CS212602B1 - Výměnik tepla s tepelnými trubicemi - Google Patents

Abstract

Vynález se týké výměníku tepla určeného pro převod tepla mezi dvěma tekutinami, např. spalinami a vzduchem, u něhož elementem zprostředkujícím převod tepla jsou tepelné trubice. Pracovní prostor výměníku je rozdělen na dva činné prostory, které jsou protékány oběma teploBměnnými tekutinami a jeou navzájem odděleny trubkovnicí. Vlastním předmětem vynálezu je přitom nové vytvořeni této trubkovnice, ktjré je tepelně izolována a současně umožňuje snadnou montáž a demontáž tepelných trubic procházejících trubkovnicí. Trubkovnice je k tomuto účelu vytvořená jako rovinná deska opatřená komorami pro uložení tepelně izolační, popř. tepelně izolační těsnící hmoty, která je proti desce trubkovnice přitlačována přítlačnými elementy různého uspořádání. Výměník je určen zejména k využití odpadního tepla spalin v chemickém průmyslu a v energetice.

Description

Vynález se týké výměníku tepla určeného pro převod tepla mezi dvěma tekutinami, např. spalinami a vzduchem, u něhož elementem zprostředkujícím převod tepla jsou tepelné trubice.

Pracovní prostor výměníku je rozdělen na dva činné prostory, které jsou protékány oběma teploBměnnými tekutinami a jeou navzájem odděleny trubkovnicí. Vlastním předmětem vynálezu je přitom nové vytvořeni této trubkovnice, ktjré je tepelně izolována a současně umožňuje snadnou montáž a demontáž tepelných trubic procházejících trubkovnicí. Trubkovnice je k tomuto účelu vytvořená jako rovinná deska opatřená komorami pro uložení tepelně izolační, popř. tepelně izolační těsnící hmoty, která je proti desce trubkovnice přitlačována přítlačnými elementy různého uspořádání.

Výměník je určen zejména k využití odpadního tepla spalin v chemickém průmyslu a v energetice.

,

2,2602

Vynález se týká výměníku tepla určeného pro převod tepla mezi dvěma tekutinami, z nichž teplote tekutiny s vyšěí teplotní hladinou může dosahovat hodnot až 600 °C a u něhož elementem zprostředkujícím převod tepla jsou tepelné trubice.

U výměníku tepla s tepelnými trubicemi jsou obě tekutiny, tj. tekutina teplo předávající a teplo přebírající, navzájem odděleny trubkovnicí, kterou tepelné trubice procházejí.

Tepelné trubice přitom zasahují svou výparnou částí do prostoru, jímž proudí teplejší tekutina a svou kondenzační čésti do prostoru chladnější tekutiny. Přenos tepla se přitom uskutečni prostřednictvím vhodné pracovní látky umístěné uvnitř tepelných trubic. Touto pracovní látkou je v nejjednodušším případě voda, mohou jí však být i tekuté kovy, např. rtul nebo sodík, popřípadě také síra nebo dowtherm apod.

Aby se zabránilo pronikání a vzájemnému míšení obou teplosměnných tekutin, je nutno, aby tepelné trubice byly vůči trubkovnici dokonale utěsněny. U malých výměníků se tento problém řeší tak, že se použije ocelových trubkovnic, do nichž se tepelné trubice zavaří.

V nejjednodušším případě tvoří přitom trubkovnici jediná ocelové deska. U větších výměníků se utěsní tepelné trubice v trubkovnicích např. zalitím trubic vrstvou betonu.

Nevýhodou těchto provedeni je nemožnost výměny jednotlivých trubic v případě jejich poškození a navíc značné hmotnost trubkovnice u trubic zalitých betonem.

Upevnění trubic v trubkovnici lze dosáhnout také pomocí kuželových névarků na trubicích, které jsou vloženy do odpovídajících kuželových vybrání v trubkovnici; tento způsob však nezaručuje odolnost proti kmitání trubic, zejména při vyšších rychlostech proudění medií ani dokonalou těsnost uložení zejména při vyšších tlakových rozdílech mezi oběma medii, nehledě k tomu, že není řešen problém rozdílných dilatací trubkovnice a kuželových névarků trubic vlivem jejich rozdílných teplot.

Známá suvné uloženi, např. kombinovanými těsnicími uzávěry, suvnými uzávěry s pružným těsnicím nákružkem nebo dělené pružné sestavné uzávěry apod., jsou určeny k použití, především v oboru teplot běžných v klimatizační technice a lze předpokládat, že při běžných teplotách, např, u spalin pecí v chemickém průmyslu, v hutních provozech, v energetice apod., se patrně neosvědčí z důvodů konstrukčního řešení, eventuálně i z důvodů materiálových, a že tudíž nebude pro tyto obory vhodné.

U většiny popsaných upevnění tepelných trubic v trubkovnici a souvisejících řešení trubkovnic se vyskytuje nedostatečná, či dokonce žádná tepelné izolace trubkovnice, což způsobuje zejména u běžného složení spalin procházejících výměníkem, kondenzaci sirných složek na trubkovnici, její korozi a tím i snížení životnosti celého výměníku.

Shora uvedené nevýhody jsou odstraněny u výměníku tepla podle vynálezu, který je opatřen tepelnými trubicemi a jehož pracovní prostor je rozdělen na nejméně dva činné prostory obtékané teplosměnnými médii. Výměník je charakterizován v podstatě tím, že jednotlivé tepelné trubice jsou v trubkovnici upevněny rozebíratelným spojením. Truhkovnice je opatřena komorami pro uložení tepelně izolační hmoty, popř. tepelně izolační těsnicí hmoty stlačované přítlačnými elementy proti desce trubkovnice.

Jednotlivé komory mohou být vymezeny buá rovinnými přepážkami či nékružky připevněnými k horní ploše dělící stěny v poloze obklopující jednotlivé tepelné trubice, jejich řady nebo svazky. Anebo jsou vymezeny rovinnými přepážkami připevněnými k horní ploše desky trubkovnice.

Přítlačný element může být déle proveden jako přítlačné rameno užité v kombinaci s přítlačnými víky či tělísky,anebo jej tvoří přímo přítlačné tělísko se závitem.

V trubkovnici, oddělující obě média, jsou suvně uloženy tepelné trubice utěsněné tepelně izolační těsnicí hmotou, která je spolu s tepelně izolační hmotou přitlačována přítlačnými elementy proti desce. Tepelné trubice spočívají na nosném roětu.

Trubkovnice věak může být provedena jako nosná, spojená s nosnou kosntrukcí výměníku.

V tomto případě jsou tepelné trubice Opatřeny opěrnými kroužky spojenými pevně se stěnou trubice a spočívajícími na desce trubkovnice.

Hlavním znakem vynálezu je tedy zejména provedení trubkovnice, umožňující, že rozebíratelné upevnění tepelných trubic v trubkovnici je součástí tepelné izolace trubkovnice.

Hlavní předností výměníku tepla podle vynálezu je především tepelně izolovaná trubkovnice 8 rozebíratelným upevněním tepelných trubic, čímž je jednak zamezeno kondenzaci par složek teplejšího média na trubkovnici a jednak umožněna snadná montáž a demontáž jednotlivých tepelných trubic, jejich řad či svazků a v důsledku toho i možnost jejich snadného čištění, oprav či výměny bez porušení nebo znehodnocení dalších částí výměníku. S těmito vlastnostmi souvisí i podstatné snížení nákladů na opravu a údržbu výměníku a snížení hmotnosti dělící stěny i výměníku jako celku.

K utěsnění činných prostorů, protékaných jednotlivými teplosměnnými médii, je použita hmota s tepelně izolačními vlastnostmi, popřípadě tepelně izolační těsnicí hmota y kombinaci s tepelně izolační hmotou. Tímto způsobem se zamezí vzniku nízkoteplotní, koroze trubkovnice.

V některých případech, zejména u menších výměníků se jeví účelným, aby trubkovnice byla provedena současně jako nosné, spojené s nosnou konstrukcí výměníku, nebol v tomto případě je na ni přenášena hmotnost trubkového svazku.

U výměníku větších rozměrů, kde by nosná trubkovnice nežádoucím způsobem zvýšila celkovou hmotnost výměníků, je naopak výhodnější, jestliže je trubkovnice provedena pouze jako těsnicí, přičemž nosnou funkci přejímá nosný rošt, který je umístěn ve spodní části výměníku a o nějž se jednotlivé tepelné trubice opírají svou spodní částí. Toto uspořádání výměníku umožňuje současně, aby se spodní část tepelných trubic, v níž dochází nejdříve k zanášení, vysunula volně do prostoru pod nosným roštem za účelem vyčištění. Nosné trubkovnice naproti tomu vyžaduje, aby tepelné trubice byly demontovány shora.

Příkladné provedení výměníku tepla s tepelnými trubicemi podle vynálezu je déle schematicky znázorněno na přiložených výkresech, kde obr. 1 představuje pohled ve směru proudění teplosměnných médií na výměník, jehož trubkovnice je provedena jako nosné, obr. 2 pohled ve směru kolmém k proudění teplosměnných médií, na výměník, jehož trubkovnice zastává pouze funkci těsnící, zatímco hmotnost tepelných trubic je zachycena nosným roštem, obr. 3 až 5 v dílčím řezu a v detailu různé obměny v konstrukčním provedení trubkovnice.

Ve schematickém znázornění výměníku tepla podle obr. 1 a 2 je svazek tepelných trubic £ veden buá nosnou trubkovnicí 2 (obr. 1) anebo těsnicí trubkovnicí £ (obr, 2).

Nosná trubkovnice 2 tvoří přímo součást nosné konstrukce 17 výměníku, zatímco nosnou funkci trubkovnice těsnicí £ přejímá nosný rošt £6, který je umístěn ve spodní části výměníku

V obou znázorněných provedeních trubkovnice 2, £ oddělují prostor 14 pro teplo předávající médium, např. spaliny, od prostoru 15 pro teplo přebírající médium, např. vzduch.

Na obr. 3 je znázorněno provedení nosné trubkovnice 2, kterou tvoří vodorovné rovinné deska 4 opatřené otvory £ pro tepelné trubice £. K horní ploše desky 4 jsou přivařeny souběžné, svislé rovinné přepážky 6, které vymezují komory pro uložení těsnící hmoty 8 s tepelně izolačními vlastnostmi, které vytvoří na desce souvislou izolační vrstvu. Komory jsou společné vždy pro celou řadu tepelných trubic £ a jsou v horní části uzavřeny víky £, které jsou proti desce 4 přitlačována přítlačnými rameny £0, spojenými s deskou £. Tepelná trubice £ jsou opatřeny opěrnými kroužky 11. které se opírají o desku 4.

Ha obr. 4 je znázorněno provedení tepelně Izolované těsnicí trubkovnice. Komory pro uložení těsnicí hmoty 2 jsou vymezeny v tomto uspořédéní náktužky 13. opatřenými na vnitřní straně závitem, do něhož zepadé závit na vnějčí straně přítlačného těliska £2 a jsou spolu s upevněnými tepelnými trubicemi £ obloženy tepelně izolační hmotou 8, přitlačovanou přítlačnými rameny £0 proti desce 4·

Rovněž trubkovnice znázorněné ne obr. 5 je provedena jako tepelně izolované těsnicí trubkovnice. Rovinné přepážky 6 vymezují komory pro uložení tepelně izolační těsnicí hmoty 2, které je proti desce 4 přitlačována přítlačnými tělísky 12 a přítlačnými rameny £0. Prostory mezi jednotlivými komorami jsou vyplněny tepelně izolační hmotou 8. Rovinné přepážky 6, které vytvářejí komory společné vždy pro celou řadu tepelných trubic £ mohou být rovněž nahrazeny jednotlivými nékružky £g, přičemž přítlačné tělísko 12 mé pak tvar přítlačného kroužku. Prostor mezi jednotlivými nékružky 13 je opět vyplněn souvislou vrstvou tepelně izolační hmoty 8.

Výměník s tepelnými trubicemi podle vynálezu je určen zejména k použiti v chemickém průmyslu a v energetice.

Claims (6)

1. Výměník tepla s tepelnými trubicemi, jehož pracovní prostor je rozdělen na nejméně dva činné prostory obtékané teplosměnnými médii, vyznačený tím, že jednotlivé tepelné trubice (1) jsou v trubkovnici (2, 3) upevněny rozebíratelným spojením, přičemž trubkovnice (2, 3) je opatřena komorami pro uložení tepelně izolační hmoty (8), popřípadě tepelně izolační hmoty (7) přítlačnými elementy stlačované proti desce (4) trubkovnice (2, 3).

3).

2. Výměník podle bodu 1, vyznačený tím, že komory pro tepelně izolační těsnicí hmotu (7), popřípadě tepelně izolační hmotu (8) jsou vymezeny rovinnými přepážkami (6), připevněnými k horní ploše desky (4) trubkovnice (2, 3).

3. Výměník podle bodu 1 , vyznačený tím, že komory pro tepelně izolační těsnicí, popřípadě pro tepelně izolační hmotu (7, 8) jsou vymezeny nékružky (13) připevněnými k horní ploše desky (4) trubkovnice (2, 3), v poloze, obklopující souose jednotlivé tepelné trubice (1) a tepelně izolační^!hmota (8) je přítlačnými rameny (10) přitlačovóna proti desce (4).

4. Výměník podle bodů 1 až 3, vyznačený tím, že přítlačný element je tvořen přítlačným ramenem (10) v kombinaci s přítlačnými víky (9) nebo tělísky (12).

5. Výměník podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, že trubkovnice (3) je provedena jako těsnicí trubkovnice oddělující obě média, v níž jsou suvně uloženy tepelné trubice (1) utěsněné tepelně izolační těsnicí hmotou (7), které je spolu s těsnicí izolační hmotou (8) stlačována přítlačnými elementy proti desce (4), přičemž tepelné trubice (1) spočívají na nosném roětu (16).

6. Výměník podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, že trubkovnice (2) je provedena jeko nosná trubkovnice spojené s nosnou konstrukcí (17) výměníku, přičemž tepelné trubice (1) jsou opatřeny opěrnými kroužky (11) spojenými pevně se stěnou trubice (1) a spočívajícími na desce (4) trubkovnice (2).