FI74539C

FI74539C - TERTIAERVAERMEVAEXLARE.

Info

Publication number: FI74539C
Application number: FI811430A
Authority: FI
Inventors: Ingemar Persson; Olov Eklind
Original assignee: Euroheat Ab
Priority date: 1981-05-11
Filing date: 1981-05-11
Publication date: 1988-02-08
Also published as: FI811430L; FI74539B

Description

7453974539

Tertiäärilämmönvaihdin Tämä keksintö kohdistuu tyypiltään sellaiseen lämmönvaihtimeen, jossa ensimmäinen väliaine johdetaan jouk-5 koon lähekkäin olevia putkikierukoita, toinen väliaine joukkoon sanottuihin kierukoihin kiinnitettyjä toisia putkikierukoita ja kolmas väliaine johdetaan sanottujen ensimmäisten ja toisten putkikierukoiden väliin muodos-tuneitten näitä kierukoita ympäröivien kanavien kautta. 10 Tällaisille lämmönvaihdintyypeille on joukko erilaisia käyttöaloja: lämpöpatterivaihtimina, lämpöpumppuun liittyvinä lämminvesivaihtimina, laskuvesivaihtimina kauko-lämmityksessä tai kattilakeskuksissa, varastosäiliöiden latausvaihtimina, maanpintalämmönvaihtimina jne.This invention relates to a heat exchanger of the type in which a first medium is passed through a plurality of adjacent tube coils, a second medium is provided in the plurality of second tube coils attached to said coils and a third medium is passed between said first and second tube coils. 10 There are a number of different applications for such types of heat exchangers: radiator heat exchangers, heat pump heat exchangers associated with heat pumps, downstream water heat exchangers in district heating or boiler centers, storage tank charge heat exchangers, surface heat exchangers, etc.

15 Eräs tertiäärivaihdinta vaativa ala on lämmityslaitos, jossa on lämpöpumppu ja/tai kaukolämpö. Näissä on vir-taava väliaine vaihtimen primääripuolella, johon lämpö tulee lämpöpumpusta, aurinkovaraajasta tai sen kaltaisista. Sekundääripuolen muodostavat toisaalta lämpimän 20 laskuveden varastosäiliön latauspiiri ja toisaalta ra-diaattoripiiri. Eräs tertiäärilämmönvaihtimen tyyppi, jossa on kaksi eri putkikierukkapinoa, joista kumpikin sisältää väliainetta, säiliöön rakennettuna, on ennestään tunnettu ja sitä käytetään tällä alalla. Näiden 25 kahden kierukkapinon välissä säiliössä oleva kolmas väliaine toimii lämmönkuljettajana.15 One area that requires a tertiary exchanger is a heating plant with a heat pump and / or district heating. These have a flowing medium on the primary side of the exchanger, into which the heat comes from a heat pump, solar accumulator or the like. The secondary side to form the other hand, 20 hot water storage tank decrease in the charging circuit and on the other trans-diaattoripiiri. One type of tertiary heat exchanger with two different stacks of tubular coils, each containing a medium, built into a tank, is known in the art and is used in the art. Between these two helix stacks, a third medium in the tank acts as a heat carrier.

Eräs tämän keksinnön tarkoitus on saada aikaan vaihdin, jossa sekundääri- ja tertiääripiirin eri väliaineiden tehokkaat virtaustiet voidaan tehdä erilaisiksi, joten 30 voidaan suorittaa optimointi määrätyllä paine- ja läm-pötasolla siirretyn lämpömäärän suhteen. Käytännön toteutuksessa tämä voidaan tehdä siten, että väliaineet johdetaan kierukkaputkissa tai kanavissa säiliön keskustasta laidoille tai sisääntulopaikan ja laskupaikan 35 välillä vähän matkan päässä keskustasta tai laidasta. Kierukkakanavan tehokasta osaa voidaan tällä tavoin lyhentää enemmän tai vähemmän riippumatta muiden väliaineiden virtausteistä ja sijoittaa mielivaltaisesti näi- 2 74539 den virtaustielle.It is an object of the present invention to provide an exchanger in which the efficient flow paths of the different media of the secondary and tertiary circuits can be made different, so that optimization can be performed with respect to the amount of heat transferred at a given pressure and temperature level. In practice, this can be done by passing the media in helical tubes or channels from the center of the tank to the sides or between the inlet and the landing point 35 a short distance from the center or edge. In this way, the effective part of the helical channel can be shortened more or less independently of the flow paths of the other media and arbitrarily placed in the flow path of these 2 74539.

Lämmönvaihdin, jossa nämä tavoitteet saavutetaan, on valmistettava 1. patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosan mukaisesti.A heat exchanger in which these objects are achieved must be manufactured in accordance with the characterizing part of claim 1.

5 Keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen toteutus kuvataan seuraavassa viittein oheiseen piirustukseen, joka esittää kuvassa 1 tasoläpileikkauksen keksinnön mukaisesta läm-mönvaihtimesta, 10 kuvassa 2 lämmönvaihtimeen kuuluvien putkikierukoiden kelauskaavion.The implementation of the heat exchanger according to the invention will now be described with reference to the accompanying drawing, which in Fig. 1 shows a plan section of a heat exchanger according to the invention, and in Fig. 2 a winding diagram of tube coils belonging to the heat exchanger.

Systeemin sisältämän väliaineen, jonka esimerkkitapauksessa oletetaan olevan vettä, säiliö on tankki tai sis-terni 1, jossa on pääty 2 alapäässä ja pääty 3 yläpääs-15 sä. Säiliö on suljettu ja vesi pidetään paineen alaisena, niin että saadaan aikaan kierto radiaattoreihin ym. Tankin keskustan ympärille on järjestetty lämmönvaihdin-patteri 4 tulo-ja menojohdoin 5, 6 ensimmäiselle virtaa-valle väliaineelle, jonka esimerkkitapauksessa oletetaan 20 olevan freonia, sekä tulo-ja menojohdoin 7, 8 toiselle väliaineelle. Patterin muodostavat kaksi useihin kerroksiin ja kierroksiin kelattua putkea 9, 10, jotka sisältävät ja johtavat väliaineet asianomaisesta tulojohdosta asianomaiseen menojohtoon. Radiaattorivesi tulee pumpus-25 ta pohjan ja putken 11 kautta tankkiin ja sen lämmittävät putket 9, jotka sisältävät freonia, veden virratessa ulos patterin 4 kautta laskuun ja putkeen 12 tankin sivuseinämässä.The container of the medium contained in the system, which in the exemplary case is assumed to be water, is a tank or sis-Terni 1 with an end 2 at the lower end and an end 3 at the upper end-15. The tank is closed and the water is kept under pressure so as to create a circulation to the radiators, etc. A heat exchanger coil 4 is arranged around the center of the tank with supply and supply lines 5, 6 for the first flowing medium, in which case 20 freons are assumed. with flow lines 7, 8 to the second medium. The coil is formed by two tubes 9, 10 wound in several layers and turns, which contain and lead the media from the respective supply line to the respective flow line. The radiator water enters the tank from the pump 25 through the bottom and the pipe 11 and its heating pipes 9 containing freon, the water flowing out through the radiator 4 into the drain and into the pipe 12 in the side wall of the tank.

Laskulämminvesipiiriin kuuluu tuloputki 7, putket 10 ja 30 menoputki 8, joista putki 7 johtaa sisään kylmää vettä, jonka lämmittää putki 9, jossa freon virtaa vastavirtaan veteen nähden. Putket 9, 10 on puristettu toisiaan vasten säiliössä, jonka päätyseinämät puristavat patteria aksiaalisuunnassa. Metallinen kosketus johtaa lämpöä 35 putkista 9 putkiin 10, ja lämmönkuljetus ulomman väliaineen t.s. radiaattoriveden välityksellä, muodostaa kak-soisvaihdon putkien 9 ja 10 välillä. Metallisen kosketuksen ansiosta putkien koko pituudella tuloputkesta li 3 74539 menoputkeen asti muodostuu kierukanmuotoisia kanavia 13 säiliön keskustan ja laitojen välille. Siksi radiaatto-riveden on pakko virrata näitä putkien välisiä kanavia pitkin ja se kulkee siis vaihtimessa yhtä pitkän matkan 5 kuin putkissa olevat väliaineet edellyttäen, että sisääntulo 11 ja meno 12 sijaitsevat keskustassa ja laidassa.The downhill water circuit comprises an inlet pipe 7, pipes 10 and a flow pipe 8, of which pipe 7 introduces cold water, which is heated by pipe 9, in which the freon flows countercurrent to the water. The tubes 9, 10 are pressed against each other in a container, the end walls of which press the radiator in the axial direction. The metallic contact conducts heat from the tubes 35 to the tubes 10, and the heat transfer to the outer medium, i.e. via radiator water, forms a double exchange between pipes 9 and 10. Due to the metallic contact along the entire length of the pipes from the inlet pipe li 3 74539 to the outlet pipe, helical channels 13 are formed between the center of the tank and the sides. Therefore, the radiator water is forced to flow along these channels between the pipes and thus travels in the exchanger for the same distance 5 as the media in the pipes, provided that the inlet 11 and the outlet 12 are located in the center and on the edge.

Tämä ominaisuus on seurauksena putkien yhteiskelaukses-ta, jota patterissa käytetään. Kelauskaavio selviää 10 kuvasta 2. Putkista 5 ja 7 asianomaisissa piireissä lähtevät putket 9, 10 vuorotellen, niin että joka toinen putki korkeussuunnassa kuuluu toiseen piiriin, muut putket toiseen piiriin. Pinon yhteenpuristamisen ja päätyjen suoran liittymisen ansiosta uloimpiin kelaus-15 kerroksiin ei tarvita n.k. johtolevyjä kierrosten välille, mikä merkitsee säästöä. Pinon kokoonpuristamisesta on myöskin se etu, että kukin kierros painuu naapuri-kierrosta vasten ja uloimmat kerrokset päätyjä vasten, joten kierrokset tukevat toisiaan ja pysyvät siksi pai-20 koillaan ilman apuvälineitä. Patterin ja täten myös lämmönvaihtimen rakenne on täten vankka, joka mahdollistaa vaihtimen yksinkertaisen asentamisen. Lämpötaloudelliselta näkökannalta on edullista lämmittää sekä sekundääri-että tertiääripuoli haluttuun lopulli-25 seen lämpötilaan suoraan vaihtimessa, koska on haaskausta ensin kohottaa yhden piirin lämpötila määrättyyn korkeaan arvoon ja sen jälkeen vähentää lämpötilan muutosta sekoittamalla. Laskemalla radiaattorivettä vähän matkaa patteriin saadaan aikaan tällainen vaikutus. 30 Radiaattorivesi pakotetaan siksi virtaamaan kierukkaka- navien 13 läpi vastavirtaan putkissa 9 tapahtuvaan virtaukseen nähden, niin että virtaus alkaa sisääntulosta 11 ja kulkee kokoomakanavaa 14 kohti, johon kaikki kanavat 13 päättyvät ja putki 15 johtaa veden säiliöstä 35 vastaanottavaan käyttökohteeseen. Kokoomakanava 14 katkaisee kanavat 13, jotka siksi lyhenevät suhteessa putkiin 9, 10. Kanavien 13 lisäpätkä on kokoomakanavan ulkopuolella, mutta niissä ei ole virtausta. Kyseisen- 4 74539 laisesta lyhennyksestä on joissakin tapauksissa etua, kun halutaan ohjata lämmönvaihto sekundääri- tai vastaavasti tertiääripiiriin. Saatetaan esim.haluta lämmittää laskulämminvesi korkeampaan lämpötilaan kuin radiaatto-5 rivesi. Käyttämällä primäärikelauksen ensimmäistä läm-pimintä osaa yksinomaan laskuveden lämmitykseen voidaan tälle saada korkeampi lämpötila kuin siinä tapauksessa, että sekundääri- ja tertiääripuolet kulkevat koko matkan yhdensuuntaisina primäärikelausta pitkin. Laskulla put 10 ken 15 kautta saadaan radiaattorivedelle oikea loppuläm-pötila suoraan vaihtimessa, ja vaihtoventtiiliä tarvitaan vain poikkeustapauksissa.This feature is the result of co-winding the tubes used in the radiator. The winding diagram is shown in Fig. 10 2. The tubes 9, 10 leave the tubes 5 and 7 in the respective circuits alternately, so that every other tube in the height direction belongs to the second circuit, the other tubes to the second circuit. Thanks to the compression of the stack and the direct connection of the ends to the outermost winding-15 layers, no so-called guide plates between revolutions, which means savings. Compressing the stack also has the advantage that each turn presses against the neighbor turn and the outermost layers against the ends, so that the turns support each other and therefore remain in place without aids. The structure of the radiator and thus also of the heat exchanger is thus robust, which allows the exchanger to be easily installed. From a thermoeconomic point of view, it is advantageous to heat both the secondary and tertiary sides to the desired final temperature directly in the exchanger, since it is a waste to first raise the temperature of one circuit to a certain high value and then reduce the temperature change by stirring. By lowering the radiator water a short distance into the radiator, such an effect is obtained. The radiator water is therefore forced to flow through the helical ducts 13 countercurrent to the flow in the pipes 9, so that the flow starts at the inlet 11 and passes towards the collecting duct 14, where all ducts 13 end and the pipe 15 leads from the water tank 35 to the receiving application. The collection channel 14 cuts the channels 13, which therefore shorten relative to the pipes 9, 10. An additional section of channels 13 is outside the collection channel, but there is no flow in them. Such an abbreviation of 4 74539 is in some cases an advantage when it is desired to direct the heat exchange to a secondary or tertiary circuit, respectively. For example, you may want to heat the hot water to a higher temperature than the radiatto-5 line. By using the first warmest part of the primary winding exclusively for the heating of the low water, a higher temperature can be obtained for this than in the case where the secondary and tertiary sides run parallel all the way along the primary winding. By lowering the put 10 through 15, the correct final temperature for the radiator water is obtained directly in the exchanger, and a changeover valve is only required in exceptional cases.

Toteutuksen eräässä vaihtoehdossa radiaattorivedellä on sisääntulo 16, joka laskee tulokanavaan 17, josta kana-15 vat 13 alkavat vähän matkaa patterin sisällä keskuksesta laskien. Tällaisella järjestelyllä mahdollistetaan pri-määripiirin alijäähdytys siinä tapauksessa, että tämä muodostaa lämpöpumpun lauhduttajan. Kelauksen viimeisessä osassa, jolloin freonin pääosa jo on tiivistynyt, 20 mutta siinä on vielä jäljellä lämpöä, johdetaan lämpöä laskulämminveteen, jolla tässä vaiheessa on alhainen lämpötila. Primääripiirin kuumimmassa osassa siirretään lämpöä laskulämminveteen korkean lämpötilan vallitessa, joka helpottaa oikean lopullisen lämpötilan saavuttamis-25 ta.In an alternative embodiment, the radiator water has an inlet 16 which descends into an inlet duct 17, from which the ducts 15 start a short distance inside the radiator from the center. Such an arrangement allows subcooling of the primary circuit in the event that this forms a heat pump condenser. In the last part of the winding, when the main part of the freon has already condensed, 20 but there is still heat left, heat is conducted to the lowering hot water, which at this stage has a low temperature. In the hottest part of the primary circuit, heat is transferred to the landing hot water at high temperatures, which facilitates the achievement of the correct final temperature.

Kuvattu ja esitetty toteutus osoittaa, miten keksintö voidaan käytännössä toteuttaa. Tietenkin on mahdollista vaihdella toteutusta keksinnön puitteissa. Laskulämminvesi on esimerkkitapauksessa katsottava tertiääriväliai-30 neeksi ja radiaattorivesi sekundääriväliaineeksi, mainittuihin piireihin voi kuitenkin kuulua muitakin väliaineita.The described and shown embodiment shows how the invention can be implemented in practice. Of course, it is possible to vary the implementation within the scope of the invention. By way of example, the descending warm water is to be considered as a tertiary medium and the radiator water as a secondary medium, however, other media may be included in said circuits.

lili

Claims

7. S ^ 9 Claim y

A tertiary heat exchanger with a stack of coiled coils, which together form primary, secondary and tertiary sides, one of which is formed by the space delimited by the pipes and the tank with inlet and outlet pipes (11,15), the other coil pipe (9) with inlet and outlet pipes (5). , 6) on the periphery and in the center and on the periphery of the third-turn helical tube (10) with inlet and outlet tubes (7, 8) here and periphery, characterized in that at least one common channel leading to the outside of the exchanger has a coil connection (9,10) 14) to which the helical channels (13) are connected in parallel.

Tertiary heat exchanger according to Claim 1, characterized in that the common channel (14) is the discharge point of the medium in the helical channels, so that the flow distance of the medium is shorter than in the helical tubes.

A tertiary heat exchanger according to claim 1, characterized in that the common channel is the inlet of the medium contained in the helical channels, so that the flow distance of the medium is shorter than in the helical tubes.

A tertiary heat exchanger according to claim 1, characterized in that the common channel (14) is closer to the edge of the coil than its center, and that the second common channel (17) is closer to the center than the edge, and that the second common channel is a coil-shaped channel. the landing point of the medium contained therein and the second common channel is the entry point of this medium.

A tertiary heat exchanger according to claim 1, characterized in that the coils show 35 bulges at the point of the coil where the common channel is located.