CS202599B2 - Lamellar heat exchanger - Google Patents

Description

Vynález se týká deskového výměníku tepla sestávajícího z velkého počtu rovných paralelních článků, z nichž každý je omezen dvěma sousedními deskami. Tyto články jsou od sebe odděleny úzkými mezerami, jimiž protéká při normálním provozu výměníku tekutina pod vysokým tlakem, která si vyměňuje přes tyto desky teplo s jinou nízkotlakou tekutinou procházející jednotlivými články. V následujícím textu budou tyto tekutiny uváděny jako nízkotlaká a vysokotlaká tekutina.

Existuje velký počet konstrukcí deskových výměníků tepla tohoto typu, zejména takových, kde jednotlivé články jsou připojeny paralelně k přívodním a odváděcím kolektorům pro přívod a odvádění tekutiny procházející články. Tyto články jsou uloženy uvnitř vnějšího pláště, který je připojen ke vstupnímu a výstupnímu potrubí pro druhou tekutinu, která cirkuluje v mezerách mezi články. Desky tvořící články mají s výhodou na obvodu zaoblené okraje vytvořené tak, že každá dvojice desek tvoří jeden článek. Desky mají mimoto alespoň dva oddělené otvory, které jsou protaženy vnějším nástavcem, vytvořeným rozšířenou částí odpovídající desky a probíhající kolmo k rovině této desky. Články vytvořené svařením desek po okrajích jsou napájeny přes ko2 lektor, tvořený těmito nástavci a propojující jednotlivé články. Takováto konstrukce je například popsána ve francouzském patentu číslo 2 131 791.

Vynález se týká zlepšeného provedení tohoto typu deskového výměníku tepla, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že rozestup mezi dvěma sousedními články je zajištěn vloženým prstencem průřezu písmene T, přičemž střední část tohoto prstence směruje ven z obvodu, zatímco ramena jsou přivařena k okrajům otvorů ležících proti těmto ramenům a upravených v rovnoběžných deskách, jež tvoří dva sousední články, přičemž střední část písmene T tvořícího průřez prstence leží mezi těmito deskami. Vnitřek vložených prstenců tvoří kolektor pro nízkotlakou tekutinu procházející jednotlivými články, zatímco rozestup mezi deskami v prostoru -oddělujícím dva sousední články je zajištěn přepážkami vytvořenými v tomto prostoru; soustavou vložených prstenců prochází trubkový nosič, který slouží jako vnitřní podpěra pro tyto prstence.

S výhodou je podle jednoho provedení vynálezu tento trubkový nosič tvořen válcovou trubicí, která je perforovaná pro průchod nízkotlaké tekutiny do článků a z článků. Prstence jsou opřeny o tuto trubici podélnými tyčkami, které jsou rovnoběžné s osou trubice, a o které se opírají radiální prsty spojené s trubicí. Tyčky a prsty jsou rovnoměrně rozmístěny kolem osy válcové trubice.

Podle jednoho provedení vynálezu jsou přepážky vytvořené v prostoru oddělujícím dva sousední články tvořené kulovými vypuklinami, které jsou vyražené v každé z desek a dotýkají se rovnoběžné protilehlé desky. Podle obměněného provedení jsou tyto přepážky tvořeny výstupky rovnoměrně rozloženými po vnější ploše desek.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu je rozestup dvou rovnoběžných desek, tvořících, jeden článek, zajištěn rovněž kulovými vypuklinami, které jsou vytvořeny v každé z desek, směřují do vnitřku článku a zapadají do prohlubně vytvořené ve druhé desce.

Deskový výměník tepla podle vynálezu umožňuje optimální rozmístění a vzájemnou vzdálenost jednotlivých článků v prostorech protékaných vysokotlakou kapalinou nezávisle na šířce jednotlivých článků. Mimoto zajišťuje spolehlivé spojení jednotlivých desek tvořících články výměníku.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s příklady provedení znázorněnými na výkrese, kde obr. 1 je schematický osový řez deskovým výměníkem tepla podle vynálezu, obr. la a lb znázorňují ve zvětšeném měřítku řez vedený rovinou I—I z obr. 1, obr. 2 je ve zvětšeném měřítku půdorys jedné z desek tvořících články výměníku z obr. 1, obr. 3 je příčný řez v ještě větším měřítku, vedený částí článku výměníku, a znázorňuje zejména jednotlivé prstence a prostředky zajišťující rozestup mezi sousedními články a rozestup mezi deskami jednoho článku, a obr. 4 je řez znázorňující trubkový nosič spojovacích prstenců.

Deskový výměník tepla podle vynálezu sestává podle obr. 1 z vnějšího pláště 1, který je tvořen válcovou nádobou 2 uzavřenou na horním konci horním dnem 3 a na dolním konci dolním dnem 4. Horní dno 3 je připevněno přírubou За к přírubě 2a válcové nádoby 2, zatímco dolní dno 4 je přivábeno svarem 4a к válcové nádobě 2. Do horního dna 3 a do dolního dna 4 ústí vstupní potrubí 5 a výstupní potrubí 6, kterými prochází ve směru Šipek 7 vysokotlaká tekutina. Tato tekutina proudí vnějším pláštěm 1 a vyměňuje si teplo s nízkotlakou tekutinou. К tomuto účelu jsou uvnitř vnějšího pláště 1 výměníku uloženy ve svazku 8 vedle sebe ležící články 9, které jsou od sebe odděleny mezerami 10. Články 9 jsou tvořeny dvěma rovnoběžnými rovinnými deskami, které jsou na obvodu spolu svařeny. Tyto desky, jejichž tvar je obecně obdélníkový, může však být i jiný, například lichoběžníkový, jsou opatřeny otvory 11, zejména v blízkosti svých kratších stran (obr. 2). Rozestup článků 9 v mezerách 10 je zajištěn prstenci 12 (obr. 3), které mají v řezu tvar písmene T a jsou přivařeny к deskám článků 9 kolem otvorů 11, které mají odpovídající rozměry. Tímto způsobem tvoří soustava prstenců 12 dva kanály 13, 14, které slouží pro přivádění a odvádění nízkotlaké tekutiny, která si vyměňuje teplo s vysokotlakou tekutinou přes plochu desek jednotlivých článků 9. Kolektor, nebo-li dolní vstupní kanál 13, je napájen nízkotlakou tekutinou přes trubku 16, která prochází horním dnem 3 válcové nádoby 2 a je připojena ke kolektoru 13, před nímž tvoří šnek nebo dilatační lyru 16a. Tato dilatační lyra 16a dává trubce 16 vhodnou pružnost, zejména pokud jde o tepelné dilatace při uvádění výměníku do* provozu a naopak při přerušení provozu. Nízkotlaká tekutina cirkuluje tedy ve směru šipek 17 vnitřkem jednotlivých článků 9 v protiproudu к vysokotlaké tekutině, která proudí z vnější strany po těchto článcích 9. Nízkotlaká tekutina se shromažďuje na výstupu kolektoru 14, neboli horního výstupního kanálu v kolenu 14a, a je vedena do odváděči trubky 18, kterou vychází z výměníku do neznázorněněho vnějšího okruhu.

Podle výhodného provedení jsou jednotlivé články 9 uloženy uvnitř vnějšího pláště 1 ve vnitřním plášti 19 obdélníkového průřezu, který je na horním konci otevřený a na dolním konci je zakončen rovinnou deskou 20, která spočívá na vnitřní konzole 21 válcové nádoby 2. Mezi stěnou válcové nádoby 2 a rovinnou deskou 20 je nepatrná vůle, zajišťující relativní těsnění obou prostorů. Vnitřní plášť 19 je výškově omezen tak, že obklopuje pouze střední část článků 9., zatímco jejich horní a dolní konce jsou volné. V důsledku toho může vysokotlaká tekutina vstupující nebo vystupující z vnitřního pláště 19 proudit bez překážek, aniž by její rychlost proudění byla v těchto oblastech nadměrně vysoká. Postranní stěny vnitřního pláště 19, které jsou rovnoběžné s články 9, mají s výhodou dostatečnou tloušťku, aby podpíraly mechanicky články 9 a propůjčovaly jim dostatečnou mechanickou pevnost během dopravy a při pracích během údržby. Podle jednoho· provedení vynálezu, které je znázorněno na obr. la, má vnitřní plášť 19 díry 19a a je opatřen na straně obrácené к článkům 9 pružnými membránami 19b. Podle další obměny vynálezu znázorněné na obr. lb může být vnitřní plášť 19 tvořen plnými stěnami, které jsou na protilehlých stranách spojeny vlnitými membránami 19c, spojujícími protilehlé strany vnitřního pláště 19 po· obou stranách svazku 8 článku 9.

Na obr. 2 a 3 je znázorněno podrobně provedení článků 9 výměníku podle vynálezu. Každý článek 9 je tvořen dvěma rovinnými, vzájemně rovnoběžnými deskami 9a,

9b, které mají na okraji zaoblený konec 9c.

Každá deska 9a, 9b se nejprve přivaří svarem 11 na prstenec 12, a to na jednu z jeho bočních stran 12a nebo 12b. Tato· boční strana 12a, 12b zapadne do otvoru 9d vytvořeného v desce 9a, 9b, jehož průměr -odpovídá průměru vnějšího okraje boční strany 12a, 12b. Střední část 12c prstence 12 leží tedy mezi dvěma deskami 9a, 9b, které patří ke dvěma sousedním článkům 9. Potom se obě desky 9a, 9b spojí svarem 9e podél zaoblených konců 9c, čímž je článek 9 hotov. Speciální tvar prstenců 12 umožňuje snadné vytváření a kontrolu svarů 11, přičemž profil prstenců 12 zajišťuje v důsledku toho·, že desky 9a, 9b se opírají o boční strany 12a, 12b i o střední část 12c, účinné upevnění desek·, které je přitom dokonale pružné.

Prstence 12, které tvoří distanční kusy mezi sousedními články 9, vytvářejí tedy postupně vstupní a výstupní kanál 13, 14 pro nízkotlakou tekutinu, která protéká vnitřkem článků 9. V důsledku toho, že jednotlivé články jsou na sobě nezávislé, je samozřejmé,.' že ’ tyto články, spojené pouze prstenci 12 v úrovni kolektorů 13, 14 se mohou pří provozu .výměníku různě relativně deformovat, a to- následkem cirkulace tekutin, následkem teplotních rozdílů, tepelných nebo mechanických nárazů apod. Aby byly jednotlivé prstence 12 spolehlivě podepřeny a zvýšila se tuhost kanálů 13, 14 tvořených těmito prstenci, je uvnitř kolektorů -13, 14 sestávajících z prstenců 12 válcová - trubice 25 opatřená - perforacemi 26 pro průtok nízkotlaké tekutiny. Tato trubice 25 je připojen k přívodní trubce 16 a ' k odváděči trubce 18. O' -'' prstence- 12 jsou mimoto -opřeny příčné tyčky 27, které jsou rovnoběžné s -osou válcové trubice 25. Tyto příčné tyčky 27 spolupracující s prsty 28 uloženými v radiálním směru na povrchu válcové trubice 25. Tyčky ' 27 a prsty 28 jsou pravidelně rozmístěny kolem osy trubice 25, zejména ve vzdálenostech odpovídajících středovému úhlu 120°.- Prsty 28 mohou být mimoto vytvořeny se závitem 29, kterými jsou zašroubovány do závitových otvorů ve válcové trubici 25, což umožňuje nastavovat jejich vzdálenost vůči příčným tyčkám 27, kterých se dotýká kulový konec 30 prstů 28.

R^:^(^:stup článků 9 v mezerách 10, které je vzájemně oddělují, je mimoto zajištěn tím, že v deskách 9a, 9b jsou v předem stanovených místech vytvořeny vyčnívající vnější kulové vypukliny 22, které směřují do mezer 10 a -opírají se o protilehlou desku 9a, 9b sousedního článku 9. Počet vnějších kulových vypuklin 22 je zvolen podle předpokládaných poměrů během přechodného pracovního režimu výměníku, při kterém může dojít k inverzi rozdílu tlaku mezi oběhm tekutinami. Při normální - funkci výměníku - spočívají vnější kulové vypukliny 22 na protilehlé desce 9a nebo 9b, když je soustava desek obklopena vysokotlakou tekutinou o- vstupním tlaku, který je o něco- větší než tlak panující v mezerách 10 mezi články 9, a to v důsledku tlakových ztrát. Odpovídající tlakový rozdíl se přenáší postupně na jednotlivé články 9, a to tím, že vnitřní - plášť 19 je pružný, zejména v důsledku konstrukce znázorněné na obr. la a lb. - Vzájemný -odstup mezi oběma - deskami 9a, 9b jednoho článku 9 je zajištěn tím, že na obou deskách 9a, 9b jsou vytvořeny vnitřní kulové vypukliny 23, které směřují do vnitřku článků a spočívají v prohlubních 24 upravených v protější desce. Vytvoření těchto- prohlubní 24, do kterých vyčnívají vnitřní kulové vypukliny 23, přispívá podstatnou měrou ke zvýšené tuhosti celé soustavy článků 9 a přitom zajišťuje - dostatečnou styčnou plochu pro rovnoměrné rozložení mechanických napětí.

Konstrukce výměníku podle vynálezu umožňuje tedy nastavovat během montáže podle potřeby šířku prostorů protékaných vysokotlakou tekutinou mezi jednotlivými články 9 nezávisle na šířce těchto článků

9. To nesmírně usnadňuje sériovou výrobu výměníků a mimoto- umožňuje optimalizaci výměníku v závislosti na jeho použití.

Konstrukce podle vynálezu zajišťuje vytvořením vnitřního pláště 19 dostatečnou mechanickou pevnost celého svazku 8 článku 9, a to při funkci výměníku tak během dopravy a údržby.

Je -samozřejmé, že vynález není -omezen na příklady provedení znázorněné ' na výkrese a popsané v souvislosti s ním. Zejména je samozřejmé, že vynález nijak neovlivňuje speciální vzájemně umístění jednotlivých článků a jejich rozmístění vůči kolektorům, když jsou tyto články - spojeny ve skupiny, jak je popsáno v čs. patentu číslo 195 329.

Rovněž je samozřejmé, že tvar vložených prstenců 12 by mohl být obměněn zejména tak, že profil ve tvaru písmene T by mohl být vyjádřenější, než jak je znázorněno na výkrese, aby jednotlivé články 9 byly -opřeny o tyto prstence 12 na větších plochách v místech, kudy vstupuje a vystupuje nízkotlaká tekutina. Kulové vypukliny 22, 23 zajišťující rozestup 10 článků 9 v mezerách protékaných vysokotlakou tekutinou, by mohly být nahrazeny výstupky nebo podobnými prvky rozmístěnými po vnější ploše desek 9a, 9b.

Claims (10)

1. Deskový výměník tepla, sestávající z velkého počtu plochých rovnoběžných článků vytvořených mezi dvěma sousedními deskami, přičemž tyto články jsou od sebe odděleny úzkými mezerami protékanými při normálním provozu výměníku vysokotlakou tekutinou, která si vyměňuje teplo s nízkotlakou tekutinou protékající články, vyznačený tím, že rozestup mezi dvěma sousedními články (9) je zajištěn prstencem (12) s průřezem ve tvaru písmene T, jehož střední část (12c) směřuje ven a postranní ramena (12a, 12b) jsou přivařena к okrajům otvoru (9d) v rovnoběžných deskách (9a, 9b) patřících ke dvěma sousedním článkům (9), přičemž střední část (12c) prstence leží mezi těmito deskami (9a, 9b) a vnitřek prstenců (12) slouží jako kolektor pro nízkotlakou tekutinu procházející články (9), zatímco rozestup mezi deskami (9a, 9b) v mezeře oddělující dva sousední články (9) je zajištěn přepážkami vytvořenými v této mezeře, a soustavou prstenců (12) prochází trubkový nosič tvořící jejich vnitřní výztuhu.

2. Deskový výměník tepla podle bodu 1, vyznačený tím, že trubkový nosič je tvořen perforovanou válcovou trubicí (25) pro průchod nízkotlaké tekutiny do článků (9) a z článků (9), přičemž prstence (12) jsou opřeny o válcovou trubici (25) podélnými tyčkami (27), které jsou rovnoběžné s osou válcové trubice (25), a o které se opírají radiální prsty (28) spojené s válcovou tru-, bicí (25), přičemž tyčky (27) a prsty (28) jsou rovnoměrně rozmístěny kolem osy válcové trubice (25).

3. Deskový výměník tepla podle bodu 2, vyznačený tím, že radiální prsty (28) mají závitovou část (29) к nastavování jejich délky zašroubováním do závitových otvorů ve válcové trubici (25).

4. Deskový výměník tepla podle bodu 2, vyznačený tím, že prsty (28) mají kulový konec (30), který se opírá o tyčky (27).

5. Deskový výměník tepla podle bodu 1, vyznačený tím, že články (9) jsou obklopeny vnitřním pláštěm (19) obdélníkového průřezu, který je na horním konci otevřen a na dolním konci potom opatřen rovinnou deskou (20), která se opírá o vnitřní konzolu (21) na stěně vnějšího pláště (1), kterým prochází vysokotlaká tekutina.

6. Deskový výměník tepla podle bodu 5, vyznačený tím, že vnitřní plášť (19) obklopující články (9) má dvě stěny rovnoběžné s těmito články (9) a opatřené dírami (19a), přičemž plochy obrácené к článkům (9) jsou překryty pružnými membránami (19b).

7. Deskový výměník tepla podle bodu 5, vyznačený tím, že vnitřní plášť (19) obklopující články (9) má dvě plné stěny, které jsou rovnoběžné s články (9) a jsou spojeny dvěma zvlněnými pružnými membránami (19c).

8. Deskový výměník tepla podle bodu 1, vyznačený tím, že přepážky vytvořené v mezeře (10) oddělující dva sousední články (9) jsou tvořeny vnějšími kulovými vypuklinami (22), které jsou vyražené v každé z desek (9a, 9b) a dotýkají se protilehlé rovnoběžné desky (9a, 9b).

9. Deskový výměník tepla podle bodu 1, vyznačený tím, že přepážky jsou tvořeny výstupky rozloženými rovnoměrně po vnější ploše desek (9a, 9b).

10. Deskový výměník tepla podle bodu 1, vyznačený tím, že rozestup dvou rovnoběžných desek (9a, 9b) tvořících jeden článek (9) je zajištěn vnitřními kulovými vypuklinami (23), které jsou tvořeny v každé z desek (9a, 9b), směřují do vnitřku článku (9) a zapadají do prohlubní (24) vytvořených ve druhé desce (9a, 9b).