CZ309510B6 - Výměník tepla - Google Patents

Abstract

Výměník tepla sestává z první soustavy trubic (11) pro průtok teplosměnného média vyšší teploty a druhé soustavy trubic (12) pro průtok teplosměnného média nižší teploty, kde trubice alespoň jedné soustavy trubic jsou v příčném řezu tvořeny základní obvodovou kruhovou částí (8) přerušenou čtyřmi obvodovými kruhovými výstupky (9), přičemž úhel φ4 výstupků je menší než úhel α4 mezi výstupky. Výstupky (9) první soustavy trubic (11) zasahují mezi výstupky (9) druhé soustavy trubic (12) nebo trubice (11) první soustavy s výstupky (9) jsou uspořádány uvnitř trubic (12) druhé soustavy kruhových trubic.

Description

Vynález se týká výměníku tepla sestávající z první soustavy trubic pro průtok teplosměnného média nižší teploty a druhé soustavy trubic pro průtok teplosměnného média vyšší teploty.

Dosavadní stav techniky

Zařízení, která slouží k přenosu tepla mezi dvěma látkami o různé teplotě oddělených mezi sebou pevnou stěnou se nazývají tepelné výměníky. Dnešní výměníky tepla se dělí na výměníky beze změny fáze a se změnou fáze. Podle tvaru teplosměnné plochy se dělí na trubkové a deskové. Podle směru proudění teplonosné látky se dělí na souproudé, protiproudé a křížové.

Teplosměnná plocha je vesměs zvětšována rozdělením vstupního kanálu s proudem teplonosné látky na řadu menších kanálů. Vzájemný styk těchto dělených kanálů je však plošně omezen.

Cílem tohoto vynálezu je trubkový výměník tepla se zvýšenou teplosměnnou plochou a umožňující zvýšené turbulentní proudění média.

Podstata vynálezu

Podstata výměníku tepla sestávajícího z první soustavy trubic pro průtok teplosměnného média vyšší teploty a druhé soustavy trubic pro průtok teplosměnného média nižší teploty podle vynálezu spočívá v tom, že trubice alespoň jedné soustavy trubic jsou v příčném řezu tvořeny základní obvodovou kruhovou částí přerušenou čtyřmi obvodovými kruhovými výstupky, přičemž úhel výstupků je menší než úhel mezi výstupky. Výstupky první soustavy trubic zasahují mezi výstupky druhé soustavy trubic. Alternativně trubice první soustavy s výstupky jsou uspořádány uvnitř trubic druhé soustavy kruhových trubic.

Objasnění výkresů

Na přiložených výkresech je schematicky znázorněn výměník tepla, kde:

obr. 1 až obr. 3 znázorňují existující standardní řešení protiproudového a tubusového výměníku tepla;

obr. 4 grafické znázornění předpokladu pro vytvoření trubic podle vynálezu;

obr. 5 trubice podle vynálezu v řezu;

obr. 6 a obr. 7 soustavu trubic podle vynálezu; a obr. 8 variantu vzájemného uspořádání trubic první a druhé soustavy.

Příklad uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je schematicky znázorněno existující standardní řešení výměníku tepla trubkového typu s protiproudem. Trubicí 1 kruhového průřezu proudí proud média 3 teplonosné látky teploty ti.

- 1 CZ 309510 B6

Trubice 1 je ve styku přes stěnu s trubicí 2 kruhového průřezu. Trubicí 2 proudí proud média 4 teplonosné látky teploty t2. Přes stěnu dochází k výměně tepla mezi proudem 3 a 4 v trubicích 1 a 2.

Na obr. 2 je schematicky znázorněno existující standardní řešení tubusového výměníku tepla s protiproudem. Trubicí 1 kruhového průřezu proudí proud média 3 teplonosné látky teploty ti. Trubicí 2 proudí proud média 4 teplonosné látky teploty t2. Přes stěnu dochází k výměně tepla mezi proudem 3 a 4 v trubicích 1 a 2.

Na obr. 3 je schematicky v řezu znázorněno existující standardní řešení výměníku tepla trubkového typu s protiproudem, kde trubice 1 s médiem teploty ti je rozdělena na řadu jednotlivých trubic 5 s médiem teploty t1 a trubice 2 s médiem teploty t2 je rozdělena na řadu jednotlivých trubic 6 s médiem teploty t2. Jednotlivé trubice jsou umístěny v tělese 10 výměníku tepla. Problém je, že trubice mají vzájemný styk plošně omezen.

Na obr. 4 je schematicky v řezu znázorněno graficky vytvoření průřezu trubice podle vynálezu. Základní trubice 5 je doplněna o čtyři přídavné trubice 7, které se dotýkají trubice 5 a jsou po jejím obvodu rozmístěny symetricky. Posléze z obvodu základní trubice 5 vytvoří výstupky. Aby vznikl prostor pro vzájemný styk výstupků od sousedních trubic, jsou přídavné trubice 7 uspořádány v úhlech φ4, jejíchž stran se dotýkají, a mezi těmito úhly jsou úhly α4. Vždy platí φ4 < 04. Vhodná volba je φ4 = 40° a 04 = 50°.

Na obr. 5 je schematicky v řezu znázorněn profil trubice podle vynálezu daný vzájemným propojením základní obvodové části 8 trubice 5 z obr. 4 s obvodovými kruhovými výstupky 9 čtyř přídavných trubic 7 z obr. 4 do výsledné propojené trubice.

Na obr. 6 je schematicky v řezu znázorněna soustava trubic podle vynálezu. Trubice vytvořené podle popisu na obr. 4 a 5 jsou umístěny do tělesa 10 výměníku a vytváří první soustavu trubic 11 pro médiem o teplotě t1 a druhou soustavu trubic 12 pro médium o teplotě t2.

Všechny trubice 11 první soustavy a všechny trubice 12 druhé soustavy mají shodnou orientaci svých výstupků 9, ale trubice 11 první soustavy jsou vůči trubicím 12 druhé soustavy pootočeny o 45°. Tím se mohou trubice 11 první soustavy pro médium o teplotě t1 zasunout do trubic 12 druhé soustavy pro médium o teplotě t2.

Dále jednotlivé trubice 11 první soustavy jsou od sebe odděleny trubicemi 12 druhé soustavy a jednotlivé trubice 11 první soustavy mají mezi sebou větší vzdálenost než vzdálenost k trubicím 12 druhé soustavy. Totéž obdobně platí pro jednotlivé trubice 12 druhé soustavy. Tak se zvětší vzájemný plošný styk trubic obou soustav. Předpokládá se, že teplota t1 je vyšší než teplota t2.

Na obr. 7 je schematicky v řezu znázorněna alternativa k řešení na obr. 6. Orientace trubic 11 první soustavy a trubic 12 druhé soustavy je vzájemně zaměněna. Varianta na obr. 6 a na obr. 7 se liší mírou vzdálenosti výstupků 9 propojených trubic pro médium o teplotě t1 a médium o teplotě t2. Předpokládá se, že teplota t1 je vyšší než teplota t2.

Na obr. 8 je schematicky v řezu znázorněno řešení zvětšení vzájemného plošného styku dělených trubic pro tubusové výměníky tepla. Trubice 11 první soustavy pro médium o teplotě t1 je umístěna uvnitř trubice 12 druhé soustavy pro médium o teplotě t2. Předpokládá se, že teplota t1 je vyšší než teplota t2.

Všechny varianty se mohou kombinovat. Dělené a propojené trubice pro médium o teplotě t1 se mohou zaměňovat za dělené a propojené trubice pro médium o teplotě t2. Dělené a propojené trubice jsou s výhodou vyrobeny 3D tiskem elektronovým paprskem, který vytváří drsnou plochu trubice vedoucí k turbulentnímu proudění.

Claims (2)

1. Výměník tepla, sestávající z první soustavy trubic (11) pro průtok teplosměnného média vyšší teploty a druhé soustavy trubic (12) pro průtok teplosměnného média nižší teploty, vyznačený tím, 5 že trubice alespoň jedné soustavy trubic jsou v příčném řezu tvořeny základní obvodovou kruhovou částí (8) přerušenou čtyřmi obvodovými kruhovými výstupky (9), přičemž úhel φ4 výstupků je menší než úhel α4 mezi výstupky.

2. Výměník tepla podle nároku 1, vyznačený tím, že výstupky (9) první soustavy trubic (11) zasahují mezi výstupky (9) druhé soustavy trubic (12).

10 3. Výměník tepla podle nároku 1, vyznačený tím, že trubice (11) první soustavy s výstupky (9) jsou uspořádány uvnitř trubic (12) druhé soustavy kruhových trubic.