CZ283016B6 - Trubkový výměník tepla - Google Patents

Abstract

Trubkový výměník tepla využívající jako pracovní část svazek (38) souosých trubek vedení média, z něhož trubka (13, 15, 17, 19, 21) vedení prvého média je propojena do rozdělovače (3, 5, 7, 9, 11) prvého média. Propojení je provedeno v místě průniku konce trubky (13, 15, 17, 19, 21) vedení prvého média do dolní části těla rozdělovače (3, 5, 7, 9, 11) prvého média. Horní část rozdělovače (3, 5, 7. 9, 11) prvého média je spojena v průniku vnější části trubky (14, 16, 18, 20, 22) vedení druhého média. Obdobně je trubka (14, 16, 18, 20, 22) vedení druhého média propojena do rozdělovače (4, 6, 8, 10, 12) druhého média, který je shodně s trubkou (13, 15, 17, 19, 21) vedení prvého média. Rozdělovač (3, 5, 7, 9, 11) prvého média je propojen s přivaděčem (1) prvého média. Rozdělovač (4, 6, 8, 10, 12) druhého média je propojen s odvaděčem (2) druhého média.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká trubkového výměníku tepla, který je určen pro výměnu tepla kapalin, plynů a par.

Dosavadní stav techniky

Známé výměníky tepla pracují s relativně velkým průtočným objemem na obou stranách trubky, přičemž účinnost předávání tepla nebo chladu z jednoho média druhému nebývá vysoká. Z řady nových řešení má největší procento výhod trubkový výměník tepla dle patentu DE 31 25 933, který využívá pro předávání tepla řadu souose uložených trubek různých průměrů, které jsou na ío svých koncích opatřeny zátkovými dutinovými přívodníky dvou médií tak, že každá z trubek zvětšujícího se průměru je napojena najeden z dvou druhů média.

Nevýhody uvedeného řešení se projevují v technické náročnosti výroby zátkového dutinového přívodníku. Přívodník z důvodu vymezení mezer jednotlivých zvětšujících se průměrů trubek musí mít stupňovitě provedené prstencovité výstupky, které musí být pevné vůči dilataci trubek 15 vodících médium a zároveň těsná ve styku výstupků skonči jednotlivých trubek. Z těchto důvodů lze obtížně dosáhnout výhodných minimálních štěrbin mezi trubkami svazku různých průměrů. Při poruše těsnosti některého prstencového výstupku s trubkou dojde ke kontaminaci jednoho média s druhým, aniž to lze ihned odhalit, což vede ke značným následným škodám. Další nevýhodou je to, že z důvodu nutnosti dodržet alespoň základní pevnostní parametry 20 zátkového dutinového přívodníku je minimalizován prostor pro střídavý vstup a výstup obou médií do přívodníku. Z tohoto důvodu je tento článek na obou koncích trubek limitujícím faktorem tlakových ztrát systému výměníku. Uvedené řešení nelze z konstrukčního hlediska provést pro vytvoření výměníku využívajícího tří a více médií. Nevýhodou je i to, že každý svazek souosých trubek vedení média při násobném využití vedle sebe musí být opatřen těmito 25 zátkovými dutinovými přívodníky. Konstrukční možnosti výroby zátkového dutinového přívodníku omezují sestavení trubkových výměníků s větším počtem souose vložných trubek, je tedy limitována výkonnost výměníku.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje trubkový výměník tepla podle vynálezu, jehož podstata spočívá 30 v tom, že trubka vedení prvého média je propojena do rozdělovače prvého média tak, že je umožněn průtok prvého média oběma díly. Propojení je provedeno v místě průniku konce trubky vedení prvého média do dolní části těla rozdělovače prvého média. Horní část těla rozdělovače prvého média je spojena v průniku vnější části trubky vedení druhého média s touto trubkou vedení druhého média. Rozdělovač prvého média je dále spojen s přivaděčem prvého média.

Obdobným konstrukčním způsobem je trubka vedení druhého média propojena do rozdělovače druhého média tak, že je umožněn průtok druhého média oběma díly. Propojení je opět provedeno v místě průniku konce trubky vedení druhého média do dolní části těla rozdělovače druhého média. Horní část těla rozdělovače druhého média je spojena s vnější částí trubky vedení prvého média v místě jejího průniku rozdělovačem druhého média. Rozdělovač druhého 40 média je spojen s odvaděčem druhého média.

Spodní čili druhý konec trubky vedení prvého média a druhý konec trubky vedení druhého média je propojen shodně konstrukčně jako horní konec trubek, který je popsán výše s rozdělovači prvého a druhého média. Rozdělovač prvého média je zde ve spodní části připevněn k odvaděči prvého média, rozdělovač druhého média je zde připevněn k přivaděči druhého média.

Podstata vynálezu spočívá dále v tom, že přivaděč a odvaděč prvého a druhého média a rovněž rozdělovač prvého a druhého média má velikost průřezu trubky přímo úměrnou velikosti jednotlivé trubky vedení prvého a druhého média, se kterou je propojen.

Podstata vynálezu spočívá také v tom, že mezera mezi trubkou vedení prvého média a trubkou 5 vedení druhého média určují dilatační výstupky v mezeře vytvořené.

Podstata vynálezu spočívá dále vtom, že dilatační výstupky se rozkládají v prstencové mezeře mezi jednotlivými trubkami vedení prvého a druhého média, a to v několika rovinách kolmých k ose těchto trubek vedení prvého a druhého média. Po obvodě této prstencové mezery jsou rozmístěny po 120°.

Podstata vynálezu spočívá také v tom, že spodní čili druhý konec trubky vedení prvého média a druhý konec trubky vedení druhého média je propojen s rozdělovačem prvého a druhého média zrcadlově, avšak pootočené o 180°.

Výhody řešení podle vynálezu se projeví v jednoduché a přehledné konstrukci výrobku při dosažení poměrně nízkých výrobních nákladů a ve vysoké životnosti výrobku. Výrobek má při 15 svém velkém výkonu malé rozměry. Konstrukce umožňuje využití větších provozních tlaků, neboť jednotlivé díly trubkového výměníku jsou provedeny z trubek spojených letováním a ukončení rozdělovačů je provedeno pomocí klenutých dýnek.

Další související výhodou je to, že trubkový výměník tepla díky své konstrukci umožňuje vytvoření svazků souosých trubek vedení média s minimální prstencovou mezerou mezi 20 jednotlivými trubkami vedení prvého a druhého média, přitom v celé soustavě výměníku nejsou kritická místa, kde by vznikl větší vnitřní odpor při průtoku médií. Jelikož výměník lze výhodně vyrobit z mědi, dochází k minimálnímu usazování minerálií a lze počítat s ideálním koeficientem přestupu tepla.

Značnou výhodou oproti stávajícím řešením je i to, že při případné netěsnosti v kterémkoli 25 spojovaném díle nedojde ke kontaminaci jednoho média s druhým, neboť netěsnost se projeví vždy průnikem vně povrchu spoje, lze tedy rovněž snadno provést opravu takové netěsnosti.

Řešení trubkového výměníku nemá problémy s odvzdušněním ani s odkalením, neboť zde existují jednoznačné nejvyšší a nejnižší body opatřené technologickými otevíratelnými otvory.

Výhodné je rovněž, že řešení trubkového výměníku může sestávat z libovolného množství 30 souose uložených trubek vedení média tvořících svazek, aniž by docházelo k obtížím z konstrukčního hlediska napojení rozdělovačů média či dalších dílů. Rovněž je výhodné, že svazky souosých trubek vedení média mohou být uloženy těsně vedle sebe v několika řadách tak, že je maximálně využit pracovní prostor. Takovéto uspořádání zaručuje velkou výhřevnou plochu a tedy velký výkon při zachování malých rozměrů. Řešení trubkového výměníku tepla lze 35 použít po konstrukční úpravě vstupů a výstupů média na výměnu tepla či chladu u tří a více médií v jednom svazku souosých trubek vedení média.

Přehled obrázků na výkrese

Trubkový výměník tepla je znázorněn na připojených výkresech, kde obr. 1 představuje horní část výměníku v řezu a obr. 2 představuje částečný pohled na trubku vedení média v nárysném, 40 půdorysném a bokorysném řezu.

Příklad provedení vynálezu

Trubkový výměník tepla dle obr. 1. a 2. sestává z přivaděče 1 prvého média, který je propojen s rozdělovačem 3, 5, 7, 9, 11 prvého média. Rozdělovač 11 prvého média je propojen na trubku 21 vedení prvého média tak, že vnitřní prostor rozdělovače 11 prvého média a prstencovitý 45 prostor vytvořený vnitřkem trubky 21 vedení prvého média a vnějškem trubky 22 vedení druhého média, vytváří průtočný kanál 31 prvého média. Obdobně rozdělovač 3, 5, 7, 9 prvého média je propojen na trubku 13, 15, 17, 19 vedení prvého média tak, že jsou vytvořeny průtočné kanály 23, 25. 27, 29 prvého média. Ukončení přivaděče 1 prvého média je provedeno technologickým

-2CZ 283016 B6 otevíratelným otvorem 35 prvého média. Zobrazená druhá část trubkového výměníku tepla je sestavena z odvaděče 2 druhého média, který je propojen s rozdělovačem 4, 6, 8, 10, 12 druhého média. Rozdělovač 12 druhého média je propojen na trubku 22 vedení druhého média tak, že vnitřní prostor rozdělovače 12 druhého média a prstencovitý prostor vytvořený vnitřkem trubky 22 vedení druhého média a vnějškem trubky 19 vedení prvého média, vytváří průtočný kanál 32 druhého média. Obdobně rozdělovač 4, 6, 8, 10 druhého média je propojen na trubku 14,16, ]_8, 20 vedení druhého média tak, že jsou vytvořeny průtočné kanály 24, 26, 28, 30 druhého média. Ukončení odvaděče 2 druhého média je provedeno technologickým otevíratelným otvorem 34 druhého média. Trubka nejmenšího průměru, jež je osou trubek vedení prvého a druhého média tvoří nefunkční jádro 33 výměníku. Trubky 13, 15, 17, 19, 21 vedení prvého média jsou od trubek 14, 16, 18, 20, 22 druhého média vymezeny za pomoci dilatačních výstupků 37. Rozdělovače prvého i druhého média jsou opatřeny záslepkami 36 rozdělovače. Zcela zrcadlově a otočen o 180° je připevněn k svazku 38 souosých trubek v jejich spodní části neznázoměný odvaděč prvého média a přivaděč druhého média s rozdělovači a průtočnými kanály prvého a druhého média.

Trubkový výměník teplaje v příkladu provedení vytvořen pro předávání tepla nebo chladu dvou médií například páry a užitkové vody. Při úpravě vstupu 1 přivaděče prvého média pouze do části rozdělovačů prvého média tím, že dojde k zaslepení vstupu 1 přivaděče prvého média v některém stupni a nad tímto zaslepeným stupněm vstupu 1 přivaděče prvého média bude proveden zvláštní vstup dalšího média, lze provozovat výměník tepla s třemi médii.

Podmínkou je, že dojde i k úpravě zrcadlově umístěného a o 180° pootočeného výstupu těchto médií, shodnou úpravou na neznázoměných rozdělovačích výstupu prvého média. Z této úpravy lze dovodit, že funkce výměníku po úpravě může pracovat i pro více nežli 3 média zapojená ve výměníku.

Funkce trubkového výměníku tepla dle připojených obrazů příkladu provedení je následující. Z neoznačeného zdroje páry je do přivaděče 1 prvého média přivedena pára o teplotě 130° Páraje pomocí rozdělovačů 3, 5, 7, 9, 11 prvého média rozvedena do dvou svazků 38 souosých trubek vedení média, a to tak, že pára prochází do souose uložených trubek 13, 15, 17, 19, 21 vedení prvého média. Rozdělovač 3, 5, 7, 9, 11 prvého média tímto propojením vytváří kanál 23, 25, 27, 29, 31 prvého média. Tento průtočný kanál je vytvořen tak, že rozdělovač 3, 5, 7, 9, 11 prvého média je v horní části, kde jím prochází trubka 14, 16, 18, 20, 22 vedení druhého média, na tuto trubku připevněn v celém obvodu průniku a v dolní části je rozdělovač 3, 5, 7, 9, 11 prvého média připevněn po celém obvodu průniku na konce trubek 13, 15, 17, 19, 21 vedení prvého média tak, že pára do těchto trubek může proudit směrem dolů prstencovou částí průtočného kanálu 23, 25, 27, 29, 31 prvého média. Tímto svislým průtokem páry dochází k předávání tepla oběma stěnami trubek, mezi kterými proudí po celé jejich délce a ochlazováním kondenzuje až do místa, kde je svedena neznázoměným rozdělovačem zrcadlově provedeným a otočeným o 180° do odvaděče prvého média, který kondenzát, jenž odevzdal většinu tepla, odvádí ke zdroji výroby páry.

Užitková voda, která teplo od páry přejímá, je přiváděna od zdroje studené vody neznázoměným přivaděčem druhého média do neznázoměných rozdělovačů druhého média, které jsou uspořádány zrcadlově a o 180° pootočené oproti rozdělovačům 4, 6, 8, 10, 12,druhého média a jsou připojeny na trubky 14, 16, 18, 20, 22 vedení druhého média, jejichž vnitřním prostorem vymezeným uvnitř přicházejícími trubkami 13., 15, 17, 19, 21 vedení prvého média prochází užitková voda vzhůru. Při průchodu je užitková voda ohřívána z obou stěn trubek, které prostor vymezují, párou která proudí po styčných stěnách proti směru užitkové vody. V horní znázorněné části výměníku teplaje ohřátá užitková voda v rozdělovači 4, 6, 8, 10, 12 svedena do odvaděče 2 druhého média a rozvedena k použití jako horká užitková voda. Je výhodné, aby přivaděč 1, 2 prvého i druhého média měl redukován průměr 7 trubek v závislosti na zmenšujícím se průměru rozdělovačů prvého i druhého média. Průměr trubek rozdělovačů prvého i druhého média je proveden v závislosti na průměru trubek vedení prvého a druhého média. Tento průměr je určen zařazením jednotlivých trubek vedení prvého i druhého média ve svazku o společné ose.

- j CZ 283016 B6

Zmenšování průměru jednotlivých součástí tak odpovídá zmenšujícímu se množství protékajícího média.

Protože rozdělovače prvého i druhého média dle příkladu provedení propojují najednou dva svazky 38 souosých trubek vedení média, může však být propojeno i 3 a více svazků, je řešen prostup trubek vedení prvého i druhého média vnitřkem rozdělovačů prvého i druhého média tak, že průřez prstencovité části průtočného kanálu prvého i druhého média, které tvoří zasunutá jedna trubka vedení prvého média v trubce vedení druhého média, je menší nežli průřez vytvořený průnikem svazku vedení trubek prvého i druhého média kolmou rovinou průřezu trubky tvořícím rozdělovač prvého nebo druhého média. Tím je dosaženo rovnoměrného rozdělení tlaku plynu nebo kapaliny bez vážných tlakových ztrát v soustavě celého tepelného výměníku. Prstencovitý prostor mezi trubkami uvnitř svazku 38 souosých trubek vedení média, v němž probíhá předávání a přejímání tepla, vymezují dilatační výstupky rozmístěné po 120°, které rovněž zajišťují souosost těchto svazků trubek tvořících pracovní části tepelného výměníku. Nefunkčním jádrem 33 výměníku tohoto svazku 38 souosých trubek vedení média je trubka nejmenšího průměru.

Odvzdušnění soustavy trubkového výměníku tepla se provádí v místě nejvyššího bodu přivaděče 1 prvého média a odvaděče 2 druhého média, kde je vytvořen technologický otevíratelný otvor prvého média a technologický otevíratelný otvor 34 druhého média. V neznázoměné druhé zrcadlové a o 180° pootočené části trubkového výměníku tepla, který tvoří spodní část trubkového výměníku, jsou vytvořeny v nejnižších bodech přivaděče druhého média a odvaděče prvého média. Technologické otevíratelné otvory prvého i druhého média slouží v této části k odstraňování nečistot a kalů ze soustavy.

Z konstrukčního hlediska je výhodné opatřit rozdělovače prvého i druhého média klenutými dny rozdělovače, což zajišťuje možnost zvýšených provozních tlaků celé soustavy tepelného výměníku. Konstrukce tepelného výměníku umožňuje vysokou výkonnost předávání tepla nebo chladu ve výměníku velmi malých rozměrů. Koncentraci funkce výměny tepla mezi médii umožňuje použití jednoho nebo až několika svazků 38 souosých trubek vedení média. Dle příkladu provedení je svazek 38 souosých trubek vedení média tvořící hlavní část výměníku sestaven z deseti trubek. Výkon trubkového výměníku je dán počtem svazku 38 souosých trubek vedení média, počtem trubek ve svazku 38 souosých trubek vedení média a jeho délkou.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Trubkový výměník tepla, jehož pracovní část je tvořena souose uspořádaným svazkem trubek zvětšujících se průměrů, vyznačující se tím, že trubka (13, 15, 17, 19, 21) vedení prvého média je propojena do rozdělovače (3, 5, 7, 9, 11) prvého média, a to po celém obvodu svého konce v průniku dolní části rozdělovače (3, 5, 7, 9, 11) prvého média, přičemž jeho horní část je připevněna po celém obvodu průniku vnější části trubky (14, 16, 18, 20, 22) vedení druhého média a rozdělovač (3, 5, 7, 9, 11) prvého média je propojen s přivaděčem (1) prvého média, zatímco trubka (14, 16, 18, 20, 22) vedení druhého média je propojena do rozdělovače (4, 6, 8, 10, 12) druhého média, a to po celém obvodu svého konce v průniku dolní části rozdělovače (4, 6, 8, 10, 12) druhého média, přičemž jeho horní část je připevněna po celém obvodu průniku vnější části trubky (13, 15, 17, 19, 21) vedení prvého média a rozdělovač (4, 6, 8, 10, 12) druhého média je propojen s odvaděčem (2) druhého média a druhý konec trubky (13, 15, 17, 19, 21) vedení prvého média a rovněž druhý konec trubky (14, 16, 18, 20, 22) vedení druhého média je propojen na shodně konstrukčně provedené rozdělovače a odvaděč prvého média a na rozdělovače a přivaděč druhého média.
2. 2. Trubkový výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se tím, že přivaděč a odvaděč (1,2) prvého a druhého média má redukován svůj průřez v závislosti na zmenšujícím

   -4CZ 283016 B6 se průřezu rozdělovačů prvého a druhého média, které mají svůj průřez odvozen od velikosti průřezů trubek vedení prvého a druhého média.
3. 3. Trubkový výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se t í m , že mezeru mezi trubkou (13, 15, 17, 19, 21) vedení prvého média a trubkou (14, 16, 18, 20, 22) vedení druhého

   5 média určují dilatační výstupky (37), které jsou vytvořeny na jednotlivých trubkách vedení prvého a druhého média.
4. 4. Trubkový výměník tepla podle nároků la3, vyznačující se tím, že dilatační výstupky (37) jsou v jednotlivých mezerách mezi trubkou (13, 15, 17, 19, 21) vedení prvého média a trubkou (14, 16, 18, 20, 22) vedení druhého média vytvořeny v rovinách kolmých k ose io těchto trubek vedení prvého a druhého média a jsou obvodově rozmístěny po 120°.
5. 5. Trubkový výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se t í m , že druhý konec trubky (13, 15, 17, 19, 21) vedení prvého média je propojen na zrcadlově provedený rozdělovač a odvaděč prvého média pootočený vůči rozdělovači (3, 5, 7, 9, 11) a přivaděči (1) prvého média o 180° a druhý konec trubky (14, 16, 18, 20, 22) vedení druhého média je propojen na zrcadlově

   15 provedený rozdělovač a přivaděč druhého média pootočený vůči rozdělovači (4, 6, 8, 10, 12) a odvaděči (2) druhého média o 180°.