CZ2010270A3 - Šroubovicový výmeník tepla s promennou prutocnou plochou - Google Patents

Abstract

U šroubovicového výmeníku tepla s promennou prutocnou plochou je teplosmenná plocha tvorena soustavou paralelne propojených trubek stocených do protibežných nebo soubežných šroubovic (1) v jedné nebo více vrstvách umístených v pláštové trubce (2). Jedno teplonosné medium (A) proudí uvnitr trubek šroubovic, druhé medium (B) vne techto trubek, v pláštové trubce. Celkový prutocný prurez trubek šroubovic je v urcité jeho cásti (C) zmenený.

Description

Oblast techniky:

Vynález se týká šroubovicových výměníků tepla, u kterých dochází k předávání tepla z kondenzujících par první kapaliny do kapaliny druhé. V zásadě se tedy jedná o kondenzátory, u kterých je rozhodující funkcí ohřívání druhé kapaliny kondenzačním teplem par kapaliny první. Pro výměníky tohoto druhu se vžil název - výměník tepla „pára - voda“.

Používají se v širokém rozsahu od energetiky, teplárenství a průmysl, až po tepelná čerpadla pro domácnosti.

Dosavadní stav techniky:

U stávajících šroubovicových výměníku teplaje teplosměnná plocha tvořena soustavou na obou koncích paralelně propojených trubek, stočených do protiběžných nebo souběžných šroubovic v jedné nebo více vrstvách, kdy je celý takto vytvořený svazek šroubovic umístěný v plášťové trubce. Jedno teplonosné medium proudí uvnitř trubek šroubovic, druhé medium vně těchto trubek - v plášťové trubce. Trubky, ze kterých jsou šroubovice vytvořeny, mají po celé své délce konstantní průměr. V některých případech se nejedná o kruhový průřez trubek, jindy bývají trubky úmyslně tvarované ( různě formované - zmačknuté ) Vzhledem k tomu, že hydraulický odpor šroubovic je výrazně větší než hydraulický odpor v plášti, je obvyklé, že pára o dostatečném tlaku je přiváděna do trubek šroubovic kde kondenzuje a ohřívaná kapalina proudí vně trubek, v plášti. Rychlost proudění kondenzující páry v trubkách šroubovic je vysoká, vzhledem k velkému měrnému objemu páry'. Po jejím zkondenzování je ale rychlost proudění kondenzátu zhruba o dva až tři řády menší než byla rychlost páry. Součinitel přestupu tepla mezi kondenzátem a vnitřním povrchem trubek šroubovic je silně závislý na rychlosti proudění kondenzátu. Při jeho malé rychlosti je také malý. Ochlazování kondenzátu je proto také malé a malý součinitel prostupu tepla je potom z části vykompenzován délkou dráhy, po které k ochlazování kondenzátu dochází.

Popis vynálezu:

U šroubovicového výměníku tepla s proměnnou průtočnou plochou, je teplosměnná plocha tvořena soustavou paralelně propojených trubek, stočených do protiběžných nebo souběžných šroubovic 1 v jedné nebo více vrstvách, umístěných v plášťové trubce 2. Jedno teplonosné medium A proudí uvnitř trubek šroubovic, druhé medium B vně těchto trubek, v plášťové trubce . Příklad provedení je na obr, č.l. Vynález se vyznačuje tím, že celkový průtočný průřez trubek šroubovic není po celé jejich délce konstantní, jak je obvyklé, ale v určité jeho části C se změní. Ke změně průtočného průřezu dojde tak, že se v určitém místě šroubovic, kterými teplonosné medium protéká, změní počet trubek ve šroubovicích, nebo se změní vnitřní průměr trubek šroubovic, případně obojí.

Zmenšení průtočného průřezu vede k tomu, že se zvětší rychlost proudění kapaliny uvnitř příslušné části šroubovic a tím i součinitel přestupu tepla v daném místě teplosměnné plochy. To je dobře patrné porovnáním obrázků č. 2 a č.3. Na obrázku č.2 je průběh teplot ve výměníku původního provedení. Na obrázku č. 3 potom u výměníku podle vynálezu. Homí

křivka je pro teplotu kondenzujících par, spodní pro teplotu ohřívané kapaliny. Je zřejmé, že u řešení podle vynálezu dojde u kondenzátu k výraznému snížení teploty.

Především u protiproudých výměníků tepla s kondenzující párou je zvýšení součinitele přestupu tepla u kondenzátoru vzniklého z páry velmi žádoucí a vede k vychlazení kondenzátu prakticky na vstupní teplotu ohřívaného media. Do ohřívané kapaliny přejde prakticky veškeré teplo, které bylo teoreticky možné předat.

Možnosti využití:

U všech výměníků tepla s kondenzujícími parami, především pak u tepelných čerpadel.

Vysokého součinitele přestupu tepla u proudícího kondenzátu je podle vynálezu dosaženo zmenšením průtočného průřezu. Tím je dosaženo dostatečně vysoké rychlosti proudění kondenzátu a tedy i vysokého součinitele přestupu tepla i v té části výměníku, kde už nedochází ke kondenzaci par. Z pohledu předávání tepla dojde k tomu, že prakticky veškeré teplo, které bylo teoreticky možné předat z teplejší kondenzující páry, je předáno do ohřívané kapaliny. Navrhované řešení vede k tomu, že se u protiproudého výměníku tepla kondenzát vychladí na teplotu velmi blízkou vstupní teplotě ohřívaného media. To umožňuje konstrukci výměníků tepla typu „pára - voda“ podstatně menších rozměrů proti klasickým šroubovicovým výměníkům, při zachování původních výkonových a teplotních parametrů. Má to také za následek, že střední logaritmický teplotní spád celého výměníku je proti běžným výměníkům podstatně menší. Dosažení co nejmenšího středního logaritmického teplotního spádu u kondenzátoru použitého u tepelného čerpadla, je jednou ze základních podmínek pro jeho vysokou účinnost a vysoký topný faktor celého tepelného čerpadla.

Řešení podle vynálezu umožňuje dosáhnout u kondenzátoru, použitelného u tepelných čerpadel, středního logaritmického teplotního spádu menšího než 1 °C.

• 4

η>υ ~~ · ·4 * « • · 4 4 4 4«44 • 4 ·· 4 < 4 44

4 4 4 >···· «4

44«· ···4

4« ·« 4« 4««4

Claims (4)

1. Patentové nároky:

   Šroubovicový výměník tepla s proměnnou průtočnou plochou.

   1. Šroubovicový výměník tepla s proměnnou průtočnou plochou vyznačující se tím, že v určité části šroubovic dojde ke změně celkového průtočného průřezu trubek tvořících šroubovice.
2. 2. Zařízení podle nároku 1. se vyznačuje tím, že v určité části šroubovic dojde ke změně počtu trubek tvořících šroubovice, při zachování průměru trubek tvořících svazek šroubovic.
3. 3. Zařízení podle nároku 1. se vyznačuje tím, že v určité části šroubovic dojde ke změně vnitřního průměru trubek tvořících šroubovice, při zachování stejného počtu trubek ve svazku šroubovic.
4. 4. Zařízení podle nároku 1. se vyznačuje tím, že v určité části šroubovic dojde ke změně celkového průtočného průřezu trubek šroubovic tím, že se změní jak celkový počet trubek tvořících šroubovice tak i jejich vnitřní průměr.