CZ2007900A3 - Tepelný výmeník - Google Patents

Abstract

Tepelný výmeník je opatrený soustavou prvních kanálu (1) pro prutok chladného média a soustavou druhých kanálu (3) pro prutok horkého média, pricemž je opatrený prostredky pro vytvorení vrstev teplého média oddelujících alespon cást prostoru pro prutok chladného média od plochy pro prenos tepelné energie horkého média. Výhodne jsou prostredky pro vytvorení vrstev teplého média tvoreny vložkami (5, 8) umístenými v každém z prvních kanálu (1), v odstupu od sten prvního kanálu (1), pricemž na strane vstupu (4) studeného média je meziprostor vymezený vložkou (5, 8) a stenou kanálu uzavren.

Description

TEPELNÝ VÝMĚNÍK

Oblast techniky

Vynález se týká tepelného výměníku se soustavou prvních kanálů pro průtok chladného media a soustavou druhých kanálů pro průtok horkého media.

Dosavadní stav techniky

Deskové výměníky tepla sestávají ze vzájemně souběžně a v konstantním odstupu uspořádaných desek, vymezujících kanály pro průtok horkého a chladného media. V principu existují dvě základní konstrukce, první konstrukce se vyznačuje křížovým prouděním médií, druhá protiproudým prouděním, kde vstup a výstup druhého média jsou uspořádané bud na stejné straně výměníku nebo na jeho protilehlých stranách. První typ výměníku s protiproudým prouděním je označován jako U-typ, druhý jako Z-typ. Typické konstrukce tohoto typu jsou známé např. ze spisů WO 92/09859, kde je popsán tepelný výměník s křižným prouděním médií, nebo WO 96/19708, který popisuje tepelný výměník s protiproudým uspořádáním toku obou medií. Nevýhodou známých provedení je, že chladný okolní vzduch, se na vstupu do výměníku dostává do přímého kontaktu se stěnami, které jsou z opačné strany ohřívány proudem horkého media. Chladné medium ochlazuje v tomto místě vnitřní kanálů pro průtok horkého media na teplotu nacházející se pod rosným bodem horkých plynů. V kanálech pro průtok horkého media tak dochází ke kondensaci par a následné korozi na vnitřních plochách desek vymezujících tyto kanály.

Účelem tohoto vynálezu je zamezit kondenzaci par v kanálech pro průtok horkého media a následné korozi pomocí dosud nepoužitých prostředků.

Podstata vynálezu

Výše uvedeného účelu je dosaženo u tepelného výměníku se soustavou prvních kanálů pro průtok chladného media a soustavou druhých kanálů pro průtok horkého media v provedení podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že výměník je opatřený prostředky pro vytvoření vrstev teplého media oddělujících alespoň část prostorů pro průtok chladného media od plochy pro přenos tepelné

	9 9 *	• 9 9 99 9
·· ····	9 9 9 9	9 · ·
• · ·	9	9 9·
9 ·	φ v	• 9 * ·
• ♦ ·	* *	9*9
9 · ···♦ 9	999 9999	99

energie horkého media. Dále podle tohoto vynálezu jsou prostředky pro vytvoření vrstev teplého media uspořádané v oblasti vstupu studeného media do výměníku. Podle jednoho výhodného provedení jsou prostředky pro vytvoření vrstev teplého media tvořeny vnitřní stěnou umístěnou v každém z prvních kanálů, v odstupu od stěn prvního kanálu, přičemž na straně vstupu studeného media je meziprostor vymezený vnitrní stěnou a stěnou kanálu uzavřen. V dalším výhodném provedení jsou prostředky pro vytvoření vrstev teplého media tvořeny vnitrními stěnami umístěnými v každém z prvních kanálů, v odstupu od jeho stěn a mezilehlý prostor, mezi vnitřní stěnou a stěnou prvního kanálu, je na straně vstupu chladného media propojen s vnitřním prostorem prvního kanálu, přičemž vstup chladného media je tvořen tryskami, které zasahují do vnitřního prostoru prvních kanálů. Rovněž podle tohoto vynálezu jsou prostředky pro vytvoření vrstev teplého media tvořeny kanály pro zpětné proudění předehřátého media se vstupem na straně výstupu ohřátého media a výstupem zaústěným do společného prostoru na straně vstupu studeného media, jimž procházejí trysky pro vstup chladného media, které zasahují do vnitřního prostoru prvních kanálů.

Výhodou tohoto vynálezu je vytvoření vrstvy předehřátého media v oblasti vstupu chladného media, která nedovolí aby se v kanálech pro průtok horkého media vytvořily podmínky pro kondenzaci par a následnou korozi stěn tohoto kanálu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je dále podrobněji objasněno na příkladech jeho praktického provedení, uvedených na přiložených výkresech. Na obr. 1 je provedení jedné trubice kanálu pro průtok chladného media u výměníku trubkového typu, se statickou ochrannou vrstvou předehřátého media, na obr. 2 je obdobné provedení výměníku deskového typu. Na obr. 3 nakreslen podélný řez jednou trubicí kanálu pro průtok chladného media výměníku trubkového typu, s dynamickou ochrannou vrstvou předehřátého media a na obr. 4 je částečný svislý podélný řez obdobného provedení výměníku deskového typu. Obr 5 ukazuje svislý podélný řez kanálem pro průtok chladného media trubkového výměníku, kde ochranná vrstva je vytvořena zpětným prouděním části ohřátého media a na obr. 6 je vodorovný řez kanálem pro průtok chladného media obdobného provedení jako na obr. 5 u deskového výměníku ··♦· • · · : . · · · .:.. : ..........

Příklad provedení

V dále uvedených popisech výměníků, kde je použito předmětné řešení, se pojmem teplosměnnná media rozumí chladné medium a horké medium, která vstupují do výměníku a vycházejí jako ohřáté, resp. ochlazené medium. Pojmem teplé medium se dále rozumí původní studené medium, částečně ohřáté během průchodu výměníkem. Teplosměnnými medii může být plyn nebo voda, studeným mediem je jakékoliv medium, která má být ohřáté. Typickým horkým mediem je odpadní teplo, jehož energie je ve výměníku předávaná jinému mediu.

Základní provedení nového řešení je uvedeno na obr. 1, představujícím úsek trubkového tepelného výměníku Kanály 1 pro průtok chladného media jsou tvořené trubicemi 2, procházejícími kanálem 3 pro průtok horkého media. Každá trubice 2 je v úseku přilehlém ke vstupu 4 chladného media opatřena trubicovou vložkou 5, která je pomocí rozpěrek 6 uspořádaná v odstupu od vnitřního povrchu trubice 1. Prostor mezi trubicí 2 a vložkou 4 je ze strany vstupu 4 chladného media uzavřen. Chladné medium se tak na vstupu do výměníku dostává do, kontaktu pouze s trubicovou vložkou 5, za níž se v prostoru mezi ní a trubicí 2 vytváří vzduchový polštář ohřátého vzduchu. Chladné medium tak nepůsobí přímo na stěny kanálu 3 pro průtok horkého media a trubice 1 se tak na svém vnějším povrchu ochlazují méně. Proto ke kondenzaci par v kanále 3 pro průtok horkého media nemůže dojít.

Obdobně je proveden tepelný výměník deskového typu, jehož uspořádání s kňžným prouděním teplosměnných medií je schematicky naznačeno na obr. 2. Jednotlivé desky 7 mezi sebou vymezují kanály 1 pro průtok chladného media a kanály 3 pro průtok horkého media. Každý kanál 1 pro průtok chladného media je v úseku přilehlém ke vstupu 4 chladného media opatřen plochými vložkami 8, které jsou pomocí rozpěrek 6 uspořádané v odstupu od vnitřního povrchu desek 7. Prostor mezi oběma deskami 7 a plochými vložkami 8 je ze strany vstupu 4 chladného media uzavřen. Chladné medium se tak na vstupu do výměníku dostává do kontaktu pouze s deskovou vložkou 8 V prostoru mezi deskovou vložkou 8 a deskou 7 se vytváří ochranné vzduchové vrstvy, vzduchové polštáře, ohřátého vzduchu, takže chladné medium nepůsobí přímo na desky 7 a stěny • Φ »··♦ ···*

kanálu 5 pro průtok horkého media. Vytvořením vrstev teplého media oddělujících část prostorů pro průtok chladného media od plochy pro přenos tepelné energie horkého media nedochází k nadměrnému ochlazování stěn kanálů 5 pro průtok horkého media.

Výsledkem je účinná ochrana proti kondenzaci par v kanále 3 pro průtok horkého media na straně vstupu 4 chladného media. Ochranná vrstva vzduchu se u výše popsaného provedení prakticky nepohybuje, její případný pohyb je zanedbatelný a neovlivňuje působení této vrstvy. Můžeme proto hovořit o statickém vzduchovém polštáři. Případnému pohybu vzduchového polštáře lze zabránit mechanickými barierami. Není však třeba aby tyto bariery bránily jakémukoliv pohybu vzduchu, musí jej jen omezit na zanedbatelnou míru.

Ochrannou vrstvu vzduchu lze vytvořit též dynamickou, jak je popsáno dále.

Na obr. 3 je znázorněné provedení vytvářející dynamický ochranný vzduchový polštář u trubkového tepelného výměníku. Základní uspořádání je stejné, jako na obr. 1. Kanály 1 pro průtok chladného media jsou tvořené trubicemi 2, které procházejí kanálem 3 pro průtok horkého media. Každá trubice 2 je v úseku přilehlém ke vstupu 4 chladného media opatřena trubicovou vložkou 5, která je opět pomocí rozpěrek 6 uspořádaná v odstupu od vnitřního povrchu trubice 1 a v odstupu od uzávěru 9 vstupní strany kanálu 1 pro průtok chladného media Uzávěrem 9 prochází kuželovitá tryska 10, která je koncentricky zaústěna až do vnitřního prostoru trubicové vložky 5. Proud media vstupujícího do kanálu 1 pro průtok chladného media vyvolává sací efekt, způsobující zpětné proudění části již ohřátého chladného media mezerou mezi trubicovou vložkou 5 a trubicí 2 do vstupní části kanálu 1 pro průtok chladného media. Trubicová vložka 5 je tak zobou stran obtékána předehřátým mediem, což zvyšuje účinek teplého ochranného vzduchového polštáře. Trubice 2 tak v oblasti vstupu 4 chladného media nepřichází do přímého kontaktu s chladným mediem, takže její vnější povrch v kanále 3 pro průchod horkého media není nadměrně ochlazován a nemůže na něm dojít ke srážení par a ke vzniku nežádoucí koroze.

Výše popsané provedení s tryskami 10 lze použít i pro výměník deskového typu, jak ukazuje obr. 4. Trychtýřovitý tvar trysky 10 je zde nahrazen podlouhlým provedením, které zabírá celou šířku každého kanálu 1 pro průtok chladného •· ··«·

media. Funkce trysky 10 a průběh teplot v jednotlivých místech 1 pro průtok chladného media je stejný, jak je popsáno výše pro trubkové provedení tepelného výměníku.

Dynamickou ochrannou vrstvu lze kromě vložek, jak jsou popsány výše, vytvořit též vytvořením samostatných cest pro zpětné proudění teplého, či ohřátého media. Na obr. 5 je příslušné provedení u výměníku trubkového typu. Kanály 1 pro průtok chladného media zahrnují dvě soustavy trubek. Chladné medium vstupuje trychtýřovitými tryskami 10 přímo jen do soustavy primárních trubek 21, zatímco soustava mezilehlých trubek 22 slouží pro zpětné proudění části již předehřátého vzduchu. Úpravou poměru primárních trubek 21 a mezilehlých trubek 22 lze dosáhnout potřebné míry zpětného proudění původně chladného media.

Chladné medium, vstupující tryskami 10 do primárních trubek 21 vyvolává na vstupu sací efekt. Statický tlak na výstupu 15 soustavy primárních trubek 21 je větší, než ve společném prostoru 16 obou soustav trubic na straně vstupu 4 chladného media. Výsledkem je zpětné proudění části předehřátého media ze výstupní části zpět na vstupní stranu. Během tohoto zpětného proudění je medium dále předehříváno horkým mediem obtékajícím druhou soustavu trubic, takže teplota ve společném prostoru 16 obou soustav trubek 21,22 je podstatně vyšší než teplota vstupujícího chladného media. Proud chladného media procházející tryskou 10 nasává předehřáté medium ze společného prostoru 16 obou soustav trubek 21,22 do primární trubky 21 ve formě prstencového proudu. Tento prstencový proud předehřátého media vytváří ve vstupní části primárních trubek 21 ochrannou vrstvu, která zamezuje přímému styku chladného media se stěnami kanálu 3 pro průtok horkého media. Opět nemůže dojít k nadměrnému ochlazení těchto stěn a tedy k nežádoucí kondenzaci par uvnitř kanálu 3 pro průtok horkého media

Obdobně jako ve výše popsaných případech, lze princip provedení kanálu 1 pro průtok chladného media u tepelného výměníku trubkového typu využít rovněž u výměníku deskového typu, jak je znázorněno na obr. 6.

Každý kanál 1 pro průtok chladného media, je zde opět rozdělen do dvou soustav, první soustavou jsou souběžné uspořádané primární kanály 31, druhou soustavou mezilehlé kanály 32. Každý primární kanál 31 má samostatnou trysku 10, jíž do

*· ···»	9 · · V 9 * *	·« ♦··· o * ·
• · ·	·	• · ·
• · Λ	• 9	9 · · ·
• · ·	φ ·	• · ·
• · * * « · ·	··· ··♦»	*· ·

výměníku vstupuje chladné medium. Chladné medium, vstupující tryskami 10 do primárních kanálů 21 vyvolává na vstupu sací efekt, jímž je do primárních kanálů 31 nasáváno předehřáté medium z mezilehlých kanálů 32. tepelná energie tohoto proudu ohřívá stěny nad a pod daným kanálem 1 pro průtok chladného media se nacházejících kanálů 3 pro průtok horkého media a tak brání tomu, aby v přilehlých kanálech 3 pro průtok horkého media vznikly podmínky pro kondenzaci par a následnou korozi jejich stěn.

Průmyslová využitelnost

Předmětný vynález je určen pro tepelné výměníky trubkového nebo deskového provedení.

Claims (5)

1. Patentové nároky

   1 Tepelný výměník opatřený soustavou prvních kanálů pro průtok chladného media a soustavou druhých kanálů pro průtok horkého media, vyznačující se tím, že je opatřený prostředky pro vytvoření vrstev teplého media oddělujících alespoň část prostorů pro průtok chladného media od plochy pro přenos tepelné energie horkého media.
2. 2. Tepelný výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředky pro vytvoření vrstev teplého media jsou uspořádány v oblasti vstupu (4) studeného media do výměníku.
3. 3. Tepelný výměník podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že prostředky pro vytvoření vrstev teplého media jsou tvořeny vložkami (5,8) umístěnými v každém z prvních kanálů (1), v odstupu od stěn prvního kanálu (1), přičemž na straně vstupu (4) studeného media je meziprostor vymezený vložkou (5,8) a stěnou kanálu uzavřen.
4. 4. Tepelný výměník podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že prostředky pro vytvoření vrstev teplého media jsou tvořeny vložkami (5,8) umístěnými v každém z prvních kanálů (1), v odstupu od jeho stěn a mezilehlý prostor, mezi vložkou (5,8) a stěnou prvního kanálu (1), je na straně vstupu (4) chladného media propojen s vnitřním prostorem prvního kanálu (1), přičemž vstup (4) chladného media je tvořen tryskami (10), které zasahuji do vnitřního prostoru prvních kanálů (1).
5. 5 Tepelný výměník podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že prostředky pro vytvoření vrstev teplého media jsou tvořeny cestami pro zpětné proudění předehřátého media se vstupem na straně výstupu ohřátého media a výstupem zaústěným do společného prostoru (16) na straně vstupu (4) studeného media, jimž procházejí trysky (10) pro vstup chladného media, které zasahují do vnitřního prostoru prvních kanálů (1).