PL100300B1 - Wymiennik ciepla z tworzywa weglowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepla wykonany z plyt z tworzywa weglowego, przeznaczony dla silnie agresywnych mediów, np. kwasu siarkowego lub solnego.

Znane sa karkowe wymienniki ciepla plaszczowo-rurowe, które jednak z uwagi na niska trwalosc oraz trudnosci wykonastwa odpowiednich rur znajduja coraz mniejsze zainteresowanie w przemysle.

Znane sa równiez wymienniki karitowe typu blokowego, wykonywane w ten sposób, ze w grafitowym bloku wymiennika wiercone sa na wylot rzedy równoleglych otworów, przy czym osie otworów sasiednich rzedów sa przedstawione wzgledem siebie o 90°. Do scian sitowych takiego bloku przymocowane sa glowice na ogól zeliwne, doprowadzajace i odprowadzajace oba przeplywajace media. Tego rodzaju wymienniki blokowe sa bardzo drogie z uwagi na duze trudnosci wystepujace przy wierceniu otworów w monolitowym bloku kanto¬ wym. Ze wzgledu na duza twardosc tworzywa kantowego wiercenie dlugich otworów w blokach o duzych wymiarach jest praktycznie niewykonalne, co powoduje koniecznosc stosowania w miejsce jednego duzego wy¬ miennika calej baterii wymienników blokowych o mniejszych gabarytach. Poza tym intensywnosc wymiany ciepla przy opisanym wyzej ukladzie katowym otworów jest slabsza niz w wymiennikach plaszczowo-rurowycrt Znane sa takze y^mienniki ciepla stanowiace blok otrzymany przez sklejenie poszczególnych elementów wykonanych zkaritu jak: listwy, krócce i klocki wspornikowe - kitem o dobrym przewodnictwie cieplnym, utwardzonym chemicznie i termicznie w miejscach sklejen. W wymiennikach tych przeplywy mediów chlodzone¬ go i chlodzacego zachodza przez otwory przelewowe, znajdujace sie w pewnej odleglosci od konców komór, co przyczynia sie do wystepowania stref martwych i znacznego obnizenia sprawnosci cieplnej wymiennika. Poza tym zamknieta i nierozbieralna konstrukcja tych wymienników uniemozliwia czyszczenie komór, co staje sie koniecznym dla usuniecia z powierzchni wymiany ciepla powstajacej warstwy mechanicznych zanieczyszczen i krysztalów roztworów chlodzonych, obnizajacych wspólczynnik wymiany ciepla. Znane sa wreszcie karitowe wymienniki ciepla, których bloki z cylindrycznymi, prostoliniowymi i równoleglymi kanalami powstaja przez sklejenie szeregu plyt, ewentualnie z listwami bocznymi a nastepnie przez obróbke w znany sposób. Kanaly dla obu mediów laczone sa w korpusie z systemem kanalów przeplywowych poprzez wykonane z gralanu bloki czolowe, które laczy sie w sposób rozbieralny przy zastosowaniu odpowiednich uszczelek. Omawiana konstruk-2 100300 cja zapewnia wprawdzie mozliwosc czyszczenia mechanicznego po zdjeciu bloków czolowych, ale ma równiez wiele niedogodnosci z uwagi na praktycznie dopuszczalna nieduza wielkosc wymiennika i trudnosci wystepujace przy doszczelnieniu, a co za tym idzie trudnosci przy wykonywaniu jednostek o wiekszych powierzchniach wymiany ciepla, stosunkowo duze opory przeplywów mediów i latwosc tworzenia sie osadów oraz klopotliwy demontaz i montaz wymiennika w wystepujacych w przemysle warunkach eksploatacyjnych.

Znany jest tez z polskiego opisu patentowego nr 77066 grafitowy wymiennik ciepla typu blokowego zbudowany z cylindrycznych elementów plytowych ustawionych na podstawie i dociskanych do siebie od góry plyta metalowa i sciagaczem srubowym. W elementach plytowych wykonane sa obustronnie spiralne wyciecia majace w przekroju poprzecznym ksztalt pólkolistych rowków, które w bloku plytowym tworza spiralne kanaly przeplywowe. W srodkowej czesci plyt wykonane sa cztery otwory pionowe tworzace w bloku kolektory do doprowadzania i odprowadzania mediów wymieniajacych cieplo.

Pomimo niewatpliwej prostoty konstrukcji wymiennik ten odznacza sie jednak pewnymi mankamentami funkcjonalnymi. Ni£ zachowany jest w nim scisly przeciwprad obu wymieniajacych cieplo mediów ze wzgledu na zmienriokierunkowy przeplyw tych mediów. Istnieje mozliwosc zanieczyszczen kanalów z uwagi na stosunko¬ wo ostre zalamania przy przejsciach miedzy plytami, gdzie nastepuje zmiana kierunków przeplywu mediów.

Konstrukcja wymiennika nie stwarza poza tym mozliwosci uzyskania najwiekszych powierzchni wymiany ciepla w jednostce objetosci wymiennika (istnieja martwe objetosci), a zatem nie sprzyja uzyskaniu optymalnych warunków wymiany ciepla.

Istota wymiennika wedlug wynalazku polega na tym, ze spiralne kanaly przeplywowe powstale po zloze¬ niu plyt w blok maja w przekroju poprzecznym ksztalt splaszczonej figury geometrycznej regularnej tworzac kanaly typu szczelinowego o szerokosci najkorzystniej wiekszej od wysokosci.

Kolektor wlotowy jednego medium oraz kolektor wylotowy drugiego medium usytuowane sa na zewnetrz¬ nej czesci korpusu wymiennika i utworzone sa przez otwory przelotowe w plytach zlozonych w blok.

Spiralne kanaly przeplywowe maja w przekroju poprzecznym ksztalt splaszczonego szesciokata o skróco¬ nej parze przeciwleglych boków prostopadlych do plaszczyzny styku plyt lub ksztalt zblizony do zarysu elipsy.

Wymiennik ciepla wedlug wynalazku charakteryzuje sie duza zwartoscia konstrukcji i wysokim wskazni¬ kiem powierzchni wymiany ciepla na jednostke objetosci co wynika ze specjalnego uksztaltowania kanalów przeplywowych, zapewniajacego utrzymanie w przyblizeniu stalej grubosci scianek w calej objetosci wymiany ciepla. Umozliwia to z kolei zachowanie warunków wlasciwych dla optymalnej wymiany ciepla z równoczesnym zastosowaniem wymiennika do pracy przy stosunkowo wysokich cisnieniach.

Bardzo dobre warunki wymiany ciepla zapewnia zastosowanie w wymienniku scislego przeciwpradu me¬ diów wymieniajacych cieplo oraz splaszczony przekrój poprzeczny kanalów przeplywowych, w których warun¬ ki wymiany ciepla sa zblizone do wymienników szczelinowych. Ponadto wymiennik ciepla ma zdolnosc do samooczyszczania sie z uwagi na uksztaltowanie kanalów w formie lagodnych krzywizn oraz cechuje sie niskimi oporami hydraulicznymi.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wymiennik w widoku bocznym z czesciowym wykrojem, fig. 2 - plyte posrednia w widoku czolowym, a fig. 3 i fig. 4 — kanaly przeplywowe w przekroju poprzecznym.

Wymiennik ciepla wedlug wynalazku sklada sie z korpusu z tworzywa weglowego 1 o duzej przewodnosci cieplnej oraz konstrukcji metalowej zlozonej z pierscieni 2 zwiazanych sciagaczami 3. Korpus 1 zbudowany jest z plyt posrednich z tworzywa weglowego 4 oraz plyt skrajnych 5. Plyty posrednie 4- w wykonaniu lewym i prawym — posiadaja spiralne wyciecia 6, które po zlozeniu i sklejeniu w znany sposób plyt 4 tworza spiralne kanaly 7 do przeplywu mediów wymieniajacych cieplo.

Wyciecia 6 wykonane sa po obu stronach plyt posrednich 4 imaja w przekroju poprzecznym ksztalt polowy szesciokata ze skrócona przeciwlegla para boków prostopadlych do plaszczyzny plyty.

W plytach skrajnych 5 wykonane sa jednostronnie podobne wyciecia.

W srodku plyt posrednich 4 znajduja sie dwa otwory przelotowe 8 i 11, zas na zewnetrznej czesci tych plyt, wykonane sa otwory przelotowe 10 i 9. Po zlozeniu plyt 4 i 5 w blok wyciecia 6 dwu stykajacych sie ze soba plyt posrednich 4 (w wykonaniu lewym i prawym), tworza kanal przeplywowy 7 o zarysie splaszczonego szesciokata lub innej figury, np. elipsy 6a, odpowiadajacej zarysowi wyciec w plytach. Natomiast otwory 8, 9, 10 i 11 tworza kolektory zbiorcze (wlotowe i wylotowe), do których odpowiednio wyprowadzone sa wloty i wyloty kanalów 7. Itak otwory 8 tworza wewnetrzny kolektor wlotowy Ki, zas otwory 9 -zewnetrzny kolektor wylotowy K2 medium A, zas otwory 10 tworza zewnetrzny kolektor wlotowy K3, natomiast otwory 11 - wew¬ netrzny kolektor wylotowy K4 medium B.

W plytach skrajnych 5 zamocowane sa krócce 12, 13, 14 i 15 do doprowadzania i odprowadzania odpowie¬ dnio mediów A i B. Ponadto w plytach tych wykonane sa otwory do czyszczenia (nie pokazane na rysunku), zamykane zaslepkami, wykorzystywane przy oczyszczaniu kolektorów.100300 3 Medium A doprowadzone jest do wymiennika króccem 12, przeplywa do kolektora wlotowego Ki, stad poprzez kanaly 7 skomunikowane z tym kolektorem - do kolektora wylotowego K2, a nastepnie odprowadzane jest króccem 13. Równoczesnie w przeciwpradzie przeplywa medium B, które doprowadzanejest króccem 14 do kolektora wlotowego K3 skad kanalami 7 polaczonymi z tym kolektorem.- przeplywa do kolektora wylotowe- go K4, a nastepnie na zewnatrz wymiennika króccem 15.

Claims (4)

Zastrzezenia patentowe

1. Wymiennik ciepla z tworzywa weglowego przeznaczony dla silnie agresywnych mediów, skladajacy sie z ulozonych w blok plyt z tworzywa weglowego, posiadajacych spiralne wyciecia tworzace na styku plyt spiralne kanaly przeplywowe skomunikowane z kolektorami zbiorczymi mediów wymieniajacych cieplo, znamien¬ ny t y m, ze spiralne kanaly przeplywowe (7) maja w przekroju poprzecznym ksztalt splaszczonej figury geometrycznej regularnej tworzac kanaly typu szczelinowego o szerokosci najkorzystniej wiekszej od wysokosci.

2. Wymiennik ciepla wedlug zastrz. ^znamienny tym, ze kolektor wlotowy (K3) jednego medium (B) oraz kolektor wylotowy (K2) drugiego medium (A) usytuowane sa na zewnetrznej czesci korpusu (1) wymiennika i utworzone sa przez otwory przelotowe (9, 10) w plytach posrednich (4) zlozonych w blok.

3.Wymiennik ciepla wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze spiralny kanal przeplywowy (7) ma w przekroju poprzecznym ksztalt splaszczonego szesciokata o skróconej parze przeciwleglych boków prostopa¬ dlych do plaszczyzny styku plyt.

4. Wymiennik ciepla wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze spiralny kanal przeplywowy (7) ma w przekroju poprzecznym ksztalt zblizony do zarysu elipsy. fCQ.1100300 *\ t a, r, fig. 3 Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl