CZ33729U1 - Vertikální výměník tepla se spirálovitými přepážkami - Google Patents

Vertikální výměník tepla se spirálovitými přepážkami Download PDF

Info

Publication number
CZ33729U1
CZ33729U1 CZ2020-37161U CZ202037161U CZ33729U1 CZ 33729 U1 CZ33729 U1 CZ 33729U1 CZ 202037161 U CZ202037161 U CZ 202037161U CZ 33729 U1 CZ33729 U1 CZ 33729U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
exchanger
helical
spiral
baffles
shell
Prior art date
Application number
CZ2020-37161U
Other languages
English (en)
Inventor
Milan Hemzal
Jiří Klemeš
Petar Sabev Varbanov
QuiWang Wang
Zeng MIN
Original Assignee
Vysoké Učení Technické V Brně
Xi'an Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoké Učení Technické V Brně, Xi'an Jiaotong University filed Critical Vysoké Učení Technické V Brně
Priority to CZ2020-37161U priority Critical patent/CZ33729U1/cs
Publication of CZ33729U1 publication Critical patent/CZ33729U1/cs

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1607Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F28D7/1669Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having an annular shape; the conduits being assembled around a central distribution tube
    • F28D7/1676Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having an annular shape; the conduits being assembled around a central distribution tube with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/08Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • F28F2009/222Particular guide plates, baffles or deflectors, e.g. having particular orientation relative to an elongated casing or conduit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

Vertikální výměník tepla se spirálovitými přepážkami
Oblast techniky
Technické řešení se týká výměníku tepla určeného pro použití v petrochemickém a energetickém, průmyslu i v dalších průmyslových odvětvích.
Dosavadní stav techniky
Výměník tepla je zařízení na výměnu energie ve formě tepla. Podle konstrukce teplosměnné plochy je lze rozdělit na deskové nebo trubkové, podle pracovního média pak na ty se změnou fáze a beze změny fáze. V domácnostech se s výměníky setkáme u otopných zařízení, jako je kotel nebo radiátor, v chladničkách se pak jedná o výpamík a kondenzátor a/nebo v klimatizačních jednotkách. Ve automobilech se pak používají chladiče motoru a výměník pro topení kabiny. Výměníková stanice je součástí areálů továren a sídlišť. Zajišťuje distribuci tepla pro vytápění objektů a ohřev teplé vody.
Rostoucí požadavky na využití nízkopotenciálního tepla v intenzifikovaných výrobních procesech si vyžádaly návrh výměníku tepla s přepážkami, které při stejném stavebním rozměru umožní efektivněji významně zvýšit výkon výměníku tepla zintenzívněním turbulentního proudění uvnitř výměníku.
Dosud byla realizována řada způsobů pro zvýšení intenzity přenosu tepla - např. kolmé nebo šikmé přepážky mezi trubkami a vnitřní stranou pláště výměníku. I přes tato dílčí vylepšení zůstává ztráta v oblasti přenosu tepla stále velká a charakter proudění média se nijak podstatně nemění. Navíc dochází k dalším velkým tlakovým ztrátám z důvodu zvýšeného odporu proudění.
V dokumentu WO 2019/0446246 AI je představen výměník tepla mající šroubové perforované přepážky, které jsou vytvořeny jako helikoid, což je plocha, která je vytvořena šroubováním úsečky. Otvory v přepážkách procházejí ohřívací trubky rovnoběžně s osou výměníku. I když dochází k lepšímu míšení jednoho z médií jsou vlastnosti tohoto výměníku jsou srovnatelné s běžnými výměníky.
V dokumentu WO 2017/073139 AI je představen výměník tepla v provedení jako výpamík s vyšším tepelným tokem než u běžných výpamíků. Výměník obsahuje plášť a redukční člen mezi nimiž je mezikruží. Trubky výpamíků se nacházejí v mezikruží mezi pláštěm výměníku a vnější plochou středového redukčního členu. Výpamík obsahuje šroubové přepážky rozprostírající se axiálně, nacházející se v prostom mezikmží.
Konstmkce je však náročná na prostor a může sloužit jen jako výpamík pro zkapalněný plyn.
Cílem technického řešení je představit výměník tepla, který by byl schopen pracovat v omezeném prostom a zvyšoval by automaticky turbulenci média, zlepšoval přenos tepla a významně snižoval zanášení vnitřního prostom pláště výměníku i přepážek rovnoměrným rozložením v radiálním směm uvnitř pláště.
Podstata technického řešení
Výše zmíněné nedostatky odstraňuje vertikální výměník tepla se spirálovitými přepážkami podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že každá přepážka sestává z vnitřní spirálovité části a kolem ní uspořádané vnější spirálovité části, přičemž vnější spirálovitá část je uspořádána mezi vnitřním povrchem stěny pláště a vnějším obvodem vnitřních spirálovitých částí a vnitřní
- 1 CZ 33729 U1 spirálovité části jsou uspořádány mezi centrální nosnou trubkou a vnitřním obvodem vnějších spirálovitých částí a celková sestava přepážek je potom vytvořena tak, že jsou k sobě přilehle spojeny sousedící radiální hrany spirálovitých části a takto vytvářejí kontinuální šroubovou plochu po celé délce výměníku a centrální nosné trubky, přičemž na spodní hlavě zboku a v jejím dně jsou uspořádány průchozí výtoky, přičemž po obvodu vnějších spirálovitých částí jsou provedeny polootvory, ve kterých jsou uloženy distanční pásy a vstupní nátrubek druhého média uspořádaný ve spodní části pláště a výstupní nátrubek druhého média uspořádaný v horní části pláště jsou uspořádány na plášti tak, že jsou k němu připojeny tečně.
Objasnění výkresů
Technické řešení bude dále přiblíženo pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje perspektivní pohled na vertikální výměník tepla se spirálovitými přepážkami podle technického řešení, obr. 2 je schématický pohled na výměník z obr. 1 zboku, obr. 3 je pohled na vnitřní spirálovitou část přepážky, obr. 4 je pohled na vnější spirálovitou část přepážky, obr. 5 znázorňuje sestavenou přepážku a obr. 6 je perspektivní pohled na sestavenou spirálu s oběma trubkovnicemi, distančními pásy a přepážkou před montáží do pláště.
Příklady uskutečnění technického řešení
Na obr. 1 je vidět vertikální výměník 1 tepla se spirálovitými přepážkami, jehož pracovní poloha je vertikální, který má válcový plášť 13 a je na spodním čele uzavřen spodní hlavou 10 a na horním čele je uzavřen horní hlavou 9. Do horní hlavy 9 ústí v ose výměníku 1 vstupní trubice 5 pro vstup 24 první tekutiny A a ze spodní hlavy 10 vystupuje v ose výměníku 1 výstupní trubice 6 pro výstup 2 první tekutiny A. Zboku při vertikální poloze výměníku 1 ústí do pláště 13 u spodní krajní trubkovnice 12 výměníku 1 svislý vstupní nátrubek 8 pro vstup 4 druhé tekutiny B a na zboku na protější straně pláště při vertikální poloze výměníku 1 ústí ven z pláště 13 u horní krajní trubkovnice 11 výměníku 1 výstupní nátrubek 7 pro výstup 3 druhé tekutiny B.
Výměník 1 je v ose opatřen centrální nosnou trubkou 14. Na horním konci výměníku 1 je uspořádána první krajní trubkovnice 11 a na spodním konci výměníku 1 je uspořádaná dolní krajní trubkovnice 12. Horní a spodní krajní trubkovnice 11, 12 mají kruhový tvar a jsou opatřeny soustavou otvorů 21. ve kterých jsou připevněny trubky 15. Trubky 15 jsou uspořádány v každém otvoru 21. ale pro přehlednost je znázorněna jenom jedna trubka 15. Vnější obvod trubkovnic 11. 12 se dotýká zevnitř válcového pláště 13 výměníku 1. Ve vícero obvodových polootvorech 23 krajních trubkovnic 11, 12 jsou podélně ukotveny distanční pásy 17.
Po celé délce výměníku 1 jsou koncentricky uspořádány přepážky 16, kdy každá sestává z vnitřní spirálovité části 19 a kolem ní uspořádané, průměrově větší, vnější spirálovité části 20. Obě spirálovité části 19. 20 přepážek 16 mají tvar šroubové plochy s vícero otvory 25. Distanční pásy 17 procházejí krajními drážkami 22 provedenými na obvodu vnějších spirálovitých částí 20 přepážek 16 a tím je upevňují. Trubky 15 procházejí také otvory 25 provedenými ve vnějších 20 a vnitřních 19 částech přepážek 16.
Při vertikální poloze výměníku, jsou v dolní části výměníku na dolní hlavě 10 jsou provedeny průchozí směrem dolů a do boku výtoky 18, sloužící ktomu, aby dole se usazující nečistoty mohly volně proudit a neucpaly tak výměník 1. Právě proto, že funkční poloha výměníku tepla 1 je vertikální, budou se nečistoty usazovat u dna výměníku 1.
Přepážky jsou levotočivé nebo pravotočivé, jednoduché nebo dvojité. Distanční pás 17 je dlouhý a úzký obdélník, který je zcela zapuštěn do vnější souvislé přepážky 20 mezi oběma trubkovnicemi 11, 12. Tím vytváří pevnou samonosnou klec, do které jsou při montáži systému vloženy segmenty přepážek a ty jsou následně svařeny jednak mezi sebou i po fixaci stoupání
-2 CZ 33729 U1 i s distančním pásem. Tím získá celek potřebnou tuhost, která umožní jeho snadnou montáž do pláště výměníku jednoduchým zasunutím.
Funkci centrální nosné trubky 14 může plnit i svazek trubek pro výměnu tepla, případně jiné uspořádání i v ploše trubkovnic 11. 12 podle konkrétního požadavku na výkon a vlastnosti výměníku 1.
Obr. 2 je schématický pohled na výměník 1 zboku. Je zde dobře vidět uspořádání vstupního a výstupního nátrubku 8, 7 vůči plášti 13 výměníku 1, a také vzájemné uspořádání spirálovitých částí 19, 20.
Na obr. 3 je znázorněna samostatná vnitřní spirálovitá část 19 přepážky 16, přičemž je zde vidět její tvar a to, že je tato část opatřena otvory 25.
Na obr. 4 je znázorněna samostatná vnější spirálovitá část 20 přepážky 16, přičemž je zde vidět její tvar a jak je tato část opatřena otvory 25.
Na obr. 5 je vidět sestavená přepážka 16 v základním provedení. Celková sestava přepážek 16 je vytvořena tak, že jsou k sobě spojeny sousedící radiální hrany 27, 26 spirálovitých části 19. 20 a přiléhají ksobě. Centrální nosná trubka 14 prochází otvory 25 ve vnitřních spirálovitých částech 19 přepážek 15 a tím jsou spirálovité části 19 na ni upevněny.
Výhody a účinky předkládaného užitného vzoru v porovnání s dosavadním stavem techniky jsou takové, že:
dochází k významnému zvýšení koeficientu přenosu tepla zejména zvýšením turbulentního proudění, které zvyšuje koeficient přenosu tepla na povrchu potrubí;
kontinuální přepážka 16 nemá nefunkční oblasti, a proto zlepšuje proudění ve všech směrech;
je účinně snížena tlaková ztráta uvnitř pláště a díky možnosti provedení s více plochami je zefektivněn průchod média výměníkem 1.
Obr. 6 je perspektivní pohled na sestavenou spirálu s oběma trubkovnicemi 11. 12. distančními pásy 17 a přepážkou 16 před montáží do pláště 13.
Přepážka 16 je opatřena otvory 25 proti samovolnému zanášení. Tím je zajištěna odolnost tepelného výměníku proti usazování vodního kamene a prodloužena doba odstávky z důvodu nutnosti čištění od usazených nečistot. Toto přináší snížení nákladů na čištění nečistot, prodloužení životnosti zařízení a zajištění plynulého postupu výroby.
Sestavování trubkového systému vyžaduje přesnost a větší podíl svářečských prací při sestavování za použití příčných svarů. Toto je ovšem bohatě vykompenzováno výhodami, které technické řešení přináší:
trubkový systém lze kompletně sestavit ve výrobním závodě s podstatně nižšími náklady a větší přesností než na montáži;
zlepšené turbulentní proudění teplonosného média uvnitř tepelného výměníku 1 snižuje jednostranné opotřebení zejména korozi trubek, ke které dochází u jiných řešení vestaveb;
snižuje se zanášení výměníku a nenastává nebo je významně snížena postupná ztráta účinnosti;
-3 CZ 33729 Ul zvyšují se intervaly čištění, ev. výměny trubkového systému;
zvýšená účinnost tepelného výměníku znamená stálou úsporu provozních nákladů.
Systém přepážek, který je předmětem tohoto technického řešení, je velice variabilní a umožňuje sériovou výrobu univerzálních segmentů, které se montují a spojují podle skutečné potřeby a rozměrů konkrétního tepelného výměníku.
Je ale potřeba zajistit správné polohování a konstantní rozteč stoupání závitů. Dále je potřeba podle konkrétní konstrukce řešit fixaci vnitřní menší plochy tak, aby byla vyloučena možnost vibrací. Toto lze podle konkrétní dispozice zajistit různě běžným způsobem např. pomocí šroubovaných příložek a/nebo svary a/nebo jejich kombinací.
Průmyslová využitelnost
Vertikální výměník tepla se spirálovitými přepážkami se uplatní v průmyslových odvětvích petrochemie, energetiky, metalurgie, chlazení, odsolování mořské vody a má vysoký potenciál dalšího využití, přičemž stále se zvyšující nutnost využívání i nízkopotenciální tepelné energie zvyšuje možnosti použití tohoto výměníku i v případech, kdy to nebylo dříve ekonomicky výhodné. Výměník tepla vertikální se spirálovitými přepážkami umožní při stejném zástavbovém rozměru poměrně jednoduše a levně zvýšit výkon zintenzivněním turbulentního proudění.
Výměník je určen pro široké průmyslové využití zejména v případech, kdy je potřeba zefektivnit stávající proces výměny tepelné energie a především tam, kde se vyskytuje nízkopotenciální tepelná energie, která dosud nebyla z ekonomických důvodů využívána a případné komerční využití nemůže nic ohrozit, protože o tyto typy výměníků bude stále větší zájem a lze předpokládat jejich rozšíření i do nových odvětví průmyslu, zemědělství i občanské spotřeby. Navíc systém umožňuje produkci stavebnicových modelových řad se stupňovanými výkony a rozměry podle individuálních potřeb investorů.

Claims (1)

  1. NÁROKY NA OCHRANU
    1. Vertikální výměník (1) tepla se spirálovitými přepážkami obsahující plášť (13), centrální nosnou trubku (14) umístěnou v ose pláště (13), krajní trubkovnice (11, 12) uspořádané na obou koncích pláště (13), přičemž horní krajní trubkovnice (11) je připojena k horní hlavě (9) a spodní krajní trubkovnice (12) je připojena k spodní hlavě (10), přičemž horní hlava (9) je opatřena vstupní trubicí (5) prvního média, spodní hlava (10) je opatřena výstupní trubicí (6) prvního média a mezi horní krajní trubkovnicí (11) a spodní krajní trubkovnicí (12) jsou uspořádány trubky (15) pro výměnu tepla, a dále jsou uvnitř uspořádané spirálovité přepážky (16), které jsou opatřeny otvory (25), přičemž trubky (15) procházejí otvory (25) ve spirálovitých přepážkách (16) uspořádaných mezi horní krajní trubkovnicí (11) a spodní krajní trubkovnicí (12), vyznačující se tím, že každá přepážka (16) sestává z vnitřní spirálovité části (19) a kolem ní uspořádané vnější spirálovité části (20), přičemž vnější spirálovitá část (20) je uspořádána mezi vnitřním povrchem stěny pláště (13) a vnějším obvodem vnitřních spirálovitých částí (19) a vnitřní spirálovité části (19) jsou uspořádány mezi centrální nosnou trubkou (14) a vnitřním obvodem vnějších spirálovitých částí (20) a celková sestava přepážek (15) je potom vytvořena tak, že jsou k sobě přilehle spojeny sousedící radiální hrany (27, 26) spirálovitých části (19, 20) a takto vytvářejí kontinuální šroubovou plochu po celé délce výměníku (1) a centrální nosné trubky (14), přičemž na spodní hlavě (10) zboku a v jejím dně jsou uspořádány průchozí výtoky (18), přičemž po obvodu vnějších spirálovitých částí (20) jsou provedeny polootvory (23), ve kterých jsou uloženy distanční pásy (17) a vstupní nátrubek (8) druhého média uspořádaný ve
    -4 CZ 33729 U1 spodní části pláště (13) a výstupní nátrubek (7) druhého média uspořádaný v horní části pláště (13)jsou uspořádány na plášti (13)tak, žejsoukněmu připojeny tečně.
CZ2020-37161U 2020-01-23 2020-01-23 Vertikální výměník tepla se spirálovitými přepážkami CZ33729U1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020-37161U CZ33729U1 (cs) 2020-01-23 2020-01-23 Vertikální výměník tepla se spirálovitými přepážkami

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020-37161U CZ33729U1 (cs) 2020-01-23 2020-01-23 Vertikální výměník tepla se spirálovitými přepážkami

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ33729U1 true CZ33729U1 (cs) 2020-02-18

Family

ID=69583161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2020-37161U CZ33729U1 (cs) 2020-01-23 2020-01-23 Vertikální výměník tepla se spirálovitými přepážkami

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ33729U1 (cs)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2622297B1 (en) Waste heat boiler
EP2771622B1 (en) Heat exchanger for the condensing boiler
CN103629952A (zh) 管道式换热器、其制造方法以及换热设备
CN101782339B (zh) 螺旋盘管式换热装置
RU2674850C2 (ru) Труба для теплообменника с, по меньшей мере, частично переменным поперечным сечением и теплообменник, ею снабженный
EP1724543A1 (en) Heat exchange unit and heat exchanger using the heat exchange unit
CN202836268U (zh) 管道式换热器及换热设备
US20060260789A1 (en) Heat exchange unit and heat exchanger using the heat exchange unit
EP2852804B1 (en) Waste heat boiler with bypass and mixer
CN205843436U (zh) 一种热源多级利用的换热器
JP2020523546A (ja) 分割されたマニホールド管を有するプレートおよびシェル熱交換システム
CZ33729U1 (cs) Vertikální výměník tepla se spirálovitými přepážkami
CN109813153B (zh) 一种改善制冷剂供液分配的干式管壳式换热器
RU2386096C2 (ru) Сотовый теплообменник с закруткой потока
CN207501760U (zh) 双层螺旋式换热器
CN113566611B (zh) 一种u形管三股流换热器
JP3591970B2 (ja) 多管式熱交換器
CN209763815U (zh) 发电厂用u形管式换热器
RU2395774C1 (ru) Кожухотрубный теплообменник
RU2572545C1 (ru) Проточный кожухотрубный теплообменник
RU181420U1 (ru) Кожухотрубчатый теплообменный аппарат
RU184138U1 (ru) Кожухотрубчатый теплообменный аппарат для утилизации тепла технологических газов
CN213021123U (zh) 一种全滑动油走内心式换热器
CN215984108U (zh) 一种粗细套管间断齿形自支撑双管程热交换器
CN220418179U (zh) 一种带小孔的弓形折流板换热器

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20200218

MK1K Utility model expired

Effective date: 20240123