RU2447386C2

RU2447386C2 - Device for heat transfer increase and method for this device manufacturing

Info

Publication number: RU2447386C2
Application number: RU2007139926/06A
Authority: RU
Inventors: Рональд Скотт БАНКЕР (US); Рональд Скотт БАНКЕР; Уэйн Чарльз ХАСЦ (US); Уэйн Чарльз ХАСЦ
Original assignee: Дженерал Электрик Компани
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2012-04-10
Also published as: RU2007139926A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: heat-transfer device contains a number of heat transfer walls, which are able to divide the first and the second fluid media. Heat transfer improvement system is envisaged at one or more heat transfer walls. Heat transfer improvement system includes variety of microparticles creating turbulence, which are fixed to one or more heat transfer walls using coupling medium.

EFFECT: improvement of heat transfer.

2 cl, 12 dwg

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Изобретение относится, в общем, к устройству теплопередачи и конкретнее к системе повышения теплопередачи для улучшения характеристик теплопередачи на различных поверхностях устройства теплопередачи.The invention relates, in general, to a heat transfer device, and more particularly, to a heat transfer enhancement system for improving heat transfer characteristics on various surfaces of a heat transfer device.

Устройство теплопередачи, такое как теплообменник, это устройство, которое переносит термическую энергию между горячей текучей средой и холодной текучей средой. Тепло проходит из горячей текучей среды к холодной текучей среде в устройстве теплопередачи через множество поверхностей теплопередачи, таких как трубы или панели. Теплообменники можно классифицировать в разнообразные типы, такие как тип параллельного течения, тип встречного течения, тип поперечного течения, тип одного прохода или тип многократного прохода. Теплообменники, используемые на заводах обработки текучих сред, например испарители сжиженного природного газа или ожижители природного газа, основываются на нескольких традиционных технологиях теплопередачи, чтобы повышать термическую эффективность или чтобы повышать другие характеристики теплопередачи между стороной технологической жидкости (например, сжиженным природным газом) и источником тепла или теплоотводной стороной теплообменника.A heat transfer device, such as a heat exchanger, is a device that transfers thermal energy between a hot fluid and a cold fluid. Heat passes from the hot fluid to the cold fluid in the heat transfer device through a plurality of heat transfer surfaces, such as pipes or panels. Heat exchangers can be classified into various types, such as parallel flow type, counter flow type, cross flow type, single pass type or multiple pass type. Heat exchangers used in fluid processing plants, such as liquefied natural gas vaporizers or natural gas liquefiers, rely on several traditional heat transfer technologies to increase thermal efficiency or to increase other heat transfer characteristics between the process fluid side (e.g. liquefied natural gas) and the heat source or the heat sink side of the heat exchanger.

Одна традиционная технология улучшения тепловой эффективности касается увеличения площади поверхностей теплопередачи. Увеличение площади поверхности может быть достигнуто посредством обеспечения множества ребер, выступов или углублений, например, на поверхностях теплопередачи, приводящих к увеличению суммарного потока тепла на единицу площади (базовой площади поверхности) устройства теплопередачи, получая в результате уменьшение размера и стоимости устройства теплопередачи или увеличение суммарной мощности устройства.One conventional technology for improving thermal efficiency is to increase the surface area of heat transfer. An increase in surface area can be achieved by providing multiple ribs, protrusions or recesses, for example, on heat transfer surfaces, leading to an increase in the total heat flux per unit area (base surface area) of the heat transfer device, resulting in a decrease in the size and cost of the heat transfer device or an increase in total device power.

Другой традиционной технологией улучшения термической эффективности является увеличение коэффициента теплопередачи, предусматривая турбулизаторы течения или перегородки на поверхностях теплопередачи. Однако обеспечение турбулизаторов течения или перегородок приводит к увеличенным потерям давления в устройстве теплопередачи.Another traditional technology for improving thermal efficiency is to increase the heat transfer coefficient by providing flow turbulators or baffles on the heat transfer surfaces. However, providing flow turbulators or baffles leads to increased pressure losses in the heat transfer device.

Таким образом, существует потребность в системе и способе увеличения термической эффективности в устройстве теплопередачи, в то же время поддерживая компактный размер и приемлемые потери давления.Thus, there is a need for a system and method for increasing thermal efficiency in a heat transfer device, while at the same time maintaining a compact size and acceptable pressure loss.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕSHORT DESCRIPTION

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения устройство теплопередачи включает, по меньшей мере, одну стенку теплопередачи, выполненную с возможностью разделения первой текучей среды и второй текучей среды. Система повышения теплопередачи предусмотрена на, по меньшей мере, одной стенке теплопередачи. Система повышения теплопередачи включает множество микротурбулизирующих частиц, которые прикреплены на, по меньшей мере, одну стенку теплопередачи или ее части, используя связывающую среду. Система повышения теплопередачи включает выбранное изменение размера частиц, или плотность распределения частиц, или расстояние между областями частиц, или их комбинацию.According to one embodiment of the present invention, the heat transfer device includes at least one heat transfer wall configured to separate the first fluid and the second fluid. A heat transfer enhancement system is provided on at least one heat transfer wall. The heat transfer enhancement system includes a plurality of microturbulent particles that are attached to at least one heat transfer wall or part thereof using a binding medium. The heat transfer enhancement system includes a selected change in particle size, or particle density, or distance between regions of particles, or a combination thereof.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения теплообменник природного газа включает, по меньшей мере, одну стенку теплопередачи, выполненную с возможностью разделения первой текучей среды и второй текучей среды, в котором первая текучая среда содержит технологическую текучую среду природного газа. Множество микротурбулизирующих частиц прикреплены на, по меньшей мере, одну стенку теплопередачи или ее части, используя связывающую среду.According to another embodiment of the present invention, a natural gas heat exchanger includes at least one heat transfer wall configured to separate a first fluid and a second fluid in which the first fluid contains a process gas of natural gas. A plurality of microturbulent particles are attached to at least one heat transfer wall or part thereof using a binding medium.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения способ производства устройства теплопередачи включает обеспечение, по меньшей мере, одной стенки теплопередачи, выполненной с возможностью разделения первой текучей среды и второй текучей среды. Система повышения теплопередачи предусмотрена на, по меньшей мере, одной стенке теплопередачи. Множество микротурбулизирующих частиц прикреплены на, по меньшей мере, одну стенку теплопередачи или ее части, используя связывающую среду.According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a heat transfer device comprises providing at least one heat transfer wall configured to separate a first fluid and a second fluid. A heat transfer enhancement system is provided on at least one heat transfer wall. A plurality of microturbulent particles are attached to at least one heat transfer wall or part thereof using a binding medium.

ЧЕРТЕЖИBLUEPRINTS

Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут лучше понятными при прочтении нижеследующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых идентичные позиции представляют одинаковые элементы на всех чертежах,These and other features, aspects and advantages of the present invention will become better understood when reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings, in which identical positions represent the same elements in all the drawings,

где фиг.1 - схематичный вид системы, имеющей устройство теплопередачи, например теплообменник сжиженного природного газа, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;where figure 1 is a schematic view of a system having a heat transfer device, for example a heat exchanger of liquefied natural gas, according to a variant implementation of the present invention;

фин.2 - вид в перспективе трубы теплообменника, имеющей систему повышения теплопередачи согласно варианту осуществления на фиг.1;fin.2 is a perspective view of a heat exchanger pipe having a heat transfer enhancement system according to the embodiment of FIG. 1;

фиг.3 - схематичный вид системы повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;3 is a schematic view of a heat transfer enhancing system according to an embodiment of the present invention;

фиг.4 - схематичный вид устройства теплопередачи, снабженного множеством ребер, имеющих систему повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;4 is a schematic view of a heat transfer device provided with a plurality of fins having a heat transfer enhancement system according to an embodiment of the present invention;

фиг.5 - вид в перспективе устройства теплопередачи, имеющего гофрированную панель, снабженную устройством повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;5 is a perspective view of a heat transfer device having a corrugated panel provided with a heat transfer enhancement device according to an embodiment of the present invention;

фиг.6 - схематичный вид системы повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;6 is a schematic view of a heat transfer enhancement system according to an embodiment of the present invention;

фиг.7 - схематичный вид системы повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;7 is a schematic view of a heat transfer enhancing system according to an embodiment of the present invention;

фиг.8 - схематичный вид системы повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;Fig. 8 is a schematic view of a heat transfer enhancing system according to an embodiment of the present invention;

фиг.9 - схематичный вид системы повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;FIG. 9 is a schematic view of a heat transfer enhancing system according to an embodiment of the present invention; FIG.

фиг.10 - график, представляющий изменение числа Рейнольдса для струи в зависимости от повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения;10 is a graph representing a change in Reynolds number for a jet as a function of increasing heat transfer according to an embodiment of the present invention;

фиг.11 - схематичный вид примерной технологии, используемой для обеспечения системы повышения теплопередачи на устройстве теплопередачи, например теплообменнике, согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и11 is a schematic view of an example technology used to provide a system for increasing heat transfer on a heat transfer device, such as a heat exchanger, according to an embodiment of the present invention; and

фиг.12 - схематичный вид примерной технологии, используемой для обеспечения системы повышения теплопередачи на устройстве теплопередачи, например промежуточном охладителе, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.12 is a schematic view of an example technology used to provide a heat transfer enhancement system on a heat transfer device, such as an intercooler, according to an embodiment of the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

Как подробно обсуждено ниже, варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают устройство теплопередачи, имеющее множество стенок теплопередачи, выполненных с возможностью разделения первой текучей среды и второй текучей среды. Система повышения теплопередачи согласно вариантам осуществления настоящего изобретения предусмотрена на одной или более стенках теплопередачи. Система повышения теплопередачи включает множество микротурбулизирующих частиц, прикрепленных на одну или более стенку теплопередачи, используя связывающую среду. Микротурбулизирующие частицы могут включать частицы, имеющие сферическую форму, или частицы других форм в зависимости от требования. Примерные технологии согласно вариантам осуществления настоящего изобретения используются для прикрепления микротурбулизирующих частиц беспорядочно или по заранее определенному рисунку на поверхности теплопередачи. В системе повышения теплопередачи применяются микротурбулизирующие частицы для повышения термической эффективности поверхностей теплопередачи, таких как, например, множество труб или панелей в теплообменнике сжиженного природного газа. Размер частиц, плотность распределения, расстояние и рисунок могут быть изменены, чтобы достигать желаемого повышения термической эффективности. "Плотность распределения микротурбулизирующих частиц" представляет собой среднее увеличение смоченной площади поверхности вследствие микротурбулизирующих частиц. В одном примере среднее увеличение составляет 50%. Микротурбулизирующие частицы действуют для повышения теплопередачи между первой текучей средой и второй текучей средой через стенки теплопередачи. Дополнительная потеря давления в устройстве теплопередачи минимальна. Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения обсуждаются ниже, ссылаясь, в общем, на фиг.1-12.As discussed in detail below, embodiments of the present invention provide a heat transfer device having a plurality of heat transfer walls configured to separate a first fluid and a second fluid. A heat transfer enhancement system according to embodiments of the present invention is provided on one or more heat transfer walls. The heat transfer enhancement system includes a plurality of microturbulent particles attached to one or more heat transfer walls using a binding medium. Microturbulent particles may include particles having a spherical shape, or particles of other shapes, depending on the requirement. Exemplary technologies according to embodiments of the present invention are used to attach microturbulent particles randomly or according to a predetermined pattern on a heat transfer surface. Microturbulent particles are used in the heat transfer enhancement system to increase the thermal efficiency of heat transfer surfaces, such as, for example, a plurality of pipes or panels in a liquefied natural gas heat exchanger. Particle size, distribution density, distance, and pattern can be changed to achieve the desired increase in thermal efficiency. A “microturbulent particle distribution density" is an average increase in wetted surface area due to microturbulent particles. In one example, the average increase is 50%. Microturbulent particles act to increase heat transfer between the first fluid and the second fluid through the heat transfer walls. Additional pressure loss in the heat transfer device is minimal. Specific embodiments of the present invention are discussed below with reference generally to FIGS. 1-12.

Ссылаясь на фиг.1, система 10 (например, система сжиженного природного газа (LNG)) проиллюстрирована согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В проиллюстрированном варианте осуществления система 10 является открытой полочной системой испарителя. Проиллюстрированная система 10 включает LNG насос 12, соединенный с LNG резервуаром 14. LNG насос 12 также соединен через трубопровод 16 с панелью (теплообменником) 18.Referring to FIG. 1, a system 10 (eg, a liquefied natural gas (LNG) system) is illustrated according to an embodiment of the present invention. In the illustrated embodiment, system 10 is an open shelf system of an evaporator. The illustrated system 10 includes an LNG pump 12 connected to an LNG reservoir 14. The LNG pump 12 is also connected through a conduit 16 to a panel (heat exchanger) 18.

Панель 18 включает множество труб 20 теплопередачи, расположенных близко друг к другу. LNG насос 12 выполнен с возможностью подачи первой текучей среды или технологической жидкости 19 (т.е. сжиженный природный газ) из LNG резервуара 14 к панели 18 через трубопровод 16. Вентиль 22 предусмотрен на трубопроводе 16 и выполнен с возможностью регулирования количества сжиженного природного газа, проходящего через трубопровод 16. Система 10 дополнительно включает другой насос 24, соединенный с приемным резервуаром 26. Насос 24 также соединен со сборником 28 через трубопровод 30. Насос 24 выполнен с возможностью подачи второй жидкости (т.е. морской воды) 32 из приемного резервуара 26 к сборнику 28 через трубопровод 30. Сборник 28 предусмотрен для распыления морской воды 32 на множество труб 20 панели 18. Теплая морская вода проходит вдоль внешних поверхностей труб 20, в то время как сжиженный природный газ проходит через трубы 20 и выпаривается. Панель 18 включает сторону 34 впуска, выполненную с возможностью принятия сжиженного природного газа 19, и сторону 36 выпуска, выполненную с возможностью отвода природного газа через подающий трубопровод 38. Сторона 34 впуска включает зону 40 испарения, и сторона 36 выпуска включает зону 42 нагрева. В системе 10 используется морская вода 32 при атмосферном давлении в качестве источника нагревания для испарения или нагревания низкотемпературных текучих сред (сжиженного природного газа) в газообразные состояния при атмосферных температурах. Сжиженный природный газ испаряется, используя морскую воду в зоне 40 испарения панели 18. Испаренный природный газ затем далее нагревается до более высокой температуры в зоне 42 нагрева, перед отводом через подающий трубопровод 38. В некоторых вариантах осуществления алюминиево-цинковый сплав наносится термическим напылением на панель 18, чтобы предохранить панель 18 от коррозии морской водой 32. Система 44 повышения теплопередачи согласно вариантам осуществления настоящего изобретения предусмотрена на множестве стенок 46 теплопередачи множества труб 20 панели 18. В некоторых вариантах осуществления система 44 повышения теплопередачи включает множество микротурбулизирующих металлических частиц, прикрепленных на одну или более стенку 46 теплопередачи труб 20, используя связывающую среду. Согласно вариантам осуществления «микротурбулизирующая частица» представляет собой одинарную микротурбулизирующую частицу или агломерацию одной или более одинарных частиц в одну комплексную микротурбулизирующую частицу, которая не позволяет потоку жидкости проникать внутрь агломерации. Следует также заметить, что «размер микротурбулизирующих частиц» представляет собой среднюю высоту или диаметр одинарной или агломерированной микротурбулизирующей частицы. «Расстояние между частицами» представляет собой локальное или областное среднее расстояние от центра одной частицы до центра смежной частицы, выраженное как отношение размера частиц.The panel 18 includes a plurality of heat transfer pipes 20 located close to each other. The LNG pump 12 is configured to supply a first fluid or process fluid 19 (i.e., liquefied natural gas) from the LNG reservoir 14 to the panel 18 through a pipe 16. A valve 22 is provided on the pipe 16 and is configured to control the amount of the liquefied natural gas, passing through the pipeline 16. The system 10 further includes another pump 24 connected to the receiving tank 26. The pump 24 is also connected to the collector 28 through the pipeline 30. The pump 24 is configured to supply a second liquid (i.e. sea water s) 32 from a receiving tank 26 to a collector 28 through a pipe 30. A collector 28 is provided for spraying sea water 32 into a plurality of pipes 20 of the panel 18. Warm sea water flows along the outer surfaces of the pipes 20, while liquefied natural gas passes through the pipes 20 and evaporates. The panel 18 includes an inlet side 34 configured to receive liquefied natural gas 19, and an exhaust side 36 configured to discharge natural gas through the supply pipe 38. The inlet side 34 includes an evaporation zone 40, and the exhaust side 36 includes a heating zone 42. The system 10 uses seawater 32 at atmospheric pressure as a heating source for vaporizing or heating low-temperature fluids (liquefied natural gas) to gaseous states at atmospheric temperatures. The liquefied natural gas is vaporized using seawater in the evaporation zone 40 of the panel 18. The vaporized natural gas is then further heated to a higher temperature in the heating zone 42 before being discharged through the supply pipe 38. In some embodiments, an aluminum-zinc alloy is thermally sprayed onto the panel 18 to protect the panel 18 from corrosion by sea water 32. A heat transfer enhancement system 44 according to embodiments of the present invention is provided on a plurality of heat transfer walls 46 pipe 20 of panel 18. In some embodiments, the heat transfer enhancement system 44 includes a plurality of microturbulent metal particles attached to one or more heat transfer walls 46 of the pipes 20 using a bonding medium. In embodiments, a “microturbulence particle” is a single microturbulence particle or an agglomeration of one or more single particles into one complex microturbulence particle that does not allow fluid flow to enter the agglomeration. It should also be noted that “microturbulent particle size” is the average height or diameter of a single or agglomerated microturbulent particle. “Particle distance” is the local or regional average distance from the center of one particle to the center of an adjacent particle, expressed as the ratio of particle size.

В альтернативных вариантах осуществления панель 18 может включать множество панелей, расположенных параллельными рядами. Теплая морская вода проходит вдоль внешних поверхностей панелей, в то время как сжиженный природный газ проходит через панели и выпаривается. Хотя проиллюстрирован LNG испаритель, в некоторых других вариантах осуществления система 44 повышения теплопередачи может также применяться к ожижителям, промежуточным охладителям, электрическим и электронным устройствам управления теплом или им подобным, где требуются повышенные скорости теплопередачи. Аналогично, в некоторых других вариантах осуществления система 44 может применяться к различным типам теплообменников, таких как тип параллельного течения, тип встречного течения, тип поперечного течения, и теплообменникам типа комбинированного течения. Турбулизация согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может применяться для того, чтобы подвергать обработке многообразие компонентов, включающих обкладки камер сгорания, колпаки камер сгорания, крылья или лопасти или кожухи газовых турбин. Приведенные в пример технологии турбулизации могут также быть использованы для того, чтобы подвергать обработке площади контроля зазора кожуха, включающие фланцы, обшивки и ободы. Микротурбулизирующие частицы увеличивают площадь поверхности и коэффициент теплопередачи стенок 46 теплопередачи, что приводит в результате к увеличенным скоростям теплопередачи и сокращенным относительным потерям давления по сравнению с другими способами интенсификации. Обработка стенок теплопередачи может быть выполнена на заказ в зависимости от требования и других уровней желаемого термического повышения. Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения обсуждаются ниже, ссылаясь, в общем, на фиг.1-12.In alternative embodiments, panel 18 may include a plurality of panels arranged in parallel rows. Warm seawater flows along the outer surfaces of the panels, while liquefied natural gas passes through the panels and evaporates. Although an LNG evaporator is illustrated, in some other embodiments, the heat transfer enhancement system 44 may also be applied to liquefiers, intercoolers, electrical and electronic heat control devices, or the like, where increased heat transfer rates are required. Similarly, in some other embodiments, system 44 can be applied to various types of heat exchangers, such as parallel flow type, counter flow type, cross flow type, and combined flow type heat exchangers. Turbulization according to embodiments of the present invention can be used to process a variety of components, including the lining of the combustion chambers, caps of the combustion chambers, wings or blades or casings of gas turbines. The turbulization techniques cited as an example can also be used to subject the casing clearance control areas, including flanges, linings, and rims, to treatment. Microturbulent particles increase the surface area and heat transfer coefficient of the heat transfer walls 46, resulting in increased heat transfer rates and reduced relative pressure losses compared to other intensification methods. Processing of the heat transfer walls can be custom-made depending on the requirement and other levels of the desired thermal increase. Specific embodiments of the present invention are discussed below with reference generally to FIGS. 1-12.

Ссылаясь на фиг.2, проиллюстрирована труба 20 теплопередачи согласно аспектам на фиг.1. В проиллюстрированном варианте осуществления система 44 повышения теплопередачи предусмотрена на внешней поверхности 41 и внутренней поверхности 43 стенки 46 теплопередачи трубы 20. Как описано выше, система 44 включает множество микротурбулизирующих частиц, прикрепленных на поверхности 41, 43 трубы 20, используя связывающую среду. В некоторых вариантах осуществления множество микротурбулизирующих частиц может включать никель, алюминий, кремний или железо, или их сплав, или комбинацию, включающую любое из вышеприведенного. Связывающая среда может включать эпоксидную смолу, или металлическую фольгу, или мягкий припой, или твердый припой, или свариваемый материал, или их комбинацию. Следует заметить, что перечень материалов микротурбулизирующих частиц и связывающей среды не является исчерпывающим, и другие металлические материалы или металлические сплавы, пригодные для повышения характеристик теплопередачи, также могут рассматриваться. Количество и тип связывающего вещества, в общем, гарантируют достаточную прочность прилипания микротурбулизирующих частиц на стенку теплопередачи в системе 44.Referring to FIG. 2, a heat transfer pipe 20 is illustrated in accordance with aspects of FIG. 1. In the illustrated embodiment, a heat transfer enhancement system 44 is provided on the outer surface 41 and inner surface 43 of the heat transfer wall 46 of the pipe 20. As described above, the system 44 includes a plurality of microturbulence particles attached to the surface 41, 43 of the pipe 20 using a bonding medium. In some embodiments, the plurality of microturbulent particles may include nickel, aluminum, silicon or iron, or an alloy thereof, or a combination comprising any of the foregoing. The bonding medium may include epoxy resin, or metal foil, or soft solder, or hard solder, or weldable material, or a combination thereof. It should be noted that the list of materials of microturbulent particles and a binding medium is not exhaustive, and other metal materials or metal alloys suitable for enhancing heat transfer characteristics can also be considered. The amount and type of binder, in General, guarantee sufficient adhesion strength of microturbulent particles to the heat transfer wall in the system 44.

В проиллюстрированном варианте осуществления микротурбулизирующие частицы нанесены беспорядочно на поверхности 41, 43 трубы 20. В некоторых других вариантах осуществления микротурбулизирующие частицы могут быть беспорядочно или частично предусмотрены на стенках теплопередачи зоны испарения и зоны нагрева панели. В некоторых других вариантах осуществления микротурбулизирующие частицы равномерно прикреплены на одну или более стенку теплопередачи труб 20. В некоторых других вариантах осуществления микротурбулизирующие частицы прикреплены по заранее определенному рисунку на одну или более стенку теплопередачи труб 20. Обеспечение микротурбулизирующих частиц может быть изменено в разных зонах теплообменника в зависимости от термического потенциала зон. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения увеличение теплопередачи в значительной степени обусловлено увеличенной площадью микротурбулизирующей поверхности трубы. Микротурбулизирующие частицы могут также увеличивать теплопередачу посредством модифицирования характеристик течения текучей среды, такого как от ламинарного течения до турбулентного течения вдоль поверхностей теплопередачи. Следует заметить, что прохождение текучей среды вдоль поверхности теплопередачи, имеющей повышенные характеристики теплопередачи, могут включать прохождение текучей среды канального типа и течение текучей среды сталкивающегося типа.In the illustrated embodiment, the microturbulent particles are randomly deposited on the surface 41, 43 of the pipe 20. In some other embodiments, the microturbulent particles can be randomly or partially provided on the heat transfer walls of the evaporation zone and the panel heating zone. In some other embodiments, microturbulence particles are evenly attached to one or more heat transfer walls of pipes 20. In some other embodiments, microturbulence particles are attached according to a predetermined pattern to one or more heat transfer walls of pipes 20. The provision of microturbulence particles can be changed in different areas of the heat exchanger in depending on the thermal potential of the zones. According to embodiments of the present invention, the increase in heat transfer is largely due to the increased area of the microturbulent surface of the pipe. Microturbulent particles can also increase heat transfer by modifying the flow characteristics of a fluid, such as from a laminar flow to a turbulent flow along heat transfer surfaces. It should be noted that the passage of a fluid along a heat transfer surface having improved heat transfer characteristics may include passage of a channel type fluid and a flow of a colliding type fluid.

Ссылаясь на фиг.3, проиллюстрирована система 44 повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Система 44 включает множество выпуклостей 48, предусмотренных по заранее определенному рисунку на стенке 46 теплопередачи трубы теплопередачи. Множество выпуклостей вместе определяет «турбулизацию», которая проявляется как шероховатая поверхность, которая является эффективной, чтобы увеличивать теплопередачу сквозь стенку 46 теплопередачи. Даже если выпуклости показаны имеющими приблизительно сферическую форму, другие формы могут также быть рассмотрены, чтобы соответствовать желаемой шероховатости и характеристикам площади поверхности, и, таким образом, получать желаемое повышение теплопередачи. В проиллюстрированном варианте осуществления выпуклости 48 предусмотрены вдоль трех рядов 50, 52, 54 и четырех столбцов 56, 58, 60 и 62 на стенке 46 теплопередачи. В некоторых образцах высота «h» каждой выпуклости 48 составляет 9 мил (0,009 дюйма). Следует заметить, что значение высоты h не следует толковать как ограничивающее значение, и может изменяться в зависимости от требования теплопередачи. Каждая выпуклость 48 включает одну или более микротурбулизирующих частиц, тесно скомпонованных вместе. Выпуклости 48 прикреплены на поверхности 46 теплопередачи, используя связывающую среду. Следует вновь заметить, что проиллюстрированный образец является просто приведенным в пример вариантом осуществления, и что размер частиц, плотность распределения, расстояние и рисунок могут быть изменены, чтобы достигать желаемого термического повышения. Размер частиц определяется на основании желаемой степени шероховатости поверхности и площади поверхности, которая будет обеспечена выпуклостями. Микротурбулизирующие частицы обеспечивают повышенную теплопередачу между первой текучей средой и второй текучей средой через стенки 46 теплопередачи. Дополнительная потеря давления в устройстве теплопередачи является минимальной относительно отсутствия такой системы 44.Referring to FIG. 3, a heat transfer enhancement system 44 according to an embodiment of the present invention is illustrated. System 44 includes a plurality of bumps 48 provided according to a predetermined pattern on the heat transfer wall 46 of the heat transfer pipe. A plurality of bulges together defines “turbulization”, which manifests itself as a rough surface that is effective to increase heat transfer through the heat transfer wall 46. Even if the bulges are shown to be approximately spherical in shape, other shapes can also be considered to match the desired roughness and surface area characteristics, and thereby obtain the desired increase in heat transfer. In the illustrated embodiment, the bulges 48 are provided along three rows 50, 52, 54 and four columns 56, 58, 60 and 62 on the heat transfer wall 46. In some samples, the height "h" of each bulge 48 is 9 mils (0.009 inches). It should be noted that the value of the height h should not be interpreted as a limiting value, and may vary depending on the heat transfer requirement. Each bulge 48 includes one or more microturbulent particles closely arranged together. The bumps 48 are attached to the heat transfer surface 46 using a binding medium. It should again be noted that the illustrated sample is simply an exemplary embodiment, and that the particle size, distribution density, distance, and pattern can be varied to achieve the desired thermal increase. Particle size is determined based on the desired degree of surface roughness and surface area to be provided by the bulges. Microturbulent particles provide increased heat transfer between the first fluid and the second fluid through the heat transfer walls 46. An additional pressure loss in the heat transfer device is minimal with respect to the absence of such a system 44.

Согласно вариантам осуществления рисунок может включать заранее определенные ограничения на относительный размер/ расстояние между микротурбулизирующими частицами, нанесенными на стенку 46 теплопередачи. В некоторых вариантах осуществления, если средняя высота микротурбулизирующей частицы изображена как «Н», и средний диаметр микротурбулизирующих частиц изображен как «D», тогда расстояние между взаимно смежными микротурбулизирующими частицами может быть в диапазоне от 2 до 8 средних диаметров (D). В некоторых экземплярах высота (Н) микротурбулизирующих частиц может быть в диапазоне от 1 до 6 средних диаметров (D) микротурбулизирующей частицы.According to embodiments, the pattern may include predetermined restrictions on the relative size / distance between the microturbulent particles deposited on the heat transfer wall 46. In some embodiments, if the average height of the microturbulent particles is depicted as “H” and the average diameter of the microturbulence particles is depicted as “D”, then the distance between the mutually adjacent microturbulence particles can be in the range of 2 to 8 average diameters (D). In some instances, the height (H) of the microturbulent particles may be in the range of 1 to 6 average diameters (D) of the microturbulence particle.

Ссылаясь на фиг.4, проиллюстрирован вариант осуществления прессованной трубы 64 теплопередачи открытого полочного испарителя. В проиллюстрированном варианте осуществления труба 64 теплопередачи является прессованной трубой, имеющей множество ребер 66, предусмотренных на внешней поверхности 68 стенки 70 теплопередачи. Ребра 66 могут включать ребра ровного типа, или ребра перфорированного типа, или ребра типа «елочки», или ребра зубчатого типа, или их комбинацию. Система 44 повышения теплопередачи согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения предусмотрена на множестве ребер 66, предусмотренных на внешней поверхности 68 стенки 70 теплопередачи. Система 44 повышения теплопередачи включает множество микротурбулизирующих частиц, прикрепленных на множество ребер 66, используя связывающую среду. Микротурбулизирующие частицы и связывающая среда наносятся на ребра 66, используя такие технологии, как напыление, или шламовая окраска, или газопламенное напыление, или погружение, или их комбинацию. В некоторых случаях связывающее вещество может быть термически выдержано, чтобы реализовывать прочность связи (например, мягкий припой, твердый припой). Микротурбулизирующие частицы увеличивают микротурбулизируемую площадь поверхности и коэффициент теплопередачи стенки 70 теплопередачи, что имеет результатом повышенные скорости теплопередачи и сокращенные относительные потери давления.Referring to FIG. 4, an embodiment of an extruded heat transfer pipe 64 of an open shelf evaporator is illustrated. In the illustrated embodiment, the heat transfer pipe 64 is an extruded pipe having a plurality of ribs 66 provided on the outer surface 68 of the heat transfer wall 70. The ribs 66 may include ribs of a flat type, or ribs of a perforated type, or ribs of the herringbone type, or ribs of a gear type, or a combination thereof. A heat transfer enhancement system 44 according to some embodiments of the present invention is provided on a plurality of fins 66 provided on an outer surface 68 of a heat transfer wall 70. The heat transfer enhancement system 44 includes a plurality of microturbulating particles attached to a plurality of ribs 66 using a bonding medium. Microturbulent particles and a binding medium are applied to the ribs 66 using techniques such as spraying, or slurry coloring, or flame spraying, or immersion, or a combination thereof. In some cases, the binder may be thermally aged to realize bond strength (e.g., soft solder, hard solder). Microturbulent particles increase the microturbulent surface area and heat transfer coefficient of the heat transfer wall 70, which results in increased heat transfer rates and reduced relative pressure losses.

Фиг.5 представляет собой вид в перспективе устройства 76 теплопередачи (теплообменник) согласно другим аспектам настоящего изобретения. Устройство 76 теплопередачи включает гофрированную панель 78, в которой технологическая текучая среда и нагревательная/охлаждающая текучая среда проходят в альтернативных каналах 80, 82 соответственно. Система 44 повышения теплопередачи согласно аспектам настоящего изобретения предусмотрена и включает множество микротурбулизирующих частиц 79, прикрепленных на одну сторону или обе стороны гофрированной панели 78, используя связывающую среду. Микротурбулизирующие частицы 79 и связывающая среда наносятся на гофрированную панель 78, используя такие технологии, как напыление, или шлам, или погружение, или разбрызгивание, или газопламенное напыление, или нанесение покрытия валком, или комбинацию этого, и затем подвергаются термообработке, чтобы выполнять отверждение. Микротурбулизирующие частицы 79 увеличивают микротурбулизируемую площадь поверхности и коэффициент теплопередачи гофрированной панели 78, что приводит в результате к повышенным скоростям теплопередачи и сокращенным относительным потерям давления. Здесь вновь следует заметить, что проиллюстрированный образец является просто примерным вариантом осуществления, и что размер частиц, расстояние и рисунок могут быть изменены, чтобы достигать желаемого термического повышения.5 is a perspective view of a heat transfer device 76 (heat exchanger) according to other aspects of the present invention. The heat transfer device 76 includes a corrugated panel 78 in which the process fluid and heating / cooling fluid pass through alternative channels 80, 82, respectively. A heat transfer enhancement system 44 according to aspects of the present invention is provided and includes a plurality of microturbulent particles 79 attached to one side or both sides of the corrugated panel 78 using a bonding medium. Microturbulent particles 79 and a binding medium are applied to the corrugated panel 78 using techniques such as sputtering, or sludge, or dipping, or spraying, or flame spraying, or roller coating, or a combination thereof, and then heat treated to cure. Microturbulent particles 79 increase the microturbulent surface area and heat transfer coefficient of the corrugated panel 78, resulting in increased heat transfer rates and reduced relative pressure losses. Here again, it should be noted that the illustrated sample is merely an exemplary embodiment, and that the particle size, distance and pattern can be changed to achieve the desired thermal increase.

Ссылаясь на фиг.6, проиллюстрирована система 44 повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В проиллюстрированном варианте осуществления направление потока технологической текучей среды и/или нагревательной/охлаждающей текучей среды указано стрелкой 81 по отношению к плоской пластине 83 теплопередачи. Пластина 83 теплопередачи включает область 85 впуска, среднюю область 89 и область 93 выхода.Referring to FIG. 6, a heat transfer enhancement system 44 according to an embodiment of the present invention is illustrated. In the illustrated embodiment, the flow direction of the process fluid and / or heating / cooling fluid is indicated by arrow 81 with respect to the flat heat transfer plate 83. The heat transfer plate 83 includes an inlet region 85, a middle region 89, and an outlet region 93.

Система 44 включает множество микротурбулизирующих частиц 79, прикрепленных на одну сторону или обе стороны пластины 83 теплопередачи, используя связывающую среду. В проиллюстрированном варианте осуществления распределение микротурбулизирующих частиц сконцентрировано в области 85 впуска и средней области 89. Область 93 выхода пластины 83 поддерживается гладкой. Микротурбулизирующие частицы 79 тесно скомпонованы вместе в области 85 впуска, тогда как расстояние между микротурбулизирующими частицами больше в средней области 89. Микротурбулизирующие частицы 79 увеличивают микротурбулизируемую площадь поверхности и коэффициент теплопередачи пластины 83 теплопередачи, что приводит в результате к повышенным скоростям теплопередачи и сокращенным относительным потерям давления.System 44 includes a plurality of microturbulent particles 79 attached to one side or both sides of a heat transfer plate 83 using a bonding medium. In the illustrated embodiment, the distribution of microturbulent particles is concentrated in the inlet region 85 and the middle region 89. The exit region 93 of the plate 83 is kept smooth. The microturbulent particles 79 are closely arranged together in the inlet region 85, while the distance between the microturbulent particles is larger in the middle region 89. The microturbulent particles 79 increase the microturbulent surface area and heat transfer coefficient of the heat transfer plate 83, resulting in increased heat transfer rates and reduced relative pressure losses .

Ссылаясь на фиг.7, проиллюстрирована система 44 повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как обсуждено в предыдущем варианте осуществления, пластина 83 теплопередачи включает область 85 впуска, среднюю область 89 и область 93 выхода. Система 44 включает множество микротурбулизирующих частиц 79, прикрепленных на одну сторону или обе стороны пластины 83 теплопередачи, используя связывающую среду. В проиллюстрированном варианте осуществления распределение микротурбулизирующих частиц сконцентрировано в области 85 впуска и средней области 89. Область 93 выхода пластины 83 поддерживается гладкой. В проиллюстрированном варианте осуществления размер микротурбулизирующих частиц 79 в области 85 впуска больше, чем размер частиц в средней области 89.Referring to FIG. 7, a heat transfer enhancement system 44 according to an embodiment of the present invention is illustrated. As discussed in the previous embodiment, the heat transfer plate 83 includes an inlet region 85, a middle region 89, and an exit region 93. System 44 includes a plurality of microturbulent particles 79 attached to one side or both sides of a heat transfer plate 83 using a bonding medium. In the illustrated embodiment, the distribution of microturbulent particles is concentrated in the inlet region 85 and the middle region 89. The exit region 93 of the plate 83 is kept smooth. In the illustrated embodiment, the size of the microturbulent particles 79 in the inlet region 85 is larger than the particle size in the middle region 89.

Ссылаясь на фиг.8, проиллюстрирована система 44 повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В проиллюстрированном варианте осуществления пластина 83 теплопередачи включает область 85 впуска, среднюю область 89 и область 93 выхода. Система 44 включает множество микротурбулизирующих частиц 79, прикрепленных на одну сторону или обе стороны пластины 83 теплопередачи, используя связывающую среду. В проиллюстрированном варианте осуществления распределение микротурбулизирующих частиц сконцентрировано в области 85 впуска и области 93 выхода. Средняя область 87 поддерживается гладкой. В проиллюстрированном варианте осуществления размер микротурбулизирующих частиц 79 в области 85 впуска больше, чем размер частиц в области 93 выхода. Плотность распределения частиц в области 93 выхода больше, чем плотность распределения в области 85 впуска (т.е. микротурбулизирующие частицы 79 тесно скомпонованы в области 93 выхода, тогда как расстояние между микротурбулизирующими частицами в области 85 впуска больше). Плотность распределения частиц также характеризуется формами частиц, или размерами агломераций, или размером, или их комбинацией, и созданием смоченной площади поверхности/турбулизации течения.Referring to FIG. 8, a heat transfer enhancement system 44 according to an embodiment of the present invention is illustrated. In the illustrated embodiment, the heat transfer plate 83 includes an inlet region 85, a middle region 89, and an exit region 93. System 44 includes a plurality of microturbulent particles 79 attached to one side or both sides of a heat transfer plate 83 using a bonding medium. In the illustrated embodiment, the distribution of microturbulent particles is concentrated in the inlet region 85 and the outlet region 93. The middle region 87 is kept smooth. In the illustrated embodiment, the size of the microturbulent particles 79 in the inlet region 85 is larger than the particle size in the outlet region 93. The particle distribution density in the exit region 93 is greater than the distribution density in the inlet region 85 (i.e., the microturbulent particles 79 are closely arranged in the exit region 93, while the distance between the microturbulence particles in the inlet region 85 is greater). Particle distribution density is also characterized by particle shapes, or agglomeration sizes, or size, or a combination thereof, and the creation of a moistened surface area / flow turbulence.

Ссылаясь на фиг.9, проиллюстрирована система 44 повышения теплопередачи согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В проиллюстрированном варианте осуществления пластина 83 теплопередачи включает верхнюю область 95, промежуточную область 97 и нижнюю область 99. Система 44 включает множество микротурбулизирующих частиц 79, прикрепленных на одну или обе стороны пластины 83 теплопередачи, используя связывающую среду. В проиллюстрированном варианте осуществления распределение микротурбулизирующих частиц сконцентрировано в верхней области 85 и нижней области 99. Промежуточная область 97 поддерживается гладкой. В проиллюстрированном варианте осуществления размер микротурбулизирующих частиц 79 в области 85 впуска больше, чем размер частиц в области 93 выхода. Следует заметить, что в проиллюстрированном варианте осуществления и предыдущих вариантах осуществления, хотя проиллюстрирована имеющая плоскую форму пластина 83 теплопередачи, система 44 также является пригодной для других поверхностей, включающих трехмерные, искривленные, вогнутые, выпуклые, многократно искривленные, пересечения или их комбинации. Следует заметить, что вышеописанные варианты осуществления могут быть выбраны в зависимости от типа используемого устройства теплопередачи и также термодинамического распределения.Referring to FIG. 9, a heat transfer enhancement system 44 according to an embodiment of the present invention is illustrated. In the illustrated embodiment, the heat transfer plate 83 includes an upper region 95, an intermediate region 97, and a lower region 99. The system 44 includes a plurality of microturbulent particles 79 attached to one or both sides of the heat transfer plate 83 using a binding medium. In the illustrated embodiment, the distribution of microturbulent particles is concentrated in the upper region 85 and the lower region 99. The intermediate region 97 is maintained smooth. In the illustrated embodiment, the size of the microturbulent particles 79 in the inlet region 85 is larger than the particle size in the outlet region 93. It should be noted that in the illustrated embodiment and previous embodiments, although the heat-transfer plate 83 having a flat shape is illustrated, the system 44 is also suitable for other surfaces including three-dimensional, curved, concave, convex, repeatedly curved, intersections, or combinations thereof. It should be noted that the above described embodiments may be selected depending on the type of heat transfer device used and also the thermodynamic distribution.

Ссылаясь на фиг.10, проиллюстрирован график, представляющий собой изменение числа Рейнольдса для струи текучей среды (ось абсцисс) в зависимости от повышения теплопередачи (ось ординат) для сталкивающегося типа течения текучей среды согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как известно специалистам в данной области техники, число Рейнольдса - это отношение сил инерции к силам вязкого сопротивления и используется для определения, будет ли течение ламинарным или турбулентным. Повышение теплопередачи - это отношение коэффициента теплопередачи для микротурбулизируемой поверхности к коэффициенту теплопередачи для гладкой поверхности.Referring to FIG. 10, a graph illustrating a change in the Reynolds number for a fluid jet (abscissa axis) versus increased heat transfer (ordinate axis) for a colliding type of fluid flow according to an embodiment of the present invention is illustrated. As is known to those skilled in the art, the Reynolds number is the ratio of the inertia forces to the forces of viscous resistance and is used to determine if the flow will be laminar or turbulent. The increase in heat transfer is the ratio of the heat transfer coefficient for a microturbulated surface to the heat transfer coefficient for a smooth surface.

Проиллюстрированный график показывает изменение числа Рейнольдса для струи в зависимости от повышения теплопередачи для двух стенок теплопередачи, имеющих разные поверхностные шероховатости. Кривая 84 представляет собой изменение числа Рейнольдса для струи в зависимости от повышения теплопередачи для стенки теплопередачи, имеющей среднюю поверхностную шероховатость (Ra), равную 0,35 мил (т.е. 0,00035 дюйма). Кривая 86 представляет собой изменение числа Рейнольдса для струи в зависимости от повышения теплопередачи для стенки теплопередачи, имеющей среднюю поверхностную шероховатость (Ra), равную 1,14 мил (0,00114 дюйма). Можно наблюдать, что скорость теплопередачи поперек стенок теплопередачи увеличивается с увеличением средней поверхностной шероховатости. Проиллюстрированный график является просто примерным вариантом осуществления, и изменение числа Рейнольдса для струи в зависимости от повышения теплопередачи может изменяться в зависимости от размера частиц, расстояния и рисунка, нанесенного, чтобы достигать желаемого термического повышения. В некоторых вариантах осуществления значения средней поверхностной шероховатости обычно от 7 до 12 раз меньше, чем фактический размер частиц для поверхностей с беспорядочным нанесением, и зависят от расстояния между частицами для поверхностей с не беспорядочным нанесением.The illustrated graph shows the change in the Reynolds number for the jet depending on the increase in heat transfer for two heat transfer walls having different surface roughnesses. Curve 84 represents the change in Reynolds number for the jet as a function of the increase in heat transfer for a heat transfer wall having an average surface roughness (Ra) of 0.35 mils (i.e., 0.00035 inches). Curve 86 represents the change in Reynolds number for the jet as a function of increasing heat transfer for a heat transfer wall having an average surface roughness (Ra) of 1.14 mils (0.00114 inches). It can be observed that the heat transfer rate across the heat transfer walls increases with an increase in average surface roughness. The illustrated graph is merely an exemplary embodiment, and the change in the Reynolds number for the jet depending on the increase in heat transfer can vary depending on the particle size, distance and pattern applied to achieve the desired thermal increase. In some embodiments, the implementation of the average surface roughness is usually from 7 to 12 times less than the actual particle size for surfaces with random application, and depend on the distance between the particles for surfaces with non-random application.

Ссылаясь на фиг.11, используется технология для того, чтобы предусматривать систему повышения теплопередачи на устройстве теплопередачи, например теплообменнике, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Проиллюстрированная примерная технология касается напыления связывающей среды на трубу 88 теплопередачи теплообменника. Связывающая среда может включать эпоксидную смолу, или металлическую фольгу, или мягкий припой, или твердый припой, или свариваемый материал, или их комбинацию. Микротурбулизирующие частицы 87 напыляются над связывающей средой, нанесенной на трубу 88 теплопередачи. Следует заметить, что другие технологии нанесения микротурбулизирующих частиц над связывающей средой, нанесенной на трубу 88 теплопередачи, также рассматриваются. Микротурбулизирующие частицы 87 прикреплены беспорядочно или по заранее определенному рисунку на поверхности теплопередачи трубы 88 теплопередачи. Множество микротурбулизирующих частиц может включать никель, или кобальт, или алюминий, или кремний, или железо, или медь, или их комбинацию. Размер частиц, расстояние и рисунок также могут быть изменены, чтобы достигать желаемого термического повышения. В некоторых вариантах осуществления труба 88 теплопередачи может вращаться для нанесения микротурбулизирующих частиц 87 над связывающей средой, нанесенной на трубу 88 теплопередачи. В некоторых других вариантах осуществления микротурбулизирующие частицы 87 могут быть нанесены с разных углов над связывающей средой, нанесенной на трубу 88 теплопередачи. Труба 88 теплопередачи затем проходит через печь 90 для термообработки, чтобы отвердить микротурбулизирующие частицы 87.Referring to FIG. 11, technology is used to provide a system for increasing heat transfer on a heat transfer device, such as a heat exchanger, according to an embodiment of the present invention. The illustrated exemplary technology relates to spraying a binding medium onto a heat transfer pipe 88 of a heat exchanger. The bonding medium may include epoxy resin, or metal foil, or soft solder, or hard solder, or weldable material, or a combination thereof. Microturbulent particles 87 are sprayed over a bonding medium deposited on the heat transfer pipe 88. It should be noted that other technologies for applying microturbulent particles over the bonding medium deposited on the heat transfer pipe 88 are also contemplated. Microturbulent particles 87 are attached randomly or according to a predetermined pattern on the heat transfer surface of the heat transfer pipe 88. Many microturbulent particles may include nickel, or cobalt, or aluminum, or silicon, or iron, or copper, or a combination thereof. Particle size, distance, and pattern can also be changed to achieve the desired thermal increase. In some embodiments, the heat transfer pipe 88 may rotate to deposit microturbulent particles 87 over a bonding medium deposited on the heat transfer pipe 88. In some other embodiments, microturbulent particles 87 can be applied from different angles above the bonding medium applied to the heat transfer pipe 88. The heat transfer pipe 88 then passes through a heat treatment furnace 90 to cure the microturbulent particles 87.

На фиг.12 проиллюстрирована технология, используемая для обеспечения системы повышения теплопередачи на устройстве 94 теплопередачи, например промежуточном охладителе, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Эта технология касается напыления или нанесения связывающей среды 91, такой как тонкий слой эпоксидной смолы высокой проводимости на поверхность 92 теплопередачи промежуточного охладителя 94. Как описано в предыдущих вариантах осуществления, множество микротурбулизирующих частиц 96 напыляется беспорядочно или по заранее определенному рисунку над связывающей средой, нанесенной на поверхность 92 теплопередачи промежуточного охладителя 94. Затем микротурбулизирующие частицы 96 могут быть термообработаны для отверждения. В некоторых других вариантах осуществления связывающая среда, такая как алюминиевая фольга или фольга припоя, наносится на поверхность 92 теплопередачи промежуточного охладителя. Затем множество микротурбулизирующих частиц 96 напыляется беспорядочно или по заранее определенному рисунку над алюминиевой фольгой или фольгой припоя, нанесенной на поверхность 92 теплопередачи. Фольга и частицы затем термообрабатываются, чтобы прикрепить частицы на поверхность 92 теплопередачи. В некоторых других вариантах осуществления связывающая среда, такая как сплав твердого припоя, может быть использована для покрытия погружением поверхности теплопередачи 92 промежуточного охладителя 94. Затем множество микротурбулизирующих частиц 96 напыляются беспорядочно или по заранее определенному рисунку над сплавом твердого припоя, нанесенного на поверхность 92 теплопередачи. Сплав твердого припоя и частицы затем термообрабатываются, чтобы прикрепить частицы на поверхность 92 теплопередачи.12 illustrates a technique used to provide a heat transfer enhancement system on a heat transfer device 94, such as an intercooler, according to an embodiment of the present invention. This technology involves spraying or applying a binding medium 91, such as a thin layer of high conductivity epoxy resin onto the heat transfer surface 92 of the intercooler 94. As described in previous embodiments, a plurality of microturbulent particles 96 are sprayed randomly or in a predetermined pattern over the binding medium deposited on the heat transfer surface 92 of the intercooler 94. The microturbulent particles 96 can then be heat treated to cure. In some other embodiments, a bonding medium, such as aluminum foil or solder foil, is applied to the heat transfer surface 92 of the intercooler. Then, a plurality of microturbulent particles 96 are sprayed randomly or according to a predetermined pattern over an aluminum foil or a solder foil deposited on the heat transfer surface 92. The foil and particles are then heat treated to adhere the particles to the heat transfer surface 92. In some other embodiments, a bonding medium, such as a brazing alloy, can be used to immerse the heat transfer surface 92 of the intercooler 94. Then, a plurality of microturbulating particles 96 are sprayed randomly or in a predetermined pattern over the brazing alloy deposited on the heat transfer surface 92. The solder alloy and particles are then heat treated to adhere particles to the heat transfer surface 92.

В некоторых вариантах осуществления примерной технологии связывающая среда и микротурбулизирующие частицы наносятся одновременно на поверхность 92 теплопередачи и затем термообрабатываются, чтобы прикрепить связывающую среду и частицы на поверхность теплопередачи. Нанесение связывающей среды и микротурбулизирующих частиц может быть выполнено такими технологиями, как напыление, или трафаретная печать, или нанесение покрытия с помощью валка, или их комбинацией. Нанесение рисунка связывающей среды на поверхность теплопередачи может быть выполнено через шаблон с нанесенным рисунком, или трафаретной печатью, или нанесение покрытия с помощью валка, или их комбинацией. В некоторых вариантах осуществления микротурбулизирующие частицы нанесены рисунком на поверхность 92 теплопередачи через трафарет посредством техники трафаретной печати. Альтернативно или дополнительно связывающая среда наносится через трафарет на поверхность теплопередачи. Устранение трафарета имеет результатом заранее определенный рисунок, сформированный на поверхности теплопередачи. Рисунок согласно аспектам настоящего изобретения может быть определен как множество «кластеров» частиц (одна или более частиц), где кластеры, в общем, разведены друг от друга с шагом, соответствующим расстоянию отверстий в трафарете. Излишек частиц убирается, имея результатом желаемый рисунок частиц. Связывающая среда может быть нанесена, используя распылители, или кисти, или ракель, или лопатку, или как листы, или их комбинацией. В некоторых вариантах осуществления микротурбулизирующие частицы могут быть также нанесены рисунком на поверхность теплопередачи посредством трафаретной печати. Связывающая среда и частицы могут быть отверждены термической обработкой, или ультрафиолетовыми лучами, или активатором распыления, или их комбинацией. В некоторых вариантах осуществления заранее турбулизируемый лист, имеющий микротурбулизирующие частицы, и связывающая среда могут быть прикреплены на поверхность теплопередачи.In some embodiments of the exemplary technology, a binder medium and microturbulence particles are applied simultaneously to the heat transfer surface 92 and then heat treated to attach the binder medium and particles to the heat transfer surface. The application of a binding medium and microturbulent particles can be performed by technologies such as sputtering, or screen printing, or coating using a roll, or a combination thereof. The drawing of the binding medium on the heat transfer surface can be performed through a template with a printed pattern, or screen printing, or coating using a roll, or a combination thereof. In some embodiments, microturbulence particles are patterned onto the heat transfer surface 92 through a screen using a screen printing technique. Alternatively or additionally, the bonding medium is applied through a stencil to the heat transfer surface. The elimination of the stencil results in a predetermined pattern formed on the heat transfer surface. A pattern according to aspects of the present invention can be defined as a plurality of “clusters” of particles (one or more particles), where the clusters are generally separated from each other in increments corresponding to the distance of the holes in the stencil. Excess particles are removed, resulting in the desired particle pattern. A bonding medium can be applied using spray guns, or brushes, or a doctor blade, or a spatula, or as sheets, or a combination thereof. In some embodiments, microturbulent particles can also be patterned onto a heat transfer surface by screen printing. The binder medium and particles can be cured by heat treatment, or ultraviolet rays, or a spray activator, or a combination thereof. In some embodiments, a pre-turbulized sheet having microturbulent particles and a binding medium can be attached to a heat transfer surface.

В то время как некоторые признаки изобретения были проиллюстрированы и описаны здесь, многие модификации и изменения могут осуществляться специалистами в данной области техники. Поэтому должно быть понятно, что прилагаемые пункты формулы изобретения предназначены охватить все такие модификации и изменения, которые относятся к действительной сущности изобретения.While some features of the invention have been illustrated and described herein, many modifications and changes may be made by those skilled in the art. Therefore, it should be understood that the appended claims are intended to cover all such modifications and changes that relate to the true nature of the invention.

СПИСОК ЭЛЕМЕНТОВLIST OF ITEMS

10 система10 system

12 LNG насос12 LNG pump

14 LNG резервуар14 LNG tank

16 трубопровод16 pipeline

18 панель18 panel

19 технологическая жидкость19 process fluid

20 труба теплопередачи20 heat transfer pipe

22 вентиль22 valve

24 другой насос24 other pump

26 приемный резервуар26 receiving tank

28 сборник28 compilation

30 трубопровод30 pipeline

32 вторая жидкость32 second fluid

34 сторона впуска34 inlet side

36 сторона выпуска36 release side

38 подающий трубопровод38 feed pipe

40 зона испарения40 evaporation zone

41 внешняя поверхность41 outer surface

42 зона нагрева42 heating zone

43 внутренняя поверхность43 inner surface

44 систем повышения теплопередачи44 heat transfer systems

46 стенка теплопередачи46 heat transfer wall

48 выпуклости48 bumps

50 ряд50 row

52 ряд52 row

54 ряд54 row

56 столбец56 column

58 столбец58 column

60 столбец60 column

62 столбец62 column

64 прессованная труба теплопередачи64 extruded heat transfer pipe

66 ребра66 ribs

68 внешняя поверхность68 outer surface

70 стенка теплопередачи70 heat transfer wall

74 внутренняя поверхность74 inner surface

76 устройство теплопередачи76 heat transfer device

78 гофрированная панель78 corrugated panel

79 микротурбулизирующие частицы79 microturbulent particles

80 канал80 channel

81 направление течения81 direction of flow

82 канал82 channel

83 пластина теплопередачи83 heat transfer plate

84 кривая84 curve

85 область впуска85 intake area

86 кривая86 curve

87 микротурбулизирующие частицы87 microturbulent particles

89 средняя область89 middle area

88 труба теплопередачи88 heat transfer pipe

90 печь90 oven

91 связывающая среда91 binding medium

92 поверхность теплопередачи92 heat transfer surface

93 область выхода93 exit area

94 устройство теплопередачи94 heat transfer device

95 верхняя область95 upper area

96 микротурбулизирующие частицы96 microturbulent particles

97 промежуточная область97 intermediate area

99 нижняя область99 lower area

Claims

1. Устройство (18) теплопередачи, содержащее:
по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи, выполненную с возможностью разделения первой текучей среды (19) и второй текучей среды (32), и
систему (44) повышения теплопередачи, предусмотренную на, по меньшей мере, одной стенке (46) теплопередачи, и содержащую множество микротурбулизирующих частиц (46), прикрепленных на, по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи или ее части, используя связывающую среду,
при этом система (44) повышения теплопередачи содержит выбранные изменение размера частиц, или плотность распределения частиц, или расстояние между областями частиц, или комбинацию этого.1. A heat transfer device (18) comprising:
at least one heat transfer wall (46) configured to separate the first fluid (19) and the second fluid (32), and
a heat transfer enhancement system (44) provided on at least one heat transfer wall (46) and comprising a plurality of microturbulent particles (46) attached to at least one heat transfer wall (46) using a binding medium ,
wherein the heat transfer enhancement system (44) comprises selected changes in particle size, or particle density, or distance between regions of particles, or a combination thereof.

2. Устройство (18) теплопередачи по п.1, в котором множество микротурбулизирующих частиц (48) содержит никель, кобальт, алюминий, кремний, или железо, или медь, или их сплавы, или комбинацию, включающую любое из вышеприведенного.2. The heat transfer device (18) according to claim 1, wherein the plurality of microturbulent particles (48) comprise nickel, cobalt, aluminum, silicon, or iron, or copper, or alloys thereof, or a combination including any of the foregoing.

3. Устройство (18) теплопередачи по п.1, в котором связывающая среда содержит эпоксидную смолу, или металлическую фольгу, или мягкий припой, или твердый припой, или свариваемый материал, или их комбинацию.3. The heat transfer device (18) according to claim 1, wherein the bonding medium comprises an epoxy resin, or a metal foil, or a soft solder, or a hard solder, or a weldable material, or a combination thereof.

4. Устройство (18) теплопередачи по п.1, в котором множество микротурбулизирующих частиц (48) беспорядочно или равномерно прикреплены на, по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи, используя связывающую среду.4. The heat transfer device (18) according to claim 1, wherein the plurality of microturbulent particles (48) are randomly or evenly attached to at least one heat transfer wall (46) using a binding medium.

5. Устройство (18) теплопередачи по п.1, в котором множество микротурбулизирующих частиц (48) прикреплены по заранее определенному рисунку на, по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи или ее части, используя связывающую среду.5. The heat transfer device (18) according to claim 1, in which a plurality of microturbulent particles (48) are attached in a predetermined pattern to at least one heat transfer wall (46) or part thereof using a binding medium.

6. Устройство (18) теплопередачи по п.1, в котором множество микротурбулизирующих частиц (48) предусмотрены частично на, по меньшей мере, одной стенке (46) теплопередачи, используя связывающую среду.6. The heat transfer device (18) according to claim 1, wherein a plurality of microturbulent particles (48) are provided partially on at least one heat transfer wall (46) using a binding medium.

7. Устройство (18) теплопередачи по п.1, в котором множество микротурбулизирующих частиц (48) прикреплены на множество ребер или выступов (66) на, по меньшей мере, одной стенке (46) теплопередачи, используя связывающую среду.7. The heat transfer device (18) according to claim 1, wherein the plurality of microturbulent particles (48) are attached to the plurality of ribs or protrusions (66) on at least one heat transfer wall (46) using a binding medium.

8. Способ производства устройства (18) теплопередачи, содержащий:
обеспечение, по меньшей мере, одной стенки (46) теплопередачи, выполненной с возможностью разделения первой текучей среды (19) и второй текучей среды (32), и
обеспечение системы (44) повышения теплопередачи на, по меньшей мере, одной стенке (46) теплопередачи, содержащее прикрепление множества микротурбулизирующих частиц (48) на, по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи или на ее часть, используя связывающую среду.8. A method of manufacturing a heat transfer device (18), comprising:
providing at least one wall (46) of heat transfer configured to separate the first fluid (19) and the second fluid (32), and
providing a system (44) for increasing heat transfer on at least one heat transfer wall (46), comprising attaching a plurality of microturbulent particles (48) to at least one heat transfer wall (46) using a binding medium.

9. Способ по п.8, содержащий прикрепление множества микротурбулизирующих частиц (48) по заранее определенному рисунку на, по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи или ее части, используя связывающую среду.9. The method according to claim 8, comprising attaching a plurality of microturbulent particles (48) according to a predetermined pattern to at least one heat transfer wall (46) or part thereof using a binding medium.

10. Способ по п.8, содержащий прикрепление множества микротурбулизирующих частиц (48) частично на, по меньшей мере, одну стенку (46) теплопередачи, используя связывающую среду. 10. The method of claim 8, comprising attaching a plurality of microturbulent particles (48) partially to at least one heat transfer wall (46) using a binding medium.