CS251806B1

CS251806B1 - Heat Exchanger

Info

Publication number: CS251806B1
Application number: CS854589A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Volak
Original assignee: Zdenek Volak
Priority date: 1985-06-24
Filing date: 1985-06-24
Publication date: 1987-08-13
Also published as: CS458985A1

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.A heat exchanger assembled from channels of rectangular or trapezoidal cross-section, in which heat exchange intensifiers consisting of plastic fibers arranged in rows are placed so that the fibers from individual rows are firmly connected at the points of contact. The fibers from individual rows thus create a fibrous network with openings, the shape of which depends on the angle between the fibers that they make at the point of contact. The heat exchange intensifiers can be of various shapes or provided with protrusions and are placed in the exchanger channels at least in part of the length of the heat exchanger channel, while they do not have to be placed over the entire area of the longitudinal cross-section of the channel.

Description

Vynalez ee týká intenzifikace výměny tepla v tekutinách proudících ve výměnících tepla s kanály nekruhováho průřezu.The invention relates to the intensification of heat exchange in fluids flowing in heat exchangers with channels of non-circular cross-section.

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.The heat exchange intensification requirements are addressed in various ways. One of these is the replacement of plain pipes or heat exchanger plates with treated heat-manganese surfaces. The heat transfer surface is increased, for example, by the ribbing of the tubes. Another method is to reduce the hydraulic diameter of the fluid flow paths.

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.In addition to these intensification paths, various internals (e.g., static mixers) are used, inserted into heat exchanger tubes, to increase the turbulence intensity and to equalize the flow in a given exchanger flow channel. These turbulent assemblies are particularly useful at low fluid velocities, since at a higher velocity, the hydraulic resistance of the embedded channel is usually significantly increased.

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.It is therefore a legitimate requirement that the inserts inserted into the device in order to increase the heat transfer coefficient in the fluid are also satisfactory in this respect. So far, attention has focused primarily on the flow of liquids in conventional heat exchangers with pipes, less attention has been paid to cases where the cross-section of the flow channel is eg rectangular, as is the case with plate heat exchangers, etc.

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.These drawbacks are overcome by the heat exchanger according to the invention, characterized in that in the rectangular or trapezoidal channels there are heat exchange intensifiers consisting of fibers grouped together to form a mesh structure.

* ·* ·

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.The fibers are placed approximately in parallel rows, usually in two rows one above the other, in such a way that the fibers from the individual rows are firmly joined at the point of contact, forming a fibrous web with apertures whose shape depends on the angle at the point of contact. The apertures may be, for example, square, rhombic, and the like. The fibers are of plastics material, of which, for example, fibers of polyethylene, polypropylene, and the like are suitable.

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.The described heat exchange intensifiers are inserted into the heat exchanger ducts where they are located either along the entire length of the duct or only over a certain portion of the length of the duct. This makes it possible to influence the hydraulic resistance when the fluid flows through the duct and thus to meet any possible requirements for the permissible hydrali resistance of the heat exchanger. Furthermore, the heat intensifiers may be disposed in the channel such that they are located only in a certain part of the longitudinal cross-section of the channel.

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.The fiber mesh of the heat exchange intensifier is preferably shaped differently, thereby varying the total length or area of the mesh in the channel. The heat exchange intensifiers may also be provided with protrusions, e.g., hemispherical or conical, at least over a portion of the surface. Since the free area of these materials is relatively high, the hydraulic resistance of the assemblies is low, so that the transport of fluid flowing through the heat exchanger channels is not substantially increased.

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.Another advantage of these constructions is the fact that they are easy to install into existing heat exchangers of corresponding construction. The heat intensifier material is corrosion resistant, which is advantageous in the case of aggressive fluids.

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 způsobemHeat exchanger intensifiers can be incorporated either in all channels of the exchanger or only in part of the channels. E.g. the intensifiers can only be placed in channels with a colder medium, or they can only be integrated into a part of some channels for a given heat transfer medium. The arrangement of the intensifier in the heat exchanger may not be exactly the same in all channels. It is thus possible to incorporate different types of heat exchange intensifiers into individual channels or to place them in some channels along the entire distance or cross-section, in the remaining ones in a different way

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.The heat exchange effects of these assemblies are beneficial due to increased turbulence of the flowing fluid, the leveling of the velocity and temperature profiles due to the ongoing homogenization of the flowing fluid. As a result, the heat transfer coefficient in the flowing fluid is increased compared to the duct without these internals.

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.Due to the low weight of the flush-mounted unit, the total weight of the heat exchanger does not increase significantly. When used in recuperative heat exchangers to recover heat, these circumstances are significant because they have a positive effect on the economics of heat utilization.

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.The different arrangement of the fibers in the thickened structure of the heat intensifiers makes it possible, within a wide range, to vary the dimensions of the meshes and by arranging them the free area of the installation. This gives the possibility to change the properties of the heat exchange intensifiers as necessary, in particular to increase the heat transfer coefficients at acceptable pressure losses.

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.The invention is explained in more detail in the drawings, in which Fig. 1 shows a channel of rectangular cross-section, Fig. 2 a) to d) shows the possibilities of placing heat exchange intensifiers in certain parts of the channel, Fig. 3a), b) 4 a) to g) show some possible ways of shaping the heat exchange intensifiers and in Fig. 5a), b) there are captured heat exchange intensifiers provided with protrusions.

Kanál X výměníku tepla je schematicky znázorněn na obr. 1, kde L značí délku kanálu,The heat exchanger channel X is shown schematically in Figure 1, where L denotes the length of the channel,

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.X its height and quantity and denotes the channel width. The heat exchange intensifier 2 can be placed either over the entire distance of the channel or, as shown in FIGS. 2 a) to d) only in a certain part thereof.

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.The fluid inlet 1 of the channel and the fluid outlet X of the channel are typically located at the ends of the channel. Advantageously, the heat exchange intensifiers 2 can only be located in a certain part of the channel height, as shown in FIG. 3 a), b). In addition, various combinations are possible resulting from the locations of the heat exchange intensifiers X in the channels.

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).FIGS. 4 (a) to (g) show some of the possibilities of shaping the heat exchange intensifiers 6 shown in a plan view of the heat exchanger channel. The heat exchanger intensifiers may be provided with at least a portion of the surface with protrusions, e.g.

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).The protrusions are located on at least one side of the heat exchange intensifiers. The location of the protrusions along the entire height dimension of the heat exchange intensifiers is shown in Figs.

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.The heat exchanger consists of 9 channels χ, of which 4 serve for hot gas flow and 5 channels X for cold gas flow. The length of channel X is 800 mm, height 200 mm and width 9 mm. The channels χ are arranged parallel to each other, the exchanger is arranged in counter-current arrangement of the heat exchange medium flows. The heat exchanger channels X are located in a housing which is provided at its ends with gas stream inlets and gas stream outlets.

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.The heat exchange area is approximately 1.3 m ² . On the outside, the shell of the heat exchanger is insulated. The arrangement of the turbulent assemblies X was arranged as shown in Fig. 4a, wherein the distance of the undulation side of the embedded X was 11.5 mm in one case and 23 mm in the other.

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.The turbulent inserts X were tested at various locations in the exchanger, especially over the entire distance I, of the χ channel {fig. 1) and the whole height χ of the channel χ (Fig. 1). Furthermore, the placement of the superstructures 2 was only in the distance of channel X, for example it was 67% of channel length χ resp. 33% of channel length · lu χ.

Claims

OF THE INVENTION

A heat exchanger made up of rectangular or trapezoidal cross-sectional channels, characterized in that in the channels (1) heat exchange intensifiers (2) consisting of plastic fibers approximately parallel to the rows are arranged, the fibers being located in at least two rows above The fibers of the individual rows form an angle of 20 to 90 DEG at the points of contact, are firmly joined at the points of contact, forming a fibrous force with apertures the shape of which corresponds to the angle between the fibers at the point of contact.

Exchanger according to claim 1, characterized in that the heat exchange intensifiers (2) are arranged such that their openings form an angle of 0 to 180 ° with the longitudinal walls of the heat exchanger channel (1).

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat exchanger intensifiers (2) are located at least in part of the length of the heat exchanger channels (1).

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat exchange intensifiers (2) are located at least in part of the cross-sectional area of the heat exchanger channel (1).

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the heat exchange intensifiers (2) are located in at least some heat exchanger channels (1).

3 drawings

Giant.

Giant..

Giant.