CS213230B1

CS213230B1 - Matricový výměník tepla

Info

Publication number: CS213230B1
Application number: CS849880A
Authority: CS
Inventors: Josef Suma
Original assignee: Josef Suma
Priority date: 1980-12-04
Filing date: 1980-12-04
Publication date: 1982-03-26

Abstract

Předmět vynálezu, kterým je matricový výměník tepla s perforovaných lamel se týká oboru nízkých teplot, kryogeniky. Předmět vynálezu řeSÍ kampaktní matricový výměník tepla, který Je vysoce úěinný a jeho lamely lze vyrábět ražením bez odpadu konstrukčního materiálu. Podstatou vynálezu je matricový výměník tepla z perforovaných lamel, který je charakterizován tím, že okraje otvorů Jsou vyhnuty z roviny lamely, Jeou možné různé varianty vyhnutí i skládání jednotlivých lamel do výměníku tak,· aby .podmínky pro přestup tepla byly optimální. Mimo oboru kryogeniky by přicházelo v úvahu použití kompaktních výměníků tepla tam, kde je výměna tepla mezi dokonale čistými médii a je požadována vysoká kompaktnost.

Description

(54) Matricový výměník tepla

213 230 ·,,,

213 230

Vynález se týká kompaktního matricového výměníku teple Z teplosměnných lamel s prokládkami, který je bu3 lepen či mechanicky spojen v, celek. Je vhodný předevěím v kryogenní technice. Matricové výměníky tepla jsou·používány předevěím ve zkapalňovačích helia. Teplosměnná plocha je tvořena bu3 síťkou z dobře vodivého materiálu jako je mě3 či hliník, nebo je utvářena z teplosměnných lamel. V lamelách jsou vyleptávány malé kruhové či obdélníkové otvory. Otvory mohou být též vyráženy. Pomocí prokládek mezi jednotlivými lamelami jsou utvářeny teplosměnné kanály pro jednotlivé teplosměnná média. Lamely bývají o síle 0,2 až 1 mm a otvory v nich bu3 kruhové s průměrem okolo 1 mm, nebo obdélníkové. U tohoto typu výměníků se dosahuje velmi vysoké kompaktnosti, tj. velikosti teplosměnného povrchu na jedhotku objemu výměníku, jaké nelze dosáhnout u jiných typů teplosměnných aparátů. Dosahuje se až 6000 mm /mm . Dosavadní perforované lamely s kruhovými nebo obdélníkovými otvory však mají řadu nevýhod. Leptání otvorů v lamelách je velmi pracné, ražení vyžaduje složité razící nástroje. Pro lamely se z hlediska výroby ražením nemohou používat materiály, které jeou z hlediska teplosměnného optimální, neb ty jsou měkké a tažné a při ražení by vznikaly výrobní potíže. At již ražením či leptáním vzniká nevyužitý odpad, což u čisté mědi představuje značnou ztrátu. Matricový výměník tepla pracuje ve zkapalňovači helia ve velmi Širokém rozmezí teplot, z čehož vyplývá, že se velmi mění fyzikální vlastnosti teplosměnného média. Vzhedem k tomu, že jednotlivé lamely výměníku jsou stejné, nejsou zachovány v celám výměníku optimální podmínky pro přestup tepla. Při velmi husté peřforaci, odebraný materiál' z otvorů lamel zhoršuje účinnost vedení tepla podél lamely a tím i účinnost matricového výměníku tepla.

Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny matricovým výměníkem tepla z teplosměnných lamel a prokládek, s podélnými teplosměnnými kanály, který je charakterizován tím, že v teplosměnných lamelách jsou průchody vytvořeny prostřihy lamely bez. úbytku materiálu a alespoň některá žebra vzniklá mezi sousedními prostřihy jsou vyhnuta z roviny lamely. Prostřihy jsou s výhodou přímé ó délce 5 až 30 mm s roztečí 0,5 až 4 mm a vzniklá žebra jsou vyhnuta z roviny lamely tak, že s ní svírají úhel 20 až,70 Matricový výměník tepla je dále charakterizován tím, že teplosměnné lamely jsou skládán^ve výměníku tak, že vždy sousední lamely mají obrácený sklon vyhnutí žeber v teplosměnném kanálu nad sebou. Matricový výměník tepla dle vynálezu je dále charakterizován tím, že alespoň dvě teplosměnné lamely jsou z rozdílně silného materiálu, nebo ve výměníku jsou alespoň dvě prokládky různě silné. Spojení lamel a prokládkami je dále uskutečněno lepením, nebo pájením.

Hlavní přednost matricového výměníku tepla dle vynálezu tkví v tom, že při jeho výrobě nedochází při prostřihování lamel ke vzniku odpadu. Je dosaženo vysoké účinnosti lamel, které je možné jednoduše vyrábět raženťip. Průtočný průřez lze jednoduše změnou síly lamely, čímž při stejném výrobním nástroji dochází ke změně průtočného průřezu. Pro výrobu lamel je možné užívat měkký materiál, čistou mě3 či hliník aniž vznikají problémy při výrobě. Výroba lamel je jednoduchá a nenákladné. Průchodem teplosměnného média kanály vytvořenými v lamelách a prokládkách dochází ke zvýšení turbulence a tím i ke zvýšenému koeficientu přestupu tepla vlivem vyhnutí žeber z roviny lamely.

Příkladné řešení matricového výměníku tepla s perforovanými lamelami dle vynálezu je zjedrnAijšeně zobrazeno na obr. 1, na obr. 2 je detail řezu dvou sousedních lamel, na obr. 3 je de213 230 tail v půdorysu lamely. V daném případě jde o dvoumédiový kryogenní výměník tepla pro zkapalňovač helia. Matricový výměník se skládá z následujících hlavních Sástí. Rozdělovačích čel 1,

2, lamel 2 a prokládek 8. V protiproudém uspořádání vstupuje studené plynné helium ve spodní části hrdlem £ a vystupuje z horního rozdělovacího čela 1 hrdlem £. Ochlazované helium vstupuje hrdlem £ a vystupuje ochlazené hrdlem 6. Ve výměníku jaou tedy vytvořeny dva protiproudů teplosměnné kanály. Lamely 2 J^{80U z} měděného plechu o síle 0,5 mm, prokládky 8 o síle 0,7 mm. Rozteč prostřihá 10, které jsou dlouhé 10 mm je 1,5 mm, přičemž materiál lamely 2 mezi prostřihy 10 je vyhnut tak, že tvoří rovinu protínající rovinu lamely 2 P°d úhlem 45 °. V podstatě tedy materiál lamely 2 mezi otvory tvoří jakési žebro o síle 1,5 x 0,5 mm dlouhé 10 mm. Uspořádání dvou sousedních lamel 2 ve výměníku je takové, že žebra £ mají na sousedních lamelách 2 opačný sklon. Uspořádání a detail dvou sousedních lamel 2 výměníku je schematicky zobrazen na obr. 2, kde Je detail řezu výměníkem a z obr. 3, kde je detail půdorysem lamely. Po sestavení lamel 2 a prokládek 8 do výměníku je výměník spojen lepením či pájením. Zobrazeným uspořádáním lamel 2 ^se dosahuje vysokého koeficientu přestupu tepla při plném využití konstrukčního materiálu. Meněího volného průřezu v lamele 2 ^lze snadno dosáhnout.při stejném výrobním nástroji zvětěením síly lamely 2i nebo snížení výšky prokládek 8. Podle jiného příkladného řešení podle vynálezu je možná vyhýbat pouze sudá či lichá žebra £ z roviny lamely 2 přičemž jsou s lamelou 2 rovnoběžné. V jedné lamele 2 lze kombinovat různé směry náklonu vyhnutí žeber £.

Matricový výměník tepla podle vynélezu najde upotřebení především v kryogenice a to obzvláště ve zkapalňovačích helia, kde jedním z rozhodujících parametrů je i kompaktnost výměníku. Perforované lamely je možné vyrábět jednoduchým způsobem bez odpadu.

Claims

Pfi E D MĚ 1 VYNÁLEZU

1. Matricový výměník tepla z teplosměnných lamel a prokládek, s podélnými teplosměnnými kanály, vyznačující ee tím, že v teplosměnných lamelách (7) jsou průchody vytvořeny prostřihy (10) lamely (7) bez úbytku materiálu a alespoň některá žebra vzniklá mezi sousedními prostřihy (10) jsou vyhnuta z roviny lamely (7).
2. Matricový výměník tepla podle bodu 1, vyznačující se tím, že prostřihy (10) jeou přímé, dlouhé 5 až 30 mm β roztečí 0,5 až 4 mm a vzniklá žebra jsou vyhnuta z roviny lamely (7) tak, že a ní evírají úhel 20 až 70 °.
3· Matricový výměník tepla podle bodů 1 nebo 2, vyznačující se tím, že ve výměníku jsou alespoň dvě teplosměnné lamely (7) nebo dvě prokládky (8) rozdílné síly.
4. Matricový výměník tepla podle bodů 1, 2 a 3 vyznačující ae tím, že teplosměnné lamely (7)’jsou ve výměníku skládány tak, že vždy sousední lamely (7) mají obrácený sklon vyhnutí žeber v teplosměnném kanálu nad sebou.
5. Matricový výměník tepla podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že teplosměnné lamely (7) a prokládky (8) Jsou spojeny lepením nebo pájením.