CZ2011628A3 - Dotykový výmeník - Google Patents

Abstract

Dotykový výmeník pro neprímý ohrev nebo zchlazení je tvorený primárním potrubím (1) a sekundárním potrubím (2), která jsou serazena strídave vedle sebe, doléhají vnejšími stenami na sebe a dotyková plocha mezi jednou vetví primárního potrubí (1) a jednou vetví sekundárního potrubí (2) má velikost alespon 25 % plochy plášte primárního potrubí (1) a/nebo alespon 25 % plochy plášte sekundární potrubí (2). Vne krajních vnejších sten primárního potrubí (1) a/nebo sekundárního potrubí (2) jsou umísteny rozperné prvky (3) navzájem spojené príchytnými sponami (4). Alespon jedno primární potrubí (1) a/nebo alespon jedno sekundární potrubí (2) je ve výhodném provedení roztažitelné tlakem.

Description

Dotykový výměník

Oblast techniky

Technické řešení se týká dotykového výměníku na nepřímý ohřev nebo chlazení kapalných a plynných látek, například při využití odpadního tepla z chladicího zařízení pro ohřev vody, chlazení plynů, ropných produktů a podobně.

Dosavadní stav techniky

Jeden ze způsobů konstrukce výměníku na nepřímý ohřev je, že primární trubka výměníku je zasunuta v sekundární trubce výměníku, která je v přímém styku s ohřívaným médiem. Aby nedošlo ke kontaminaci ohřívaného média, jsou u vývodu výměníku do uzavřeného prostoru mezi primární a sekundární potrubí vloženy snímače tlaku, pojistné ventily a jiné elementy, aby při poruše jednoho z okruhů nenastala kontaminace ohřívaného média. V případě sebemenší poruchy a vniknutí média do prostoru mezi primární a sekundární potrubí, ovládací prvky vyřadí z provozu okamžitě i chladící zařízení, které by mohlo být většinou bez problémů v provozu. Tyto jistící a ovládací prvky jsou dalším zdrojem poruchovosti a je třeba u nich provádět pravidelnou kontrolu. U jiného výměníku je trubka obtočena kolem sekundárního potrubí nebo nádrže, kde dotyk je veden vždy z jedné strany potrubí, proto musí být delší, tím je i větší spotřeba materiálu. Toto primární potrubí bývá zatřeno tepelně vodivou pastou, která zvyšuje předávání tepla na sekundární plochu výměníku, nebo zásobníku. Časem tato hmota vyschne, oddělí se jak od primárního, tak sekundárního potrubí a musí se obnovovat, což bývá i problematické.

Blízký dotykovému výměníku je kontaktní výměník, kde ploché trubky jsou volně vsazeny vedle sebe a mezery mezi nimi jsou vyplněny teplo vodícím materiálem, který při zestárnutí ztrácí svůj účel a snižuje přechod tepla z primárního na sekundární okruh. Při styčné ploše 20|% je účinnost výměníku minimální. Dále je možné používat , <\ tyto výměníky jen pro nízké teploty a pro nízké tlaky, aby nedocházelo k deformaci, a tím ke znehodnocení jeho funkce.

Jiné výměníky jsou deskové, kde je používán nerez plech, který má velice špatnou tepelnou vodivost a dvě plochy na sobě tuto ne dobrou vodivost materiálu ještě násobí. Kapilární průchody u těchto výměníků se časem zanesou vodním kamenem nebo nečistotami, načež se jefto účinnost ještě sníží. Pro obnovení průchodu se musí používat chemické prostředky, kde nemůžeme s určitostí zjistit a zajistit^ průchodnost všech kapilárních potrubí ve výměníku. Opětovné zajištění průchodnosti výměníku je většinou neúčinné, takže musí být nahrazen novým výměníkem.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny dotykovým výměníkem pro nepřímý ohřev nebo zchlazení, tvořeným primárním a sekundárním potrubím, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že primární potrubí a sekundární potrubí jsou seřazena střídavě vedle sebe, doléhají vnějšími stěnami na sebe a dotyková plocha mezi jednou větví primárního potrubí a jednou větví sekundárního potrubí má velikost o* alespoň 25j% plochy pláště primárního potrubí a/nebo alespoň 25 % plochy pláště sekundární potrubí. Vně krajních vnějších stěn primární potrubí a/nebo sekundární potrubí jsou umístěny rozpěrné prvky navzájem spojené příchytnými sponami.

Ve výhodném provedení je alespoň jedno primární potrubí a/nebo alespoň jedno sekundární potrubí roztažitelné tlakem. Primární potrubí může mít odlišný průřez od sekundárního potrubí. Dotyková plocha mezi jednou větví primárního potrubí a jednou větví sekundárního potrubí je s výhodou rovinná.

Dotykový výměník je ve výhodném provedení opatřen izolací odpovídající složení teplonosného meclia a přenášené teploty. Primární potrubí a sekundární potrubí mohou být umístěny ve více rovinách a mohou mít různé tvary, například • ♦ · · písmene U, L a podobně. Vnitřek primárního potrubí a/nebo sekundárního potrubí je s výhodou opatřen zvlněním.

Dotykový výměník na nepřímý ohřev nebo zchlazení, je zhotoven nejlépe z mědi, a to z měkkých měděných trubek. Ty jsou velice tvárné, tepelně vodivé, je dostatečný prostoru jak pro průtok media, tak popřípadě nečistot, nedochází k usazení vodního kamene a jsou navíc bakteriocidní. V případě recyklace nemají na sobě žádný jiný nežádoucí materiál, který by měď znehodnocoval a nachází-li se tam, může se lehce oddělit. Podstatou primárního a sekundárního potrubí je, že obě potrubí jsou uspořádána střídavě vedle sebe většinou v jedné rovině, ale mohou být uspořádány ve tvaru U, nebo L a podobně, kde médium se lépe otírá o stěny potrubí a zvyšuje se účinnost výměníku. Další zvýšení účinnosti se může dosáhnout, bude-li potrubí uvnitř vlnovité, čímž se zvětší plocha potrubí a zajistí se víření média a lepší předávání a přijímání tepla u obou potrubí. Použije-li se měděné nebo jiné pružné potrubí, je třeba výměník stabilizovat na stranách bočními rozpěrnými prvky, kterými může být nerezový, nebo ocelový jekl, ocelová plechová spona přes výměník a podobně. Bude-li použito jako sekundární výměník potrubí jekl ocelový, nebo nerez, potom se postraní potrubí pevně spojí sponami, bez dalších rozpěrných prvků. Tato stabilizaď^potrubí se provádí z důvodu, aby během provozu nemohlo dojít k deformaci výměníku tlakem nebo teplem. Podle používaného materiálu by alespoň jedno potrubí^ mělo mít schopnost roztaživosti, kde se natlakuje, čímž stěny primárního a sekundárního potrubí přilnou k sobě. Pro lepší převod tepla nebo chladu je výhodné, aby přiléhající stěny byly hladce opracovány a povrch výměníku byl natřen popřípadě vyplněn tepelněYvžaorujícím materiálem a celkově izolován, aby chlad nebo teplo nebylo odváděno do okolního prostoru. Primární potrubí musí být v dotyku minimálně z 50f% k sekundárnímu potrubí. Je výhodné zploštit trubky na maximální možnou míru ohybu materiálu, čímž se dosáhne malého průchodu, lepšího předání tepla nebo chladu z primárního na sekundární potrubí. Čím větší zploštěné potrubí se bude používat, tím se dosáhne větší styčná plocha a účinnosti výměníku. Například měděná trubka o průměru 16 x 1 mm zploštěná na 6 mm má styčnou plochu 31,4 mm. Měděná trubka o průměru 22 x 1 mm a zploštěná na 6 mm má styčnou plochu 50 mm. To je cca o 60

-4% více, načež výměník může být menší s větším průtokem média a použitelný na vyšší výkony.

Výhodou dotykového výměníku podle vynálezu je vysoká účinnost přenosu tepla, jeho soudržnost, vyloučení vniknutí média z primárního potrubí do sekundárního a naopak, bez jistících a ovládacích prvků, lehká identifikace úniku média popřípadě oprava, stabilizace potrubí proti deformaci. Při zrušení rekuperace se tyto výměníky dají velmi dobře recyklovat, jelikož jsou ze shodného materiálu, popřípadě nežádoucí materiál se nechá lehce oddělit.

Vynález je blíže vysvětlen pomocí schématického výkresu, kde na obr. 1pe znázorněna stabilizace primárního a sekundárního potrubí výměníku v bokorysu a na obr. 2 je znázorněno paralelní propojení primárního a sekundárního potrubí v jedné rovině na sběrná potrubí, stabilizace těchto potrubí proti deformaci výměníku a řez výměníku, kde je znázorněno uspořádání potrubí a rozpěrné prvky s příchytnými sponami.

provedení

Příklady Uskutečněny vynálezu

Dotykový výměník na nepřímý ohřev nebo zchlazení dle schématu sestává z plochých, nebo jinak tvarovaných primárních potrubí 1, která jsou připojena na sběrná potrubí 5 a sekundárních plochých, nebo jinak tvarovaných potrubí 2^ která jsou připojena na sběrná potrubí 6^ kde chlad nebo teplo proudící primárním potrubím IJe převedeno dotykem na plochu sekundárního potrubí 2. Jak primární potrubí 1, tak sekundární potrubí 2 nejsou od sebe oddělena jednou stěnou, jsou střídavě umístěna vedle sebe a proti deformaci výměníku jsou stabilizována bočními rozpěrnými prvky 3, která^jsou zajištěn^říchytnými sponami 4,

Například, zhotoví-li se dva měděné výměníky pro využití odpadního tepla z chladiče pro ohřev teplé užitkové vody se stejným počtem potrubí, stejné délky a stejného zploštění, avšak z různého průměru trubek, uvažováno bez bočních rozpěrných prvků, dostanou se dva výměníky téměř stejné velkosti, ale se značným rozdílem výkonu, což je možné znázornit na příkladu s přibližnými výsledky.

Výměník 1 s pěti primárními a šesti sekundárními potrubími o průměru 16 mm zploštělými na 6 mm a délce v dotyku 500 mm^má dotykovou plochu 7.535 mm, výšku zploštělého potrubí 22 mm a výkon 5.385 W.

Druhý výměník 2 s pěti primárními a šesti sekundárními potrubími o průměru 22 mm zploštělými na 6 mm a délce v dotyku 500 mm, má dotykovou plochu 12.500 mm, výšku zploštělého potrubí 32 mm a výkon 8.933 W.

Výměník	: Délka	: Šířka
zploštělý	I v dotyku! mm
	mm	i I
1	500 I	66
2	500	66

Rozdíl v %' 0 0 ! ’ I

Výška Průřez/průměr ii mm primárního ; potrubí v mm

382722

i. _ ._ (32 562,5/26 i;

45,4 47,2/18,1 ! Průřez/průměr i Plocha mm/i

I | sekundárního výkon výměníku • potrubí v mm

I __

459/24 i _ ___

675/29

47/20,8 ;w |7?535 / 5.385W

12.500 T8?933W

65,9/65,9

Na tomto konkrétním případě je vidět, že použití většího průměru potrubí po jeho zploštění sice rozšíří potrubí na výšku o 10 mm, ale plochu a výkon výměníku zvýší přibližně o 65 % a zároveň se značně zvýší i průřez potrubí.

Průmyslová využitelnost

Dotykový výměník na nepřímý ohřev nebo zchlazení kapalných a plynných látek*, lze využít jako vodní kondenzátory, výměníky pro tepelná čerpadla, výměníky pro ohřev vody odpadními teplými parami z chladícího zařízení, průmyslové chladiče nebo ohřívače, obzvláště pro ropné produkty, kde například při použití výměníku s měděným potrubím na benzin, nemůže vzniknout jiskření. Bakteriocidní schopnost mědi, tj. schopnost hubit bakterie v ohřívané vodě, snižuje a v některých případech vylučuje množení leginely a jiných bakterií v ohřívané vodě. Proto je výhodné použít tyto výměníky hlavně tam, kde se vyžaduje hygiena a nezávadná teplá voda jako jsou* zpracovny masa, prodejny, kuchyně a podobně. Při použití výměníku například z odpadního tepla z chladicího zařízení^ se může voda ohřát až na 80 °C. Měď používaná ve výměníku je lidskému zdraví neškodná, naopak prospěšná. Dotykový výměník zhotovený z mědi je výhodné použít všude tam, kde je třeba zajistit hygienu vody a vyloučit vzájemné prolnutí méciia v případě poruchy potrubí výměníku.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Dotykový výměník pro nepřímý ohřev nebo zchlazení, tvořený primárním a sekundárním potrubím, která jsou seřazena střídavě vedle sebe a doléhají vnějšími stěnami na sebe, vyznačující se tím, že dotyková plocha mezi jednou větví primárního potrubí (1) a jednou větví sekundárního potrubí (2) má velikost alespoň 25^o plochy pláště primárního potrubí (1) a/nebo alespoň 25 % plochy pláště sekundární potrubí (2), přičemž vně krajních vnějších stěn primárního potrubí (1) a/nebo sekundárního potrubí (2) jsou umístěny rozpěrné prvky (3) navzájem spojené příchytnými sponami (4).
2. 2. Dotykový výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jedno primární potrubí (1) a/nebo jedno sekundární potrubí (2) je roztažitelné tlakem.
3. 3. Dotykový výměník podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že primární potrubí (1) má odlišný průřez od sekundárního potrubí (2).
4. 4. Dotykový výměník podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že dotyková plocha mezi jednou větví primárního potrubí (1) a jednou větví sekundárního potrubí (2) je rovinná.
5. 5. Dotykový výměník podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že je opatřen izolací odpovídající složení teplonosného média a přenášené teploty.
6. 6. Dotykový výměník podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že primární potrubí (1) a sekundární potrubí (2) je umístěno alespoň ve dvou rovinách.
7. 7. Dotykový výměník podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že primární potrubí (1) a sekundární potrubí (2) je ve tvaru písmene U, L.
8. 8. Dotykový výměník podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vnitřek primárního potrubí (1) a/nebo sekundárního potrubí (2) je opatřen zvlněním.