PL65104B1 - - Google Patents

Description

Scianka 3 przedstawiona w przekroju poprzecznym, zawiera uklad zeberek 4 w ksztalcie wypuklosci ustawio¬ nych w wielu rzedach wzajemnie prostopadlych. Przed¬ stawiony przekrój przechodzi przez wierzcholki jednego rzedu zeberek. Podstawy zeberek sa polaczone i umiesz¬ czone na czesci plaskiej 5 scianki. Ustalenie stanu zlozo¬ nego na powierzchni zeberek oznacza, ze miedzy liniami ich podstawy 6 a ich wierzcholkiem 7, naniesionymi od¬ powiednio do temperatur t2 i ti, przy czym t2 — ti = 0,. gestosc i równa 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 Wedlug prawa zachowania strumienia, strumien wcho¬ dzacy przez podstawe 9 oznaczony strzalka 10 musi byc Si równy jac, ze cpi = p«q, widac, ze równanie (II) spelnia waru¬ nek wymagany dla przeniesienia strumienia, wspólczyn¬ nik k jest wspólczynnikiem bezpieczenstwa i umozliwia przyjecie dla powierzchni rozpraszajacych wartosc Si wyzsza od wartosci dokladnie wymaganej lub mówiac innymi slowami, przystosowanie wartosci znamiono¬ wej 0, która przedstawia rezerwe bezpieczenstwa uwzgledniajac przypadkowe stany powierzchni rozpra¬ szajacej i ewentualne przeciazenie.Przyjmujac, ze z powodu symetrii, strumien ciepla jest prostoliniowy w centralnej strefie zeberek, powstaje na jego dlugosci b i w materiale o przewodnosci ciepl¬ nej c, wymagana róznica temperatur t2 —ti = 0. Rów¬ nanie (I) wyraza, ze zadany spadek temperatury 0 jest b otrzymany na dlugosci —-, co powoduje, ze bezpieczen¬ stwo okreslone przez wspólczynnik k zalezy od wyboru dlugosci b wiekszej niz dlugosc, która bylaby konieczna dla dokladnego zapewnienia temperatury ti na wierz¬ cholku zeberka.Ponizej zostanie przedstawiona korzystna postac roz¬ wiazania wedlug wynalazku, w której zeberka maja prze¬ krój trójkatny okreslony wzorami (I) i (II), dla przypad¬ ku, w którym zeberka tworza uklad równoleglych rze¬ dów. Scianka 3 (fig. 3) jest przedstawiona w przekroju prostopadlym do kierunku zeberek 4. Przez 1 oznaczono dlugosc boków zeberka, mierzona miedzy linia podsta¬ wy 6 i wierzcholka 7 odniesionych odpowiednio do tem¬ peratur t2 i ti, gdzie t2 —ti = 0.Ustalenie zlozonego stanu na bokach zeberek umozli¬ wia postawienie hipotezy upraszczajacej, ale bardzo bli¬ skiej rzeczywistosci, ze na calej powierzchni bocznej strumien wychodzacy oznaczony strzalka 8 ma ge¬ stosc qpi. W wyniku tego we wnetrzu rowków linie 11 strumienia sa wszystkie równolegle wzgledem siebie i prostopadle do podstawy 9. Rozwazajac przekrój scian¬ ki odpowiadajacy przekrojowi przedstawionemu i maja¬ cemu dlugosc równa grubosci," mozna okreslic dlugosc 2a podstawy z nastepujacej zaleznosci: a _ 1 " 0 Oznaczajac przez a kat zawarty miedzy bokiem i pod¬ stawa uzyskuje sie zaleznosc: skad otrzymuje sie a = • — sina 0 Wprowadzajac wspólczynnik skutecznosci p = b otrzymuje sie zaleznosc: W wypadku stosowania wynalazku w stanie duzych 1 •obciazen wprowadza sie podwyzszony stosunek , co 6 powoduje, ze sin a jest zblizony do 1. Wielkosc p za¬ warta miedzy 0,8 i 1,6 zostala okreslona w ten sposób, aby umozliwic pochloniecie róznicy miedzy i 1. slnO 5 Mozna wiec uproscic równanie do postaci: To równanie jest zasadniczo identyczne z równaniem 10 (III), które zawiera ponadto tylko wspólczynnik bezpie¬ czenstwa k omówiony powyzej. W stosunku do poprzed- 1 niego równania zawierajacego czynnik , równanie to zmienia wspólczynnik bezpieczenstwa w zadanym kie- 15 runku zwiekszajac powierzchnie wymiany. Tak jak w przykladzie poprzednim stosowanie równania (I) zapew¬ nia ustalenie róznicy temperatur 0 = t2 — ti wymaganej miedzy punktami 6 i 7. Róznice z przykladu poprzed¬ niego otrzymuje sie w tym przykladzie wykonania, przez 20 podzial liniowy temperatury wzdluz linii L w miare jak strumien przenoszony moze byc sam rozwazany jakoi niezalezny od temperatury.Przedstawiony przyklad wykonania nie moze byc praktycznie wykonany z ostro zakonczonymi katami 25 miedzy powierzchniami rozpraszajacymi. W celu uzy¬ skania maksymalnych powierzchni posiadajacych zadane róznice temperatury zmniejsza sie mozliwie najbardziej strefy zaokraglone. Zgodnie z wynalazkiem sredni pro¬ mien zaokraglen jest nizszy od 0,2 a.Na fig. 4 jest przedstawiony przyklad wykonania róz¬ niacy sie od przykladu przedstawionego na fig. 3, gdyz posiada zaokraglenia miedzy powierzchniami rozprasza¬ jacymi, a takze innym polozeniem polaczonych podstaw i wierzcholków 7. Trójkat okreslajacy wielkosci 2a i b jest okreslony przez srodki zakrzywien 12 miedzy sa¬ siednimi zeberkami i srodkiem zakrzywienia 13 wierz¬ cholka. Ta definicja uwzglednia fakt, ze strefy zaokrag¬ lone zmniejszaja powierzchnie optymalnego podzialu temperatury. Strata powierzchni jest kompensowana wy¬ sokoscia ogólna rowków wyzsza od wielkosci b.Wybierajac wspólczynnik k nalezy zauwazyc, ze dla odpowiednich wartosci k, cp i 0, wielkosci p«q ograni¬ czaja wielkosc b i wielkosc 2a ukladu zeberek. Zaklada- 45 jac zadany margines bezpieczenstwa wybiera sie war¬ tosc k najblizsza, gómej granicy wyznaczonego zakresu wartosci co zapewnia najwieksza powierzchnie zwilzana.Wspólczynnik ten moze byc ograniczony z powodu trudnosci wykonania lub ze wzgledów ekonomicznych. 50 Zaleznie od waznosci racji wspólczynnik k moze zostac obnizony do granicy dolnej. Rozpietosc wartosci p uwzglednia fakt, ze strumien przyblizeniu jako staly, moze w rzeczywistosci byc w funkcji 0 znacznie powyzej lub ponizej wartosci q. 55 Poniewaz wartosc q optymalna dla dzialania scianki wynosila 200 W/cm2 jest to juz jej powazna zaleta. Zgod¬ nie z wynalazkiem mozna uzyskac bardzo wysokie para¬ metry, zwlaszcza dla duzego zakresu wielkosci cp zawar¬ tej w granicach od 3 q do 6 q, a ponadto jako wartosci 60 nieograniczone, wartosci znamionowe cp wyzsze od 500 W/cm2 i w szczególnych przypadkach wyzsze od 1 KW/cm2. Wynalazek stosuje sie równiez dla zakresu temperatur tL i tM krzywej Nukiyama. Dla tych warun¬ ków wartosc p normalnie jest zawarta w granicach od 65 0,8 do 1,2.651*4 Temperatura ti jest bardzo czesto niewiele rózniaca sie od temperatury nasycenia ts — cieczy. Mozna zatem stosowac równanie 6 = t21 s bez znacznego bledu. Wy¬ nalazek stosuje sie ponadto dla wartosci 6 zawartej w granicach od 50° do 150°C. Ponadto stwierdzono, ze dla licznych cieczy stosowanych w technice chlodzenia, po¬ chodzenia chemicznego uzycie tego zakresu daje dobre wyniki.W wypadku stosowania wody jako cieczy parujacej, stosuje sie dla wartosci 6 korzystny zakres temperatur w granicach od 80° do 120°C.W opisanych przykladach wykonania zastosowano dla uproszczenia ksztalt scianki w zasadzie plaski. Jest oczy¬ wiste, ze mozna takze zastosowac ksztalt cylindryczny stozkowy lub podwójnie zakrzywiony pod warunkiem, ze wymiary zeberek beda zgodne z wymiarami okreslo¬ nymi w wynalazku.Konstrukcje rozpraszajace wedlug wynalazku sa mniejsze i lzejsze od konstrukcji znanych ze stanu tech¬ niki dla tej samej wydajnosci urzadzenia. Podczas dzia¬ lania wykazuja sie szczególna cecha, która jest schema¬ tycznie przedstawiona na fig. 5 dla obciazenia zblizo¬ nego do? stairu maksymalnego. Wierzcholek 7 kazdego elementu rozpraszajacego osiaga temperature ti panujaca w strefie CM. Wydzielajace sie pecherze pary pochodza¬ cej z dwóch powierzchni tego samego elementu lacza sie w punkcie A w pojedyncza kolumne 14, której ciagle usuwanie tworzy komin w srodku cieczy.Wskutek aktywnosci powierzchni B poddawanej duzej róznicy temperatur, zaburzenie miejscowe powodowane przez intensywne parowanie ma na celu przelamanie w punkcie M warstwy granicznej 15 pary, która charakte¬ ryzuje stan pólwarstwowy polozenia ML (fig. 1). Wyni¬ ka z tego, ze para zawarta w kieszeni warstwowej 15 na powierzchni C znajduje droge ujscia kolumna 14, która zapewnia jej usuwanie poprzez ciecz. Ta warstwa oprózniona z pary nie naraza juz na miejscowe zetkniecie miedzy ciecza 16 i powierzchnia wymiany 17, która dziala wówczas wedlug stanu okreslonego krzywa 2 (fig. 1) zapewniajacego bardzo skuteczne przenoszenie ciepla. Para usuwana w koncach szczelin D elementów rozpraszajacych nie wypelnia przerw 18, które sa po¬ nownie latwo zasilane ciecza w kierunku strzalki 30.W urzadzeniu wedlug wynalazku jest mniej konieczne niz w znanych urzadzeniach stosowanie poprzecznych odplywów do ponownego zasilania. Mozna jednakze sto¬ sowac takie poprzeczne odplywy badz dla zasilania za¬ burzen, badz dla odciazenia konstrukcji. W tym przy¬ padku zgodnie z wynalazkiem stosuje sie odplywy 19 jak przedstawiono na fig. 6, w ksztalcie trójkata posiadaja¬ cego przy podstawie elementów rozpraszajacych kat a zgodny z podana definicja. Wartosc tego kata przybiera charakter krytyczny tylko wtedy jesli odleglosc miedzy poprzecznymi odplywami nie jest wieksza niz szerokosc 2a podstawy 9 zeberek (fig. 3).Wymiary charakterystyczne okreslone przez wynala¬ zek ograniczaja konstrukcje, która moze byc ogólnie sto¬ sowana, ale w odmianie moze byc stosowana w kombi¬ nacji ze znanymi urzadzeniami, zwlaszcza w celu zwiek¬ szenia jej bezwladnosci cieplnej i zdolnosci do przyjmo¬ wania przeciazen chwilowych.Wedlug korzystnej postaci wykonania wynalazku przekrój przez zeberka ma w czesci zblizonej do podsta¬ wy ksztalt trójkata okreslonego równaniem (I) i (III) przy wspólczynniku k = 1,5 do 2 i uwzglednieniu ist¬ nienia zaokraglen miedzy sasiednimi rowkami podczas,, gdy ponad linia 23, gdzie szerokosc jest równa a, po¬ wierzchnia styku z ciecza na jednostke dlugosci, mierzo- 5 na w kierunku prostopadlym do scianki jest w przybli¬ zeniu wieksza niz ponizej tej linii. Fig. 7 przedstawia taki przyklad wykonania. W tym przykladzie wzrost po¬ wierzchni w czesci górnej zeberek jest uzyskiwany przez wykonanie rowków na wierzcholku, lub czesci wysta¬ lo McychM* 21 wygietych w jedna lub druga strone ze¬ berka.Fig. 8 przedstawia inny przyklad wykonania wynalaz¬ ku. Zeberka 4 posiadaja w poblizu podstawy ksztalt okreslony trójkatem o dlugosci podstawy 2a i wysoko- 15 sci b uwzgledniajac zaokraglenia w sposób wyzej wymie¬ niony. Zaczynajac od linii 22 umieszczonej powyzej li¬ nii 23, gdzie szerokosc zeberka jest równa a, boki 24 zeberka 4 sa prostopadle do scianki.Przyklad. Wartosci liczbowe wymiarów 2a i b 20 okreslone sa wedlug wynalazku dla scianki z zelaza (c = 0,5 W/cm °C) zawierajacej uklad zeberek o prze¬ kroju trójkatnym okreslonym powyzej, przeznaczonej do przeniesienia strumienia o gestosci wodzie, której temperatura moze osiagnac 100°C przy 25 cisnieniu atmosferycznym. Jest znane, ze w tych warun¬ kach q = 135 W/cm2, a wartosc 8 równa 100°C pozo¬ staje w granicach strefy przejscia co umozliwia przyje¬ cie wartosci p = 1. Z równania (I) i (III) wynika wów¬ czas, zakladajac k = 1 bez uwzglednienia marginesu bez- 30 pieczenstwa, b = 0,2 cm, 2a =f 0,256 cm. Wybierajac wspólczynnik bezpieczenstwa k = 1,5 uzyskuje sie b = = 0,3 cm. 2a = 0,25 cm.Wynalazek w porównaniu ze stanem techniki wpro¬ wadza nowe parametry w dziedzinie wymiany ciepla z 35 odparowaniem przez scianke anizotermiczna. Wprowa¬ dzenie parametru konstrukcji wystarczajace dla rozwiazania wystepujacego bardzo zlozonego zjawiska fizycznego. Nalezy zauwazyc, ze jesli wyeliminuje sie zmienna *o okreslajacych a i b otrzyma sie nastepujace wyrazenie: 60 '-7T/--T 4S Równanie to jest bardzo podobne do równania i/ t ~ s = m ¦/ a•c okreslajacego konstrukcje szczelin o ksztalcie zblizonym do ksztaltu znanego. Wydaje sie wiec, ze wbrew oczy¬ wistym róznicom miedzy wymienionymi konstrukcjami ten stosunek przedstawia ceche wspólna i wskazuje, ze elementy rozpraszajace mogace byc polaczone z kazdym urzadzeniem zdolnym do wykorzystywania zlozonego zjawiska wrzenia w sposób anizotermiczny zwany „Efek¬ tem Vapotron".Konstrukje wedlug wynalazku mozna stosowac dla ca¬ lego zakresu parametrów, które wystepuja bezposrednio lub nie bezposrednio w jego definicji, na przyklad, prze¬ wodnosc materialu, rodzaj cieczy, cisnienie, temperatura, predkosc przeplywu cieczy i tak dalej.Konstrukcje scianek moga miec w zasadzie ksztalt do¬ wolny i moga byc stosowane zwlaszcza na anody urza- 65 dzen elektronicznych, jak równiez na wszystkie urzadze-65104 nia cieplne, aparaty lub zespoly mogace taka scianke stosowac na przyklad w celu usuwania ciepla lub dla uzyskania parowania cieczy. PL PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Scianka wymiennika ciepla, przenoszaca cieplo anizotermicznie, której jedna strona jest wystawiona na dzialanie zródla ciepla, zas strona przeciwna jest w stycz¬ nosci z parujaca ciecza i zawiera uklad zeberek, na któ¬ rych powierzchni bocznej powstaje znaczny spadek tem¬ peratury, znamienna rym, ze zeberka (4) maja podstawy (9) praktycznie polaczone ze soba, a przekrój zeberek (4) zmniejsza sie co najmniej na czesci ich wysokosci w kie¬ runku od podstawy (9) do ich wierzcholka (7), przy czym wysokosc (b) zeberek, mierzona prostopadle do po¬ wierzchni scianki (3) jest okreslona wzorem: e b = k-c— 0 (D a stosunek powierzchni bocznej Si zeberka (4), wysta¬ wionej na dzialanie parujacej cieczy, do powierzchni Sa podstawy (9) jest okreslony wzorem: A Sa 0 p.q (II) gdzie c — oznacza przewodnosc cieplna materialu, two¬ rzacego zeberka, q — krytyczny strumien wrzacej cieczy, S — róznice temperatur mierzona miedzy podstawa (9) 10 15 20 25 30 10 a wierzcholkiem (7) zeberka, 0 — znamionowy maksy¬ malny strumien ciepla odniesiony do jednostki po¬ wierzchni wystawionej na dzialanie zródla ciepla, p — wspólczynnik liczbowy zawarty w granicach od 0,8 do 1,6, k — wspólczynnik bezpieczenstwa zawarty w grani¬ cach od 1 do 2.

2. Scianka wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze prze¬ krój plaszczyzna prostopadla do scianki (3) przechodza¬ ca przez wierzcholek zeberka (4) jest trójkatem, o wy¬ sokosci (b), którego dlugosc (2a) jest okreslona wzorem: b q 2a = 2p — k 0 (III)

3. Scianka wedlug zastrz. 2, znamienna tym, ze po¬ wierzchnie boczne zeberek (4) sa polaczone zaokragle¬ niami, których srodki (12, 13) wyznaczaja trójkat, o wy¬ sokosci (b) i podstawie (2a).

4. Scianka wedlug zastrz. 2, znamienna tym, ze ze¬ berka (4) posiadaja trójkatne wyciecia rozstawione w odleglosci (d) wiekszej od wartosci (2a).

5. Scianka wedlug zastrz. 1 do 3, znamienna tym, ze zeberko (4) posiada ponizej linii (22) znajdujacej sie nieco powyzej linii (23), na której szerokosc zeberka jest równa (a), przekrój w postaci trójkata, którego wierz¬ cholki podstawy sa umieszczone w srodku zaokraglen laczacych powierzchnie boczne sasiednich zeberek przy ich podstawie, przy wspólczynniku bezpieczenstwa k = 1,5 do 2, a powyzej linii (22) posiada boki (24) be¬ dace przedluzeniem zeberka (4) i prostopadle do scian¬ ki (3).KI. 17 f,12/10 65104 MKP F 28 d, 12/10 OB1 200 100 CIV. 'att/cm2 A 100 10l IC ts I N JK -T Mv | | / / / 5 110 li? 'ti R VV' A II* V \ \ 1 \ u \ \ 1 l I 1 1 l i x "J \ c 0125 150 2< 'tn 't t *\ i 7 / / / j / / / / / / D ) l t(°C )0 225 300 600 1100 1300 " ItL 2 ng3 In 2 / 3 ' "8/1 \\a°< 6,tZ V \/ ^ \ 1 / ^ t\ j 9 2a 31^ _ /KI. 17112/10 65104 MKP F 28 d, 12/10 m^ Hg6 Qg5 Fia5a 0B7 0D8 PL PL