CZ27464U1 - Teplosměnná trubka - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se zabývá teplosměnnou trubkou určenou zejména k použití v tepelných výměnících.

Dosavadní stav techniky

K výměně tepla mezi dvěma prostředími oddělenými dělící bariérou dochází vstřebáním tepla z teplejšího prostředí do dělící bariéry a vyzářením tepla do chladnějšího prostředí z dělící bariéry. Nejrozšířenějším materiálem pro tvorbu dělící bariéry jsou kovy nebo jejich slitiny, které mají přirozeně, nebo po úpravě, vhodné fyzikální a chemické parametry pro oddělení dvou prostředí od sebe a pro funkci přenosu tepla mezi oběma prostředími.

Pro zlepšení množství přenášeného tepla se absorpční nebo vyzařovací plocha dělící bariéry co nejvíce maximalizuje, jako je tomu například v českém užitném vzoru CZ 15487 U1. V užitném vzoru je popsán dělený radiátor, který se upevňuje na trubku s protékajícím teplosměnným médiem, horkou vodou. Radiátor je dvojdílný a každý díl je tvořen polokruhovou základnou, ze které paprskovitě vystupují do prostoru teplosměnné plochy. Polokruhové základny mají větší poloměr, než je poloměr trubky. Díly radiátoru trubku mezi sebe sevřou a díly se spojí šrouby. Teplo z trubky se vyzařuje do základen děleného radiátoru, odkud teplo putuje teplovodivými drahami kovem do teplosměnných ploch. Teplosměnné plochy efektivně vyzařují teplo do okolního prostoru. Nevýhody řešení spočívají v tom, že poloviny děleného radiátoru na trubku nedoléhají, zejména při výskytu nerovností, a to omezuje přenos tepla z trubky do základny radiátoru. Pokud je na trubce vrstva barvy před instalací radiátoru, nemusí vyhovovat poloměry základen děleného radiátoru velikosti trubky. Pokud jsou fyzikální parametry materiálu trubky a radiátoru podstatně odlišné, může docházet ke kroucení sestavy z důvodu odlišných tepelných roztažností materiálů. Radiátor se může po otopné trubce posouvat, nebo může odpadnout při selhání spojovacích šroubů protilehlých polovin děleného radiátoru.

Vylepšený přenos tepla mezi dvěma prostředími rovněž řeší německý užitný vzor DE 202006009431 Ul, který popisuje manžetový nástavec na otopnou nebo chladící trubku. Nástavec je tvořen tenkostěnnou základnou, která se přiloží na alespoň část vnějšího pláště otopné trubky. V nástavci je soustava podélných rovnoběžných otvorů, do kterých se zasouvají teplosměnné lamely. Teplosměnné lamely jsou u základny ohnuty, takže jsou v podstatě tvaru písmene „L“ přičemž horizontální rameno je několikanásobně kratší, než rameno svislé. Lamely se provlečou otvory v základně, dokud nejsou zastaveny ohnutou částí o základnu. Ohnutá část dosedá na plášť otopné trubky. Základna se k trubce upevní stahovacími kroužky, které jsou na okrajích základny. Nevýhody řešení spočívají v tom, že se teplosměnné plochy vylamují z otvorů v základně, že rozebíratelné spojení s otopnou trubkou se může uvolnit, a že k přenosu tepla z otopné trubky do teplosměnné plochy dochází přes kratší rameno teplosměnné plochy vytvořené z ohybu, které tvoří malou kontaktní plochu dosedající na otopnou trubku. Současně je dosedající rameno rovné, takže k otopné trubce nepřilehá celou svojí plochou a kontaktní plocha je díky rádiusu otopné trubky ještě více zmenšena.

Podstata technického řešení

Úkolem tohoto technického řešení je vytvoření teplosměnné trubky, která by odstraňovala výše uvedené nedostatky, která by měla zvětšenou celkovou teplosměnnou plochu o přidanou teplosměnnou plochu a současně ji měla neodnímatelně upevněnou k teplosměnné trubce, a která by měla mezi přidanou teplosměnnou plochou a teplosměnnou trubkou dostatečnou kontaktní plochu pro přenos tepla a podporu vzniku teplovodivých drah.

Vytčený úkol je řešen vytvořením teplosměnné trubky podle tohoto následujícího technického řešení.

-1 CZ 27464 U1

Technické řešení se týká teplosměnné trubky určené k vedení teplosměnného média. Teplosměnná trubka zahrnuje alespoň jednu přidanou teplosměnnou plochu. Přidaná teplosměnná plocha je uspořádána na vnějším povrchu teplosměnné trubky a je použita pro lepší přenos tepla mezi teplosměnným médiem a prostředím okolo teplosměnné trubky. Přidaná teplosměnná plocha je tvořena alespoň jedním párem protilehle ustavených žeber při vařených alespoň k části teplosměnné trubky. Každé ze žeber má v příčném řezu v podstatě tvar písmene „U“ se základnou a dvěma stranami.

Podstata tohoto technického řešení spočívá v tom, že současně je základna každého žebra opatřena rádiusem pro přiléhající ustavení základny žebra na teplosměnnou trubku, přičemž souvislost mezi velikostí rádiusu základny žebra a velikostí vnějšího průměru teplosměnné trubky je dána vztahem:

R = D/2, kde R je velikost rádiusu základny a D je velikost vnějšího průměru teplosměnné trubky.

Základna žebra opatřená rádiusem je výhodná z důvodu, že zcela přiléhá k trubce a umožňuje vznik teplovodivých drah mezi materiálem teplosměnné trubky a přidané teplosměnné plochy tvořené žebrem. Teplovodivé dráhy jsou zakončeny ve stranách žebra, odkud vyzařují teplo, respektive přijímají teplo, podle situace, zda je teplejší teplosměnné médium vedené v trubce, nebo je teplejší prostředí okolo teplosměnné trubky. Teplovodivé dráhy nejsou přerušeny působením tepelné roztažnosti ani vlivem koroze mezi základnou a vnějším povrchem teplosměnné trubky, protože jsou žebra nerozebíratelně uspořádány na teplosměnné trubce a tím tvoří s teplosměnnou trubkou jeden pevný celek.

V jiném výhodném provedení teplosměnné trubky podle tohoto technického řešení jsou strany žebra rozbíhavé směrem od teplosměnné trubky. Rozbíhavost obou stran žebra je výhodná pro přenos tepla mezi okolním prostředím a žebrem. Teplo je vyzařováno směrem kolmým k ploše, odkud bylo vyzářeno a rozbíhavostí stran žebra je tepelným zářením pokryta oblast okolního prostředí.

V dalším jiném výhodném provedení teplosměnné trubky podle tohoto technického řešení platí pro tloušťku stěny žebra vztah t = 0,05 až 0,1 T, kde T je tloušťka stěny teplosměnné trubky. Silná stěna teplosměnné trubky zajišťuje odolnost trubky a dlouhou životnost. Dále je teplo silnou stěnou efektivně rozváděno kjednotlivým žebrům. Tenké stěny žeber umožňují intenzivní vyzařování nebo pohlcování tepla.

V dalším jiném výhodném provedení teplosměnné trubky podle tohoto technického řešení je na teplosměnné trubce uspořádán n-počet žeber, kde n je hodnota z intervalu od 2 do 16 žeber, a žebra jsou na teplosměnné trubce uspořádány v pravidelných úhlových roztečích.

Výhody teplosměnné trubky spočívají vtom, že přidaná teplosměnná plocha tvořená žebrem je pevně uspořádána k teplosměnné trubce, že teplovodivé dráhy mezi teplosměnnou trubkou a žebrem jsou nepřerušované, a že žebra vyzařují a přijímají teplo efektivně a intenzivně

Přehled obrázků na výkresech

Uvedené technické řešení bude blíže objasněno na následujících vyobrazeních, kde obr. 1 ilustruje příčný řez teplosměnnou trubkou se šesti žebry, obr. 2 ilustruje příčný řez trubkou se dvěma žebry, obr. 3 ilustruje příčný řez žebrem a obr. 4 ilustruje axonometrický pohled na teplosměnnou trubku.

Příklad uskutečnění technického řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení příkladů technického řešení na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického

-2CZ 27464 U1 řešení, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu.

Teplosměnná trubka 1 je určena k přenosu tepla z jednoho prostředí do druhého. V příkladu provedení je první prostředí tvořeno studenou vodou o teplotě 0 °C, která tvoří teplosměnné médium vedené teplosměnnou trubkou 1, a druhé prostředí je tvořeno horkou vodní parou o teplotě 120 °C obklopující teplosměnnou trubku 1 a přidanou teplosměnnou plochu tvořenou žebry 2. Typická oblast praktického použití teplosměnné trubky 1 je např. chlazení páry v elektrárnách.

Na obr. 1 je znázorněna teplosměnná trubka 1 se šesti žebry 2 pro efektivnější přenos tepla. Žebra 2 jsou rozdělena do třech párů v pravidelné úhlové rozteči, kde v každém páru jsou žebra 2 protilehle uspořádána. Teplosměnná trubka 1 je vyrobena z oceli. Délka teplosměnné trubky 1 je mnohonásobně větší v poměru ke zbylým rozměrům teplosměnné trubky 1. Žebro 2 je rovněž vyrobeno ze stejného typu korozivzdomé oceli a je k teplosměnné trubce 1 přivařeno po celé její délce.

Žebro 2 je k teplosměnné trubce 1 přivařeno pomocí odporové švové svářečky.

Na obr. 2 je vyobrazeno protilehlé ustavení jednoho páru žeber 2 na teplosměnné trubce 1, která má vnější průměr D. Stěna teplosměnné trubky 1 je silnější, než stěna žebra 2.

Na obr. 3 je vyobrazeno samotné žebro 2, které má v podstatě tvar písmene „U“. Základnu 3 má žebro 2 opatřenou rádiusem R pro přiléhající ustavení na teplosměnnou trubku 1. Strany 4 žebra 2 se rozbíhají směrem od teplosměnné trubky 1 do okolního prostoru.

Počet žeber 2 je závislý na konkrétní aplikaci teplosměnné trubky.

Rozměry teplosměnné trubky 1 opatřené šesti žebry 2 v jednom z možných příkladů provedení jsou následující: délka teplosměnné trubky 1 je 1320 mm, vnější průměr D teplosměnné trubky 1 je 140 mm, celkový vnější průměr teplosměnné trubky 1 se žebry 2 je 300 mm, úhel sevřený mezi stranami 4 žebra 2 je 32°, tloušťka T stěny teplosměnné trubky 1 je 16 mm a tloušťka t stran 4 žeber 2 je 0,8 mm.

Průmyslová využitelnost

Teplosměnná trubka podle tohoto technického řešení nalezne úplatném v tepelných výměnících uhelných elektráren, jaderných elektráren a v jiných dalších průmyslových tepelných výměnících a kotlích, kde je potřeba dlouhodobě a bezpečně přenášet velké objemy tepla.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (4)

1. Teplosměnná trubka, pro vedení teplosměnného média, zahrnující alespoň jednu přidanou teplosměnnou plochu uspořádanou na vnějším povrchu teplosměnné trubky (1) a tvořenou alespoň jedním párem protilehle ustavených žeber (2) při vařených alespoň k části teplosměnné trubky (1), a každé ze žeber (2) má v příčném řezu v podstatě tvar písmene „U“ se základnou (3) a dvěma stranami (4), vyznačující se tím, že základna (3) každého žebra (2) je opatřena rádiusem (R) pro přiléhající ustavení základny (3) žebra (2) na teplosměnnou trubku (1), kde pro velikost rádiusu (R) základny (3) žebra (2) a velikost vnějšího průměru (D) teplosměnné trubky (1) platí vztah:

R = D/2.

2. Teplosměnná trubka podle nároku 1, vyznačující se tím, že strany (4) žebra (2) jsou rozbíhavé směrem od teplosměnné trubky (1).

-3CZ 27464 U1

3. Teplosměnná trubka podle některého z nároků laž2, vyznačující se tím, že pro tloušťku (t) stěny žebra (2) platí vztah t = 0,05 až 0,1 T, kde t je označení tloušťky (t) žebra a T je označení tloušťky (T) stěny teplosměnné trubky (1).

4. Teplosměnná trubka podle některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že na 5 teplosměnné trubce (1) je uspořádán n-počet žeber (2), kde n je hodnota z intervalu 2 až 16, a žebra (2) jsou na teplosměnné trubce (1) uspořádány v pravidelných úhlových roztečích.