RU1774140C - Микротеплообменник - Google Patents

Abstract

Использование: дл  повышени  эффективности теплообмена в криогенной технике , в которой хладагентом  вл етс  газ с использованием эффекта Джоул -ТомсЧэна и при площади поперечного сечени  каналов , не превышающей 200 мкм. Сущность изобретени  микротеплообменник содержит соединенные между собой с образованием каналов высокого и низкого давлени  центральную 1 и покрывные 2, 3 пластины На одной стороне центральной пластины выполнены канавки 4 дл  образовани  каналов высокого давлени  и каналы 5 дл  дросселировани  потока. На другой стороне пластины 1 выполнены канавки 6 дл  теплоносител  низкого давлени . 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

Description

Изобретение относитс  к криогенной технике, в которой хладагентом  вл етс  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 пр мыми и пересекающимис  каналами 2, 3, где поперечные размеры каналов составл ют 5 мм2 и более. При этом физика процессов теплообмена отличаетс  от процессов, происход щих в микротеплообменниках, где поперечные размеры каналов не превышают 200 мкм2 и сказываетс  шероховатость стенок каналов. Малые размеры каналов в микротеплообменниках привод т к:

-заметным переносам тепла по материалу вдоль теплообменника за счет теплопроводности;

-перераспределению температур между теплоносителем и стенками, т.к. размеры каналов соизмеримы с толщиной раздел ющей стенки;

-вли нию осевой теплопроводности, котора  вырастает с уменьшением числа Рейнольдса и увеличением числа Рейнольд- са и увеличением относительной величины осевой теплопроводности, привод  к значительному снижению интенсивности процесса теплообмена.

Наиболее близким техническим решением прин тым за прототип,  вл етс  микротеплообменник 4, состо щий из склеенных между собой центральной и покрывных пластин. В центральной пластине выполнены канавки, образующие каналы дл  теплоносител  высокого и низкого давлений . В покрывной пластине зеркально ка- навкам центральной пластины, образующим каналы дл  теплоносител  низкого давлени , выполнены аналогичные канавки. Недостатком указанного микротеплообменника  вл етс  то, что не достигаетс  высока  эффективность теплообмена, вследствие низкой турбулиза- ции потока и разности скоростей в каналах.

Цель изобретени  - повышение эффективности теплообменника при размерах площади поперечного сечени  каналов не превышающей 200 мкм2 путем снижени  осевой теплопроводности,

Указанна  цель достигаетс  тем, что в микротеплообменник, содержащий соединенные между собой с образованием каналов высокого и низкого давлени  центральную и покрывные пластины, при

этом рабочие поверхности центральной и одна из поверхностей покрывной пластины со стороны каналов низкого давлени  имеют канавки, дополнительно на покрывной

пластине, примыкающей к центральной со стороны каналов высокого давлени , также выполнены канавки, при этом все вышеупом нутые канавки в покрывных пластинах расположены под углом к канавкам цент0 ральной пластины.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что за вленное устройство отличаетс  тем, что в обеих покрывных пластинах выполнены канавки под углом отно5 сительно канавок, имеющимс  на центральной пластине, в результате такого выполнени  прилегающих пластин образуютс  аналогичные каналы дл  теплоносител  высокого и низкого давлени , имеющие

0 ответвлени , способствующие образованию завихрений теплоносител  и, как следствие , повышению эффективности теплообмена.

На фиг.1 изображена схема теплооб5 менника; на фиг.2 - разрезы Г-Г и Д-Д (каналы дл  теплоносител  высокого давлени  - пр мой поток); на фиг.З - разрез Б-Б и С-С (каналы дл  теплоносител  низкого давлени  - 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 дл  образовани  каналов теплоносител  высо5 кого давлени  (пр мого потока) и каналы 5 (фиг.1, 2) служащие дл  дросселировани  потока. На другой стороне центральной пластины 1 выполнены канавки 6 (фиг. 1,3) дл  образовани  каналов теплоносител  низко0 го давлени  (обратного потока). В покрывных пластинах 2, 3 выполнены канавки 7, 8 под углом к канавкам 4 и 6 центральной пластины 1, при этом образующиес  каналы дл  теплоносител  пр мого и обратного хо5 да, имеют кроме пр мого направлени  и разветвлени , при этом площадь поперечного сечени  каналов не превышает 200 мкм Отверстие 9 служит дл  подачи потока теплоносител  высокого давлени , полость

0 10 соединена с канавкой 5, канала теплоносител  высокого давлени , и с канавками 6, канала теплоносител  низкого давлени . Отверстие 11 служит дл  отвода теплоносител  низкого давлени .

5 Микротеплообменник работает следующим образом, пр мой поток теплоносител  высокого давлени  через отверстие 9 проходит по пр мым канавкам 4 и наклонным канавкам 7 и поступает в канавки 5 малого сечени , где происходит дросселирование и

дальнейшее охлаждение потока (распределенный дроссель) фиг 1 2 После дросселировани  поток теплоносител  выходит с наиболее низкой температурой в полость 10, представл ющую собой испарительную зону, и через каналы, образованные из канавок 6 на противоположной стороне пластины 1 и канавок 8 на покрывной пластине 3 и отводитс  через отверстие 11. Обратный поток поступает к теплому концу микротеплообменника , отбира  тепло по всей длине. Таким образом,каналы пр мого и обратного потока теплоносител , образованные смежно перекрещивающимис  канавками 4-7 и 6-8, поперечные размеры которых не превышают 200 мкм , соответственно обеспечивают повышение эффективности теплообмена и снижение осевой теплопроводности за счет увеличени  тур- булизации потока, с одновременным выравниванием давлени  в каждом поперечном сечении каналов, и диагонального направлени  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

Claims (1)

1. Формула изобретени  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 давлени  имеют канавки, отличающийс  тем, что,

   с целью повышени  эффективности теплообменника при размерах площади поперечного сечени  каналов, не превышающей 200 мкм . путем снижени  осевой теплопроводности , на покрывной пластине, примыкающей к центральной со стороны каналов высокого давлени , также выполнены канавки , при этом все упом нутые канавки в покрывных пластинах расположены под углом к канавкам центральной пластины

   Г-Г

    -л

   //

   Фиг. 2.

   Б-Б

   СФаг 3