CS198827B1 - Jacket-less heat exchanger - Google Patents

Description

POPIS VYNÁLEZU

K AUTORSKÉMU OSVEDČENIU ČESKOSLOVENSKÁSOCIALISTICKÁREPUBLIKA( 19 ) 198 827 (II) (Bl)

(61) (23) Výstavná priorita (22) Přihlášené 2Ó C6 78 (21) FV- 4167 - 78 (51) Int. Cl.3 F 28 D 1/04

ÚŘAD PRO VYNÁLEZY

A OBJEVY (40) Zveřejněné(45) \ vdané 17 09 79 30 04 82 (75)

Kut,>r Wnálezu Μ O N č E K Miroslav ing., TRNAVA

Bezpláštový výmenník tepla

Vynález sa týká bezpláštového výmenníka tepla, u ktorého sa rieáitvar a priestorovéusporiadanie teplovýmenných prvkov, za účelem docielit výhodnější poměr v rózdplení hmot-nosti teplovýmenných prvkov a pasivných častí výmenníka tepla, ktoré sa priamo na výměnětepla nezúčastňujú a to predovšetkým u výmenníkov tepla, u ktorých sa stretajú divá uzatvo-rené okruhy, Čo je běžné napr. v jádrovéj energetika, u prihrievačov páry a kondenzátorovív klasických tepelných elektrárnách, alebo výmenníkov tepla v telárňach.

Doteraz známe výmenníky tepla používané v prípadoch, kedy obe tepjlonosné média cirku-lujú v uzatvorených okruhoch sú charakteristické tým, že teplovýmenné prvky eliminujú ibasilové účinky sposobené rozdielom tlakov teplonosných médií, z ktorých jedno sta nachádzaz vonkajšej strany teplovýmenných prvkov, ktoré tieto dve teplonostaé média vzájomne oddě-lujú. Vzéjomné oddelenie druhého teplonosného média od okolitého prostredia ako ,i eliminá-cia silových účinkov sposobených rozdielom tlakov druhého teplonosného média a okolitéhoprostredia musí byt zabezpečená hermetickým pláštom, ktorý v závislosti od konštrukcievýmenníka tepla má buá charakter, tlakovej nádoby (velokopriestorové výmenníky tepla) alebo , charakter obalovéj rúry (výmenníky tepla typu "rúrka v rúrke" či "biflux"). ' , ' Sez ohladu na bližšie konátrukčné riešenie týchto výmenníkov tepla, možeme poměr hmotnosti teplovýmenných prvkov k celkovej hmotnosti výmenníka tepla považovat za velmi ' 198 827 198 827 2 ncpriQDniY/ι ΐοΚ napríftlai u y v óadr°^ch elektrárňach oužíváného parogenerátora připadá na teplovýmenné prvky (rúrky kruhového prierezu ohnuté do tvaru U)iba 17,4 % z celkovej hmotnosti parogenerátora a 61,2 % připadá na tlaková nádobu. Ostáva-júcich 21,4 % z celkovej hmotnosti parogenerátora připadá na distančně elementy, separačnéžalúzie a zavodňovací systém.

VySSie uvedené nedostatky odstraňuje bezpláštový výmenník tepla podlá vynálezu, kto-rého podstatou je, že tvar a usporiadanie teplovýmenných prvkov sú převedené tak, že ichkoncové části vytvárajú rozdelovacie a zberné úseky oboch teplonosných médií a sú čelnýchplochách pospájané nepriepustnými čelnými spojmi, ktoré spolu s teplovýmennými prvkamitvoria rozhranie medzi teplonosnými médiami. Medzi koncovými častami výmenníka tepla sateplovýmenné prvky stýkájú iba nejkrajnejšími (vztiahnuté k tažisku prietočného prierezuteplovýmenných prvkov) povrchovými priamkami, pozdíž ktorých sú převedené pevnostně spoje,ktoré možu byt i preruSované, čím je priestor z vonkajšej strany teplovýmenných prvkovrozdělený na pozdížne kanály pře prietok druhého teplonosného média a je tak vytvořenásústava systematicky vystriedaných pozdížnych kanálov pre prietok oboch teplonosnýchmédií, v ktoréj teplovýmenné prvky, respektive pozdížne obvodové plochy v případe doško-vého prevedenia výmenníka tepla, ležiace na obvode výmenníka tepla a pospájané nepriepust-nými spojmi tvoria rozhranie medzi druhým teplonosným médiom a okolitým prostředím. V pří-pade, kedy druhé teplonosné médium, ktoré sa nachádza z vonkajšej strany teplovýmennýchprvkov má rovnaký, přibližné rovnaký alebo nižší tlak ako je tlak okolitého prostrediastrácajú pevnostně spoje na svojom význame pretože sú namáhané iba velmi málo a možu bytznačné obmedzené, připadne úplné vynechané.

Prevedenie výmenníka tepla podlá vynálezu umožňuje eliminovat silnostenný pláštvýmenníka tepla, dištančné elementy a rúrkovnice klasického prevedenia (ako došky s pří-slušným počťom otvorov) nattrádzajú,Vhodné upravené koncové časti teplovýmenných prvkov.Všetky teplovýmenné prvky,- až ha jediný příklad prevedenia (obr.3) - sú tvarové i rozmě-rově žhódné, čo má velký význam z hlediska technologie výroby. Hmotnost teplovýmennýchprvkov tvoři 80! áž 90 '% z céífcovej, hmotnosti výmenníka tepla. Priestor zastavený takýmtovýmennikom teplá já menši o 20 až 70 % a celková hmotnost je nižšia o 40 až 80 & jy porov- I ' naní s doterajšími výmenníkmi tepla.

Na připojených výkresech sú znázorněné štyri příklady prevedenia výmenníkov teplapodlá vynálezu, kde ňa obr. 1, obr. 2 a 6br. 3 sú nakreslené v perspektívnom pohlade včiastočnom řeze tri rožne příklady prevedenia ; štvrtý příklad prevedenia je znázorněný vpravouhlom premietaní na obr. 4 až 7.

Prvý příklad prevedenia výmenníka tepla, znázorněný na obr. 1, má všetky teplovýmen-né prvky 1 naprpsto rovnaké h tvoria ich vhodrte tvarované rúrky. obdialnikového prierezuzakončené na jehnej straně rozdelovacíini úsekmi' 2 jedného teplonosného média a na druhejstraně zbernými úsekmi 8 toho istého teplonosného média. Rozdelovacie i zberné úseky 2, 8sú rovnaké a majú prierez štverca,s dížkou strany rovnou dížke vačšej strany obdížnika 3 198 827 ktorý představuje prierez v celej ostatnej dížke teplovýmenných prvkov 1. Prierez štvorcaje dvakrát vačší ako prierez obdížnika a preto při tesnom zoskupení koncových častí 2teplovýmennýoh prvkov 1 bude z vonkajšej strany teplovýmenných prvkov 1 i hne 3 za týmitoštvorcovými úsekmi volný priestor pre druhé teplonosné médium. Ak v každéj párnej raděbudú teplovýmenné prvky 1 pootočené o 180° okolo svojej pozdížnej osi voči teplovýmennýmprvkom 1 v nepárnych radách, potom na jednom konci výmenníka tepla budú vytvořené rozde-lovacie úseky 2 druhého teplonosného média a na opačnom konci zberné úseky 10 druhéhoteplonosného média. Medzi týmito koncovými časlami výmenníka tepla, ktoré predstavujú roz-deíovacie a zberné úseky 2 až 10 oboch teplonosných médií sa nachádza vlastná teplovýmen-ná časl výmenníka tepla, ktoré má v porovnaní s koncovými časlami výmenníka tepla 20 až40 násobnú dížku a v ktorej sa teplovýmenné prvky 1 stýkajú iba svojimi najkrajnejšímipovrchovými priamkami 4, pozdíž ktorých.sú převedené pevnostně spoje, ktoré možu byl i pře-rušované, pretože sú z oboch stráň omývané tým istým teplonošným médiom. Iba obvodovéspoje 12, ktoré sú na rozhráni druhého teplonosného média a okolitého prostredia a čelnéspoje 15., ktoré sú na rozhraní oboch teplonosných médií musia byl i nepriepustné. Vlastnáteplovýmenná časl výmenníka tepla je potom tvořená sústavou systematicky vystriedaných apevnostně navzájom viazaných dvoch druhov pozdížnych kanálov 2 a έ oboch teplonosnýchmédií. Hydrodynamické poměry prúdenia oboch teplonosných médií sú totožné s pomermi připrúdení tekutin dlhými rúrkami obdížníkového prierezu.

Na obr. 2 je znázorněný druhý příklad prevedenia výmenníka tepla. Teplovýmenné prvky1 sú navzájom zhodné a pozostávajú z dvoch proti sebe otočených tvarovaných dosiek 2,ktoré sú taktiež zhodné a na svojich pozdížnych obvodových plochách 11 majú převedenéobvodové těsné spoje 12· Od známých doškových výmenníkov tepla sa principiálně líši tým,že pevnostně spoje 14 převedené pozdíž najkrajnejších povrchových priamok 4 eliminujúsilové účinky sposobené rozdielom tlakov medzi druhým teplonošným médiom (ktoré sa nachád-za z vonkajšej strany teplovýmenných prvkov 1) a okolitým prostředím. Všetky obvodovéspoje 13 musia byl nepriepustné aby zabezpečili dokonalé oddelenie druhého teplonosnéhomédia od okolitého prostredia. čelné spoje 15 musia byt taktiež nepriepustné, pretože od-deíujú teplonosné média. Rozdelovacie a zberné úseky 2 až 10 oboch teplonosných médií akoi pozdížne kanály 2 a 6 oboch teplonosných médii sú tvořené samotnými teplovýmennými prv-kami 1. Třetí příklad prevedenia výmenníka tepla, znázorněný na obr. 3 má teplovýmennéprvky 1 s konštantným obdížníkovým prierezom po celej dížke. Keáže ich zoskupenie vovlastnej teplovýmennej časti výmenníka tepla je úplné rovnaké ako v prvom příklade(obr.1)sú koncové časti 2 teplovýmenných prvkov 1 přihýbané podía potřeby tak, aby sa v miesterozdělovačích a zberných úsekov 2» θ jedného teplonosného média docielilo najtesnejšiezoskupenie teplovýmenných prvkov 1 (viá obr.3). V ostatnom sú výmenníky tepla podlá prvéhoa třetího příkladu prevedenia totožné. Štvrtý příklad prevedenia výmenníka tepla podlá vynálezu je znázorněný v pravouhlompremietaní na obr. 4 až obr. 7, na ktorých sú kreslené iba štyri teplovýmenné prvky 1, 198 827 4 z ktorých tri sa nachádzajú na obvode výmenníka tepla. Pozdížny kanál 6 druhého teplonos-ného média mé potom dva obvodové spoje 13. ktoré musia byl nepriepustné pretože sú na roz-hraní dvoch prostředí - druhého teplonosného média a okolitého prostredia a dva pevnostnéspoje 14. ktoré možu byl priepustné, protože z oboch stráň týchto pevnostních spojov 14 jeto isté teplonosné médium.

Pozdížny rez teplovýmennými prvkami 1, vedený pódia čiary A-A, ktoré je vyznačené naobr. 5, je nakreslený na obr. 4, kde sú znázorněné, zhora počínajúc, rozdelovacie úseky 2jedného teplonosného média, zberné úseky 10, druhého teplonosného média a pozdížne kanály£ jedného teplonosného média.

Na obr. 5 vidno priečny rez rozdelovacími úsekmi 2 jedného teplonosného média vyzna-čený čiarou B-B na obr. 4. V tejto časti sa každý teplovýmenný prvok 1, okrem tých, ktoréležia na obvode výmenníka tepla, stýká so štyrmi susednými prvkami tak, že neostává medzinimi žiaden volný priestor. Za touto oblaslou sa teplovýmenné prvky v jednom smere zúžiaa tým sa vytvoří priestor pre zberné úseky 10 druhého teplonosného média. Priečny reztouto oblaslou, tak ako to vyznačuje čiara C-C na obr. 4 je znázorněný na obr. 6. Za toutooblaslou potom prechádzajú teplovýmenné prvky 1 z obdížnikového prierezu znova na štvor-cový prierez, ktorý je orientovaný tak, že jeho uhlipriečky sú kolmé na strany predcháza-júceho obdížnika a Stvorca a ich dížka sa rovná dížke strany štvorca v mieste rozdělova-čích úsekov 2 jedného teplonosného média. Tým sa docieli styk teplovýmenných prvkov 1 ibav najkrajnejších povrchových priamkach 4, pozdíž ktorých sú převedené pevnostné spoje 14.Priečny rez touto oblaslou je znázorněný na obr. 7 a vyznačený je Čiarou D-D na obr. 4.

Využitie výmenníkov tepla podlá vynálezu je predovšetkým v jadrovej energetika ale ivšade tam, kde se jedná o přenos tepla medzi dvomi teplonosnými médiami, ktoré cirkulujúv uzatvorených okruhoch. Výhodnosl konštrukcie sa zvýrazňuje hlavně so stúpavúcim rozdie-lom tlakov teplonosného média ; ktoré je z vonkajšej strany teplovýmenných prvkov a okoli-tého prostredia. Čím vyšší je tento rozdiel, tým viac materiálu je u doterajších výmenníkovtepla třeba na jeho elimináciu a teda tým viac materálu sa konštrukciou výmenníka teplapodlá vynálezu ušetří. U mobilných zariadení sa okrem nižších výrobných nákladov spojenýchso znížením hmotnosti výmenníka tepla prejavia i úspory na prevádzkových nákladoch. Zmen-šenie rozmerov představuje zníženie investičných nákladov spojených a výstavbou prevádzko-vých budov. Pokial zmenšenie rozmerov a zníženie hmotnosti umožní využil k přepravě štan-dardné dopravné prostriedky a jestvujúce komunikácie bez úprav znamená to podstatné zníže-nie přepravných nákladov.

Ak výmenník tepla podlá vynálezu bude instalovaný vo zvislej polohe, dá sa velmijednoducho a naprosto jednoznačné identifikoval případná netesnosl ktoréhokolvek teplo-výmenného prvku například tak, že sa teplovýmenné prvky zavodnia z vnútornej strany apriestor druhého teplonosného média sa natlakuje vhodným plynom. Zietenú poruchu možno od-stránil vylúčením chybného pozdížneho kanála jedného teplonosného média například tým, že

I ho na oboch koncoch zavaříme,alebo ho celý vyplníme vhodnou hmotou. Táto oprava se dá

Claims (7)

1. 5 198 827 previesl i u výmenníka tepla s doškovými teplovýmennými prvkami. PREDMET VYNÁLEZU

   1. Bezplááíový výmenník tepla obsahujúci teplovýmenné prvky, ktoré tvoria pozdížnekanály pře prietok jedného média a z ich vonkajěej strany je priestor pře prietok druhéhoteplonosného média, vyznačujáci sa tým, že tvar a ueporiadanie teplovýmenných prvkov (1)sú převedené tak, Že ich koncové časti (3) vyzvárajú rozdelovacie a zberné úseky (7,8,9,10) oboch teplonosných médií, pričom na čelných plochách (16) sú pospájané nepriepustnýmičelnými spojmi (15), ktoré spolu s teplovýmennými prvkami (1) tvoria rozhranie medziteplonosnými médiami a medzi týmito koncovými časlami (3) sa teplovýmenné prvky (l)stýkajúiba najkrajnejáími povrchovými priamkami (4), čím je priestor z vonkajáej strany teplo-výmenných prvkov (1) rozdělený na pozdížne kanály (6) pře prietok druhého teplonosnéhomédia a je tak vytvořená sústava systematicky vystriedaných pozdížnych kanálov (5,6) preprietok oboch teplonosných médií, v ktoréj teplovýmenné prvky (1), ležiace na obvode vý-menníka tepla a pospájané nepriepustnými spojmi (13), tvoria rozhranie medzi druhým teplo-nosným médiom a okolitým prostředím.
2. 2. Bezplááíový výmenník tepla podlá bodu 1 vyznačujúci sa tým, že pozdíž najkrajnejáíchpovrchových priamok (4) sú převedené pevnostné spoje (14).
3. 3. Bezpláátový výmenník tepla pódia bodov 1 a 2 vyznačujúci sa tým, že teplovýmennéprvky (1) sú vytvořené tvarovanými doskami (2), pričom koncové časti (3) tvarovanýchdosiek (2) sú rovinné a ich vlastná teplovýmenné část pozostáva z pozdížnych vln (12),ktoré vytvárajú pozdížne kanály (5,6).
4. 4. Bezplááíový výmenník tepla podlá bodu 4 vyznačujúci sa tým,že koncové časti (3)teplovýmenných prvkov (1) sú vyztužené.
5. 5. Bezpláátový výmenník tepla podlá bodov 1 a 2 vyznačujúci sa tým, že teplovýmennéprvky (1) sú tvořené tvarovanými rúrkami obdížikového prierezu, ktoré sú tvarovo a rozme-rovo naprosto zhodné a majú v mieste rozdělovačích i zberných úsekov (7,8) jedného médiaětvorcový prierez, pričom strana átvorca sa svojom velkosíoj rovná dlháej straně obdížnikaa teplovýmenné prvky (1) v párnych radách sú voči teplovýmenným prvkom (1) v nepárnychradách pootočené o 180° okolo pozdížnej osi.
6. 6. Bezplááíový výmenník tepla podlá bodov 1 a 2 vyznačujúci sa tým, že teplovýmennéprvky (1) majú obdížikový prierez v celej svojej dížke včetne koncových častí (3), ktorésú natvarované tak, aby v mieste rozdělovačích a zberných úsekov (7,8) boli teplovýmennéprvky (1) tesne zoskupené.
7. 7. Bezplááíový výmenník tepla podlá bodov 1 a 2 vyznačujúci sa tým, že teplovýmennéprvky (1) sú tvarovo i rozmerovo úplné rovnaké, majú štvorcový prierez, ktorý v oboch 198 827 6 koncových častiach (3) teplovýmenných prvkov (1) prechádza v obdíčnikový prierez a tentoznova na štvorcový prierez, pričom strana štvorca v koncových častiach (3) teplovýmennýchprvkov (1) mé velkosí uhlopriečky Stvorca zo strednej časti teplovýmenných prvkov (1) anavzájom sú tieto štvorcové prierezy pootočené o 45°. 7 výkresů