CZ304277B6 - Tepelný výměník pro kogenerační jednotku s mikroturbínou - Google Patents
Tepelný výměník pro kogenerační jednotku s mikroturbínou Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304277B6 CZ304277B6 CZ2009-815A CZ2009815A CZ304277B6 CZ 304277 B6 CZ304277 B6 CZ 304277B6 CZ 2009815 A CZ2009815 A CZ 2009815A CZ 304277 B6 CZ304277 B6 CZ 304277B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- heat
- heated medium
- flow
- section
- sections
- Prior art date
Links
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 17
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Tepelný výměník pro kogenerační jednotku s mikroturbínou je sestaven z minimálně jedné sekce (4), ve tvaru šroubovice (7) s žebry kruhového tvaru (3), umístěnými na jejím povrchu tak, aby vyvolávaly turbulentní charakter proudění teplonosného média. Sekce (4) je tvořena vstupem (2) a výstupem (5) ohřívaného média, na nichž jsou umístěny regulační členy (1) umožňující variabilitu rychlosti průtoku ohřívaného média a i v případě existence více sekcí také variabilitu směru proudění ohřívaného média, při propojení nezávisle zvolených sekcí (4) zaručující zisk více zdrojů ohřátého média o zvolené teplotě.
Description
Tepelný výměník pro kogenerační jednotku s mikroturbínou je sestaven z minimálně jedné sekce (4), ve tvaru šroubovice (7) s žebry kruhového tvaru (3), umístěnými na jejím povrchu tak, aby vyvolávaly turbulentní charakter proudění teplonosného média. Sekce (4) je tvořena vstupem (2) a výstupem (5) ohřívaného média, na nichž jsou umístěny regulační členy (1) umožňující variabilitu rychlosti průtoku ohřívaného média a i v případě existence více sekcí také variabilitu směru proudění ohřívaného média, při propojení nezávisle zvolených sekcí (4) zaručující zisk více zdrojů ohřátého média o zvolené teplotě.
Tepelný výměník pro kogenerační jednotku s mikroturbínou
Oblast techniky
Vynález se týká konstrukce tepelného výměníku pro kogenerační jednotku s mikroturbínou.
Dosavadní stav techniky
Teplo, vytvořené kogenerační jednotkou s mikroturbínou, slouží k předehřevu spalovacího vzduchu. Zbývající část teplaje bez užitku vypouštěna do ovzduší, příp. částečně využívána k ohřevu teplé vody.
V současné době jsou využívány u kogeneračních jednotek výměníky deskového typu, u kterých neexistuje možnost pokročilé regulace při požadavcích teploty ohřívaného média.
Výměníky tepla lze klasifikovat dle způsobu použití (ohřívače, vařáky, kondenzátory,...), dle počtu a uspořádání proudů (výměna tepla mezi dvěma nebo více médií,...), dle charakteru výměny tepla (bez změny či se změnou fáze) nebo dle počtu teplosměnných ploch (u směšovacích výměníků, kde žádné teplosměnné plochy nejsou, se média mísí).
U výměníků typu trubka v trubce obě média proudí souběžně (souproud nebo protiproud) v trubce nebo mezidruhovém prostoru či prostorech. Maximální teploty u těchto výměníků jsou 180 až 200 °C, maximální tlak 5 MPa. Používají se např. v potravinářství a pivovarnictví. Existuje řada různých uspořádání např. ve formě dvoutrubek stočených do spirály či šroubovice, nebo s použitím žebrovaných trubek (podélné žebrování), či vložky ve formě zkroucených pásků (šroubové plochy působící jako mixéry nebo invertory) nebo zvlněné plechové pásky orientované ve směru osy trubky (pulzátory). Svařované plášťové dvoutrubkové výměníky jsou vhodné pro nejnáročnější aplikace (nejvyšší tlaky, teploty a požadavky na těsnost). Mezi jejich nevýhody patří zejména vysoké nároky na těsnost.
Výměníky trubkové též kotlové jsou nejčastější typ výměníku, který je vhodný i pro vysoké teploty a tlaky, použitelný pro kapaliny i plyny. Orientace proudění v trubkách se může měnit určují jej dělicí přepážky v rozdělovačích komorách, což může být jejich nevýhodou neboť v jedné části výměníku se proud např. ohřívá a v další chladne. Dle konstrukčního provedení existují vlnovkový kompenzátor v plášti, U-trubky, varianta W, Fieldův výměník.
Výměníky spirálové patří do kategorie deskových výměníků. Obě média proudí (zpravidla v protiproudu) ve spirálově zakřivených kanálech, přičemž zakřivení zvyšuje intenzitu přestupu tepla a současně snižuje kritickou hodnotu Re přechodu do turbulence. Spirálové výměníky jsou kompaktnější, než trubkové kjejich kladům patří nízké tlakové ztráty a velmi malý sklon k zanášení. Vzhledem k tomu jsou vhodné k ohřevu vláknitých materiálů ve zpracovatelském (např. papírenským) průmyslu, metalurgii a potravinářském průmyslu. Jejich nevýhodou je omezení tlaků (a u starších provedení možnost netěsnosti).
Výměníky deskové využívají proudící médium ve štěrbinách mezi na sobě naskládanými deskami, které jsou profilovány tak, aby přestup tepla byl co nejvyšší a současně aby nedocházelo k nadměrnému zanášení. Prostup teplaje přibližně 2krát větší než u spirálových výměníků. Mezi jejich nevýhody patří netěsnost což je hlavním důvodem jejich menšího rozšíření. Určitým omezováním jsou vyšší teploty u rozebíratelných provedení výměníků (nižší teplotní odolnost těsnicích materiálů).
Desko-žebrové kompaktní výměníky jsou limitovány použitím pro plyny a nižší tlaky a další nevýhoda je použití u médií kde hrozí korozní chování nebo sklon k zanášení.
-1 CZ 304277 B6
Regenerační výměníky jsou buď statické, nebo rotační. Jedná se o typ výměníku, kterým střídavě protéká chladné a teplé médium. Doba střídání sekcí absorbérů je dána dobou průchodu tepelné vlny od vstupu do výstupu absorbéru. Nevýhoda je omezení výhradně pro plyny z důvodu malé tepelné kapacity.
Většina současných výměníků není variabilní pro měnící se podmínky nositele tepelné energie na vstupu (např. teplota, průtok spalin, atd.), ale jsou realizovány pro konkrétní konstantní parametry proudících médií.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je tepelný výměník pro kogenerační jednotku s mikroturbínou využívající odpadní teplo, které vzniká v kogenerační jednotce při kombinované výrobě tepla a elektřiny. Odcházející spaliny, jako nositel tepelné energie mohou být dále využity jako nový zdroj tepla, například k ohřevu TUV. Do spalinového traktu mikroturbíny je vložen výměník tepla podle vynálezu, který odnímá část tepelné energie spalin. Tepelný výměník je tvořen minimálně jednou sekcí, přičemž každá sekce obsahuje měděnou trubku ve tvaru šroubovice, kteráje opatřená žebry kruhového tvaru. Toto žebrování zvyšuje teplo-směnnou plochu a taktéž způsobuje narušování laminárního proudění spalin, čímž dochází ke zvyšování účinnosti výměníku, dále je sekce tvořena regulačním členem, vstupem a výstupem média a krytem odtahového traktu. Jednotlivé sekce je možné mezi sebou propojit. Měděnými trubkami proudí teplosměnné médium (voda, olej, apod.), kterému je spalinami předáváno teplo. Horké spaliny prostupují jednotlivými sekcemi výměníku a odevzdávají část tepelné energie teplosměnnému médiu (např. voda). Jednotlivé sekce jsou za sebou řazeny tak, aby se nepřekrývaly. Tím je dosaženo narušení laminárního proudění. Sekční řešení umožňuje variabilnost využití dle energetické vydatnosti spalin.
Tepelný výměník podle vynálezu je svou konstrukcí uzpůsoben přestupu tepla mezi dvěma médii. Směr toku obou médií může být jak protiproudý tak i souproudý, tj. směr proudících spalin je opačný než směr proudící vody uvnitř jednotlivých sekcí tak i souproudý, kdy lze směr proudící vody obrátit tak aby byl shodný se směrem proudících spalin. Variabilita využití výměníku ve smyslu směru proudění vody vs. spalin je možností hlavně v případech kdy například bude potřeba více zdrojů teplé vody při využití menšího počtu sekcí. Protože spaliny s nejvyšší teplotou jsou při protiproudém směru toku vody. Systém jeho regulace pak dovoluje získat finální hodnotu teploty dle požadavků. Konstrukčně to umožňuje propojení jeho sekcí bez ohledu na směr zvoleného proudění média. Jeho aplikace je tedy možná v poměrně širokém spektru využití, neboť jej lze použít jak pro plyny, tak i pro kapaliny. Design tohoto výměníku je navržen s ohledem pro využití zejména u kogeneračních jednotek (zejména mikroturbín). Tomu je uzpůsobeno i jeho provedení s ohledem na jeho rozměry, resp. možné umístění v dané aplikaci.
Přehled obrázků na výkresech
Na obr. 1 je vyobrazeno konstrukční řešení tepelného výměníku pro kogenerační jednotku s mikroturbínou. Na obrázku 2 je znázorněn detail měděné trubky se žebrováním.
Příklady provedení vynálezu
Do spalinového traktu mikroturbíny je vložen výměník tepla, který odnímá část tepelné energie spalin. Tepelný výměník podle vynálezu je sestaven z minimálně jedné sekce 4. Jednotlivé sekce mohou pracovat na sobě závisle nicméně i nezávisle vše je řešeno regulačním členem i v závislosti dle požadavků na hodnotu teploty ohřívané vody. Navíc lze propojit jen určený či zvolený počet těchto sekcí dle potřeby požadované teploty, jenž má být získána. Sekce 4 je tvořena vstu-2CZ 304277 B6 pem teplosměnného média 2, regulačním členem 1, který umožňuje zejména určit, která ze sekcí bude či naopak nebude využita tzn. jejich celkový počet. Druhá funkce vychází z možnosti ovlivnit průtok proudící vody skrze něj, tzn. regulaci světlosti průtoku. Tímto lze ovlivnit množství vody obsažené v jednotlivých sekcích potažmo čas, po který je daný objem vody přítomen v dané sekci. Tento faktor dovoluje regulovat teplotu vody v jednotlivých sekcích. Regulační členy mohou být provedeny jak pomocí elektro-ventilů tak i například s využitím řízení založeném na teplotně citlivých senzorech. Na tento regulační člen navazuje měděná trubka ve tvaru šroubovice 7 opatřena žebry kruhového tvaru 3. Žebrování 3 trubek 7 způsobuje narušování laminárního proudění spalin, čímž dochází ke zvyšování účinnosti výměníku. Po průchodu měděnou trubkou io 7 vychází teplosměnné médium ze sekce 4 výstupem 5 média. Každá jednotlivá sekce 4 je opatřena krytem 6 odtahového traktu. Jednotlivé sekce 4 jsou za sebou řazeny tak, aby se nepřekrývaly. Směr toku obou médií může být jak protiproudý tj. směr proudících spalin je opačný než směr proudící vody uvnitř jednotlivých sekcí tak i souproudý, kdy lze směr proudící vody obrátit tak aby byl shodný se směrem proudících spalin. Variabilita využití výměníku ve smyslu směru proudění vody vs. spalin je možností hlavně v případech kdy například bude potřeba více zdrojů teplé vody při využití menšího počtu sekcí. Protože spaliny s nejvyšší teplotou jsou při protiproudém směru toku vody v oblasti okolo „poslední“ sekce výměníku.
Průmyslová využitelnost
Tepelný výměník podle vynálezu je využitelný zejména u kogeneračních jednotek hlavně mikroturbín. Nicméně dá se nalézt i další uplatnění u zdrojů s odpadním teplem.
Claims (2)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Tepelný výměník pro kogenerační jednotku s mikroturbínou, vyznačující se tím, že je sestaven z minimálně jedné sekce (4) ve tvaru šroubovice (7) s žebry kruhového tvaru (3), umístěnými na jejím povrchu tak, aby vyvolávaly turbulentní charakter proudění teplonosného média, která je tvořena vstupem (2) a výstupem (5) ohřívaného média, na nichž jsou umístěny35 regulační členy (1), umožňující variabilitu rychlosti průtoku ohřívaného média a i v případě existence více sekcí (4) také variabilitu směru proudění ohřívaného média při propojení nezávisle zvolených sekcí (4) zaručující zisk více zdrojů ohřátého média o zvolené teplotě.
- 2. Tepelný výměník podle nároku 1, vyznačující se tím, že každá sekce (4) tvořená40 měděnou trubkou ve tvaru šroubovice (7) je situována svým směrem stoupání šroubovice kolmo ke směru proudících spalin, a umožňuje zároveň souproudý, protiproudý, jakož i smíšený charakter proudění ohřívaného média protékajícího sekcemi (4) řazenými paralelně s osou krytu (6) odtahového traktu za sebou tak, aby se vzájemně nepřekrývaly a zvyšovaly účinnost výměníku.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2009-815A CZ304277B6 (cs) | 2009-12-07 | 2009-12-07 | Tepelný výměník pro kogenerační jednotku s mikroturbínou |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2009-815A CZ304277B6 (cs) | 2009-12-07 | 2009-12-07 | Tepelný výměník pro kogenerační jednotku s mikroturbínou |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2009815A3 CZ2009815A3 (cs) | 2011-06-15 |
| CZ304277B6 true CZ304277B6 (cs) | 2014-02-12 |
Family
ID=44144985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2009-815A CZ304277B6 (cs) | 2009-12-07 | 2009-12-07 | Tepelný výměník pro kogenerační jednotku s mikroturbínou |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ304277B6 (cs) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1246581A (en) * | 1968-01-24 | 1971-09-15 | Raytheon Co | Heat transfer structures |
| GB1376303A (en) * | 1972-05-03 | 1974-12-04 | Atomic Energy Authority Uk | Tubular heat exchangers |
| GB1536625A (en) * | 1976-05-10 | 1978-12-20 | Shiley Labor Inc | Heat exchanger apparatus and method for regulating the temperature of blood in an extracorporeal circuit |
-
2009
- 2009-12-07 CZ CZ2009-815A patent/CZ304277B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1246581A (en) * | 1968-01-24 | 1971-09-15 | Raytheon Co | Heat transfer structures |
| GB1376303A (en) * | 1972-05-03 | 1974-12-04 | Atomic Energy Authority Uk | Tubular heat exchangers |
| GB1536625A (en) * | 1976-05-10 | 1978-12-20 | Shiley Labor Inc | Heat exchanger apparatus and method for regulating the temperature of blood in an extracorporeal circuit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2009815A3 (cs) | 2011-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2009289762B2 (en) | Heat exchanger in modular design | |
| Tran et al. | Effects of tube shapes on the performance of recuperative and regenerative heat exchangers | |
| EP2622297B1 (en) | Waste heat boiler | |
| Yin et al. | Optimization design and economic analyses of heat recovery exchangers on rotary kilns | |
| Irabatti et al. | Comprehensive review of spiral heat exchanger for diverse applications | |
| RU2674850C2 (ru) | Труба для теплообменника с, по меньшей мере, частично переменным поперечным сечением и теплообменник, ею снабженный | |
| Jangir | Review of literature on heat transfer enhancement in heat exchangers | |
| CN103026143A (zh) | 换热器 | |
| Yin et al. | Optimization design based on the thermal resistance analyses of heat recovery systems for rotary kilns | |
| US20080257534A1 (en) | Heat Exchanger | |
| RU2543094C1 (ru) | Кожухотрубный теплообменник | |
| CN207501760U (zh) | 双层螺旋式换热器 | |
| Hadidi | Biogeography-based optimization algorithm for optimization of heat exchangers | |
| Boda et al. | Design and development of parallel-counter flow heat exchanger | |
| CZ304277B6 (cs) | Tepelný výměník pro kogenerační jednotku s mikroturbínou | |
| CZ21319U1 (cs) | Tepelný výměník pro kogeneračníjednotku s mikroturbínou | |
| Shukla et al. | Investigation on Shell and Tube Heat Exchanger by Using CFD-A Literature Review | |
| Karwa | Heat Exchangers | |
| Chauhan et al. | Modified on Shell and Tube Heat Exchanger | |
| Jude et al. | CFD analysis of double pipe parllel flow heat exchanger | |
| RU2790537C1 (ru) | Теплообменное устройство | |
| RU2774015C1 (ru) | Теплообменник | |
| Kumar et al. | Advanced Applications in Heat Exchanger Technologies: AI, Machine Learning, and Additive Manufacturing | |
| Dahare | Review on experimental analysis and performance characteristic of heat transfer in shell and twisted tube heat exchanger | |
| Erdogan et al. | Thermal design and modeling of shell and tube heat exchangers combining PTSC and ORC Systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20171207 |