CZ127796A3 - Plate-like heat-exchange apparatus - Google Patents

Description

Známý stav techniky

Známý stav techniky zahrnuje teplosměnné povrchy ve formě rovných nebo zvlněných desek popřípadě ve formě desek nebo trubek, které jsou někdy zkujněny za účelem zvýšení tepelné výměny. V případě, že uvedený tepelný výměník obsahuje skupiny desek, mezi nimiž jsou definovány kanálky, potom je nezbytné, aby rovných nebo zvlněných desek a ve formě desek a trubek popřípadě opatřených žebry, které jejich teplosměnnou funkci. Pokud tepelný výměník obsahuje skupiny desek, mezi nimiž jsou definovány kanálky, je nezbytné eliminovat síly odvozené z přítomnosti kapalin pod tlakem pomocí jednoho z následujících řešeni: desky, které definují kanálek pod tlakem mohou být vzájemně spojeny svařením po jejich obvodu a uvnitř kanálků, nebo mohou být uvedené desky spojeny do skupiny různými způsoby z vnější strany, například pomoci spojených objímkových desek. Co se týče prvního řešení, uvedené desky nejsou oddělitelné, zatímco v druhém případě lze uvedenou sestavu rozložit na jednotlivé desky.

Co se týče nevýhod deskových tepelných výměníků, je třeba konstatovat, že jejich použití lze omezit na případy, kdy se používají nízkotlaké kapaliny pouze několika kPa. Když však pouze jedna tekutina dosahuje tlaků až 3000 kPa, je možné tepelnou výměnu vhodně provést ve velkých tepelných výměnících, avšak 1) s deskami svařenými napevno, rovněž opatřenými žebry, ale tyto tepelné výměníky nejsou rozebíratelné, 2) nebo s deskami bez žeber, ve kterých jsou páry svařených desek naskládány tak, aby byly rozebíratelné; ve skutečnosti však v posledním jmenovaném případu nelze realizovat žebra, protože uvedené desky jsou konvexní a žebra k nim nemohou být přivařena, což se nepříznivě odráží na kompaktnosti a pevnosti těchto tepelných výměníků.

Pokud jde o nevýhody trubkových tepelných výměníků, je třeba uvážit, že mají relativně nízký poměr mezi teplosměnným povrchem a jeho celkovým objemem, pokud se neberou v úvahu vysoké ekonomické náklady na vysoce kompaktní žebrovaná hnízda.

Vynález, jak je charakterizován v přiložených patentových nárocích, odstraňuje tyto nevýhody známého stavu techniky.

následující popis se bude týkat tlakových tekutin, z nichž první tekutina má tlak až 3 000 kPa, zatímco druhá tekutina má tlak pouze několik kPa.

Deskový typ výměníku podle vynálezu konvenčně obsahuje množinu paralelních desek uspořádaných uvnitř pouzdra tak, že definují skupinu prvních kanálků pro průchod první tekutiny pod tlakem a nově skupinu druhých kanálků pro průchod druhé tekutiny, přičemž každý pár desek, který definuje první kanálek nese na svém vnitřním povrchu vzájemně od sebe odsazená žebra, která definují dráhu proudění uvedené první tekutiny, jsou součástí obou desek uvedeného páru a jsou přivařená k obou vnějším povrchům vedených dvou desek, jež nesou kontinuálně navařené žebro, jehož část má zjevně tvar vln kolmých ke směru proudění druhé tekutiny a vybíhá uvnitř druhého kanálku k podobnému žebru nesenému protilehlou deskou sousedního páru desek.

Vrcholy uvedených žeber, které vybíhají do stejného druhého kanálku se téměř dotýkají nebo jsou od sebe lehce vzdáleny.

Je zřejmé, že u tohoto způsobu, kdy uvedený tepelný výměník obsahuje ve svém pouzdře skupinu párů desek s vnitřním žebrovým a dvěma žebry nesenými vně, je každý pár desek mechanicky nezávislý na sousedních párech desek a může být tedy z uvedeného pouzdra vyjmut nezávisle na ostatních párech desek.

Rovněž je zřejmé, že šířka prvních a druhých kanálků, tj. vrstev tekutin neboli vzdálenost mezi deskami, lze volně zvolit tak, aby se dosáhlo optimální rychlosti obou tekutin; rovněž je zřejmé, že tvar žebrové vlnovky výhodně tvoří „řecký ornament“faligreek) a že rozestup mezi dvěma k sobě orientovanými žebry bude výhodně odpovídat polovině rozteče p/2, nicméně tvar může být samozřejmě i odlišný a rozestup se od výše uvedené poloviny rozteče p/2 může také lišit.

Hlavními výhodami, které tepelný výměník podle vynálezu nabízí, jsou řešením pro přijetí tohoto typu výměníku ve velkých průmyslových aplikacích. Hlavní výhody výměníku budou popsány níže.

- I když jsou uvedené desky velmi velké, přibližně až deset čtverečných metrů, jsou schopné odolávat vysokým tlakům, až několika MPa, díky skutečnosti, že jsou spojeny pomocí vnitřně přivařených žeber a díky skutečnosti, že jsou navíc vyztuženy vnějším žebrovým tvořeným žebry, jež jsou rovněž přivařená;

- poprvé v historii velkokapacitních tepelných výměníků, mohou být tyto výměníkové teplosměnné desky zcela a snadno vyjmuty po párech ze svého pouzdra;

- uvedený vnější žebra rovněž vykonávají mechanickou funkci, která spočívá v tom, že jejich přivařením k deskám se zabrání jejich prohýbání a proto mohou být tenčí v porovnání s odpovídajícími konvenčními deskami nebo při zachování tloušťky běžných konvenčních desek může být rozestup uvedených žeber zvýšen;

- úkolem uvedených desek je v prvé řadě separovat tekutiny a měla by tedy vykazovat odolnost proti korozi a mechanickému poškození, zatímco uvedená vnější žebra plní převážně funkci teplosměnného povrchu, toto řešení tedy umožňuje na konstrukci žeber použít ne příliš drahou uhlíkovou ocel s vysokým koeficientem tepelného přenosu, zatímco desky mohou být vyrobeny z nerezavějící oceli s koeficientem roztažnosti v podstatě shodným s koeficientem roztažnosti uhlíkové oceli použité pro výrobu vnějších žeber (například AISI 400 sériová nerezavějící ocel);

- použití relativně ekonomických materiálů značně snižuje cenu tohoto typu výměníků, což je v průmyslovém kontextu činí finančně výhodnějšími v porovnání se současnými výměníky;

- další jejich výhodou je kromě jejich nízké pořizovací ceny, je ta skutečnost že, tento tepelný výměník vymění při mnohem menších rozměrech a hmotnosti v porovnání s obecně používanými zařízeními stejný objem energie.

Stručný popis obrázků

Vynález bude dále popsán na jednom provedení vynálezu s přihlédnutím k doprovodným výkresům, na kterých:

obr. 1 znázorňuje obr. 2 znázorňuje obr. 3 znázorňuje vynálezu;

obr. 4 znázorňuje první řez provedením podle vynálezu;

druhý řez provedením podle vynálezu;

čelní perspektivní pohled na provedení podle konstrukční detail provedení podle vynálezu.

Obrázek 1 znázorňuje žebrované desky 1_, které definují tři kanálky 3 pro vodu pod tlakem a dva kanálky 5 pro plyn nebo kouř vznikající v důsledku spalování tekutého paliva, přičemž kanálky 3 a kanálky 5 jsou vzájemné kolmé. Na jedné straně uvedených dvou desek 1_, které definují kanálek 3 jsou žebra 2, která definují tři kanálky 3 , probíhající ve vertikálním směru, pro vodu pod tlakem a k její druhé straně neboli povrchu jsou přivařena vnější žebra 4, která spolu s žebry 4 přivařenými k protilehlé desce definují dva horizontální kanálky 5 pro kouř. V tomto případě mají kanálky 3 pro vodu pod tlakem velmi malou tloušťku definovanou vertikálními žebry 2, která jsou součástí obou protilehlých desek 1 a která zajišťuji odolnost páru desek proti tlaku vody. Žebro 4 na straně plynu zajišťuje, aby se desky mezi žebry 2 na straně vody nedeformovaly. Každé žebro 4 na straně plynu je napevno připájeno na jednu desku 1_ tak, že umožňuje vyjmutí každého jednotlivého kanálku 3 s odpovídajícími vnějšími žebry 4 na obou stranách dvojice desek z uvedené skupiny desek 1. Kontakt mezi protilehlými žebry 4 orientovanými do stejného kanálku pro plyn pod tlakem není nezbytný. Pokud tento kontakt neumožní lehké „otevření“ skupiny desek, potom může být naopak spíše na překážku při extrahování prvků tvořících jednotlivé kanálky 3 pro vodu pod tlakem.

Rovněž tvar že ber 4 není příliš důležitý. Pravoúhlý tvar znázorněný na přiložených obrázcích je nejjednoduší tvar, který by mohl minimalizovat výrobní cenu plynových kanálků 5.

Obrázek 2 ukazuje pevné spoje 6 potřebné pro výrobu výměníkových desek. Tyto spoje jsou provedeny na:

- spojovacích zónách mezi páry desek 1, které definují uvedené kanálky 3 pro vodu pod tlakem (spojovací zóny definované žebry 2 provedené na stejných deskách),

- kontaktním povrchu žeber 4 na odpovídajících deskách 1_.

Jak je z obrázku patrné, mezi protilehlými žebry 4 není proveden žádný spoj.

Pokud se použije pro označení rozteče mezi žebry 4 písmeno p, potom lze říci, že vzájemně protilehle orientovaná žebra vybíhající do stejného kanálku 5, jsou vůči sobě posunuta o p/2. Posun protilehlých žeber 4 je použitelný pro pravoúhlou geometrii žeber 4, ale v případě dalších geometrických konstrukcí žeber může být větší, například pokud jsou vrcholy uvedených žeber namísto znázorněných plochých vrcholů spíše značně konkávní nebo naopak konvexní.

Obrázek 3 znázorňuje deskový typ tepelného výměníku malých rozměru, který zahrnuje pouzdro 7, tepelně izolační vložku 8, které obaluje skupinu 9 desek, trubky 11 pro přívod vody pod tlakem, trubky 12 pro odvádění vody pod tlakem a obruba 13 pro připevnění tepelného výměníku do provozu. Obě trubky 11. 12 mají na svém konci čepečky 14. Ve skupině desek 9 jsou načrtnuty kanálky 3 pro vodu pod tlakem a kouřové kanálky 5.

Obrázek 4 ukazuje náčrt jednoho způsobu realizace hydraulického spojení mezi trubkou 11 pro přívod vody pod tlakem a každým jednotlivým kanálkem 3 mezi dvěma deskami 1; na vnější straně každé desky 1 jsou viditelná žebra 4; trubka 11 má v sobě provedenu štěrbinu 15 odpovídající jednotlivým otvorům 16 mezi uvedenými dvěma deskami 1; ze štěrbiny 15 a skrze otvor 16 proudí voda pod tlakem do kanálku 3.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY ^{9 5} JA .9 Z | 0150Q

   1. Deskový tepelný výměník (1) obsahující množinu par«afeFfc$ θ desek (1) uspořádaných uvnitř pouzdra (7) vzájemně paralelně tafc₃ že definují skupinu prvních kanálků (3) pro průchod první tekutiny pod tlakem a skupinu druhých kanálků (5) pro průchod druhé tekutiny, přičemž kanálky (3) a kanálky (5) mohou vzájemně svírat libovolný úhel, ale výhodně svírají úhel 90’, vyznačený tím , že každý pár desek (1), který definuje první kanálek (3) nese na svém vnitřním povrchu stejného kanálku vzájemně paralelní žebra (2), která jsou rovněž paralelní ke směru proudění uvedené první tekutiny, vzájemně od sebe odsazená, spojená s oběma deskami (1) a přívařená na každý vnější povrch nesoucí kontinuální žebro (4), které má vlnovitě tvarovanou část zpravidla směřovanou kolmo ke směru proudění první tekutiny a které probíhá do druhého kanálku (5) směrem k shodnému žebru (4) nesenému protilehlou deskou (1) sousedního páru desek.
2. 2. Deskový tepelný výměník podle nároku 1, vyznačený tím , že vrcholy uvedených dvou žeber (4) orientovaných vzájemně proti sobě uvnitř každého druhého kanálku (5) jsou jednoduše ve vzájemném kontaktu.
3. 3. Deskový tepelný výměník podle nároku 1,vyznačený tím , že vrcholy uvedených dvou žeber (4) orientovaných vzájemně proti sobé uvnitř každého druhého kanálku (5) jsou od sebe lehce oddáleny.
4. 4. Deskový tepelný výměník podle nároku 1, 2a 3, vyznačen ý tím , že vrcholky uvedených dvou žeber (4) orientované vzájemně proti sobě v každém druhém kanálku (5) jsou vzájemně posunuty.
5. 5. Deskový tepelný výměník podle nároku 4, vyznačený tím , že tvar žebrové vlny žeber (4) má konstantní rozteč (p) a vrcholy žeber (4) orientované vzájemně proti sobě v každém druhém kanálu (5) jsou vzájemně posunuty o polovinu vlnové rozteče (p).
6. 6. Deskový tepelný výměník podle předešlých nároků, vyznačený tím , že uvedená žebra (4) jsou vyrobena z vysoce tepelně vodivé uhlíkové oceli a desky (1) jsou vyrobeny z nerezavějící oceli s koeficientem roztažnosti zjevně shodným s koeficientem roztažnosti uvedené uhlíkové oceli.