CS210613B2 - Dry cooling tower with tubular elements for heat exchange - Google Patents

Description

Vynález se týká suché chladicí věže s trubkovými elementy pro výměnu tepla a řeší se jím problém zvýšení měrného tepelného výkonu suché chladicí věže.

Suchá chladicí věž s trubkovými elementy pro výměnu tepla pro nepřímé zpětné chlazení teplosměnného média, například vody, vzduchem, přičemž teplosměnné médium má vyšší koeficient přestupu tepla než vzduch, jednotlivé trubkové elementy pro výměnu tepla sestávají z přímých rovnoběžných trubek a pláště opatřeného přívodem a vývodem teplosměnného média, vzduch proudí . trubkami a teplosměnné médium obklopuje trubky z vnějšku, se podle vynálezu vyznačuje tím, že trubky jsou na koncích rozšířeny v šestihrany, jejichž hrany nebo· postranní plochy jsou navzájem' spojeny a utěsněny vůči teplosměnnému médiu, uvnitř trubek jsou uspořádány turbulenční prvky, jako spirály, do stěn trubek vlisované tenké kroužky nebo· výstupky na vnitrní stěně trubky a trubky jsou v oblasti mezi koncovými rozšířeními s výjimkou turbulenčních prvků hladké.

Vynález se týká suché chladicí věže s trubkovými elementy pro výměnu tepla pro nepřímé zpětné chlazení teplosměnného média, například vody, vzduchem.

Jsou známy tepelné výměníky pro zpětné chlazení vody tvořené svazky chladicích trubek, kterými je voda proháněna a které jsou příčně obtékány vzduchem. Styčná plocha trubek se vzduchem se většinou zvětšuje žebry nebo lamelami, aby se součin . . A_L koeficientů přestupu tepla a příslušné, přestup tepla určující plochy na straně vzduchu a příslušný součin a;_v. A_w na straně vody pokud možno vyrovnaly. Přiblížení к vyrovnání zmíněných součinů je však omezeno, neboť se vzrůstajícím poměrem —f~~ (A = plocha) se musí zmenšit vzdá^!lenost žeber nebo zvětšit výška žeber, v důsledku čehož vzrůstají ztráty prouděním na straně vzduchu, jakož i ztráty přenosem tepla žebrem na vlastní trubku. Obojí snižuje •stupeň kvality trubky a tím její tepelný výkon.

Aby se mohla přenášet stejná množství tepla, mají například suché chladicí věže Větší rozměry než mokré chladicí věže. Tylo rozměry sice lze zmenšit zvětšením povrchové plochy na straně vzduchu, rozměry však přesto zůstávají velké.

V rakouském patentu č. 257 648 je popsána suchá chladicí věž, jejíž trubkové teplosměnné prvky jsou však na vnitřních stěnách. trubek opatřeny podélnými žebry a kromě toho konce trubek, které mají stejný průměr jako zbývající části trubek, jsou u•pevněny v patrových přepážkách. Toto známé provedení je nevýhodné zejména v tom, že při vstupu vzduchu do trubek a jeho· průchodu trubkami dochází к poměrně vysoké ztrátě jeho tlaku. Kromě toho nelze se známým uspořádáním trubek, upevněných v patrových přepážkách, dosáhnout maximální teplosměnné plochy dané náporovou plochou teplosměnných prvků.

Jiné známé řešení je popsáno ve francouzském patentu č. 1 354 272, kde je popsán •deskový tepelný výměník, kterým procházejí dvě trubky. Chladicí věže s deskovými tepelnými výměníky jsou současně podstatně dražší než chladicí věže s trubkovými teplosměnnými prvky.

Kromě toho je známo řešení popsané ve švýcarském patentu č. 442 381, ze kterého jsou známy zejména speciální vložky z drátu, které mají zvýšit víření teplosměnného média. Tyto známé vložky se stěn trubek dotýkají jen bodově.

Uvedené nedostatky známých suchých chladicích věží odstraňuje suchá chladicí věž s trubkovými elementy pro výměnu tepla pro nepřímé zpětné chlazení teplosměnného média, například vody, vzduchem, přičemž teplosměnné médium má vyšší koeficient přestupu tepla než vzduch, jednotlivé trubkové elementy pro výměnu tepla sestávají z přímých rovnoběžných trubek a pláš tě opatřeného přívodem a vývodem teplosměnného média, vzduch proudí trubkami a teplosměnné médium obklopuje trubky z vnějšku, jejíž podstata spočívá podle vynálezu v tom, že trubky jsou na koncích rozšířeny v šestihrany, jejichž hrany nebo postranní plochy jsou navzájem spojeny a utěsněny vůči teplosměnnému médiu, uvnitř hrubek jsou uspořádány turbulenční prvky jako spirály, do stěn trubek vlisované tenké kroužky nebo· výstupky na vnitřní stě•ně trubky a trubky jsou v oblasti mezi koncovými rozšířeními s výjimkou turbulentních prvků hladké.

Mezi trubkami jsou uspořádány mezistěny tvořící kanály pro teplosměnné médium a navzájem spojené trubky tvoří teplosměnné prvky, které jsou uspořádány vedle sebe a/nebo nad sebou.

Nový a vyšší účinek spočívá v tom, že vynález umožňuje dosažení malého odporu na straně vzduchu a současně dosažení nejvýA . a še příznivého poměru __________— 'Al . a'L kde symboly A a A_L

Wii znamenají plochy přestupu tepla na straně pracovní látky a na straně vzduchu;

·α a a _L

Wtí znamenají příslušné koeficienty přestupu tepla.

U suché chladicí věže podle vynálezu může být plocha styku se vzduchem libovolně zvětšována délkou trubek, aniž by bylo třeba použít žeber. Přídavné ztráty vedením tspla se neprojevují, naopak se dokonce zmenšují, protože měrné tepelné zatížení s rostoucí délkou trubek klesá. Při stejné ploše styku se vzduchem a stejném odporu proudění na straně vzduchu má suchá chladicí věž podle vynálezu ve srovnání s tepelným výměníkem s vnějšími žebry na trubkách podstatně vyšší přenos tepla, což vyplývá z rozdílu fyzikálních principů. К uvedeným výhodám přispívá, že zvětšování plochy styku se vzduchem se v plném rozsahu projevuje na ploše styku s vodou, což spolu s možností lepšího využití suché chladicí věže umožňuje další zvýšení přenášeného tepelného výkonu.

Výhodné provedení suché chladicí věže spočívá v tom, že pro konstrukci této chladicí věže platí vztah rYl — /2 1°<^S3

H. QfI a že délka L trubky se volí větší nebo rovna 0,8 m.

Jednotlivé použité symboly znamenají:

L délka trubky v m

H výška pláště věže v m yi měrná hmotnost vzduchu bezprostředně před vstupem do tepelného výměníku v kg/m³ /2 měrná hmotnost vzduchu ve výši horního okraje pláště věže v kg/m³

W k_A měrný tepelný výkon v — (watt na čtvereční metr náporové plochy na stupeň Kel vina], přičemž pod náporovou plochou je třeba rozumět plochu pohledu na tepelný výměník ve směru proudu vzduchu z místa bezprostředně před tepelným výměníkem.

Tímto způsobem konstruovaná suchá chladicí věž má ve srovnání s dosud známými konstrukcemi se žebrovanými trubkami výhody zejména z hlediska rozměrů věže nebo tepelného výkonu.

Zvláště příznivých poměrů lze u suché chladicí věže podle vynálezu dosáhnout tehdy, jěstliže se použije trubek o vnitřním průměru v rozmezí 10 až 50 mm. Tloušťka stěny trubky činí s výhodou 0,3 až 1 mm a světlá vzdálenost mezi trubkami činí při kapalné pracovní látce 0,5 až 2 mm. Při kondenzaci pracovní látky ve formě páry činí světlá vzdálenost mezi trubkami vně nutných průchodů pro páru nezabraných trubkami s výhodou 2 až 5 mm.

Na výkresech je na více příkladech schematicky znázorněna suchá chladiči věž podle vynálezu, například pro odvod kondenzačního tepla velkých elektráren do vzduchu. Jednotlivé výkresy představují:

obr. 1 pohled na suchou chladicí věž včetně zabudovaného tepelného· výměníku, obr. 2 řez trubkovým elementem pro· výměnu tepla v rovině I—I z obr. 1, avšak ve větším měřítku, obr. 3 část podélného řezu trubkovým elementem pro výměnu tepla, obr. 4 pohled na část trubkového elementu pro výměnu tepla z obr. 3, < obr. 5 část podélného řezu obměněným provedením'trubkového elementu pro výměnu tepla, · obr. 6 podélný řez suchou chladicí věží, obr. 7 podélný řez suchou chladicí věží, která má ve srovnání š věží z obr. 6 pozměněné uspořádání trubek pro vzduch, na obr. 8 v pohledu část trubkového elementu pro výměnu tepla podle vynálezu, obr. 9 řez trubkovým elementem pro výměnu tepla v rovině a—a z obr. 8, obr. 10 vodorovný řez suchou chladicí věží v rovině ležící těsně nad trubkovým elementem pro výměnu tepla, obr. 11 část osového podélného řezu suchou chladicí věží, obr. 12 část vodorovného fezu suchou chladicí věží v rovině ležící těsně nad trubkovými elementy pro výměnu tepla, obr. 13 charakteristiku suché chladicí věže podle vynálezu a obr. 14 další charakteristiku suché chladicí věže podle vynálezu.

Suchá chladicí věž 1 sloužící к odvodu

KQÚděUSáčmho tepla velkých parních elektráren obsahuje z důvodů snadné přepravy a údržby teplasměnných prvků 2 větší počet těchto teplosměnných prvků 2 připojených na přívod a odvod kapaliny. Všechny teplosměnné prvky 2 jsou ze shodných součástí, proto je v dalším podrobně popsán jen jeden teplosměnný prvek 2.

Každý teiplosměnný prvek 2 sestává ze dvou desek 3, které jsou uspořádány nad tee-bou v určité vzdálenosti. Desky 3 mohou být ve vodorovné poloze nebo mohou být skloněny. Uvedené desky 3 spolu s bočními stěnami 4 vytvářejí kanál, kterým je vedena zpětně chlazená pracovní látka, zejména s vysokým koeficientem přestupu tepla Ve srovnání se vzduchem, především voda. Pracovní látka vstupuje do kanálu teplobměnného prvku 2 přívodem u jedné z čelních stěn a opouští kanál odvodem u druhé z čelních stěn. Desky 3 jsou opatřeny otvory, kterými procházejí svisle orientované trubky 5 z materiálu dobře vedoucího teplo, například z hliníku, kterými je směrem zdola nahoru veden vzduch. Hladký vnější povrch trubky 5 a vnitřní povrch otvorů v deskách 3 se navzájem dotýkají, čímž vzniká těsně spojení, takže pracovní 'látka nemůže uniknout ven. Trubky 5 vystupují ve,n jak z dolní, tak i z horní desky 3. Vzdálenost kanálu tvořeného deskami 3 a bočními stěnami 4 od vstupu do trubek 5, vhodnou z hlediska příznivého poměru

.. A . a Wu Wu

A_l . ccl lze stanovit jednoduchým optimalizačním výpočtem, velikost vhodné vzdálenosti se liší podle materiálu použitého pro trubky 5.

Mezi deskami 3 mohou být rovnoběžně s těmito deskami 3 uspořádány mezistěny 6 sloužící к vedení pracovní látky. Podle obr. 3 jsou;použity tři mezistěny 6, které jsou upsořádány tak, že vznikají čtyři shodné průřezy pro protékající pracovní látku. Pracovní látka vstupuje do horního kanálu v místě označeném šípkou 7, směr jejího· pohybu uvnitř teplosměnného prvku 2 je vždy u konců kanálu obrácen, takže je vedena jako v chladicí smyčce. Pracovní kapalina pak nakonec opouští spodní kanál v místě’označeném šipkou 8.

Místo provedení podle obr. 3, kde je jeden kanál větší výšky rozdělen mezistěnami 6 ve více kanálů menší výšky, lze použít uspořádání znázorněné na obr. 5, kde je nad sebou v určité vzdálenosti uspořádáno více oddělených kanálů bez mezístěn 6 o menší výšce. Podle obr. 5 jsou nad sebou uspořádány tři kanály. Pracovní látka vtéká v místě označeném šipkou 9 do horního kanálu, z konce tohoto kanálu je odvedena a v místě označeném šipkou 10 vstupuje do prostředního kanálu, z konce tohoto kanálu je opět odvedena a v místě označeném šipkou 11 vstupuje do spodního kanálu, který opouští v místě označeném šipkou 13.

Plocha přestupu tepla jednoho teplpsměnného prvku 2 činí na straně pracovní látky . A — d_a . π . b . z wu kde .

da vnější průměr trubek 5 b vzdálenost desek 3 π 3,14159 z počet trubek 5

Plocha přestupu tepla jednoho teplosměnného prvku 2 činí na straně vzduchu při použití trubek 5 bez vnitřních žeber:

Al dj . π . 1 . z kde d₍ = vnitřní průměr trubky 5 — délka trubky 5 z = počet trubek 5 π = 3,14159

Snížení nákladů lze dosáhnout tím způsobem, že část trubek 5 přesahující teplosměnné prvky 2 se směrem k obvodu suché chladicí věže prodlužuje, jak je znázorněno na obr, 7. Vnější řada trubek 5 pak tvoří část pláště suché chladicí věže. Vnější trubky 5 se buď navzájem dotýkají, nebo· jsou umístěny v určitých vzdálenostech navzájem a mezilehlé prostory jsou z důvodu těsnosti a pevnosti přemostěny vhodnými prostředky. Řady trubek 5 se navzájem podpírají, nebot jejich výška se ve směru zevnitř k obvodu zvětšuje pozvolna.

V zájmu dosažení příznivějších poměrů ve vstupním proudění se vzdálenost spodních hran trubek 5 od základny suché chladicí věže zvětšuje se vzrůstající vzdáleností od středu věže — obr. 7 a 6.

Jestliže má suchá chladicí věž například čtvercový průřez a obsahuje vždy čityři teplosměnné prvky 2a, 2b, 2c, 2d, uspořádané za sebou . při pohledu z. podélného směru teplosměnných prvků 2a, 2b, 2c, 2d, pak se chlazená pracovní látka přivádí například dvěma vedeními 14a, 14b, která jsou kolmá k podélným osám teplosměnných prvků 2a, 2b, 2c, 2d. Obě vedení 14a, 14b probíhají vždy mezi protilehlými čelními stranami a napájejí všechny prvky čtyř řad A, B, C, D. Vedení 14a napájí obě řady A, B; vedení 14b napájí řady C, D. Pracovní látka se z teplosměnných prvků 2a, 2b, 2c, 2d odvádí vedeními 15a, 15b, 15c, 15d, která jsou rovněž kolmá k podélným osám teplosměnných prvků 2a, 2b, 2c, 2d, avšak probíhají na čelních stranách odvrácených od vstupní strany. Vedení 15a, 15b, 15c, 15d jsou spojena s výstupními otvory všech teplosměnných prvků

2.

V případě vodorovně orientovaných desek 3 jsou tyto desky 3 s výhodou vytvořeny tím, že konce trubek 5 jsou rozšířeny v šestihrany 5a a že hrany šestihranů 5a jsou navzájem svařeny, sletovány, slepeny nebo jiným způsobem navzájem těsně spojeny. Na. obr. 8 je v nadhledu znázorněna část takto vzniklého teplosměnného prvku 2, šipky 21 označující .směr proudění pracovní látky.

Plocha základu teplosměnných prvků 2 se volí s ohledem na možnosti přepravy, výška teplosměnných prvků 2 je dána tepelně technickými požadavky. Teplosměnné prvky 2 mohou být vyrobeny například z hliníku, mosazi, ušlechtilé oceli nebo uhlíkaté oceli.

Jestliže trubkami 5 proudí vzduch, pak se v trubkách 5 po určité vzdálenosti od vstupu vytvářejí mezní vrstvy, jejichž tlouštka přibývá se vzrůstající vzdáleností od vstupního otvoru trubky 5. Ke zlepšení přestupu tepla se do trubek vkládají spirálovitá tělesa, vlisovávají tenké dráty ve . tvaru kroužků nebo . používají jiné podobné o sobě· známé prostředky. Zmíněné prostředky ovlivňují mezní vrstvu a působí jako turbulentní prvky. Tyto turbulenční prvky 16 jsou znázorněny na obr. 9.

Boční stěny 4, to jest ' všechny stěny s výjimkou spodní a horní strany tvořených deskami 3, teplosměnného prvku 2 mohou být ohebné. V tomto případě musí mít teplosměnné prvky 2 mezi sebou a vnitřní stěnou suché chladicí věže 1 mezery a rámová konstrukce 18 (obr. 11) suché chladicí ' věže 1 v oblasti, ve které jsou teplosměnné prvky 2, musí být · současně provedena jako ' tuhá proti ohybu. Tuhá rámová konstrukce 18 slouží k rozložení a k bočnímu zachycení teplosměnných prvků 2. Rámová konstrukce 18 může být zhotovena například ' z betonu. Mezery mezi bočními stěnami teplosměnných prvků 2 a vnitřní stěnou suché chladicí věže 1 jsou vyplněny vhodnou . nestlačitelnou plnicí hmotou 17, například pěnou z vhodné · umělé hmoty.

Jestliže teplosměnnými prvky 2 proudí pracovní látka, jejíž tlak' je nižší než ' tlak vyvozovaný vzduchem působícím zvenčí na teplosměnné pnvky 2, . jsou boční stěny 4 teplosměnných prvků 2 uspořádány se vzájemnými mezerami 20a a mezerami 20b vůči vnitřní stěně suché chladicí věže 1. ' Současně jsou opatřeny svisle probíhajícími profily 19, které jsou s příslušnými bočními stěnami . 4 spojeny například svarovým švem. Vhodné profily 19 mají průřez tvaru písmene U. Takové profily 19 mají dvě ramena 19a, 19b rovnoběžná s boční stěnou .4 teplosměnného prvku 2, .která jsou na jedné straně spojena střední částí 19c kolmou k ramenům 19a, 19b. Sousední teplosměnné prvky 2 jsou prostřednictvím profilů 19 pevně spojeny, takže síly působící v důsledku podtlaku na příslušné boční plochy ' teplosměnných prvků 2 se navzájem vyrovnávají. Rámová konstrukce 18, zhotovená například z betonu, která v tomto . případě také musí být tuhá proti ohybu, je rovněž opatřena takovými profily 19‘, které Jsou pevně zaklesnuty v odpovídajících profilech ' 19 přilehlých bočních stěn teplosměnných prvků 2, . takže v důsledku podtlaku vznikající tahové síly jsou zachyceny rámovou konstrukcí 18. Mezery 20a mezi bočními stěnami sousedních teplo,směnných prvků 2, popřípadě mezery 20b mezi vnějšími, к rámové konstrukci 18 přivrácenými bočními stěnami a vnitřní stěnou suché chladicí věže mohou být, jak jíž bylo uvedeno, vyplněny nestlačitelnou plnicí hmotou, například pěnou z vhodné umělé hmoty. Toto poslední opatření má výhodu spočívající v tom, že mohou být zachyceny i síly, které vznikají v důsledku přetlaku v teplosměnných prvcích 2. Při takové konstrukci může být v teplosměnných prvcích 2 podle potřeby přetlak nebo podtlak. Vyplnění mezer 20a, 20b plnicí hmotou kromě toho zajišťuje dobré utěsnění, takže se zabrání proudění falešného vzduchu. Průřez suché chladicí věže 1 je v části vyplněné téměř zcela íeplasměnnými prvky 2 s výhodou čtvercový. Průřez může být například také obdélníkový a podobně.

Ve výhodném příkladu provedení podle obr. 9 není za sebou zapojeno více teplosměnných prvků 2, nýbrž každý teplosmenný prvek 2 je do oběhu pracovní látky zařazen samostatně. Aby se vy tvořily příznivé podmínky přestupu tepla pro pracovní látku ve formě kapaliny, jsou uvnitř teplosměnného prvku 2 za účelem vedení proudu pracovní látky vytvořeny vodorovné nebo přibližně vodorovné mezistěny 6‘. Mezistěny 6‘ jsou třeba rovněž v tom případě, jestliže se má chladit pracovní látka ve formě plynu. Tyto mezistěny 6‘ však odpadají v případě, že do teplosměnného prvku 2 pracovní látka vstupuje ve formě páry a pak tam kondenzuje.

Na obr. 13 je v pravoúhlé souřadnicové soustavě znázorněna charakteristika teplosměnného prvku 2 podle vynálezu. Teplosměnné prvky 2 byly pokusně testovány. Podstatné údaje v této souvislosti:

výška (délka trubek 5] 0,5 až 5 m šířka a délka libovolná trubky 5 bez žeber, vnitřní průměr 20 mm turbulační prvky 16 z drátěné spirály, průměr drátu 0,6 mm stoupání spirály 50 mm.

Na vodorovné ose charakteristiky jsou vyneseny hodnoty náporové rychlosti w_A vzduchu bezprostředně před vstupem do trubky 5 v m/s, na svislé ose charakteristiky je vynesen měrný tepelný výkon k_A vztažený na jeden čtvereční metr náporové plochy v kj/ /m²h K.

Pro různé délky L trubek 5 byly získány křivky ai, a?, аъ, ad, a5 a «6. Křivka ai byla· získána při trubkách 5 a délce L = 0,5 m, křivka «2 při L = 1,0 m, křivka аз při L = = 1,5 m, křivka aj při L ~ 2,0 m, křivka a5 při L — 3,0 m, křivka ao pri L — 4,0 m.

V grafu jsou ještě znázorněny křivky βι až /Ую, 'které udávají tlakovou ztrátu Ap v

Pa měřenou jako tlakový rozdíl mezi vstupem a výstupem vzduchu. Křivky βι až βίο odpovídají Δρ od 10 Pa do Δρ 100 Pa.

V grafu je ještě za účelem objasnění vyššího účinku suché chladicí věže podle vynálezu znázorněna hodnota odpovídající známé konstrukci tepelného výměníku se žebrovanými trubkami, kterými protéká chladicí látka a kolem kterých příčně proudí vzduch. Známé tepelné výměníky pocházejí ze suché chladicí věže s lanovou sítí jaderné elektrárny ve Schmehausenu. Z údajů tam používaných byla námi vypočítána hodnota k_A = 14 000 kj/m²h К a hodnota Δρ = 83 Pa, které byly zaneseny do grafu. Jestliže se z tohoto bodu o vyjde vlevo po přímce gi rovnoběžné s vodorovnou souřadnicovou osou, vyplyne, že tepelný výměník podle vynálezu při stejném tepelném výkonu způsobí tlakový úbytek Δρ o hodnotě pouze 20 Pa, jestliže se zvolí teplosměnný prvek 2 o výši 3 m a náporová rychlost v hodnotě přibližně 1 m/s. Toto znamená, že při konstrukci teplosměnného- prvku 2 podle vynálezu lze odvésti stejné množství tepla za časovou jednotku při hodnotě tlakového rozdílu Δρ, která je přibližně 4krát nižší. Protože hodnota tlakového rozdílu Δρ rozhoduje o výšce suché chladicí věže, lze s teplosměnným prvkem 2 podle vynálezu při odpovídající vhodné volbě délky chladicí trubky 5, která se rovná výšce prvku a náporové rychlosti vzduchu konstruovat suché chladicí věže, jejichž výška je například 4krát menší než výška známé suché chladicí věže jaderné elektrárny Schmehausen. Je zřejmé, že stavba nízkých suchých chladicích věží je výhodná z hlediska nízkých nákladů a nízké ceny. Kromě toho nižší suché chladicí věže zasahují méně rušivě do krajiny.

Popsaný graf lze vysvětlit za předpokladu stejných rozměrů suché chladicí věže a stejné hodnoty tlakového rozdílu Δρ také ták, že vycházejíc z bodu o po odpovídající křivce βο tlakového rozdílu Ap ve směru šipky vzhůru lze navrhnout tlakový teplosměnný prvek, který například při výšce 3 metry poskytuje podstatně vyšší hodnotu k_A, přibližně k_A = 31 000 kj/m²h K. Toto znamená, že jestliže se ve známé suché chladicí věži (300 MW elektrárna Ventrop-Schmehausen) zabudují teplosměnné prvky o výšce 3 m a s náporovou rychlostí vzduchu 2,4 metru za s, může tepelný výměník podle vynálezu odvést přibližně 2,2krát vyšší tepelný výkon. Také z této úvahy je patrné, jak velké výhody poskytuje tepelný výměník podle vynálezu.

Další příklad známé* parní elektrárny s konvenčním vybavením tepelného výměníku je v obr. 13 znázorněn přímkou x, jedná se o zařízení Grootwlei v Jihoafrické republice.

Na obr. .14 je v pravoúhlém souřadnicovém systému znázorněna závislost měrného tepelného výkonu -k_A na výši pláště suché chladicí věže při různých délkách trubek

L = 0,5 m až L = 4 m. Na svislé ose grafu jsou vyneseny hodnoty měrného tepelného výkonu k_A v W/m² K [watt na metr čtvereční a stupeň Kelvinaj vztažené na 1 čtvereční metr náporové plochy. Na vodorovné ose jsou vyneseny hodnoty výšky pláště suché chladicí věže v m (metr). Pro různé délky trubek od L = 0,5 mm do L = 4 m jsou v grafu vyneseny ·křivky k_A = f (H), kde H znamená výšku suché chladicí věže. Tyto křivky jsou označeny ói, Ó2, 53, ó-i, ds a Ó6. Křivka di přísluší délce trubky I, = 0,5 · m, · a analogicky dž odpovídá délce trubky L = = 1,0 m, ds · odpovídá délce trubky L = 1,5 metru, dá odpovídá délce trubky L = 2,0 m, ds odpovídá délce trubky L = 3,0 m a ds odpovídá délce trubky L = 4,0 m (m = metr).

Empiricky bylo zjištěno, že křivky d alespoň přibližně odpovídají rovnici k_A = 382 . L - «

Jednotlivé symboly v této rovnici znamenají

L délka trubek v metrech

H výška pláště suché chladicí věže v metrech y měrná hmotnost vzduchu v kg/m³ k_A měrný tepelný výkon v W/m² K (watt na metr čtvereční a stupeň Kelvina)

Graf znázorněný na obr. 14 je -odvozen z grafu znázorněného na obr. 13 tak, že hodnoty k_A a hodnoty Δρ odpovídající jednotlivým křivkám a byly přeneseny do tohoto nového grafu. Hodnoty kA byly pouze za účelem přepočtu na W/m2 K násobeny koeficientem 1,163 a příslušné hodnoty tlakového rozdílu Δρ byly podle známého vzorce Δρ = g . H . (yi—yz) přepočteny na výšky pláště suché chladicí věže. Symbol g znamená tíhová zrychlení, H znamená výšku pláště suché chladicí · věže, yi ay2 znamenají · měrné hmotnosti vzduchu bezprostředně před vstupem do tepelného · výměníku a ve · výši horního okraje pláště suché chladicí věže. K zjednodušení výpočtu byla pro (yt—yz) použita přibližná hodnota 0,1 kg/ /m³.

Z grafu vyplývá, že tepelný výměník podle vynálezu předčí známé konstrukce · z hlediska rozměrů suché chladicí věže nebo· tepelného výkonu v případě, že se použije trubek o· délce 0,8 m nebo větší.

Použití uvedené rovnice kA = · f(H) bude v následujícím vysvětleno při použití známých vztahů běžných pro odborníky pracující v oblasti tepelných výměníků.

Transformace rovnice kA = 382 · . L⁰-⁴»· H za účelem vytčení výšky · H pláště suché chladicí věže vede ke · vztahu

H =· gl-89 _]n----------— (1)

382. (L)⁰·⁴⁸.( ^П _0|1--) ' přičemž symboly e a ln mají význam známý v matematice (ln. je označení přirozeného logaritmu, e je označení exponenciální funkce).

Dále platí yt—yž ~l^0,53

0,1

Q = kA . A»_m. A_a (2)

Aa (3) kde jednotlivé symboly znamenají:

Aa náporová plocha před vstupem vzduchu do trubek v m²

D průměr pláště suché chladicí věže ve výši jeho· spodního· okraje

Q tepelný výkon ve W

Ad_m střední logaritmický · rozdíl teplot chlazené látky a vzduchu ve K (stupeň Kelvina) kA měrný tepelný výkon v · W/m2 K

CT 3,14159

Dosadí-li · se rovnice (4) do rovnice (1), získá se vztah:

300 . D2. L⁰·⁴⁸. Δί>„,

Q

(5)

Použité symboly Q, D, H, L, Δ&™, yi, y2 mají · stejný význam a stejné · fyzikální rozměry, jako v předchozí části popisu.

Přijmou-li se pro· konstrukci tepelného výměníku veličiny Q, yi, γζ a Δ£_)η jako· předem dané výchozí hodnoty (například Q — —438.10° W, V = 1,233 kg/rn3, y2 = 1,152 kg/m³ a — 10,55 °K), pak z rovnice (5) pro různé hodnoty D a L vycházejí příslušné hodnoty II. Z takto získaných údajů, které je účelné uspořádat do tabul ky, se podle hlediska hospodárnosti a nákladovosti zvolí nejpříznivější kombinace hodnot H, D a L. Při použití výše uvedených hodnot Q, A&_m, které lze považovat pouze za příklad, dosáhne se alespoň přibližně nejpříznivějšího· řešení, jestliže se · volí · D = — 140 in, L — 1,80 m a H — 30 m.

Vynález se však neomezuje pouze na znázorněné a popsané příklady.

Tak například mohou čelní plochy, například desky 3, být orientovány přibližně svisle, přičemž trubky 5 by pak analogicky byly uloženy vodorovně nebo přibližně vodorovně.

Při vodorovně nebo přibližně vodorovně orientovaných čelních stěnách může být v suché chladicí věží nebo podobném krytu umístěn také pouze jediný teploisměnný prvek, jehož podstatnými částmi jsou čelní stěny, boční stěna a trubky.

Pracovní láttkou může být také odpadní pára turbin.

Praco-vní tah vzduchu v tepelném výměníku může být jak přirozený, tak i nucený.

Mezistěny 6 mohou být také konstruovány jinak než ze zmíněných mezilehlých plechů.

Pod pojmem ,,nepřímé“ zpětné chlazení pracovní látky vzduchem, používaným v podlahách, je třeba rozumět chlazení, při kterém pracovní látka předává vzduchu teplo přes stěny trubek, to znamená, že se pracovní látka nedoistanek do styku se vzduchem.

Výraz ,,tepelný výměník“ zahrnuje jak jeden prvek tak i více prvků pro výměnu tepla, jakož i konstrukci chladicí věže a podobně.

Claims (3)

1. Suchá chladicí věž s trubkovými elementy pro· výměnu tepla pro nepřímé zpětné chlazení teplosměnného média, například vody, vzduchem, přičemž teplosměn.né médium má vyšší koeficient přestupu tepla než vzduch, jednotlivé trubkové elementy pro výměnu tepla sestávají z přímých rovnoběžných trubek a pláště opatřeného přívodem a vývodem teploisměnného média, vzduch proudí trubkami a teplosměnné médium obklopuje trubky z vnějšku, vyznačující se tím, že trubky (5) jsou na koncích rozšířeny v šelstihrany (5a), jejichž hrany nebo postranní plochy jsou navzájem spojeny a utěsněny vůči teplosměnnému médiu, uvnitř vynalezu trubek (5) jsou uspořádány turbulenční prvky (16), jako spirály, do stěn trubek (5) vlisované tenké kroužky nebo výstupky na vnitřní stěně trubky (5) a trubky (5) jsou v oblasti mezi koncovými rozšířeními s výjimkou turbulenčních prvků (16) hladké.

2. Suchá chladicí věž podle bodu 1, vyznačující se tím, že mezi trubkami (5) jsou uspořádány mezistěny [6, 6‘) tvořící kanály pro teplosměnné médium.

3. Suchá chladicí věž podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že navzájem spojené trubky (5) tvoří teplosměnné prvky (2), které jsou uspořádány vedle sebe a/nebo nad sebou.