CS243613B1

CS243613B1 - Heat exchanger

Info

Publication number: CS243613B1
Application number: CS837179A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Volak
Original assignee: Zdenek Volak
Priority date: 1983-09-30
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1986-06-12
Also published as: CS717983A1

Abstract

Výměník tepla sestává nejméně z jednoho dílu tvořeného rámem a osnovou, ve kterém teplosměnné trubice jsou vpleteny do osnovy tvořené alespoň jednou řadou tyčí nebo trubek.The heat exchanger consists of at least one part formed by a frame and a warp, in which heat exchange tubes are woven into a warp formed by at least one row of rods or tubes.

Description

(54) Výměník tepla(54) Heat exchanger

Výměník tepla sestává nejméně z jednoho dílu tvořeného rámem a osnovou, ve kterém teplosměnné trubice jsou vpleteny do osnovy tvořené alespoň jednou řadou tyčí nebo trubek.The heat exchanger consists of at least one frame and warp component in which the heat exchange tubes are knitted into a warp formed by at least one row of bars or tubes.

Vynález se týká výměníku tepla. Lze ho použít v chemickém, potravinářském, farmaceutickém průmyslu a strojírenství.The invention relates to a heat exchanger. It can be used in the chemical, food, pharmaceutical and engineering industries.

Tepelné výměníky používané v chemickém průmyslu i ostatních odvětvích jsou zatím většinou zhotovovány z kovových materiálů. Jistou nevýhodou je kratší doba jejich životnosti v agresivním prostředí, které je zvláště v chemickém průmyslu velmi často zastoupeno. Teplosměnné plochy tvořené nejčastěji trubkami jsou zhotoveny z oceli, legované i vysoce legované oceli, titanu, eventuálně z jiných materiálů. Investiční náklady jsou především ovlivněny materiálem použitým ke konstrukcí výměníků a rozdíly mezí běžným ocelovým provedením a provedením z legovaných ocelí nebo ještě dražších materiálů jsou významné. Proto se kromě kovových materiálů užívají i jiné materiály bud na bázi grafitu, anebo plastické hmoty.Heat exchangers used in the chemical industry and other industries are mostly made of metallic materials. A certain disadvantage is their shorter lifetime in an aggressive environment, which is very often represented, especially in the chemical industry. Heat transfer surfaces made up of tubes are made of steel, alloyed and high-alloyed steel, titanium or other materials. The investment costs are mainly influenced by the material used in the construction of the heat exchangers and the differences between the conventional steel and alloy steel or even more expensive materials are significant. Therefore, in addition to metallic materials, other materials based on either graphite or plastic are used.

Oproti klasickým materiálům je použití plastických hmot vázáno na užší teplotní rozmezí, jejich výhodou je však poměrně vysoká odolnost vůči agresivnímu prostředí. Mezi materiály s vysokou chemickou odolností patří například polytetrafluorethylen, který není napadán kyselinami, zásadami, oxidačními činidly ani za zvýšených teplot. Kromě vysoké tepelné a chemické odolnosti vyniká i biologickou netečnosti, čímž se možnosti jeho použití ještě rozšiřuji. Dalšími vhodnými materiály jsou polyethylen a polypropylen, eventuálně jiné plastické materiály zpracovatelné na trubice.Compared to conventional materials, the use of plastics is bound to a narrower temperature range, but their advantage is the relatively high resistance to aggressive environments. Materials with high chemical resistance include, for example, polytetrafluoroethylene which is not attacked by acids, bases, oxidizing agents even at elevated temperatures. In addition to its high thermal and chemical resistance, biological inertia is also outstanding, which extends the possibilities of its use. Other suitable materials are polyethylene and polypropylene, and possibly other tube-processed plastics.

Použití trubic z plastických hmot ke konstrukci teplosměnné plochy tepelného výměníku vyžaduje změnit uspořádání klasických kovových tepelných výměníků. Především lze očekávat praktické využití navrhovaného výměníku při sdílení tepla z plynů, při rekuperaci tepla z odpadních agresivních zdrojů a podobně. Tyto požadavky splňuje výměník tepla podle vynálezu, jehož podstatou je, že sestává nejméně z jednoho dílu tvořeného rámem a osnovou, ve kterém teplosměnné trubice jsou vpleteny do osnovy tvořené alespoň jednou řadou tyčí nebo trubek.The use of plastic tubes to design the heat exchanger surface of a heat exchanger requires the rearrangement of conventional metal heat exchangers. In particular, the practical use of the proposed exchanger can be expected in heat transfer from gases, heat recovery from waste aggressive sources and the like. These requirements are met by a heat exchanger according to the invention which consists of at least one frame formed by a frame and a warp in which the heat exchange tubes are knitted into a warp formed by at least one row of bars or tubes.

V rámu jsou zabudovány otvory pro přívod a odvod média procházejícího trubicemi. Trubice tvořící teplosměnnou plochu jsou s výhodou z plastických hmot. Osnova je alespoň zčásti tvořena teplosměnnými trubicemi.The frame has openings for the inlet and outlet of the medium passing through the tubes. The tubes forming the heat transfer surface are preferably of plastic. The warp is at least partly formed by heat transfer tubes.

Výhodou tohoto uspořádání trubic je především zvětšení celkové délky trubic umístěných v rámu ve srovnání s délkou strany rámu ve směru propletených trubic. Tím se zvyšuje velikost teplosměnné plochy. Uspořádáním trubic v osnově lze ovlivnit podmínky proudění teplosměnné tekutiny v prostoru mezi trubicemi. Současně se výhodně dá použít určitého uspořádání k dodržení požadovaných hodnot tlakových ztrát na vnější straně svazku trubic v rámu.The advantage of this tube arrangement is primarily to increase the overall length of the tubes placed in the frame compared to the length of the side of the frame in the direction of the entangled tubes. This increases the size of the heat exchange surface. By arranging the tubes in the warp, the flow conditions of the heat transfer fluid in the space between the tubes can be influenced. At the same time, it is advantageously possible to use some arrangement to maintain the desired pressure drop values on the outside of the tube bundle in the frame.

Celkovou plochu výměny tepla včetně rychlosti proudění v mezitrubkovém prostoru a tlakových ztrát lze ovlivňovat i změnou vzdálenosti mezi řadami trubic umístěnými v osnově nad sebou, pokud uvažujeme tyče osnovy ve vertikální poloze. Vyšší výkon výměníku je závislý na velikosti teplosměnné plochy. Její zvýšení se dosahuje vytvořením pletivové struktury trubic v rámu. Vlastní teplosměnná plocha je tvořena svazkem trubic tvořících výplet v takzvané osnově.The total area of heat exchange, including the flow velocity in the inter-tube space and pressure losses, can also be influenced by changing the distance between the rows of tubes placed in the warp one above the other, considering the warp bars in the vertical position. The higher heat exchanger performance depends on the size of the heat exchange surface. Its increase is achieved by forming the mesh structure of the tubes in the frame. The heat exchange surface itself is formed by a bundle of tubes forming the string in the so-called warp.

Vynález je blíže objasněn na připojených výkresech, kde na obr. 1 je schematicky znázorněna osnova, na obr. 2 je osnova s rámem, na obr. 3 je v řezu znázorněna osnova s jednou řadou tyčí a na obr. 4 a 5 je v řezu znázorněna osnova tvořená více řadami tyči.The invention is illustrated in more detail in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 schematically shows a warp, FIG. 2 shows a warp with a frame, FIG. A warp consisting of multiple rows of rods is shown.

Osnova ve tvaru mříže je tvořena v řadě umístěnými tyčemi nebo trubkami 1 kruhového nebo jiného průřezu. Kromě rozměrů udávajících průřez tyče osnovy je měnitelná roztečná vzdálenost tyčí v osnově. Délka tyčí je dána velikostí rámu.The grid-shaped warp is formed by a series of rods or tubes 1 of circular or other cross-section. In addition to the dimensions indicating the cross section of the warp bar, the spacing of the bars in the warp is variable. The length of the bars is given by the frame size.

Na obr. 2 je znázorněna jedna z variant provedení rámu, kde je rám tvořen deskami 3, do kterých jsou zabudovány tyče _1 osnovy a otvory pro vstup 4 a výstup 5 teplosměnných trubic 2 z rámu. V jednom rámu lze umístit tyče _1 osnovy různým způsobem, z nichž některé jsou znázorněny na obr. 3, 4, 5. Osnova může být tvořena tyčemi JL, umístěnými· v jedné řadě nebo ve více řadách. Trubice 2 jsou na obr. 4 a 5 znázorněny také čárkovanou čarou.FIG. 2 shows a variant of the frame, in which the frame consists of plates 3, in which the warp rods 1 and openings for the inlet 4 and the outlet 5 of the heat exchange tubes 2 from the frame are incorporated. In one frame, the warp rods 1 may be positioned in various ways, some of which are shown in Figs. 3, 4, 5. The warp may consist of rods 11 positioned in one or more rows. The tubes 2 are also shown in dashed lines in FIGS. 4 and 5.

Podle uspořádání osnovy se potom realizuje rozmístění trubic výměníku, které zvláště při použití více než jedné řady tyčí umožňuje řešení ve více variantách, jak znázorňují obr. 4 a 5.Depending on the warp arrangement, the heat exchanger tubes are then deployed which, in particular when using more than one row of rods, allows a solution in several variants, as shown in Figures 4 and 5.

Příklad provedení výměníku:Exchanger design example:

Osnova sestává z 20 tyčí £ o průměru 5 mm, výška tyčí £ je 400 mm. Roztečná vzdálenost tyčí £ je 20 mm. Do osnovy jsou vpleteny trubice £ z plastické hmoty o vnějším průměru 5 nun. Trubice 2 jsou umístěny v řadách nad sebou, počet řad je 70 při šířce dílu výměníku 400 mm. Tím vznikne v osnově teplosměnné plocha, tvořená trubicemi £, kterými protéká tekutina.The warp consists of 20 bars 5 with a diameter of 5 mm, the height of the bars 8 being 400 mm. The spacing of the rods 8 is 20 mm. Plastic warp tubes 5 with an outside diameter of 5 µm are knitted into the warp. The tubes 2 are arranged in rows one above the other, the number of rows being 70 with the width of the exchanger part 400 mm. This creates a heat exchange surface in the warp formed by the tubes 8 through which the fluid flows.

Druhá tekutina je přiváděna nejlépe kolmo na osnovu, prochází mezerami mezi trubicemi £, kde dochází ke zvýšení místní rychlosti proudu tekutiny. Tímto uspořádáním trubic £ v osnově vznikne teplosměnná plocha přibližně o hodnotě 0,5 m , a to na ploše dílu o rozměrech 400 x x 400 mm.The second fluid is fed preferably perpendicular to the warp, passing through the gaps between the tubes 6, where the local velocity of the fluid flow is increased. This arrangement of the tubes 6 in the warp results in a heat exchange surface of approximately 0.5 m on a surface of a part of 400 x 400 mm.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A heat exchanger, characterized in that it comprises at least one frame and warp component in which the heat exchange tubes (2) are knitted into a warp formed by at least one row of bars or tubes (1).

Exchanger according to claim 1, characterized in that the frame has openings for the inlet and outlet of the medium passing through the tubes.

Exchanger according to Claims 1 and 2, characterized in that the tubes (2) forming the heat transfer surface are made of plastics.

Exchanger according to Claims 1 to 3, characterized in that the warp is at least partly formed by heat exchange tubes (2).