CS227174B1 - Výměník tepla - Google Patents

Description

Vynález se týká výměníku tepla, jehož teplosměnnou plochu tvoří trubice z fluoroplastů. Lze ho použít zejména v chemickém, potravinářském,, farmaceutickém a elektrotechnickém, průmyslu a strojírenství. Pod názvem, fluoroplasty jsou pro účel tohoto popisu míněny plastické hmoty vzniklé polymerací příslušných fluorovaných monomerů.

V řadě odvětví se setkáváme s tepelnými výměníky nejrůznějších provedení. Materiály tvořící teplosměnnou plochu mají u kovových výměníků poměrně vysokou hodnotu součinitele tepelné vodivosti. Mezi další přednosti kovových materiálů patří především pevnost, odolnost proti rázům, možnost běžného obrábění, svařitelnost, nehořlavost a další. Nevýhodou, a to značnou, je kratší doba životnosti v agresivním prostředí, které je v řadě oborů poměrně časté.

Kromě oceli se ke konstrukci tepelných výměníků používají i legované a vysoce legované oceli, dále titan, eventuálně měď a hliník. Cenové rozdíly mezi tepelným výměníkem zhotoveným- z oceli, legované oceli či titanu jsou poměrně významné. Z tohoto důvodu byly zkoušeny ke konstrukci tepelných výměníků nekovové materiály na bázi grafitu a nebo z plastických hmot. 0proti kovovým materiálům nemají plastické hmoty tak dobré mechanické vlastnosti, jejich použití je vázáno na užší teplotní interval, často jsou hořlavé a mají nízkou hodnotu součinitele tepelné vodivosti. Některé z nich se však vyznačují velmi důležitou vlastností, odolností vůči agresivnímu prostředí. Velmi dobré výsledky přinesly zejména tepelné výměníky z fluoroplastů.

Fluoroplasty se vyznačují vysokou chemickou odolností. Např. polytetrafluorethylen má obecně nejuniverzálnější odolnost proti působení agresivních činidel ze všech známých plastických hmot. Není napadán kyselinami, zásadami, oxidačními činidly, a to i za zvýšených teplot. Zatím není známo pro tuto látku žádné rozpouštědlo. Odolává prakticky všem sloučeninám vyjma tavenin alkalických kovů, elementárního fluoru, chlortrifluoridu a některých perfluorovaných sloučenin.

Kromě polytetrafluorethylenu se používá i kopolymér tetrafluorethylenu a hexafluorpropylenu. Polytetrafluorethylen má ze všech fluoroplastů největší tepelnou odolnost, jeho horní hranice použitelnosti je 260 °C, nevýhodou je však jeho obtížná zpracovatelnost. Svařovat jej lze pouze za tlaku a lepení je možné jen po předchozí úpravě povrchu. Horní hranice použitelností kopolymeru tetrafluorethylenu a hex-afluorpro227174

2 717 4 pylenu se udává koleni 205 °C,;Výhqdnějlse. však zpracovává. Chemická odolnost těchto fluoroplastů se podstatně nemění se vzrůstající teplotou, prakticky zůstává nezměněna až do teplot udávajících horní hranice použitelnosti daného polymeru. Oba dva polymery jsou nesmáčivé, nehořlavé a biologicky netečné, což se dá výhodně použít ve farmaceutickém i potravinářském průmyslu.

Plášťové kovové výměníky tepla nejednodušší konstrukce· mají na obou koncích pláště přívařena trubková čela, v nichž jsou trubky upevněny různými způsoby, převážně rozválcováním nebo zavařením. Pevné zasazení trubek ve výměníku tepla se provádí jen při malých teplotních rozdílech mezi pláštěm a trubkami. Jinak se uspořádávají konstrukčně tak, aby byla umožněna tepelná dilatace. Výměníky tohoto konstrukčního uspořádání se nazývají výměníky s plovoucí hlavou nebo výměníky s kompenzátorem,. Výměníky s kompenzací mohou být buď ucpávkové, nebo s čočkovou kompenzací.

Upevnění svazku trubic z fluoroplastů v čele výměníku tepla nelze vždy provést některým ze způsobů používaným u kovových výměníků. U všech typů výměníků se svazkem trubic je nutno, z důvodu hermetického utěsnění, opatřit trubice na obou koncích hlavicemi.

Uvedené nedostatky odstraňuje výměník tepla podle vynálezu. Tento výměník sestává ze svazku fluoroplastových trubic, které jsou připevněny, například přilepeny, na obou koncích svazku k hlavicím výměníku. Tyto hlavice mají vesměs válcovitý tvar. K zavedení trubic do hlavic slouží průchozí otvory. Rozmístění trubic v čele hlavice se provádí nejčastěji do tvaru rovnostranného trojúhelníka nebo čtverce. Podstata vynálezu spočívá vtom, že hlavice výměníku jsou na čelní straně opatřeny čelním miskovitým prohloubením, ve kterém, jsou .vytvořeny průchozí otvory. Toto čelní miskovité , prohloubení ; může být s výhodou vytvořeno s konstantní nebo proměnnou hloubkou. V případě proměnné hloubky může hloubka od středu ke stranám klesat nebo růst. Hloubka čelního miskovitého prohloubení se volí podle velikosti výměníku a druhu použitých teplosměnných médií. Čelní miskovité prohloubení je na jedné či obou čelních plochách hlavice.

Výhodou výměníku podle vynálezu je jeho značná odolnost proti agresivnímu prostředí a jednoduchá výroba. Další výhodou je, že tvar hlavice výměníku umožňuje vypustit těsnění, které bývá místem častých havárií a tím dále zvýšit životnost tohoto výměníku a usnadňuje výrobu výměníku. Tvar hlavice také umožňuje umístění trubic co nejblíže u sebe, čímž se dosáhne co nejmenších rozměrů čela hlavice výměníku.

Vynález je dále blíže popsán na příkladech jeho provedení.

Přikladl

Výměník tepla se skládá ze svazku fluoroplastových trubic 2 průměru 5 mm, vytvořených z polytetrafluorethylenu, které jsou přilepeny k hlavici 1 výměníku. Tato hlavice 1 výměníku je opatřena třemi průchozími otvory, které jsou uspořádány do tvaru rovnpstranného trojúhelníku. Tyto průchozí otvory jsou vytvořeny v čelním miskovitém prohloubení 3 kulovitého tvaru s maximální hloubkou uprostřed. Před lepením byly lepené plochy dokonale odmaštěny toluenem a ještě vlhký smočený povrch byl aktivován ponorem do roztoku aktivačního činidla smíšeného, s toluenem v poměru 4:1. Aktivace byla prováděna při .teplotě, 20 °C po do,bu jedné minuty, zbytky činidla byly spláchnuty toluenem, povrch opláchnut vodou a osušen. Po vsunutí fluoroplastových trubic 2 do hlavice 1 výměníku byly trubice 2 na jedné straně hlavice 1 výměníku spojeny s čelem hlavice 1 výměníku epoxidovým lepidlem běžným postupem. Obdobně byla připojena i druhá hlavice 1 výměníku. Výměník byl pak odzkoušen při použití chladicí vody, kdy byl výměník umístěn volně v nádrži s horkou vodou.

Příklad 2

Výměník tepla se skládá ze svazku 37 fluoroplastových trubic 2, vytvořených z polytetrafluorethylenu, které jsou přilepeny k hlavici 1 výměníku o průměru přibližně 65 milimetrů. Hlavice 1 výměníku je opatřena čelním miskovitým prohloubením 3 s konstantní hloubkou válcovitého tvaru, přičemž průchozí otvory mají stejnou průchozí délku. Postup aktivace povrchu aktivačním činidlem je před lepením shodný, jako v příkladě 1. Aktivace se však neprovádí ponorem. Trubice 2 se zasunou do hlavice 1 výměníku a povrch se aktivuje nalitím roztoku aktivačního činidla do čelního miskovitého prohloubení 3 hlavice 1 výměníku. Doba působení činila 60 s. Po spláchnutí aktivačního činidla a odmaštění byl povrch osušen a trubice slepeny s hlavicí výměníku epoxidovým lepidlem.

Příklad 3

Fluorplastové trubice 2 výměníku tepla podle příkladu 2 jsou uloženy v kovové trubce tvořící plášť výměníku tepla. Výhodou tohoto uspořádání je ochrana fluoroplastových trubic před mechanickým poškozením. Tím se . sníží možnost smísení ohřívacího a ohřívaného média během provozu výměníku.

Claims (5)

1. PŘEDMĚT

   1. Výměník tepla, sestávající ze svazku fluoroplastových trubic, připevněných, například přilepených, na obou koncích svazku k hlavicím výměníku, vyznačující se tím, že hlavice (1) výměníku jsou na čelní straně opatřeny čelním miskovitým prohloubením, ve kterém, jsou vytvořeny průchozí otvory k zavedení trubic do hlavice (1).
2. 2. Výměník tepla podle bodu 1 vyznačující se tím, že čelní miskovité prohloubení je vytvořeno s konstantní hloubkou.

   VYNÁLEZU
3. 3. Výměník tepla podle bodu 1 vyznačující se tím, že čelní miskovité prohloubení je vytvořeno s proměnnou hloubkou.
4. 4. Výměník tepla podle bodů 1, 3 vyznačující se tím, že čelní miskovité prohloubení je vytvořeno s hloubkou od středu k obvodu klesající.
5. 5. Výměník tepla podle bodů 1, 3, vyznačující se tím, že čelní miskovité prohloubení je vytvořeno s hloubkou od středu k obvodu rostoucí.