Микротеплообменник Советский патент 1992 года по МПК F25B9/02 

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

Известны теплообменники, работающие по дроссельному циклу с одноконтурной теплообменной поверхностью 1. 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 мм2 и более. При этом физика процессов теплообмена отличается от процессов, происходящих в микротеплообменниках, где поперечные размеры каналов не превышают 200 мкм2 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 Рейнольд- са 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 ка- навкам центральной пластины, образующим каналы для теплоносителя низкого давления, выполнены аналогичные канавки. Недостатком указанного микротеплообменника является то, что не достигается высокая эффективность теплообмена, вследствие низкой турбулиза- ции потока и разности скоростей в каналах.

Цель изобретения - повышение эффективности теплообменника при размерах площади поперечного сечения каналов не превышающей 200 мкм2 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

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 цент0 ральной пластины.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается тем, что в обеих покрывных пластинах выполнены канавки под углом отно5 сительно канавок, имеющимся на центральной пластине, в результате такого выполнения прилегающих пластин образуются аналогичные каналы для теплоносителя высокого и низкого давления, имеющие

0 ответвления, способствующие образованию завихрений теплоносителя и, как следствие, повышению эффективности теплообмена.

На фиг.1 изображена схема теплооб5 менника; на фиг.2 - разрезы Г-Г и Д-Д (каналы для теплоносителя высокого давления - прямой поток); на фиг.З - разрез Б-Б и С-С (каналы для теплоносителя низкого давления - обратный поток).

0 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 высо5 кого давления (прямого потока) и каналы 5 (фиг.1, 2) служащие для дросселирования потока. На другой стороне центральной пластины 1 выполнены канавки 6 (фиг. 1,3) для образования каналов теплоносителя низко0 го давления (обратного потока). В покрывных пластинах 2, 3 выполнены канавки 7, 8 под углом к канавкам 4 и 6 центральной пластины 1, при этом образующиеся каналы для теплоносителя прямого и обратного хо5 да, 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

0 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.

5 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

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 из 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 по 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 тур- булизации потока, с одновременным выравниванием давления в каждом поперечном сечении каналов, и диагонального направления теплового потока по ребрам покрывных пластин В результате

экспериментальной проверки предлагав мый микротеплообменник имеет повыше ние эффективности теплообмена более чем на 10% по сравнению с прототипом

Формула изобретения Микротеплообменник, содержащий соединенные между собой с образованием ка- налов высокого и низкого давлений

центральную и покрывные пластины, при этом рабочие поверхности центральной и одна из поверхностей покрывной пластины со стороны каналов низкого давления имеют канавки, отличающийся тем, что,

с целью повышения эффективности теплообменника при размерах площади поперечного сечения каналов, не превышающей 200 мкм . путем снижения осевой теплопроводности, на покрывной пластине, примыкающей 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

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

Г-Г

я-л

//

Фиг. 2.

Б-Б

СФаг 3