Теплообменная поверхность

(171 8692 ОПИС Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СЗИДЕТЕЛЬСТ полнительное свид-ву. Кл. Г 28 Г 1/36 Г 28 Р 7/00 с присоединением заявки сударственнык комитет 23) Приоритет43) Опубликовано 28,02.80. Бюллетень8(71) Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский институт гелиевой техник 54) ТЕПЛООБМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ообменная питой и проникоторому двребренные тевысоким коэым гидравлиповерхностиментов, которерхи остью сев. В этом случае теплность должна быть разввсе сечение канала, погелий, т, е. требуются оменные поверхности сентом оребрения и малсопротивлением. Такиеобразуют из тонких элеединяют с несущей повщью оловянистых припо оверхзывать иж ется плооб- ффицическим бычно ые со- помоИзобретение относится к конструктивным элементам теплообменных аппаратов и может быть использовано преимущественно в криогенной технике, в частности в дроссельной ступени охлаждения гелиевых установок на температурном уровне 4 К.Получение холода на этом температурном уровне, близком к абсолютному нулю, требует больших затрат энергии, поэтому необходимо в теплообменниках обеспечивать наиболее полную рекуперацию холода. Разность температур между теплообменивающимися потоками должна составлять доли градуса (0,2 - :0,3),Для получения столь малых разностей температур в реальных аппаратах по поперечному сечению теплообменника необходимо обеспечить равномерное поле температур на всем пути движения потока. Однако в условиях весьма низких температур эти припоп при многократных захолажпвании и отогреве окисляются п разрушаются. Вследствие этого нару шается5 прочность и плотность паяных соединений,что снижает надежность конструкции теплообмепника п установки в целом. Крометого, продукты окисления припоя загрязняют гелий, что недопустимо, так как к чис 0 тоте его и к надежности установок предьявляются весьма жесткие требования.Известен теплообменник типа трубав трубе с размещенной в межтрубном пространстве теплообменной поверхностью из5 витых труб малого диаметра, навитых наопорную трубу, которые навиваются в своюочередь на центральную опорную трубутеплообменника. Между витыми трубамиразмещаются шнуры для улучшения омыо вания труб Ц.Недостатком этого теплообменника является отсутствие оребренной развитой поверхности,Известен также пучок теплообменных5 труб, снабженный наружным оребрениемв виде проволочных спиралей, расположенных вдоль трубы и смещенных на величинудиаметра проволоки 21.Недостатком этого теплообменннка яв 30 ляется продольное относительно оси трубы35 4 О 45 5055 60 65 расположение спиральных ребер, целесообразное при поперечном обтекании пучка труб и неэффективное при противотоке, который имеет место в поставленной задаче. Кроме того, отсутствие дистанционирующих элементов затрудняет оребрение труб спиралями с равномерным расположением витков спирали.Известна теплообменная поверхность,содержащая трубы с наружными спиральными проволочными ребрами, между витками которых на каждой трубе размещен дистанционирующий элемент, навитый по спирали в направлении навивки ребер 13.Недостатком данной теплообменной поверхности является технологически неприемлемый для длинных труб (более 10 м) малого диаметра (3 - .б мм) способ крепления спиральных ребер к трубе с помощью бандажной проволоки, протягиваемой внутри витков спирального ребра, а также малая надежность в условиях низких температур паяных мягким припоем соединений.Кроме того, теплопроводность мягкогоприпоя существенно ниже теплопроводности металла трубы и ребер.Целью изобретения является повышениенадежности при использовании поверхности в условиях глубокого холода и повышение ее тепловой эффективности.Эта цель достигается тем, что дистанционирующие элементы и трубы выполнены из материала с одинаковой теплопроводностью, и первые имеют высоту не менее диаметра проволоки спирального ребра и не более диаметра витка спирали. Ребра смежных труб жестко соединены одно с другим преимущественно спеканием.Трубы заключены в кожух, к внутренней стенке которого жестко присоединены продольные стержни, расположенные между ребрами, контактирующими с внутренней стенкой кожуха.На фиг. 1 изображена описываемая поверхность, заключенная в кожух; на фиг. 2 - теплообменный элемент описываемой поверхности.Поверхность содержит трубы 1, спиральные ребра 2, дистанционирующий элемент 3, кожух 4 со стержнем 5.Теплообменная поверхность, заключенная в кожух, работает следующим образом.В трубы 1 подается гелий высокого давления, который передает тепло через стенку гелию низкого давления, проходящему между трубами 1 и кожухом 4. Внутри труб имеет место развитый турбулентный режим течения, коэффициент теплоотдачи здесь достигает нескольких тысяч (2000 - 6000Вт). В межтрубном пространствемф градна стороне потока гелия низкого давления значение коэффициента теплоотдачи ниже на порядок. Меньший коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве компенсирует описываемая развитая теплообменная поверхность, состоящая из наружной поверхности трубы 1, поверхности спирального ребра 2, поверхности дистанционирующего элемента 3 и кожуха 4 со стержнями 5, Спиральное ребро 2 имеет высокое значение термического КПД, поэтому температура его поверхности близка к температуре поверхности трубы, Такая спираль, пронизывая поток гелия низкого давления, создает в нем равномерное температурное поле, Это позволяет получить в теплообменнике требуемую весьма малую разность температур между теплообменивающимися потоками. Применение дистанционирующего элемента из металла с высокой теплопроводностью позволяет включить его дополнительно в теплообменную поверхность. В конкретном примере в качестве дистанционирующего элемента используется медная проволока.Она служит в качестве первичного оребрения, КПД его практически равен единице. Отсутствие паяных соединений на оловянистых припоях дает чистую теплообменную поверхность с высокой эксплуатационной надежностью и улучшенной тепловой эффективностью.Предлагаемая поверхность проста в изготовлении. Все основные процессы ее изготовления поддаются механизации. Формула изобретения 1. Теплообменная поверхность, содержа-щая трубы с наружными спиральными проволочными ребрами, между витками которых на каждой трубе размещен дистанциопирующий элемент, навитый по спиралив направлении навивки ребер, отличающ а я с я тем, что, с целью повышениянадежности при использовании поверхности в условиях глубокого холода и повышения ее тепловой эффективности, дистанционирующие элементы и трубы выполненыиз материала с одинаковой теплопроводностью, и первые имеют высоту не менеедиаметра проволоки спирального ребра и неболее диаметра витка спирали.2. Поверхность по п. 1, отличающаяся тем, что ребра смежных труб жесткосоединены одно с другим, преимущественноспеканием.3. Поверхность по пп, 1 и 2, о тл и ч а ющ а я с я тем, что трубы заключены в кожух, к внутренней стенке которого жесткоприсоединены продольные стержни, расположенные между ребрами, контактирующи-ми с внутренней стенкой кожуха.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМо 185942, кл. Г 28 Р 7/10, 1964,718692 Составитель Т. ЮдинаТехред В. Серякова Корректор О. Данишева Редактор Л. Гольдина Заказ 1225/1 Изд,223 Тираж 698 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 5 2. Авторское свидетельство СССР388191, кл. Р 28 г 1/36, 1971.