теплообменная поверхность, представляющая собой металлическую трубку с оребрением в виде спирали из металлической проволоки

Формула изобретения

Теплообменная поверхность, представляющая собой оребренную металлической проволочной спиралью трубную поверхность, отличающаяся тем, что внутрь спирали вставлена и натянута с предварительно рассчитанным усилием металлическая проволока с заранее подобранным коэффициентом линейного расширения, такая, что если рабочая температура теплообменной поверхности больше температуры окружающей среды, то коэффициент линейного расширения вставленной проволоки подбирается меньше коэффициента линейного расширения металла трубки и металла проволочного оребрения, если же рабочая температура теплообменной поверхности меньше температуры окружающей среды, то коэффициент линейного расширения вставленной проволоки подбирается больше коэффициента линейного расширения металла трубки и металла оребрения, как следствие, происходит повышение термодинамической эффективности оребрения трубки при изменении температуры от температуры окружающей среды до рабочей температуры теплообменной поверхности из-за увеличения пятна контакта ребра и поверхности трубки, что увеличивает термодинамическую эффективность оребрения за счет меньшего термического сопротивления в контактной зоне ребра и трубчатой поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретенная теплообменная поверхность обладает наибольшей эффективностью в очень узкой области криогенных температур от 1,2 К до 7 К. Область техники, где она находит применение - криогенная техника, системы, использующие для охлаждения сверхтекучий гелий с температурой до 2,18 К, например рентгеновские лазеры на свободных электронах, детекторы космических излучений, источники синхротронного излучения.

Уровень техники.

Известна теплообменная поверхность, опубликованная в статье UDC 621.59.048.: 66.073.5: 621.6.036 «New Compact Evaporators for Cryogenic Liquid Converters", авторы O.K.Красникова и др.

Эта поверхность представляет собой металлическую трубку с оребрением в виде спирали из металлической проволоки, уложенную виток за витком на поверхность трубки, причем для увеличения термодинамической эффективности оребрения трубки в зазор между витками спирали уложена металлическая проволока, но проволока в аналоге уложена между витками спирали, что видно из чертежа и не увеличивает пятно контакта ребра и трубки, что существенно ухудшает термодинамические характеристики оребрения.

Целью изобретения является создание высокоэффективной теплообменной поверхности для работы в разреженных потоках газа при низких температурах. Теплообменная поверхность, предлагаемая автором, позволяет работать в температурной зоне 1,60 К - 2,18 К.

Однако изобретенная теплообменная поверхность может применяться при изготовлении теплообменников, работающих в диапазоне температур от 1,2 К до 1200 К.

Прототипом изобретения можно считать теплообменную поверхность, опубликованную в статье Аннотации статей журнала "Химическое и нефтегазовое машиностроение" за 2008 г. Аннотации статей журнала № 7/2008. Криогенная техника. Производство и применение промышленных газов. Холодильная техника O.K.Красникова, д-р техн. наук (ОАО «НПО ГЕЛИЙМАШ», г.Москва).

Где приведены результаты исследования модельных теплообменников типа «труба в трубе», теплообменная поверхность которых образована из поверхности труб, оребренных спиралью из проволоки, и которые являются наиболее перспективными для режима работы с малыми разностями температур. Из текста статьи ясно видно, что предметом изобретения можно считать теплообменную поверхность, представляющую собой металлическую трубку с оребрением в виде проволочной спирали, уложенную виток за витком на поверхность трубки, причем для увеличения термодинамической эффективности оребрения трубки в зазор между витками спирали уложена металлическая проволока, но проволока в аналоге уложена между витками спирали, автор же предлагает вставить металлическую проволочку внутрь спирали и сделать это с предварительно рассчитанным натягом, и материал проволочки внутри спирали подобрать таким образом, что с изменением температуры теплообменной поверхности от температуры окружающей среды до рабочей температуры за счет разных коэффициентов термического расширения происходит увеличение пятна контакта ребра и трубки, что существенно увеличивает эффективность оребрения теплообменной поверхности.

Вот почему на теплообменных поверхностях, принятых за прототип, не удается достичь температуры сверхтекучего гелия, равной 2,18 К, что и сказано в статье 0009-2355/80/0708-0400$07.50 ©, 1981, Plenum Publishing Corporation, стр.400.

Изобретена теплообменная поверхность, представляющая собой металлическую трубку с оребрением, в виде спирали из металлической проволоки, уложенную виток за витком на поверхность трубки, отличающуюся тем, что для увеличения пятна контакта в точке примыкания ребра оребрения и поверхности трубки внутрь спирали вставлена предварительно натянутая с заданным усилием металлическая проволока, такая, что если рабочая температура теплообменной поверхности больше температуры окружающей среды, то коэффициент линейного расширения вставленной проволочки подбирается меньше коэффициента линейного расширения металла трубки и оребрения, если же рабочая температура теплообменной поверхности меньше температуры окружающей среды, то коэффициент линейного расширения вставленной проволочки подбирается больше коэффициента линейного расширения металла трубки и оребрения, и, как следствие, при изменении температуры поверхности от температуры окружающей среды до рабочей температуры происходит дополнительное прижатие ребра к поверхности трубки и, тем самым, повышение термодинамической эффективности оребрения трубки из-за увеличения пятна контакта ребра и поверхности трубки.

На рисунке представлена фотография изобретенной теплообменной поверхности, где

1 - металлическая трубка (оребряемая поверхность),

2 - проволочная металлическая спираль (оребрение),

3 - прижимная металлическая проволока.