Власники патенту UA 2244236:

Винахід призначений для застосування в теплотехніці, а саме в різних пластинчастих і трубчастих теплообмінниках рекуперативних. Теплообмінна поверхня згідно з першим варіантом винаходу виконана гофрованою, причому відношення кроку гофр до їх висоті становить 4,0-12,0, висота гофр не перевищує двох товщин теплообмінної поверхні, при її товщині не більше 0,5 мм, причому гофри виконані в одному або двох взаємно перпендикулярних напрямках. Теплообмінна поверхня за другим варіантом винаходу виконана гофрованою, а відношення кроку гофр до їх висоті становить 4,0-12,0, висота гофр не перевищує двох товщин теплообмінної поверхні, при її товщині не більше 0,5 мм, а на вершинах гофр, вздовж них виконані просічки у вигляді круглих отворів діаметром 0,5-1,0 товщини теплообмінної поверхні. Крім того, просічки виконані у вигляді щілин, довжина яких дорівнює 2,5-10, ширина 0,5-1,0, а відстань між щілинами 5,0-10,0 товщини теплообмінної поверхні, причому гофри виконані в одному або двох взаємно перпендикулярних напрямках. Винахід дозволяє інтенсифікувати теплообмін за збереження працездатності в забрудненому повітряному середовищі, шляхом збільшення площі теплообмінної поверхні при незмінній масі, що підвищує теплову продуктивність теплообмінника. 2 с. та 4 з.п. ф-ли, 5 іл., 1 табл.

Винахід відноситься до теплотехніки і може бути використане в теплообмінниках, переважно різних пластинчастих і трубчастих рекуперативних теплообмінниках.

Відома теплообмінна поверхня (а.с.458276, кл. F 28 F 1/30, публ. 1976), що містить трубку з ребрами охолодження, в яких на гладких ділянках ребер виконані прорізи, орієнтовані перпендикулярно до потоку середовища, з метоюзбільшення коефіцієнта тепловіддачі.

Відома теплообмінна поверхня (а.с.1663377, кл. F 28 F 1/32, публ. 1978), прийнята за найближчий аналог, що містить пучок вертикальних труб, оребрених гофрованими пластинами, що утворюють канали для проходу газоподібного теплоносія. Пластини теплообмінника виконані гофрованими так, що подвоєна висота гофр не перевищує кроку між пластинами, але більше кроку гофр, який менший за відстань між трубами в напрямку, перпендикулярному гофрам. Співвідношення між висотою гофр, крок між пластинами і кроком гофр визначається з математичної залежності.

Теплообмінна поверхня, прийнята за найближчий аналог, не забезпечує високої інтенсивності теплообміну під час роботи у забрудненому повітряному середовищі.

Технічний результат, на досягнення якого спрямовано пропонований винахід, полягає в усуненні зазначеного недоліку - підвищенні інтенсифікації теплообміну при збереженні працездатності в забрудненому повітряному середовищі шляхом збільшення площі теплообмінної поверхні при незмінній масі, що підвищує теплову продуктивність теплообмінника.

Технічний результат досягається тим, що теплообмінної поверхні (варіант 1), виконаної гофрованої, відношення кроку гофр до їх висоті становить 4,0-12,0, висота гофр не перевищує двох товщин теплообмінної поверхні, при її товщині не більше 0,5 мм . Гофри виконані в одному або двох взаємно перпендикулярних напрямках.

Технічний результат досягається тим, що теплообмінної поверхні (варіант 2), виконаної гофрованої, відношення кроку гофр до їх висоті становить 4,0-12,0, висота гофр не перевищує двох товщин теплообмінної поверхні, при її товщині не більше 0,5 мм , а на вершинах гофр, вздовж них виконаніпросічки.

Просічення виконані у вигляді круглих отворів діаметром 0,5-1,0 товщини теплообмінної поверхні.

Просічення виконані у вигляді щілин, довжина яких дорівнює 2,5-10, ширина 0,5-1,0, а відстань між щілинами 5,0-10,0 товщини теплообмінної поверхні.

Крім того, гофри на теплообмінній поверхні виконані в одному або двох взаємно перпендикулярних напрямках.

На фіг.1 зображено теплообмінну поверхню (варіант 1).

На фіг.2 зображена теплообмінна поверхня (варіант 1) з гофрами, виконаними у двох взаємно перпендикулярних напрямках.

На фіг.3 зображена теплообмінна поверхня (варіант 2) з круглими просічками.

На фіг.4 зображена теплообмінна поверхня (варіант 2) з просічками у вигляді щілин.

На фіг.5 зображена теплообмінна поверхня з гофрами, виконаними у двох взаємно перпендикулярних напрямках та з просічками на гофрах.

Теплообмінна поверхня (варіант 1) містить гофровану поверхню 1, при цьому відношення кроку гофр (Т) до їх висоті (А) становить 4,0-12,0, висота гофр (А) не перевищує двох товщин теплообмінної поверхні 1 при її товщині (δ) не більше 0,5 мм. Гофри виконані в одному або двох взаємно перпендикулярних напрямках. Задані співвідношення розмірів гофр (А і Т) і товщини (δ) теплообмінної поверхні 1 формують мікрогофри, які забезпечують збільшення площі теплообмінної поверхні при їх незмінній масі. Висота “мікрогофр”, що не перевищує двох товщин теплообмінної поверхні 1, можна порівняти з товщиною (δ) теплообмінної поверхні 1, при цьому площа теплообмінної поверхні 1 значно збільшується при значеннях Т/А від 4,0 до 12,0. Розташування гофр на теплообмінній поверхні 1 можливе не тільки вздовж напрямку течіїтеплоносія, а й перпендикулярно йому.

Величина площі гофрованої теплообмінної поверхні визначається в такий спосіб. Вважають, що теплообмінна поверхня має форму 1 синусоїди, тоді завдання зводиться до знаходження її довжини. Відомо / Корн Г., Корн Т. "Довідник з математики для науковців та інженерів" / Пер. з англ. за редакцією Арамановича І.Г. "Наука", -М, -1973 832 с./, що для визначення довжини синусоїди Ls достатньо розглянути чверть її періоду, щоб провести інтегрування в межах від 0 до Т/4, можна скористатися виразом:

де:

А, Т - відповідно, висота та крок гофр.

E(m) – повний еліптичний інтеграл другого роду. Його значення знаходиться за допомогою апроксимації многочленом / Скрипіцин Н.В., "Методи чисельного аналізу" / Пакет прикладних програм. -Центрпрограм-систем.-Калінін.-1881.-140 с./

E(m)=[1+0,4630151m+0,1077812m 2 ]+[0,2452727m+0,0412496m 2 ]ln

із похибкою менше 0,00005. Після визначення довжини синусоїди збільшення площі теплообмінної поверхні 1 щодо плоскої пластини знаходиться так:

За формулами розрахований приріст площі теплообмінної поверхні у відсотках залежно від відношення кроку до висоти гофр.

Результати наведені в таблиці 1, з якої видно, що цей приріст має практичну значущість значення параметра Т/А в діапазоні від 4,0 до 12,0. При значеннях Т/А менше 4,0 відбувається руйнування матеріалу пластини, а при значеннях Т/А більше 12,0 приріст площі пластини незначний. Практичний інтерес викликають значення параметра Т/А в межах від 4 до 12, що відповідає збільшенню площі пластини на 464-65% (див. таблицю 1).

Можливо, також виконання гофр на теплообмінній поверхні 1 і двохвзаємно перпендикулярних напрямках (фіг.2). При виконанні теплообмінної поверхні з гофрами у двох взаємно перпендикулярних напрямках приріст площі у зазначеному дапазоні залишається таким самим, як при гофрах, розташованих в одному напрямку, однак у такому виконанні підвищується жорсткість теплообмінної поверхні, що підвищує надійність роботи теплообмінника з такими теплообмінними поверхнями.

Працює теплообмінна поверхня (варіант 1) в такий спосіб. Охолоджувальне середовище, проходячи по каналах, утворених теплообмінними поверхнями 1, забирає тепло від теплоносія, що циркулює в трубі теплообмінника (на фіг. не показано). Гофри теплообмінної поверхні розташовані всередині прикордонного шару, що протікає по поверхні теплоносія, та їх висота порівнянна з товщиною самої теплообмінної поверхні, при цьому не захаращується канал між теплообмінними поверхнями в теплообміннику, що не призводить до зростання аеродинамічного опору теплообмінника, не відбувається зменшення прохідного перерізу каналів , отже, не збільшується забруднення теплообмінника при роботі в забрудненому середовищі.

Теплообмінна поверхня (варіант 2) містить гофровану поверхню 1, при цьому відношення кроку гофр до їх висоті (Т/А) становить 4,0-12,0, висота гофр не перевищує двох товщин теплообмінної поверхні 1, при її товщині (δ) більше 0,5 мм, а на вершинах гофр, вздовж них виконані просічки 2. Просічки 2 виконані у вигляді круглих отворів діаметром 0,5-1,0 товщини (δ) теплообмінної поверхні 1 (фіг.3). Просічення 2 виконані у вигляді щілин, довжина яких дорівнює 2,5-10, ширина 0,5-1,0, а відстань між щілинами 5,0-10,0 товщини (δ) теплообмінної поверхні 1 (фіг.4). Крім того, гофри на теплообмінній поверхні 1 виконані в одному абодвох взаємно перпендикулярних напрямках (фіг.5). Варіант 2 відрізняється від варіанту 1 виконанням на вершинах гофр просічок 2. Форма і розміри просічок 2 визначаються конструктивними і технологічними можливостями в залежності від матеріалу, що охолоджує, охолоджуючого середовища, що протікає між теплообмінними поверхнями.

Працює теплообмінна поверхня 1 (варіант 2) в такий спосіб. Охолоджувальне середовище, проходячи каналами, утвореним гофрованими теплообмінними поверхнями 1, забирає тепло від теплоносія, що циркулює в трубі теплообмінника. Виконання просічок 2 на вершинах гофр збільшує коефіцієнт тепловіддачі. Так як на вершинах гофр тиск середовища буде меншим, ніж у западинах, то виникне спрямований потік теплоносія з западин до вершин. Цей потік руйнуватиме прикордонний шар і тим самим збільшуватиме коефіцієнт тепловіддачі і, отже, підвищуватиме ефективність теплообмінної поверхні.

Пропонується новий тип високоефективної теплообмінної поверхні, що характеризується збільшенням поверхні за рахунок її мікродеформації (мікрогофр). При виготовленні теплообмінних поверхонь можуть використовуватися такі матеріали як сталь, алюміній, латунь, мідь, які можуть досягти від 6 до 40% відносного подовження.

Застосування теплообмінної поверхні із заданим співвідношенням розмірів гофр та товщини теплообмінної поверхні дозволяє:

- Збільшити площу теплообмінної поверхні без збільшення її маси;

- не призводить до зростання аеродинамічного опору теплообмінника, так як гофри розташовані всередині прикордонного шару теплоносія, що протікає по поверхні;

- не відбувається зменшення прохідного перерізу каналів між теплообмінними поверхнями і, отже, не збільшуєтьсязасмічування теплообмінника під час роботи у забрудненому середовищі.

Таким чином, використання пропонованих теплообмінних поверхонь показує доцільність підвищення ефективності теплообмінників за рахунок збільшення площі теплообмінної поверхні виконанням її з мікрогофрами та виконанням на мікрогофрах просічок. У цьому випадку теплову продуктивність теплообмінника можна підвищити при його незмінній масі, мінімальних витратах і в короткі терміни, суттєво не збільшуючи його забруднення та аеродинамічний опір.

1. Теплообмінна поверхня (варіант 1), виконана гофрованої, відрізняється тим, що відношення кроку гофр до їх висоті становить 4,0-12,0, висота гофр не перевищує двох товщин теплообмінної поверхні при її товщині не більше 0,5 мм.

2. Теплообмінна поверхня за п.1, що відрізняється тим, що гофри виконані в одному або двох взаємно-перпендикулярних напрямках.

3. Теплообмінна поверхня (варіант 2), виконана гофрованою, що відрізняється тим, що відношення кроку гофр до їх висоті становить 4,0-12,0, висота гофр не перевищує двох товщин теплообмінної поверхні при її товщині не більше 0,5 мм, а на вершинах гофр уздовж них виконані просічки.

4. Теплообмінна поверхня за п.3, що відрізняється тим, що просічки виконані у вигляді круглих отворів діаметром 0,5-1,0 товщини теплообмінної поверхні.

5. Теплообмінна поверхня за п.3, яка відрізняється тим, що просічки виконані у вигляді щілин, довжина яких дорівнює 2,5-10, ширина 0,5-1,0, а відстань між щілинами 5,0-10,0 теплообмінної товщини поверхні.

6. Теплообмінна поверхня за будь-яким з пп.3-5, що відрізняється тим, що гофри виконані в одному або двох взаємно-перпендикулярних напрямках.