CS251806B1 - Výměník tepla - Google Patents

Abstract

Výměník tepla sestavený z kanálů obdélníkového ne.bo lichoběžníkového průřezu, v nichž jsou umístěny intenzifikátory výměny tepla sestávající z vláken z plastických hmot umístěných v řadách tak, že vlákna z jednotlivých řad jsou v místech dotyku pevně spojena. Vlákna z jednotlivých řad vytvářejí tak vláknitou sítovinu s otvory, jejichž tvar závisí na úhlu mezi vlákny, který svírají v místě dotyku. Intenzifikátory výměny tepla mohou být různě tvarovány nebo opatřeny výstupky a jsou v kanálech výměníku umístěny alespoň v části délky kanálu výměníku teply, přičemž nemusí byt umístěny po celé ploěe podélného průřezu kanálu.

Description

Vynalez ee týká intenzifikace výměny tepla v tekutinách proudících ve výměnících tepla s kanály nekruhováho průřezu.

Požadavky na intenzifikaci výměny tepla se řeží různými způsoby. Jedním z nich je náhrada hladkých trubek nebo desek výměníku tepla upravenými teploamánnými povrchy. Teplosměnný povrch se zvětěuje například žebrováním trubek. Jiný způsob..spočívá ve zmenšování hydraulického průměru průtokových cest tekutin.

Kromě těchto cest intenzifikace se používají různé vestavby (např. statické směšovaSe), vkládané do trubek tepelných výměníků, které zvštěují intenzitu turbulence a zrovnoměrňují proudění v daném průtokovém kanálu výměníku. Tyto turbulizující vestavby nacházejí uplatnění předevěím při nízkých rychlostech proudění tekutiny vzhledem k tomu, že při vyšších rychlostech dochází většinou k významnému zvýšení hydraulického odporu kanálu s vestavbou.

Je proto oprávněný požadavek, aby vestavby vkládané do zařízení za účelem zvýšení součinitele přestupu tepla v tekutině byly i po této stránce vyhovující. Doposud se pozornost zaměřila předevěím na proudéní kapalin v klasických výměnících tepla s trubkami, méně pozornosti bylo věnováno případům, kdy průřez průtočného kanálu je např. obdélníkový, jako je tomu u deskových výměníků tepla apod.

Uvedené nedostatky odstraňuje výměník tepla podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v kanálech obdélníkového nebo lichoběžníkového tvaru jsou umístěny intenzifikátory výměny tepla, sestávající z vláken vzájemně seskupených tak, že vytvářejí sítovou strukturu.

* ·

Vlákna jsou umístěna přibližně v rovnoběžných řadách, většinou ve dvou řadách nad sebou a to tak, že vlákna z jednotlivých řad jsou v místě dotyku pevně spojena a vytvářejí tak vláknitou síťovinu s otvory, jejichž tvar je závislý na úhlu, který svírají vlákna z jednotlivých řad v místě dotyku. Otvory mohou mít například tvar čtverce, kosočtverce apod. Vlákna jsou z plastických hmot, z nichž vhodná jsou např. vlákna z polyethylenu, polypropylenu apod.

Popsané intenzifikátory výměny tepla jsou vkládány do kanálů tepelných výměníků, kde jsou umístěny buá po celé délce kanálu, nebo jen v určité části délky kanálu. Tím je umožněno ovlivňovat hydraulický odpor při proudění tekutiny kanálem a dodržet tak eventuální požadavky na přípustný hydraliéký odpor výměníku tepla. Intenzifikátory tepla mohou být dále v kanálu uloženy tak, že jsou umístěny jen v určitá části podélného průřezu kanálu.

Vláknitá síťovina intenziflkátoru výměny tepla se nechá s výhodou různě tvarovat, čímž se mění celková délka nebo plocha síťoviny v kanále umístěná. Intenzifikátory výměny tepla lze upravit též tak, že jsou opatřeny výstupky, např. polokulovitého nebo kuželovitého tvaru alespoň na části plochy. Vzhledem k tomu, že volná plocha těchto materiálů je poměrně vysoká, je hydraulický odpor vestaveb nízký, takže se podstatně nezvyšují nároky na dopravu tekutiny protékající kanály výměníku tepla.

Další výhodou těchto staveb je skutečnost, že jsou snadno zabudovatelná i do stávajících výměníků tepla odpovídající konstrukce. Materiál intenzifikátorů tepla je korozivzdorný, což je výhodná v případě agresivních tekutin.

Intenzifikátory výměny tepla je možné zabudovat buá do všech kanálů výměníku, nebo jen do části kanálů. Např. lze umístit intenzifikátory jen do kanálů s chladnějším médiem nebo je možné je zabudovat u daného teplosměnného média jen do části některých kanálů. Uspořádání intenziflkátoru ve výměníku tepla nemusí být ve všech kanálech zcela shodné. Lze tedy zabudovat do jednotlivých kanálů i tvarově odlišné typy intenzifikátorů výměny tepla nebo je umístit v některých kanálech po celé dálce či průřezu, u zbývajících pak odlišným způsobem

Účinky těchto vestaveb na výměnu tepla jsou příznivé v důsledku zvýěeni turbulence proudící tekutiny, zrovnoaěrnění rychlostního i teplotního profilu v důsledku probíhající homogenizace proudící tekutiny. Výsledkem je pak zvýěeni souSinitele přestupu tepla v proudící tekutině ve srovnání s kanálem bez těchto vestaveb.

Vzhledem k nízká hmotnosti ploěné jednotky vestaveb se významně nezvyěuje celková hmotnnst výměníku tepla. Při použití těchto vestaveb v rekuperačních výměnících ke zpětnému získávání tepla jsou tyto okolnosti významná, poněvadž pozitivně ovlivňují ekonomická zhodnocení využití tepla.

Různé uspořádání vláken v sílovité struktuře intenzifikátorů tepla umožňuje v Širokém rozmezí měnit rozměry ok a jejich uspořádáním volnou plochu vestavby. Tím vzniká možnost měnit podle potřeby i vlastnosti intenzifikátorů výměny tepla, předevěim zvyšování součinitelů přestupu tepla při přijatelných tlakových ztrátách.

Vynález je blíže objasněn na výkresech, kde na obr. 1 je znázorněn kanál obdélníkového průřezu, na obr. 2 a) až d) jsou uvedeny možnosti umístění intenzifikátorů výměny tepla v určitých částech kanálu, na obr. 3a), b) je znázorněno umístění intenzifikátorů výměny tepla v určitá části výěky kanálů, na obr. 4 a) až g) jsou uvedeny některá možné způsoby tvarování intenzifikátorů výměny tepla a na obr. 5a), b) jsou zachyceny intenzifikátory výměny tepla opatřené výstupky.

Kanál X výměníku tepla je schematicky znázorněn na obr. 1, kde L značí délku kanálu,

X jeho výšku a veličina a označuje šířku kanálu. Intenzifikátor 2, výměny tepla lse umístit buS po celá dálce kanálu, nebo jak znázorňují obr. 2 a) až d) jen v určité jeho části.

Vstup j. tekutiny do kanálu a výstup X tekutiny z kanálu jsou obvykle umístěny na koncích kanálu. Intenzifikátory 2 výměny tepla lze s výhodou umístit jen v určité části výěky kanálu, jak je v bokorysu znázorněno na obr. 3 a), b). Navíc jsou možné i různé kombinace vyplývající z uvedených umístění intenzifikátorů X výměny tepla v kanálech.

Na obr.'4 a) až g) jsou znázorněny některé možnosti tvarování intenzifikátorů £ výměny tepla, znázorněné v půdorysném zobrazení kanálu výměníku tepla. Intenzifikátory výměny tepla lze alespoň na části plochy opatřit výstupky např. polokulovitého nebo kuželovitého tvaru, jak znázorňuje obr. 5 a) a b).

Výstupky jsou umístěny alespoň na jedné straně intenzifikátorů výměny tepla. Umístění výstupků po celém výškovém rozměru intenzifikátorů výměny tepla znázorňuje obr. 4 f) a g).

Výměník tepla sestává z 9 kanálů χ, z nichž 4 slouží pro průtok horkého plynu a 5 kanálů X pro průtok chladného plynu. Dálka kanálu X činí 800 mm, výška 200 mm a šířka 9 mm. Kanály χ jsou sestaveny vzájemně rovnoběžně, výměník je uspořádán v protiproudnám uspořádání toků teplosměnných médií. Kanály X výměníku jsou umístěny v plášti, který je na koncích opatřen vstupy proudů plynu a výstupy proudů plynu.

Teplosměnné plocha činí přibližně 1,3 m². Na vnější straně je pláět výměníku tepla zaizolovén. Uspořádání turbulizujících vestaveb X bylo uspořádáno podle znázornění na obr. 4a přičemž dálka strany zvlnění vestavby X činila v jednom případě 11,5 mm, ve druhém pak 23 mm.

Turbulizující vestavby X byly zkoušeny v různém umístění ve výměníku, především po celá dálce I, kanálu χ {obr. 1) a celá výšce χ kanálu χ (obr. 1). Dále bylo umístění vestaveb 2 jen v části dálky kanálu X, např. činilo 67 % délky kanálu χ resp. 33 % délky kaná?· lu χ.

Claims (5)

1. P Ř £011 il VYNÁLEZU

   1. Výměník tepla sestavený z kanálů obdélníkového nebo lichoběžníkového průřezu vyznačující se tím, že v kanálech (1) jsou umístěny intenzifikátory (2) výměny tepla sestávající z vláken z plastických hmot přibližně rovnoběžně unístěných v řadách, přičemž vlákna jsou umístěna alespoň ve dvou řadách nad sebou, vlákna z jednotlivých řad svírají v místech dotyku úhel v roamezí 20 až 90°, v místech dotyku jsou pevně spojena a vytvářejí tak vláknitou sílovinu s otvory, jejichž tvar odpovídá úhlu mezi vlákny, která svírají v místě dotyku.
2. 2. Výměník podle bodu 1 vyznačující ee tím, že intenzifikátory (2) výměny tepla jsou umístěny tak, že jejich otvory svírají s podélnými stěnami kanálu (1) výměníku tepla úhel 0 až 180°.
3. 3. Výměník tepla podle bodu 1 vyznačující se tím, že Intenzifikátory (2) výměny tepla jsou umístěny alespoň v části délky kanálů (1) výměníku tepla.
4. 4. Výměník tepla podle bodu 1 vyznačující se tím, že intenzifikátory (2) výměny tepla jsou umístěny alespoň v části plochy průřezu kanálu (1) výměníku teplá.
5. 5. Výměník tepla podle bodu 1 vyznačující se tím, že intenzifikátory (2) výměny tepla jsou umístěny alespoň v některých kanálech (1) výměníku tepla.

   3 výkresy

   Obr.

   Obr..

   Obr.