CS257575B1 - Vzduchem chlazený kondenzátor vodní páry - Google Patents

Abstract

Kondenzátor sestává ze svazku souběžných teplosměnných a dochlazovacích trubek, uspořádaných v řadách za sebou a opatřených na straně proudění vzduchu příčnými žebry. Teplosměnné trubky ústí horními konci do společné horní rozdělovači komory a spodními konci do společné sběrné komory, do níž je spodními konci zaústěna i nejméně jedna řada dochlazovacích trubek. Horní konce dochlazovacích trubek ústi do samostatné horní komory. Podstatou řešení je, že všechny řady dochlazovacích trubek a alespoň část řad teplosměnných trubek mají příčná žebra opatřena podélnými prořezy. V zájmu snížení tlakových ztrát na straně vzduchu nejsou prořezy provedeny v žebrech alespoň první řady teplosměnných trubek, která může nadto vykazovat i větší rozteč či stoupání žeber než zbývající trubkové řady. Hloubka prořezů se volí v rozmezí 0,025 až 0,200 průměru hladké trubky, rozteč v rozmezí 0,05 až 0,40 průměru hladké trubky a šířka řezu v rozmezí 0,02 až 0,15 průměru hladké trubky. První řadě teplosměnných trubek je popřípadě předřazena řada usměrňovačích lopatek, vykazujících kilpříkladu tvar částí válcových ploch o délce rovné 0,04 až 0,06 délky trubkového svazku a poloměru rovnému 0,01 až 0,02 délky trubkového svazku, přičemž rozteč lopatek činí 0,01 až 0,02 délky trubkového svazku.

Description

Vynález se týká uspořádání vzduchem chlazeného kondenzátoru vodní páry.

U dosud známých vzduchem chlazených kondenzátorů probíhá kondenzace uvnitř téplosměnných trubek, které jsou na vnější straně ochlazovány nucené proudícím vzduchem. Trubky jsou uspořádány v souběžných řadách a jsou chladicím vzduchem protékány ve směru kolmém k podélné ose trubkového svazku. Trubky jsou na obou koncích zaústěny do společných komor a na straně přívodu vzduchu jsou opatřeny příčnými žebry, která zvětšují teplosměnnou plochu trubek oproti trubkám hladkým obvykle o 1 500 až 2 000 %. Jednotlivé řady trubek jsou přitom uspořádány svisle anebo jsou umístěny v šikmé poloze, popřípadě dva protilehlé svazky trubek vytvářejí sestavu ve tvaru písmene A. Pára so přivádí do horní komory kondenzátoru a proudí vnitřním prostorem téplosměnných trubek směrem dolů za současné kondenzace. Kondenzát stéká v souproudu s párou rovněž směrem dolů do společné spodní sběrné komory, z níž se odvádí k opětovnému použití.

Za jednotlivými řadami téplosměnných trubek ve směru toku vzduchu anebo paralelně k nim může být kromě toho zařazena jedna nebo více řad trubek určených k dochlazování inertních plynů a dokončení kondenzace zbytků páry. Řada dochlazovacích trubek je na spodním konci zaústěna do komory společné i pro teplosměnné trubky, a to takovým způsobem, že inertní plyny a zbytky páry vystupující z téplosměnných trubek mění v komoře svůj směr, vstupují do dochlazovacích trubek a proudí jejich vnitřním prostorem ve směru odspodu nahoru, přičemž zb náry v dochlazovacích trubkách kondenzují. Kondenzát stéká do společné spodní komory, f se opět odvádí. Inertní plyny jsou odsávány ze samostatné horní komory dochlazovacích trunek.

Za řadami téplosměnných trubek se dále ve směru toku vzduchu umístují ručně či dálkově ovladatelné žaluzie, jejichž prostřednictvím je možno přivřít anebo úplně uzavřít průtočný průřez chladicího vzduchu a tím regulovat, jeho průtok. Žaluzie se používají zejména při sestavování protilehlých trubkových svazků do sestavy ve tvaru písmene A. V tomto případě jsou pak umístěny nad svazky téplosměnných trubek a lze jich kromě k regulaci množství vzduchu použít i k zamezení vnikání deště, sněhu a nečistot z ovzduší při odstavení kondenzátoru.

Hlavním nedostatkem popsaných kondenzátorů je nerovnoměrná kondenzace páry v jednotlivých řadách téplosměnných trubek ve směru toku vzduchu. V první řadě téplosměnných trubek, obtékané relativně nejstudenějším vzduchem, kondenzuje zpočátku největší podíl páry a trubky této řady vykazují největší hydraulický odpor. V poslední řadě trubek, obtékané již ohřátým vzduchem, kondenzuje naproti tomu nejmenší množství páry a trubky této řady mají nejmenší hydraulický odpor. Důsledkem toho jsou i rozdílné tlaky páry na dolních koncích jednotlivých trubkových řad v místě jejich zaústění do společné spodní komory, které vyvolávají zpětný tok páry spodními otvory první (přední) řady trubek.

Zatímco takto zpětně pronikající pára postupně kondenzuje, inertní plyny obsažené v páře nemohou být z trubek odsávány. Vzhledem k daným tlakovým poměrům se v trubkách shromažďují a vytvářejí zde stabilní plynné kapsy, které zadržují i kondenzát. Části téplosměnných trubek zaplněných inertními plyny a kondenzátem se pak nemohou kondenzačního procesu zúčastnit a při středních teplotách venkovního vzduchu způsobují snížení kondenzačního výkonu, zatímco při nízkých teplotách vzduchu se v nich nashromážděný kondenzát ochlazuje a zamrzá, takže trubky práskáj í.

K odstranění popsaných nedostatků se proto trubkové svazky kondenzátorů navrhují tak, aby kondenzace byla ukončena □ všech za sebou jdoucích řad txubek ve stejiié výši, a to co nejblíže k místu dolního zaústění trubek do sběrné komory, čímž se využije maxima teplosměnné plochy trubek. Potřebného účinku se dosahuje jednak postupným zmenšováním průřezu trubek v jednotlivých za sebou umístěných řadách, jednak zvětšováním teplosměnné plochy trubek jednotlivých řad ve směru proudění vzduchu, dále postupným zmenšováním rozteče žeber v jednotlivých řadách trubek, změnou rozteče žeber podél trubek, umístěním klapek případně clon v místech zaústění rozdělovačů páry do jednotlivých trubek, změnou podtlaku u jednotlivých řad trubek anebo instalací parních ejektorů pro odsávání inertních plynů pro každou řadu zvlášř. Mění se tedy bud množství páry protékající jednotlivými řadami trubek, či. teplosměnný povrch trubek tak, aby kondenzace byla v některých řadách částečně potlačena.

Tato řešení však s sebou přinášejí nové nevýhody, které spočívají především v náročnosti a složitosti výroby, stejně jako v nezbytnosti výroby širokého sortimentu žebrovaných trubek o různých průřezech a s různými roztečemi žeber. Při změně rozteče podél jedné trubky není nadto možno použít výkonné technologie navíjení žeber, ale méně výkonného navlékání žeber s osazením, tj. tzv. L-žeber, při němž hrozí nebezpečí, že při opakovaném ohřevu a ochlazení trubky, kupříkladu při odstavení kondenzátoru, dojde ke snížení pevnosti styku mezi žebrem a trubkou a tím i ke snížení přestupu tepla.

Výrobně náročné je rovněž umístění clon, dýz či klapek do rozdělovače páry, případně do jednotlivých trubek. Tyto prvky vyvolávají kromě toho také nárůst tlakové ztráty a tím i nutnost zvýšeného výkonu parních ejektorových odsavačů inertních plynů. Použitím ejektorů u každé jeddnotlivé řady se pak opět zvyšuje složitost ovládáni odsávacího ejektorového systému, spotřeba páry i investiční náklady.

Je známo rovněž uspořádání, při němž je v zájmu potlačení shora uvedených nedostatků svazku teplosměnných trubek ve směru proudění vzduchu předřazena tepelně hydraulická mříž. Mříž je tvořena nejméně jednou řadou hladkých, případně nízkožebrovaných trubek, které jsou horními konci zaústěny do společné horní rozdělovači komory s hrdlem pro přívod páry a spodními konci do společné spodní sběrné komory s hrdlem pro odvod kondenzátu. Za poslední řadou teplosměnných trubek pak následuje žaluzie, rozdělená popřípadě do dvou nebo více nad sebou umístěných, samostatně ručně či automaticky ovladatelných dílů. Výhodou tohoto uspořádání je, že chladicí vzduch při průchodu tepelně hydraulickou mříží zvýší svou turbulenci, jež pak příznivě ovlivní přestup tepla u vlastních teplosměnných trubek.

Všechny popsané úpravy jsou nicméně zaměřeny na ochranu kondenzátoru proti zamrznutí při jeho použití v oblastech s velmi nízkými teplotami venkovního vzduchu a jejich důsledkem je nárůst složitosti a hmotnosti kondenzátoru a tím i zvýšení pořizovacích nákladů. Při použití v oblastech, kde teplota neklesne pod bod mrazu, jsou naproti tomu tyto úpravy z ekonomického hlediska spíše nežádoucí.

Nevýhody dosud známých provedení kondenzátorů jsou potlačeny u vzduchem chlazeného kondenzátoru vodní páry podle vynálezu, který sestává ze svazku souběžných teplosměnných a dochlazovacích trubek uspořádaných v řadách za sebou a opatřených na straně prouděni vzduchu příčnými žebry, kde teplosměnné trubky jsou horními konci zaústěny do společné horní rozdělovači komory s hrdlem pro přívod páry a spodními konci do společné spodní sběrné komory s hrdlem pro odvod kondenzátu, do níž je zaústěna současně spodními konci nejméně jedna řada dochlazovacích trubek, zatímco horní konce všech dochlazovacích trubek ústí do samostatné horní komory.

Kondenzátor je přitom v podstatě charakterizován tím, že všechny řady dochlazovacích trubek a alespoň část řad teplosměnných trubek mají příčná žebra opatřena podélnými prořezy, které v optimálním případě vykazují hloubku rovnou 0,025-0,200 průměru hladké trubky, rozteč rovnou 0,05-0,40 průměru hladké trubky a šířku řezu rovnou 0,02-0,15 průměru hladké trubky.

Hlavním přínosem teplosměnných a dochlazovacích trubek opatřených příčnými žebry s podélnými prořezy je podstatné zvýšení turbulence chladicího vzduchu při jeho průchodu mezi žebry a tím i zvýšení přestupu tepla mezi vzduchem a ochlazovaným médiem, byt i za cenu určitého zvýšení tlakové ztráty na straně vzduchu.

Z tohoto hlediska je zejména výhodné uspořádání, kdy alespoň první řada teplosměnných trubek je opatřena žebry hladkými, vykazujícími popřípadě nadto ještě větší rozteč či stoupání než příčná žebra dalších řad teplosměnných a dochlazovacích trubek. Protože u první řady teplosměnných trubek se projevuje maximální tepelný spád mezi chladicím vzduchem a ochlazovaným, kondenzujícím médiem, je zde snížení účinku turbulence a snížení přestupu tepla méně významné. Významnější je naproti tomu zmenšení tlakové ztráty vzduchu z volného prostoru do kanálů tvořených hladkými žebry této první teplosměnné řady trubek, zejména je-li tato řada navíc opatřena žebry o větší rozteči, zatímco tlaková ztráta vzduchu změnou toku zůstává v nezměněné výši. Nižší je i tlaková ztráta vzduchu způsobená turbulencí vzduchu vzhledem ke snížení počtu řad teplosměnných a dochlazovacích trubek opatřených žebry s prořezy.

Další alternativní možností ke snížení tlakové ztráty vzduchu, ať již způsobené změnou směru toku vzduchu anebo vstupem vzduchu z volného prostoru do kanálů tvořených žebry teplosměnných trubek, zejména žebry opatřenými prořezy, je předřazení řady usměrňovačích lopatek před první řadu teplosměnných trubek. Tímto uspořádáním se docílí jak snížení tlakové ztráty vzduchu způsobené změnou směru jeho toku, tak i tlakové ztráty vyvolané vstupem vzduchu z volného prostoru do kanálů tvořených žebry. Určitou nevýhodou ve srovnání s první variantou, tj. použitím nejméně jedné řady teplosměnných trubek s žebry bez prořezů na straně vstupu chladicího vzduchu, případně odstupňování rozteče či stoupání žeber, je zvýšení celkové hmotnosti kondenzátoru.

Příkladné provedení vzduchem chlazeného kondenzátoru vodní páry podle vynálezu je dále blíže objasněno na připojených výkresech, kde obr. 1 představuje podélný svislý řez kondenzátorem, který tvoří kombinace dvou řad teplo směnných trubek a jedné řady dochlazovacích trubek, opatřených vesměs žebry s prořezy, s předřazenou řadou usměrňovačích lopatek, obr. 2 obdobný svislý řez kondenzátorem se dvěma řadami teplosměnných trubek a jednou řadou dochlazovacích trubek, kde první řada teplosměnných trubek je opatřena žebry bez prořezu a o rozteči větší než žebra zbývajících trubkových řad, zatímco na obr. 3 je v detailu, v příčném řezu teplosměnnou či dochlazovací trubkou znázorněno vytvoření průřezů v příčných žebrech trubek, přičemž obr. 4 představuje bokorysný pohled na část trubky podle obr. 3 a obr. 5 v příčném řezu, v detailu vytvoření usměrňovačích lopatek.

Vzduchem chlazený kondenzátor v provedení podle obr. 1 sestává ze dvou řad 2 teplosměnných trubek a jedné řady 2 trubek dochlazovacích. Trubky všech řad jsou opatřeny příčnými žebry 2JL ^s podélnými prořezy 12. První řadě 2 teplosměnných trubek je předřazena řada 2 usměrňovačích lopatek 13. Tok vzduchu je řadou 3. usměrňovačích lopatek 13 usměrněn tak, že svazkem teplosměnných a dochlazovacích trubek prochází ve směru kolmém k podélné ose svazku. Pára se přivádí hrdlem 7. d° horní rozdělovači komory kde se rozděluje do obou řad 2 teplosměnných trubek. Vnitřním prostorem trubek proudí pára ve směru odshora dolů za současné kondenzace. Kondenzát stéká v souproudu s postupující párou do spodní sběrné komory 5, která je společná jak pro obě řady 2 teplosměnných trubek, tak i pro řadu 2 trubek dochlazovacích. 2e sběrné komory 2 ^se kondenzát odvádí hrdlem 2 k opětovnému použití. Inertní plyny a zbytky nezkondenzované páry postupují ze společné sběrné komory 2 směrem vzhůru vnitřním prostorem řady 2 úochlazovacích trubek. V dochlazovacích trubkách kondenzuje zbytek páry, přičemž kondenzát stéká zpět do společné sběrné komory 5, odkud je odváděn spolu s hlavními podíly hrdlem 2# zatímco ochlazené inertní plyny jsou odsávány ze samostatné horní komory 2 dochlazovacích trubek.

Vzduchem chlazený kondenzátor znázorněný na obr. 2 vykazuje obdobné uspořádání jako kondenzátor znázorněný na obr. 1 s tím rozdílem, že ve druhém uspořádání je vypuštěna řada 2 usměrňovačích lopatek 13 a teplosměnné trubky první řady 2 mají žebra hladká, bez podélných prořezů 12. Navíc vykazují žebra 11 první řady 2 teplosměnných trubek větší rozteč než žebra 11 zbývajících trubkových řad 2 ^a Z· Směr toku vzduchu je v tomto uspořádání usměrněn až v první řadě 2 teplosměnných trubek, takže další řadou 2 teplosměnných trubek i řadou 2 dochla zovacích trubek vzduch proudí opět ve směru kolmém k ose trubkového svazku. Funkce parní strany kondenzátoru je shodná s funkcí kondenzátoru podle obr. 1.

Na obr. 3 je v příčném řezu znázorněna jedna teplosměnná či dochlazovací trubka 10, opatřená žebry 11 s podélnými prořezy 12.

Je vyznačena hloubka h prořezů, která se volí obvykle v rozmezí 0,025-0,200 průměru d hladké trubky 10, rozteč t prořezů, jejíž hodnota se volí v rozmezí 0,05-0,40 průměru d hladké trubky, a šířka řezu s_, jejíž hodnota obvykle činí 0,02-0,15 průměru d hladké trubky. V odpo5 vídajícím bokorysném pohledu na obr. 4 je navíc vyznačena i rozteč v jednotlivých žeber 11, jejíž hodnota může být odstupňována. U první řady 9 teplosměnných trubek v provedení podle obr. 2 se rozteč či stoupání v^ kupříkladu volí v rozmezí 0,07-0,15 průměru d hladké trubky 10, zatímco rozteč či stoupání y₂ zbývajících řad JL, 2 teplosměnných a dochlazovacích trubek v rozmezí 0,05-0,10 průměru d hladké trubky.

Na obr. 5 je znázorněna část řady 2 usměrňovačích lopatek 13, které mohou být alternativně umístěny před první řadou 1. či 2 teplosměnných trubek. Délka x lopatky 13, která má ve znázorněném provedeni tvar části válcové plochy, se obvykle volí v rozmezí 0,04-0,06 délky 2 trubkového svazku, poloměr r lopatky v rozmezí 0,01-0,02 délky 1 trubkového svazku a rozteč y lopatek v rozmezí 0,01-0,02 délky 2 trubkového svazku.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Vzduchem chlazený kondenzátor vodní páry, sestávající ze svazku souběžných teplosměnných a dochlazovacích trubek, uspořádaných v řadách za sebou a opatřených na straně proudění vzduchu příčnými žebry, kdy teplosměnné trubky jsou horními konci zaústěny do společné horní rozdělovači komory s hrdlem pro přívod páry a spodními konci do společné sběrné komory s hrdlem pro odvod kondenzátu, přičemž do společné spodní sběrné komory je spodními konci zaústěna současně nejméně jedna řada dochlazovacích trubek, zatímco horní konce všech dochlazovacích trubek ústí do samostatné horní komory, vyznačený tím, že všechny řady (2) dochlazovacích trubek a alespoň část řad (1) teplosměnných trubek mají příčná žebra (11) opatřena podélnými prořezy (12) .
2. 2. Vzduchem chlazený kondenzátor podle bodu 1, vyznačený tím, že podélné prořezy (12) vykazují hloubku (h) rovnou 0,025-0,200 průměru (d) hladké trubky, rozteč (t) rovnou 0,05 až 0,40 průměru (d) hladké trubky a šířku řezu (s) rovnou 0,02-0,15 průměru (d) hladké trubky.
3. 3. Vzduchem chlazený kondenzátor podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že příčná žebra (11) alespoň první řady (9) teplosměnných trubek vykazují rozteč či stoupání (v^) rovné 0,07-0,15 průměru (d) hladké trubky, zatímco zbývající řady (1, 2) teplosměnných a dochlazovacích trubek rozteč či stoupání (v₂) rovné 0,05-0,10 průměru (d) hladké trubky.
4. 4. Vzduchem chlazený kondenzátor podle bodů 1 až 3, vyznačený tím, že před prvni řadou (1, 9) teplosměnných trubek je umístěna řada (3) usměrňovačích lopatek (13), kupříkladu lopatek ve tvaru částí válcové plochy o délce (x) rovné 0,04-0,06 délky (1) trubkového svazku a poloměru (r) rovnému 0,01-0,02 délky (1) trubkového svazku, přičemž rozteč (y) lopatek (13) činí 0,01-0,02 délky (1) trubkového svazku.