стороной теплообменника.

Одна традиционная технология улучшения тепловой эффективности касается увеличения площади поверхностей теплопередачи. Увеличение площади поверхности может быть достигнуто посредством обеспечения множества ребер, выступов или углублений, например, на поверхностях теплопередачи, приводящих к увеличению суммарного потока тепла на единицу площади (базовой площади поверхности) устройства теплопередачи, получая в результате уменьшение размера и стоимости устройства теплопередачи или увеличение суммарной мощности устройства.

Другой традиционной технологией улучшения термической эффективности является увеличение коэффициента теплопередачи, предусматривая турбулизаторы течения или перегородки на поверхностях теплопередачи. Однако обеспечение турбулизаторов течения или перегородок приводит к увеличенным потерям давления в устройстве теплопередачи.

Таким образом, существует потребность в системе и способе увеличения термической эффективности в устройстве теплопередачи, в то же время поддерживая компактный размер и приемлемые потери давления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения устройство теплопередачи включает, по меньшей мере, одну стенку теплопередачи, выполненную с возможностью разделения первой текучей среды и второй текучей среды. Система повышения теплопередачи предусмотрена на, по меньшей мере, одной стенке теплопередачи. Система повышения теплопередачи включает множество микротурбулизирующих частиц, которые прикреплены на, по меньшей мере, одну стенку теплопередачи или ее части, используя связывающую среду. Система повышения теплопередачи включает выбранное изменение размера частиц, или плотность распределения частиц, или расстояние между областями частиц, или их комбинацию.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения теплообменник природного газа включает, по меньшей мере, одну стенку теплопередачи, выполненную с возможностью разделения первой текучей среды и второй текучей среды, в котором первая текучая среда содержит технологическую текучую среду природного газа. Множество микротурбулизирующих частиц прикреплены на, по меньшей мере, одну стенку теплопередачи или ее части, используя связывающую среду.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения способ производства устройства теплопередачи включает обеспечение, по меньшей мере, одной стенки теплопередачи, выполненной с возможностью разделения первой текучей среды и второй текучей среды. Система повышения теплопередачи предусмотрена на, по меньшей мере, одной стенке теплопередачи. Множество микротурбулизирующих частиц прикреплены на, по меньшей мере, одну стенку теплопередачи или ее части, используя связывающую среду.

ЧЕРТЕЖИ

Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут лучше понятными при прочтении нижеследующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых идентичные позиции представляют одинаковые элементы на всех чертежах,

где фиг.1 - схематичный вид системы, имеющей устройство теплопередачи, например теплообменник сжиженного природного газа, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фин.2 - вид в перспективе трубы теплообменника, имеющей систему повышения теплопередачи согласно варианту осуществления на фиг.1;

фиг.3 - схематичный вид системы повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.4 - схематичный вид устройства теплопередачи, снабженного множеством ребер, имеющих систему повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.5 - вид в перспективе устройства теплопередачи, имеющего гофрированную панель, снабженную устройством повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.6 - схематичный вид системы повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.7 - схематичный вид системы повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.8 - схематичный вид системы повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.9 - схематичный вид системы повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.10 - график, представляющий изменение числа Рейнольдса для струи в зависимости от повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.11 - схематичный вид примерной технологии, используемой для обеспечения системы повышения теплопередачи на устройстве теплопередачи, например теплообменнике, согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и

фиг.12 - схематичный вид примерной технологии, используемой для обеспечения системы повышения теплопередачи на устройстве теплопередачи, например промежуточном охладителе, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Как подробно обсуждено ниже, варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают устройство теплопередачи, имеющее множество стенок теплопередачи, выполненных с возможностью разделения первой текучей среды и второй текучей среды. Система повышения теплопередачи согласно вариантам осуществления настоящего изобретения предусмотрена на одной или более стенках теплопередачи. Система повышения теплопередачи включает множество микротурбулизирующих частиц, прикрепленных на одну или более стенку теплопередачи, используя связывающую среду. Микротурбулизирующие частицы могут включать частицы, имеющие сферическую форму, или частицы других форм в зависимости от требования. Примерные технологии согласно вариантам осуществления настоящего изобретения используются для прикрепления микротурбулизирующих частиц беспорядочно или по заранее определенному рисунку на поверхности теплопередачи. В системе повышения теплопередачи применяются микротурбулизирующие частицы для повышения термической эффективности поверхностей теплопередачи, таких как, например, множество труб или панелей в теплообменнике сжиженного природного газа. Размер частиц, плотность распределения, расстояние и рисунок могут быть изменены, чтобы достигать желаемого повышения термической эффективности. "Плотность распределения микротурбулизирующих частиц" представляет собой среднее увеличение смоченной площади поверхности вследствие микротурбулизирующих частиц. В одном примере среднее увеличение составляет 50%. Микротурбулизирующие частицы действуют для повышения теплопередачи между первой текучей средой и второй текучей средой через стенки теплопередачи. Дополнительная потеря давления в устройстве теплопередачи минимальна. Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения обсуждаются ниже, ссылаясь, в общем, на фиг.1-12.

Ссылаясь на фиг.1, система 10 (например, система сжиженного природного газа (LNG)) проиллюстрирована согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В проиллюстрированном варианте осуществления система 10 является открытой полочной системой испарителя. Проиллюстрированная система 10 включает LNG насос 12, соединенный с LNG резервуаром 14. LNG насос 12 также соединен через трубопровод 16 с панелью (теплообменником) 18.

Панель 18 включает множество труб 20 теплопередачи, расположенных близко друг к другу. LNG насос 12 выполнен с возможностью подачи первой текучей среды или технологической жидкости 19 (т.е. сжиженный природный газ) из LNG резервуара 14 к панели 18 через трубопровод 16. Вентиль 22 предусмотрен на трубопроводе 16 и выполнен с возможностью регулирования количества сжиженного природного газа, проходящего через трубопровод 16. Система 10 дополнительно включает другой насос 24, соединенный с приемным резервуаром 26. Насос 24 также соединен со сборником 28 через трубопровод 30. Насос 24 выполнен с возможностью подачи второй жидкости (т.е. морской воды) 32 из приемного резервуара 26 к сборнику 28 через трубопровод 30. Сборник 28 предусмотрен для распыления морской воды 32 на множество труб 20 панели 18. Теплая морская вода проходит вдоль внешних поверхностей труб 20, в то время как сжиженный природный газ проходит через трубы 20 и выпаривается. Панель 18 включает сторону 34 впуска, выполненную с возможностью принятия сжиженного природного газа 19, и сторону 36 выпуска, выполненную с возможностью отвода природного газа через подающий трубопровод 38. Сторона 34 впуска включает зону 40 испарения, и сторона 36 выпуска включает зону 42 нагрева. В системе 10 используется морская вода 32 при атмосферном давлении в качестве источника нагревания для испарения или нагревания низкотемпературных текучих сред (сжиженного природного газа) в газообразные состояния при атмосферных температурах. Сжиженный природный газ испаряется, используя морскую воду в зоне 40 испарения панели 18. Испаренный природный газ затем далее нагревается до более высокой температуры в зоне 42 нагрева, перед отводом через подающий трубопровод 38. В некоторых вариантах осуществления алюминиево-цинковый сплав наносится термическим напылением на панель 18, чтобы предохранить панель 18 от коррозии морской водой 32. Система 44 повышения теплопередачи согласно вариантам осуществления настоящего изобретения предусмотрена на множестве стенок 46 теплопередачи множества труб 20 панели 18. В некоторых вариантах осуществления система 44 повышения теплопередачи включает множество микротурбулизирующих металлических частиц, прикрепленных на одну или более стенку 46 теплопередачи труб 20, используя связывающую среду. Согласно вариантам осуществления «микротурбулизирующая частица» представляет собой одинарную микротурбулизирующую частицу или агломерацию одной или более одинарных частиц в одну комплексную микротурбулизирующую частицу, которая не позволяет потоку жидкости проникать внутрь агломерации. Следует также заметить, что «размер микротурбулизирующих частиц» представляет собой среднюю высоту или диаметр одинарной или агломерированной микротурбулизирующей частицы. «Расстояние между частицами» представляет собой локальное или областное среднее расстояние от центра одной частицы до центра смежной частицы, выраженное как отношение размера частиц.

В альтернативных вариантах осуществления панель 18 может включать множество панелей, расположенных параллельными рядами. Теплая морская вода проходит вдоль внешних поверхностей панелей, в то время как сжиженный природный газ проходит через панели и выпаривается. Хотя проиллюстрирован LNG испаритель, в некоторых других вариантах осуществления система 44 повышения теплопередачи может также применяться к ожижителям, промежуточным охладителям, электрическим и электронным устройствам управления теплом или им подобным, где требуются повышенные скорости теплопередачи. Аналогично, в некоторых других вариантах осуществления система 44 может применяться к различным типам теплообменников, таких как тип параллельного течения, тип встречного течения, тип поперечного течения, и теплообменникам типа комбинированного течения. Турбулизация согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может применяться для того, чтобы подвергать обработке многообразие компонентов, включающих обкладки камер сгорания, колпаки камер сгорания, крылья или лопасти или кожухи газовых турбин. Приведенные в пример технологии турбулизации могут также быть использованы для того, чтобы подвергать обработке площади контроля зазора кожуха, включающие фланцы, обшивки и ободы. Микротурбулизирующие частицы увеличивают площадь поверхности и коэффициент теплопередачи стенок 46 теплопередачи, что приводит в результате к увеличенным скоростям теплопередачи и сокращенным относительным потерям давления по сравнению с другими способами интенсификации. Обработка стенок теплопередачи может быть выполнена на заказ в зависимости от требования и других уровней желаемого термического повышения. Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения обсуждаются ниже, ссылаясь, в общем, на фиг.1-12.

Ссылаясь на фиг.2, проиллюстрирована труба 20 теплопередачи согласно аспектам на фиг.1. В проиллюстрированном варианте осуществления система 44 повышения теплопередачи предусмотрена на внешней поверхности 41 и внутренней поверхности 43 стенки 46 теплопередачи трубы 20. Как описано выше, система 44 включает множество микротурбулизирующих частиц, прикрепленных на поверхности 41, 43 трубы 20, используя связывающую среду. В некоторых вариантах осуществления множество микротурбулизирующих частиц может включать никель, алюминий, кремний или железо, или их сплав, или комбинацию, включающую любое из вышеприведенного. Связывающая среда может включать эпоксидную смолу, или металлическую фольгу, или мягкий припой, или твердый припой, или свариваемый материал, или их комбинацию. Следует заметить, что перечень материалов микротурбулизирующих частиц и связывающей среды не является исчерпывающим, и другие металлические материалы или металлические сплавы, пригодные для повышения характеристик теплопередачи, также могут рассматриваться. Количество и тип связывающего вещества, в общем, гарантируют достаточную прочность прилипания микротурбулизирующих частиц на стенку теплопередачи в системе 44.

В проиллюстрированном варианте осуществления микротурбулизирующие частицы нанесены беспорядочно на поверхности 41, 43 трубы 20. В некоторых других вариантах осуществления микротурбулизирующие частицы могут быть беспорядочно или частично предусмотрены на стенках теплопередачи зоны испарения и зоны нагрева панели. В некоторых других вариантах осуществления микротурбулизирующие частицы равномерно прикреплены на одну или более стенку теплопередачи труб 20. В некоторых других вариантах осуществления микротурбулизирующие частицы прикреплены по заранее определенному рисунку на одну или более стенку теплопередачи труб 20. Обеспечение микротурбулизирующих частиц может быть изменено в разных зонах теплообменника в зависимости от термического потенциала зон. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения увеличение теплопередачи в значительной степени обусловлено увеличенной площадью микротурбулизирующей поверхности трубы. Микротурбулизирующие частицы могут также увеличивать теплопередачу посредством модифицирования характеристик течения текучей среды, такого как от ламинарного течения до турбулентного течения вдоль поверхностей теплопередачи. Следует заметить, что прохождение текучей среды вдоль поверхности теплопередачи, имеющей повышенные характеристики теплопередачи, могут включать прохождение текучей среды канального типа и течение текучей среды сталкивающегося типа.

Ссылаясь на фиг.3, проиллюстрирована система 44 повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Система 44 включает множество выпуклостей 48, предусмотренных по заранее определенному рисунку на стенке 46 теплопередачи трубы теплопередачи. Множество выпуклостей вместе определяет «турбулизацию», которая проявляется как шероховатая поверхность, которая является эффективной, чтобы увеличивать теплопередачу сквозь стенку 46 теплопередачи. Даже если выпуклости показаны имеющими приблизительно сферическую форму, другие формы могут также быть рассмотрены, чтобы соответствовать желаемой шероховатости и характеристикам площади поверхности, и, таким образом, получать желаемое повышение теплопередачи. В проиллюстрированном варианте осуществления выпуклости 48 предусмотрены вдоль трех рядов 50, 52, 54 и четырех столбцов 56, 58, 60 и 62 на стенке 46 теплопередачи. В некоторых образцах высота «h» каждой выпуклости 48 составляет 9 мил (0,009 дюйма). Следует заметить, что значение высоты h не следует толковать как ограничивающее значение, и может изменяться в зависимости от требования теплопередачи. Каждая выпуклость 48 включает одну или более микротурбулизирующих частиц, тесно скомпонованных вместе. Выпуклости 48 прикреплены на поверхности 46 теплопередачи, используя связывающую среду. Следует вновь заметить, что проиллюстрированный образец является просто приведенным в пример вариантом осуществления, и что размер частиц, плотность распределения, расстояние и рисунок могут быть изменены, чтобы достигать желаемого термического повышения. Размер частиц определяется на основании желаемой степени шероховатости поверхности и площади поверхности, которая будет обеспечена выпуклостями. Микротурбулизирующие частицы обеспечивают повышенную теплопередачу между первой текучей средой и второй текучей средой через стенки 46 теплопередачи. Дополнительная потеря давления в устройстве теплопередачи является минимальной относительно отсутствия такой системы 44.

Согласно вариантам осуществления рисунок может включать заранее определенные ограничения на относительный размер/ расстояние между микротурбулизирующими частицами, нанесенными на стенку 46 теплопередачи. В некоторых вариантах осуществления, если средняя высота микротурбулизирующей частицы изображена как «Н», и средний диаметр микротурбулизирующих частиц изображен как «D», тогда расстояние между взаимно смежными микротурбулизирующими частицами может быть в диапазоне от 2 до 8 средних диаметров (D). В некоторых экземплярах высота (Н) микротурбулизирующих частиц может быть в диапазоне от 1 до 6 средних диаметров (D) микротурбулизирующей частицы.

Ссылаясь на фиг.4, проиллюстрирован вариант осуществления прессованной трубы 64 теплопередачи открытого полочного испарителя. В проиллюстрированном варианте осуществления труба 64 теплопередачи является прессованной трубой, имеющей множество ребер 66, предусмотренных на внешней поверхности 68 стенки 70 теплопередачи. Ребра 66 могут включать ребра ровного типа, или ребра перфорированного типа, или ребра типа «елочки», или ребра зубчатого типа, или их комбинацию. Система 44 повышения теплопередачи согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения предусмотрена на множестве ребер 66, предусмотренных на внешней поверхности 68 стенки 70 теплопередачи. Система 44 повышения теплопередачи включает множество микротурбулизирующих частиц, прикрепленных на множество ребер 66, используя связывающую среду. Микротурбулизирующие частицы и связывающая среда наносятся на ребра 66, используя такие технологии, как напыление, или шламовая окраска, или газопламенное напыление, или погружение, или их комбинацию. В некоторых случаях связывающее вещество может быть термически выдержано, чтобы реализовывать прочность связи (например, мягкий припой, твердый припой). Микротурбулизирующие частицы увеличивают микротурбулизируемую площадь поверхности и коэффициент теплопередачи стенки 70 теплопередачи, что имеет результатом повышенные скорости теплопередачи и сокращенные относительные потери давления.

Фиг.5 представляет собой вид в перспективе устройства 76 теплопередачи (теплообменник) согласно другим аспектам настоящего изобретения. Устройство 76 теплопередачи включает гофрированную панель 78, в которой технологическая текучая среда и нагревательная/охлаждающая текучая среда проходят в альтернативных каналах 80, 82 соответственно. Система 44 повышения теплопередачи согласно аспектам настоящего изобретения предусмотрена и включает множество микротурбулизирующих частиц 79, прикрепленных на одну сторону или обе стороны гофрированной панели 78, используя связывающую среду. Микротурбулизирующие частицы 79 и связывающая среда наносятся на гофрированную панель 78, используя такие технологии, как напыление, или шлам, или погружение, или разбрызгивание, или газопламенное напыление, или нанесение покрытия валком, или комбинацию этого, и затем подвергаются термообработке, чтобы выполнять отверждение. Микротурбулизирующие частицы 79 увеличивают микротурбулизируемую площадь поверхности и коэффициент теплопередачи гофрированной панели 78, что приводит в результате к повышенным скоростям теплопередачи и сокращенным относительным потерям давления. Здесь вновь следует заметить, что проиллюстрированный образец является просто примерным вариантом осуществления, и что размер частиц, расстояние и рисунок могут быть изменены, чтобы достигать желаемого термического повышения.

Ссылаясь на фиг.6, проиллюстрирована система 44 повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В проиллюстрированном варианте осуществления направление потока технологической текучей среды и/или нагревательной/охлаждающей текучей среды указано стрелкой 81 по отношению к плоской пластине 83 теплопередачи. Пластина 83 теплопередачи включает область 85 впуска, среднюю область 89 и область 93 выхода.

Система 44 включает множество микротурбулизирующих частиц 79, прикрепленных на одну сторону или обе стороны пластины 83 теплопередачи, используя связывающую среду. В проиллюстрированном варианте осуществления распределение микротурбулизирующих частиц сконцентрировано в области 85 впуска и средней области 89. Область 93 выхода пластины 83 поддерживается гладкой. Микротурбулизирующие частицы 79 тесно скомпонованы вместе в области 85 впуска, тогда как расстояние между микротурбулизирующими частицами больше в средней области 89. Микротурбулизирующие частицы 79 увеличивают микротурбулизируемую площадь поверхности и коэффициент теплопередачи пластины 83 теплопередачи, что приводит в результате к повышенным скоростям теплопередачи и сокращенным относительным потерям давления.

Ссылаясь на фиг.7, проиллюстрирована система 44 повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как обсуждено в предыдущем варианте осуществления, пластина 83 теплопередачи включает область 85 впуска, среднюю область 89 и область 93 выхода. Система 44 включает множество микротурбулизирующих частиц 79, прикрепленных на одну сторону или обе стороны пластины 83 теплопередачи, используя связывающую среду. В проиллюстрированном варианте осуществления распределение микротурбулизирующих частиц сконцентрировано в области 85 впуска и средней области 89. Область 93 выхода пластины 83 поддерживается гладкой. В проиллюстрированном варианте осуществления размер микротурбулизирующих частиц 79 в области 85 впуска больше, чем размер частиц в средней области 89.

Ссылаясь на фиг.8, проиллюстрирована система 44 повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В проиллюстрированном варианте осуществления пластина 83 теплопередачи включает область 85 впуска, среднюю область 89 и область 93 выхода. Система 44 включает множество микротурбулизирующих частиц 79, прикрепленных на одну сторону или обе стороны пластины 83 теплопередачи, используя связывающую среду. В проиллюстрированном варианте осуществления распределение микротурбулизирующих частиц сконцентрировано в области 85 впуска и области 93 выхода. Средняя область 87 поддерживается гладкой. В проиллюстрированном варианте осуществления размер микротурбулизирующих частиц 79 в области 85 впуска больше, чем размер частиц в области 93 выхода. Плотность распределения частиц в области 93 выхода больше, чем плотность распределения в области 85 впуска (т.е. микротурбулизирующие частицы 79 тесно скомпонованы в области 93 выхода, тогда как расстояние между микротурбулизирующими частицами в области 85 впуска больше). Плотность распределения частиц также характеризуется формами частиц, или размерами агломераций, или размером, или их комбинацией, и созданием смоченной площади поверхности/турбулизации течения.

Ссылаясь на фиг.9, проиллюстрирована система 44 повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В проиллюстрированном варианте осуществления пластина 83 теплопередачи включает верхнюю область 95, промежуточную область 97 и нижнюю область 99. Система 44 включает множество микротурбулизирующих частиц 79, прикрепленных на одну или обе стороны пластины 83 теплопередачи, используя связывающую среду. В проиллюстрированном варианте осуществления распределение микротурбулизирующих частиц сконцентрировано в верхней области 85 и нижней области 99. Промежуточная область 97 поддерживается гладкой. В проиллюстрированном варианте осуществления размер микротурбулизирующих частиц 79 в области 85 впуска больше, чем размер частиц в области 93 выхода. Следует заметить, что в проиллюстрированном варианте осуществления и предыдущих вариантах осуществления, хотя проиллюстрирована имеющая плоскую форму пластина 83 теплопередачи, система 44 также является пригодной для других поверхностей, включающих трехмерные, искривленные, вогнутые, выпуклые, многократно искривленные, пересечения или их комбинации. Следует заметить, что вышеописанные варианты осуществления могут быть выбраны в зависимости от типа используемого устройства теплопередачи и также термодинамического распределения.

Ссылаясь на фиг.10, проиллюстрирован график, представляющий собой изменение числа Рейнольдса для струи текучей среды (ось абсцисс) в зависимости от повышения теплопередачи (ось ординат) для сталкивающегося типа течения текучей среды согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как известно специалистам в данной области техники, число Рейнольдса - это отношение сил инерции к силам вязкого сопротивления и используется для определения, будет ли течение ламинарным или турбулентным. Повышение теплопередачи - это отношение коэффициента теплопередачи для микротурбулизируемой поверхности к коэффициенту теплопередачи для гладкой поверхности.

Проиллюстрированный график показывает изменение числа Рейнольдса для струи в зависимости от повышения теплопередачи для двух стенок теплопередачи, имеющих разные поверхностные шероховатости. Кривая 84 представляет собой изменение числа Рейнольдса для струи в зависимости от повышения теплопередачи для стенки теплопередачи, имеющей среднюю поверхностную шероховатость (Ra), равную 0,35 мил (т.е. 0,00035 дюйма). Кривая 86 представляет собой изменение числа Рейнольдса для струи в зависимости от повышения теплопередачи для стенки теплопередачи, имеющей среднюю поверхностную шероховатость (Ra), равную 1,14 мил (0,00114 дюйма). Можно наблюдать, что скорость теплопередачи поперек стенок теплопередачи увеличивается с увеличением средней поверхностной шероховатости. Проиллюстрированный график является просто примерным вариантом осуществления, и изменение числа Рейнольдса для струи в зависимости от повышения теплопередачи может изменяться в зависимости от размера частиц, расстояния и рисунка, нанесенного, чтобы достигать желаемого термического повышения. В некоторых вариантах осуществления значения средней поверхностной шероховатости обычно от 7 до 12 раз меньше, чем фактический размер частиц для поверхностей с беспорядочным нанесением, и зависят от расстояния между частицами для поверхностей с не беспорядочным нанесением.

Ссылаясь на фиг.11, используется технология для того, чтобы предусматривать систему повышения теплопередачи на устройстве теплопередачи, например теплообменнике, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Проиллюстрированная примерная технология касается напыления связывающей среды на трубу 88 теплопередачи теплообменника. Связывающая среда может включать эпоксидную смолу, или металлическую фольгу, или мягкий припой, или твердый припой, или свариваемый материал, или их комбинацию. Микротурбулизирующие частицы 87 напыляются над связывающей средой, нанесенной на трубу 88 теплопередачи. Следует заметить, что другие технологии нанесения микротурбулизирующих частиц над связывающей средой, нанесенной на трубу 88 теплопередачи, также рассматриваются. Микротурбулизирующие частицы 87 прикреплены беспорядочно или по заранее определенному рисунку на поверхности теплопередачи трубы 88 теплопередачи. Множество микротурбулизирующих частиц может включать никель, или кобальт, или алюминий, или кремний, или железо, или медь, или их комбинацию. Размер частиц, расстояние и рисунок также могут быть изменены, чтобы достигать желаемого термического повышения. В некоторых вариантах осуществления труба 88 теплопередачи может вращаться для нанесения микротурбулизирующих частиц 87 над связывающей средой, нанесенной на трубу 88 теплопередачи. В некоторых других вариантах осуществления микротурбулизирующие частицы 87 могут быть нанесены с разных углов над связывающей средой, нанесенной на трубу 88 теплопередачи. Труба 88 теплопередачи затем проходит через печь 90 для термообработки, чтобы отвердить микротурбулизирующие частицы 87.

На фиг.12 проиллюстрирована технология, используемая для обеспечения системы повышения теплопередачи на устройстве 94 теплопередачи, например промежуточном охладителе, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Эта технология касается напыления или нанесения связывающей среды 91, такой как тонкий слой эпоксидной смолы высокой проводимости на поверхность 92 теплопередачи промежуточного охладителя 94. Как описано в предыдущих вариантах осуществления, множество микротурбулизирующих частиц 96 напыляется беспорядочно или по заранее определенному рисунку над связывающей средой, нанесенной на поверхность 92 теплопередачи промежуточного охладителя 94. Затем микротурбулизирующие частицы 96 могут быть термообработаны для отверждения. В некоторых других вариантах осуществления связывающая среда, такая как алюминиевая фольга или фольга припоя, наносится на поверхность 92 теплопередачи промежуточного охладителя. Затем множество микротурбулизирующих частиц 96 напыляется беспорядочно или по заранее определенному рисунку над алюминиевой фольгой или фольгой припоя, нанесенной на поверхность 92 теплопередачи. Фольга и частицы затем термообрабатываются, чтобы прикрепить частицы на поверхность 92 теплопередачи. В некоторых других вариантах осуществления связывающая среда, такая как сплав твердого припоя, может быть использована для покрытия погружением поверхности теплопередачи 92 промежуточного охладителя 94. Затем множество микротурбулизирующих частиц 96 напыляются беспорядочно или по заранее определенному рисунку над сплавом твердого припоя, нанесенного на поверхность 92 теплопередачи. Сплав твердого припоя и частицы затем термообрабатываются, чтобы прикрепить частицы на поверхность 92 теплопередачи.

В некоторых вариантах осуществления примерной технологии связывающая среда и микротурбулизирующие частицы наносятся одновременно на поверхность 92 теплопередачи и затем термообрабатываются, чтобы прикрепить связывающую среду и частицы на поверхность теплопередачи. Нанесение связывающей среды и микротурбулизирующих частиц может быть выполнено такими технологиями, как напыление, или трафаретная печать, или нанесение покрытия с помощью валка, или их комбинацией. Нанесение рисунка связывающей среды на поверхность теплопередачи может быть выполнено через шаблон с нанесенным рисунком, или трафаретной печатью, или нанесение покрытия с помощью валка, или их комбинацией. В некоторых вариантах осуществления микротурбулизирующие частицы нанесены рисунком на поверхность 92 теплопередачи через трафарет посредством техники трафаретной печати. Альтернативно или дополнительно связывающая среда наносится через трафарет на поверхность теплопередачи. Устранение трафарета имеет результатом заранее определенный рисунок, сформированный на поверхности теплопередачи. Рисунок согласно аспектам настоящего изобретения может быть определен как множество «кластеров» частиц (одна или более частиц), где кластеры, в общем, разведены друг от друга с шагом, соответствующим расстоянию отверстий в трафарете. Излишек частиц убирается, имея результатом желаемый рисунок частиц. Связывающая среда может быть нанесена, используя распылители, или кисти, или ракель, или лопатку, или как листы, или их комбинацией. В некоторых вариантах осуществления микротурбулизирующие частицы могут быть также нанесены рисунком на поверхность теплопередачи посредством трафаретной печати. Связывающая среда и частицы могут быть отверждены термической обработкой, или ультрафиолетовыми лучами, или активатором распыления, или их комбинацией. В некоторых вариантах осуществления заранее турбулизируемый лист, имеющий микротурбулизирующие частицы, и связывающая среда могут быть прикреплены на поверхность теплопередачи.

В то время как некоторые признаки изобретения были проиллюстрированы и описаны здесь, многие модификации и изменения могут осуществляться специалистами в данной области техники. Поэтому должно быть понятно, что прилагаемые пункты формулы изобретения предназначены охватить все такие модификации и изменения, которые относятся к действительной сущности изобретения.

СПИСОК ЭЛЕМЕНТОВ

10 система

12 LNG насос

14 LNG резервуар

16 трубопровод

18 панель

19 технологическая жидкость

20 труба теплопередачи

22 вентиль

24 другой насос

26 приемный резервуар

28 сборник

30 трубопровод

32 вторая жидкость

34 сторона впуска

36 сторона выпуска

38 подающий трубопровод

40 зона испарения

41 внешняя поверхность

42 зона нагрева

43 внутренняя поверхность

44 систем повышения теплопередачи

46 стенка теплопередачи

48 выпуклости

50 ряд

52 ряд

54 ряд

56 столбец

58 столбец

60 столбец

62 столбец

64 прессованная труба теплопередачи

66 ребра

68 внешняя поверхность

70 стенка теплопередачи

74 внутренняя поверхность

76 устройство теплопередачи

78 гофрированная панель

79 микротурбулизирующие частицы

80 канал

81 направление течения

82 канал

83 пластина теплопередачи

84 кривая

85 область впуска

86 кривая

87 микротурбулизирующие частицы

89 средняя область

88 труба теплопередачи

90 печь

91 связывающая среда

92 поверхность теплопередачи

93 область выхода

94 устройство теплопередачи

95 верхняя область

96 микротурбулизирующие частицы

97 промежуточная область

99 нижняя область

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменных аппаратах. Устройство теплопередачи содержит множество стенок теплопередачи, выполненных с возможностью разделения первой текучей среды и второй текучей среды. Система повышения теплопередачи предусмотрена на одной или более стенке теплопередачи. Система повышения теплопередачи включает множество микротурбулизирующих частиц, прикрепленных на одну или более стенку теплопередачи, используя связывающую среду. Технический результат - повышение теплопередачи. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство (18) теплопередачи, содержащее:
по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи, выполненную с возможностью разделения первой текучей среды (19) и второй текучей среды (32), и
систему (44) повышения теплопередачи, предусмотренную на, по меньшей мере, одной стенке (46) теплопередачи, и содержащую множество микротурбулизирующих частиц (46), прикрепленных на, по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи или ее части, используя связывающую среду,
при этом система (44) повышения теплопередачи содержит выбранные изменение размера частиц, или плотность распределения частиц, или расстояние между областями частиц, или комбинацию этого.

2. Устройство (18) теплопередачи по п.1, в котором множество микротурбулизирующих частиц (48) содержит никель, кобальт, алюминий, кремний, или железо, или медь, или их сплавы, или комбинацию, включающую любое из вышеприведенного.

3. Устройство (18) теплопередачи по п.1, в котором связывающая среда содержит эпоксидную смолу, или металлическую фольгу, или мягкий припой, или твердый припой, или свариваемый материал, или их комбинацию.

4. Устройство (18) теплопередачи по п.1, в котором множество микротурбулизирующих частиц (48) беспорядочно или равномерно прикреплены на, по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи, используя связывающую среду.

5. Устройство (18) теплопередачи по п.1, в котором множество микротурбулизирующих частиц (48) прикреплены по заранее определенному рисунку на, по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи или ее части, используя связывающую среду.

6. Устройство (18) теплопередачи по п.1, в котором множество микротурбулизирующих частиц (48) предусмотрены частично на, по меньшей мере, одной стенке (46) теплопередачи, используя связывающую среду.

7. Устройство (18) теплопередачи по п.1, в котором множество микротурбулизирующих частиц (48) прикреплены на множество ребер или выступов (66) на, по меньшей мере, одной стенке (46) теплопередачи, используя связывающую среду.

8. Способ производства устройства (18) теплопередачи, содержащий:
обеспечение, по меньшей мере, одной стенки (46) теплопередачи, выполненной с возможностью разделения первой текучей среды (19) и второй текучей среды (32), и
обеспечение системы (44) повышения теплопередачи на, по меньшей мере, одной стенке (46) теплопередачи, содержащее прикрепление множества микротурбулизирующих частиц (48) на, по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи или на ее часть, используя связывающую среду.

9. Способ по п.8, содержащий прикрепление множества микротурбулизирующих частиц (48) по заранее определенному рисунку на, по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи или ее части, используя связывающую среду.

10. Способ по п.8, содержащий прикрепление множества микротурбулизирующих частиц (48) частично на, по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи, используя связывающую среду.