RU2131566C1 - Cooling battery - Google Patents
Cooling battery Download PDFInfo
- Publication number
- RU2131566C1 RU2131566C1 RU98101513A RU98101513A RU2131566C1 RU 2131566 C1 RU2131566 C1 RU 2131566C1 RU 98101513 A RU98101513 A RU 98101513A RU 98101513 A RU98101513 A RU 98101513A RU 2131566 C1 RU2131566 C1 RU 2131566C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- ribs
- nozzles
- rib
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для охлаждения продуктов, а именно к камерным приборам охлаждения. The invention relates to devices for cooling products, namely to chamber cooling devices.
Известны охлаждающие гладкотрубные батареи, укомплектованные в секции и расположенные вдоль стен /Д.Н.Гальперин "Монтаж и наладка холодильных установок", М. , Пищевая промышленность, 1976, с. 290, 300/. Недостатками данных батарей являются значительная их металлоемкость, длительность процесса оттайки и трудоемкость при удалении льда с батарей. Known cooling smooth-tube batteries, equipped in sections and located along the walls / D.N. Halperin "Installation and commissioning of refrigeration units", M., Food industry, 1976, p. 290, 300 /. The disadvantages of these batteries are their significant metal consumption, the duration of the defrosting process and the complexity of removing ice from the batteries.
Известны оребренные охлаждающие батареи, содержащие трубы с навитыми на них с определенным шагом ребрами из металлической ленты /М.М.Голанд, Б.Н. Маклеванный. Холодильное технологическое оборудование. - М., Пищевая промышленность, 1977, с. 298-301/. К недостаткам известных батарей относятся длительность и энергоемкость процесса удаления льда вследствие значительной адгезии его к поверхности труб и ребер /величина адгезии доходит до 1,5 МПа/, причем оттаиваемый лед оседает в межреберном пространстве, что значительно усложняет его удаление. Known fin cooling batteries containing pipes with ribs of metal tape wound around them at a certain pitch / M.M. Goland, B.N. Make-up. Refrigeration technological equipment. - M., Food Industry, 1977, p. 298-301 /. The disadvantages of the known batteries include the duration and energy intensity of the process of removing ice due to its significant adhesion to the surface of the pipes and ribs / the adhesion reaches 1.5 MPa /, and thawed ice settles in the intercostal space, which greatly complicates its removal.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является охлаждаемая батарея, содержащая теплообменные элементы в виде труб для циркуляции хладагента с продольными ребрами /SU 1388677, A1, F 25 D 13/06, 15.04.88/. Ребра расположены на противоположных сторонах труб. Closest to this invention in technical essence is a cooled battery containing heat exchange elements in the form of pipes for circulation of refrigerant with longitudinal ribs / SU 1388677, A1, F 25 D 13/06, 15.04.88 /. The ribs are located on opposite sides of the pipes.
Недостатком данной батареи является то, что при эксплуатации лед нарастает на торцевой поверхности ребер, вследствие чего удаление образующихся полуцилиндров льда может быть осуществлено только после оттаивания слоя льда на торце ребер, что увеличивает продолжительность процесса оттаивания и энергозатраты на удаление льда. The disadvantage of this battery is that during operation the ice builds up on the end surface of the ribs, as a result of which the removal of the formed ice half-cylinders can only be carried out after the ice layer is thawed at the end of the ribs, which increases the duration of the thawing process and the energy consumption for removing ice.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в снижении энергозатрат и сокращении времени оттаивания. The technical result achieved by the implementation of this invention is to reduce energy consumption and shorten the time of thawing.
Для достижения этого технического результата охлаждающая батарея, содержащая теплообменные элементы в виде труб для циркуляции хладагента с продольными ребрами отличается тем, что она снабжена насадками, жестко закрепленными на торцах ребер, при этом насадки выполнены из материала с теплопроводностью меньше материала ребер и имеют высоту, определяемую в зависимости от материала насадки и термического сопротивления места контакта ребра и насадки. To achieve this technical result, a cooling battery containing heat exchange elements in the form of pipes for circulating refrigerant with longitudinal ribs is characterized in that it is equipped with nozzles rigidly attached to the ends of the ribs, while the nozzles are made of material with thermal conductivity less than the material of the ribs and have a height determined by depending on the material of the nozzle and the thermal resistance of the contact point of the rib and nozzle.
Использование насадки позволяет регулировать процесс инееобразования на продольных ребрах, примыкающих к трубе. При этом, если насадка выполнена из материала, имеющего теплопроводность меньше, чем у материала ребра, то у основания ребра температура будет ниже, чем на высоте расположения насадки. Таким образом на насадке достигается температура выше температуры точки росы окружающего воздуха или равная температуре окружающего воздуха. В таких условиях процесс инееобразования на верхней части насадки не происходит, в связи с чем образующиеся между ребрами участки снеговой шубы оказываются не связанными между собой в верхней части и для их удаления при оттайке необходимо подвести только такое количество теплоты, которое необходимо для подтаивания ледяного слоя в зоне контакта последнего с наружной поверхностью батареи. Толщина подтаившего слоя должна равняться высоте микровыступов поверхности батареи. При образовании жидкой фазы адгезия льда с поверхностью труб и ребер полностью нарушается и полуцилиндры льда под действием силы тяжести соскальзывают с батареи вниз. Using the nozzle allows you to adjust the process of frost formation on the longitudinal ribs adjacent to the pipe. Moreover, if the nozzle is made of a material having a thermal conductivity lower than that of the rib material, then the temperature at the base of the rib will be lower than at the height of the nozzle. Thus, the nozzle reaches a temperature higher than the temperature of the dew point of the surrounding air or equal to the temperature of the surrounding air. Under such conditions, the process of frost formation on the upper part of the nozzle does not occur, and therefore the sections of the snow coat formed between the ribs are not connected to each other in the upper part and to remove them during defrosting, only that amount of heat must be supplied that is necessary to thaw the ice layer in the zone of contact of the latter with the outer surface of the battery. The thickness of the thawed layer should be equal to the height of the microprotrusions on the surface of the battery. When the liquid phase forms, the adhesion of ice with the surface of the pipes and ribs is completely broken and the ice half-cylinders slide down from the battery under the influence of gravity.
Размеры труб, ребер, насадок могут быть различными и зависят от материалов, из которых они изготовлены, требуемой теплопередающей поверхности, заданной компактности и тому подобное. The sizes of pipes, ribs, nozzles can be different and depend on the materials from which they are made, the required heat transfer surface, the specified compactness and the like.
Необходимые размеры ребра и насадки могут быть определены следующим образом. The required dimensions of the ribs and nozzles can be determined as follows.
Температура на торцевой поверхности описывается выражением:
где tк - температура воздуха в камере, %;
t0 - температура кипения хладагента в трубе;
αн - коэффициент наружной теплоотдачи от поверхности батареи к воздуху камеры, Вт/(м•К);
R - термическое сопротивление между хладагентом, кипящим в трубе, и воздухом в камере, м•К/Вт,
где αв - коэффициент теплоотдачи от кипящего хладагента к внутренней поверхности трубы, Вт/(м•К);
δз, δтр, δc, δp, δк, δн - толщина загрязнений на внутренней поверхности трубы, стенки трубы, места соединения трубы и ребра, ребра, места контакта ребра и насадки, насадки соответственно;
λз, λтр, λc, λp, λк, λн - коэффициент теплопроводности загрязнений на внутренней поверхности трубы, стенки трубы, места соединения трубы и ребра, ребра, места контакта ребра и насадки, насадки соответственно. Обозначив все известные термические сопротивления
запишем выражение (1) в следующем виде:
Обозначив неизвестные термические сопротивления
запишем выражение (3) в следующем виде
Из полученного выражения (4) определяется величина термического сопротивления насадки, предотвращающая образование на ней конденсата в виде снеговой шубы, т.е. чтобы температура торцевой части была выше температуры точки росы окружающего воздуха. Задаваясь материалом, из которого должна быть выполнена насадка, и термическим сопротивлением места контакта ребра и насадки, определяем размер насадки. Таким образом, использование насадки из материала, теплопроводность которого меньше теплопроводности ребра, позволяет резко изменять температуру ребра по его высоте, а за счет увеличения термического сопротивления насадки довести ее до значения большего, чем температура точки росы окружающего воздуха или до значения температуры окружающего воздуха.The temperature at the end surface is described by the expression:
where t to - air temperature in the chamber,%;
t 0 is the boiling point of the refrigerant in the pipe;
α n - the coefficient of external heat transfer from the surface of the battery to the air of the chamber, W / (m • K);
R is the thermal resistance between the refrigerant boiling in the pipe and the air in the chamber, m • K / W,
where α in is the heat transfer coefficient from boiling refrigerant to the inner surface of the pipe, W / (m • K);
δ h , δ tr , δ c , δ p , δ k , δ n - the thickness of the contaminants on the inner surface of the pipe, the pipe wall, the junction of the pipe and the ribs, ribs, the contact points of the ribs and nozzles, nozzles, respectively;
λ z , λ tr , λ c , λ p , λ k , λ n - coefficient of thermal conductivity of contaminants on the inner surface of the pipe, pipe wall, junction of the pipe and rib, rib, contact point of the rib and nozzle, nozzle, respectively. Marking all known thermal resistances
we write expression (1) in the following form:
Labeling unknown thermal resistances
we write expression (3) in the following form
From the obtained expression (4), the thermal resistance of the nozzle is determined, which prevents the formation of condensate on it in the form of a snow coat, i.e. so that the temperature of the end part is higher than the temperature of the dew point of the surrounding air. Given the material from which the nozzle should be made, and the thermal resistance of the contact point of the rib and nozzle, we determine the size of the nozzle. Thus, the use of a nozzle made of a material whose thermal conductivity is less than the thermal conductivity of the rib allows one to sharply change the temperature of the rib along its height, and by increasing the thermal resistance of the nozzle, bring it to a value greater than the temperature of the dew point of ambient air or to the temperature of the surrounding air.
Комбинации материалов, из которых могут быть выполнены насадка и ребро, представляются самыми разнообразными. Так, трубы и ребро могут быть выполнены из алюминия / λ = 220...218 Вт/м•К/, железа / λ = 360...445 Вт/м•К/, никеля / λ = 210...137 Вт/м•К/, меди / λ = 413...398 Вт/м•К/, а также из углеродистых конструкционных сталей / λ = 31...54 Вт/м•К/, нержавеющих сталей / λ = 12...27 Вт/м•К/ и т.п. Combinations of materials from which the nozzle and rib can be made are the most diverse. So, pipes and fins can be made of aluminum / λ = 220 ... 218 W / m • K /, iron / λ = 360 ... 445 W / m • K /, nickel / λ = 210 ... 137 W / m • K /, copper / λ = 413 ... 398 W / m • K /, as well as from carbon structural steels / λ = 31 ... 54 W / m • K /, stainless steels / λ = 12 ... 27 W / m • K / etc.
Насадка может быть выполнена из каучука / λ = 1,62 Вт/м•К/, асбеста / λ = 0,81 Вт/м•К/, резины / λ = 1,84 Вт/м•К/, текстолита / λ = 1,51 Вт/м•К/, углерода или графита / λ = 0,67 Вт/м•К/, фарфора / λ = 0,91 Вт/м•К/, эбонита / λ = 1,42 Вт/м•К/, эпоксидной смолы / λ = 1,1 Вт/м•К/, фторопласта / λ = 0,058 Вт/м•К/, оргстекла / λ = 0,52 Вт/м•К/, кварца / λ = 0,836 Вт/м•К/ и т. п. The nozzle can be made of rubber / λ = 1.62 W / m • K /, asbestos / λ = 0.81 W / m • K /, rubber / λ = 1.84 W / m • K /, textolite / λ = 1.51 W / m • K /, carbon or graphite / λ = 0.67 W / m • K /, porcelain / λ = 0.91 W / m • K /, ebonite / λ = 1.42 W / m • K /, epoxy resin / λ = 1.1 W / m • K /, fluoroplastic / λ = 0.058 W / m • K /, plexiglass / λ = 0.52 W / m • K /, quartz / λ = 0.836 W / m • K / etc.
Как видно из приведенных примеров, коэффициенты теплопроводности материалов ребра и насадки отличаются в среднем в 10...1000 раз, что обеспечивает самые различные варианты их применения в зависимости от заданных условий. As can be seen from the above examples, the thermal conductivity coefficients of the ribs and packing materials differ on average by 10 ... 1000 times, which provides the most diverse options for their application depending on the given conditions.
Таким образом, существенными признаками заявляемого устройства являются выполнение насадки из материала с теплопроводностью меньшей, чем теплопроводность материала ребер и высота насадки, определяемая в зависимости от материала насадки и термического сопротивления места контакта ребра и насадки. Thus, the essential features of the claimed device are the execution of the nozzle from a material with a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the material of the ribs and the height of the nozzle, determined depending on the nozzle material and the thermal resistance of the contact point of the rib and nozzle.
Рассмотрим пример, поясняющий определение геометрического размера насадки. Расчет ведем для камеры хранения мороженых грузов приtк 25oC, φ = 90%, температура кипения хладагента t0 = -35oC, батарея охлаждения изготовлена из труб диаметром 38х2,5 мм / λ = 46,5 Вт/м•К/. Коэффициенты теплоотдачи со стороны холодильного агента /аммиака/ αв = 350 Вт/м•К, а со стороны воздуха αн = 10 Вт/м•К. Ребро выполнено из стали высотой δp = 0,02 м ( λp = 46,5 Вт/м•К) и приварено к трубе, т.е. термическое сопротивление в месте соединения отсутствует. На внутренней поверхности трубы имеется загрязнение в виде масляной пленки толщиной δз = 0,003 м, λз = 0,14 Вт/м•К.Consider an example that explains the definition of the geometric size of the nozzle. We carry out the calculation for the ice cream cargo storage chamber at t to 25 o C, φ = 90%, the refrigerant boiling temperature t 0 = -35 o C, the cooling battery is made of pipes with a diameter of 38x2.5 mm / λ = 46.5 W / m • K /. The coefficients of heat transfer from the refrigerant / ammonia / α in = 350 W / m • K, and the air-side n = α 10 W / m • K. The rib is made of steel with a height of δ p = 0.02 m (λ p = 46.5 W / m • K) and is welded to the pipe, i.e. there is no thermal resistance at the junction. On the inner surface of the pipe there is pollution in the form of an oil film with a thickness of δ s = 0.003 m, λ s = 0.14 W / m • K.
По J-d диаграмме воздуха находим температуру точки росы для воздуха с заданными параметрами, tтр = -27,8oC. Таким образом, температура торцевой поверхности насадки должна иметь температуру tп = -27,3 ... -25oC, принимаем выполненной из графика / λ = 0,67 Вт/м•К/, ребро и насадка склеены эпоксидной смолой δн = 0,001 м, λ = 1,1 Вт/м•К. Подставим исходные данные в выражение /4/
Далее находим необходимую высоту насадки;
δн/λн = 0,4; δн = 0,4•0,67 = 0,26.According to the Jd diagram of the air, we find the temperature of the dew point for air with the given parameters, t mp = -27.8 o C. Thus, the temperature of the end surface of the nozzle should have a temperature t p = -27.3 ... -25 o C, accept made from the graph / λ = 0.67 W / m • K /, the rib and nozzle are glued with epoxy δ n = 0.001 m, λ = 1.1 W / m • K. Substitute the original data in the expression / 4 /
Next, we find the necessary nozzle height;
δ n / λ n = 0.4; δ n = 0.4 • 0.67 = 0.26.
Таким образом, необходимая высота насадки равна 38 мм. Thus, the required nozzle height is 38 mm.
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 схематично изображен поперечный разрез пристенной охлаждающей батареи с двумя продольными ребрами, расположенными на противоположных сторонах;
на фиг. 2 - поперечный разрез потолочной охлаждающей батареи с тремя продольными ребрами, расположенными под углом 120o друг к другу.The invention is illustrated by drawings, where
in FIG. 1 schematically shows a cross section of a wall-mounted cooling battery with two longitudinal ribs located on opposite sides;
in FIG. 2 is a cross section of a ceiling cooling battery with three longitudinal ribs located at an angle of 120 o to each other.
Охлаждающая батарея /фиг. 1, 2/ включает теплообменный элемент в виде трубы 1 для циркуляции хладагента с расположенными в вертикальной плоскости продольными ребрами 2. Батарея снабжена насадками 3, жестко закрепленными на торцах ребер 2. Для наглядности показано, что охлаждающая батарея покрыта слоем 4 снеговой шубы. Насадки 3 выполнены из материала с теплопроводностью меньше теплопроводности материала ребер и имеют высоту, определяемую в зависимости от материала насадки и термического сопротивления места контакта ребра и насадки. Cooling battery / FIG. 1, 2 / includes a heat exchange element in the form of a pipe 1 for circulation of refrigerant with longitudinal ribs located in a
Охлаждаемая батарея в сочетании с предлагаемой насадкой работает следующим образом. The cooled battery in combination with the proposed nozzle works as follows.
В процессе работы происходит конденсация водяных паров, содержащихся в воздухе камеры, на поверхности труб 1 и ребрах 2, так как эти поверхности имеют температуру ниже точки росы окружающего /камерного/ воздуха. На торцевых поверхностях насадок /3/ конденсация водяных паров не происходит, так как эти поверхности имеют температуру выше температуры точки росы окружающего /камерного/ воздуха /фиг. 1, 2/. В процессе работы охлаждающей батареи происходит намерзание снеговой шубы 4 в виде несвязанных между собой полуцилиндров льда. При осуществлении оттайки снеговая шуба соскальзывает вниз в виде отдельных полуцилиндров льда после образования подтаившего слоя в зоне контакта ее с поверхностью трубы 1. Образующиеся отдельные полуцилиндры льда целесообразно использовать в технологических целях. Крепление насадок 3 на ребрах 2 осуществляется, например, склеиванием, посадкой с натягом и так далее. During operation, condensation of water vapor contained in the air of the chamber occurs on the surface of the pipes 1 and
Геометрическую форму насадки 3 целесообразно выполнять в виде гантелей, грушевидной формы и тому подобное. The geometric shape of the
Использование предложенной насадки на охлаждающих батареях: пристенной /с двумя продольными ребрами на противоположных сторонах, фиг. 1/ и потолочной /с тремя продольными ребрами, выполненными в виде "ласточкина хвоста", фиг. 2/ позволяет снизить по сравнению с известным ближайшим аналогом энергозатраты в режиме оттаивания в 2,5 - 3,5 раза и сократить длительность процесса в 2 - 3 раза. Using the proposed nozzle on cooling batteries: wall / with two longitudinal ribs on opposite sides, FIG. 1 / and ceiling / with three longitudinal ribs made in the form of a "dovetail", Fig. 2 / allows to reduce in comparison with the known closest analogue energy consumption in thawing mode by 2.5 - 3.5 times and reduce the duration of the process by 2 - 3 times.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98101513A RU2131566C1 (en) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | Cooling battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98101513A RU2131566C1 (en) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | Cooling battery |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2131566C1 true RU2131566C1 (en) | 1999-06-10 |
Family
ID=20201639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98101513A RU2131566C1 (en) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | Cooling battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2131566C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022124928A1 (en) * | 2020-12-09 | 2022-06-16 | ГРИТЧИН, Владимир Валериевич | Convector |
| WO2022124929A1 (en) * | 2020-12-09 | 2022-06-16 | ГРИТЧИН, Владимир Валериевич | Convector profile |
-
1998
- 1998-01-27 RU RU98101513A patent/RU2131566C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Гальперин Д.Н. Монтаж и наладка холодильных установок.-М.: Пищевая промышленность, 1976, с.290 и 300. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022124928A1 (en) * | 2020-12-09 | 2022-06-16 | ГРИТЧИН, Владимир Валериевич | Convector |
| WO2022124929A1 (en) * | 2020-12-09 | 2022-06-16 | ГРИТЧИН, Владимир Валериевич | Convector profile |
| CN114945779A (en) * | 2020-12-09 | 2022-08-26 | 弗拉基米尔·瓦列里耶维奇·格里钦 | Convector section bar |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Investigation of the possibility of frost release from a cold surface | |
| Kim et al. | Frosting characteristics on hydrophobic and superhydrophobic surfaces: A review | |
| Jia et al. | Distributed steady and dynamic modelling of dry-expansion evaporators: Modèlisation du régime stable et du régime transitoire des évaporateurs à détente sèche | |
| Sommers et al. | Densification of frost on hydrophilic and hydrophobic substrates–Examining the effect of surface wettability | |
| Sommers et al. | Using micro-structural surface features to enhance the convective flow boiling heat transfer of R-134a on aluminum | |
| Damoulakis et al. | Wick-free paradigm for high-performance vapor-chamber heat spreaders | |
| Kim et al. | Defrosting behavior and performance on vertical plate for surfaces of varying wettability | |
| RU2131566C1 (en) | Cooling battery | |
| US9700835B2 (en) | Thermoelectric compressed air and/or inert gas dryer | |
| Yang et al. | Frosting and defrosting characteristics of multi-layer coated aluminum surfaces | |
| Gromoll | Advanced micro air-cooling systems for high density packaging | |
| Monde et al. | Critical Heat Flux during natural convective boiling in vertical uniformly heated tubes submerged in saturated liquid | |
| Sebilleau et al. | Air humidity effects on water-drop icing | |
| Vasiliev et al. | Vapordynamic thermosyphon–heat transfer two-phase device for wide applications | |
| Yang et al. | Performance of the frosting characteristics of fin-and-tube heat exchanger subject to superhydrophobic coating | |
| Kumar et al. | Condensation of R-134a vapour over single horizontal integral-fin tubes: effect of fin height | |
| CN114877548B (en) | Instrument thermal protection device under low temperature environment | |
| Saidi et al. | Enhanced pool boiling of R-123 refrigerant on two selected tubes | |
| Mirafiori et al. | Mechanisms of dropwise condensation on aluminum coated surfaces | |
| Murata et al. | Condensation heat transfer in a bundle of horizontal integral-fin tubes | |
| Zarnescu et al. | Effect of oil on the boiling performance of structured and porous surfaces | |
| Losada et al. | Coatings to prevent frost | |
| Yakimov et al. | Modernization of power-transformer cooling systems | |
| FR2284839A1 (en) | eutectic evaporator with ribbed inner pipe - has circular ribs on pipe for increasing cooling surface area | |
| Bojić et al. | Controlling evaporative three finger thermosyphon |