PL135725B1 - Heat exchanger - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepla, którego powierzchnie wymiany ciepla sa utworzone z wezownic o róznym pochyleniu oraz z platów dodatkowych Jednolicie polaczonych z nimi. W Jednej grupie rurowych wymienników ciepla wewnatrz rur plynie czynnik skraplaja¬ cy sie, np. para wodna, podczas gdy powierzchnie zewnetrzne omywa drugi czynnik, np. ciecz lub powietrze z otoczenia. Ze wzgledów podyktowanych gospodarka wodna preferuje sie wyko¬ rzystywanie, powietrza . Poniewaz wspólczynnik przejmowania ciepla miedzy powietrzem a rura Jest o rzad wielkosci mniejszy niz wspólczynnik przejmowania przez rure ciepla skraplania, to zewnetrzna powierzchnie rury zwykle zrasza sie niewielka iloscia wody, podczas gdy po¬ miedzy rurami wytwarza sie sztuczny ciag powietrza.Czesc nakropionej wody odparowuje, powodujac ochlodzenie powierzchni parowania. Pozo¬ stala czesc wody splywa natomiast do przestrzeni pod wymiennikiem ciepla, skad za pomoca pompy Jest ponownie tloczona do przestrzeni nad wezownica, i tym sposobem w obiegu chlo¬ dzenia zuzywa sie znacznie mniejsza ilosc wody. Pomiedzy rura a powietrzem zachodzi pro¬ ces konwekcji i skraplania, bedacy zlozonym procesem wymiany ciepla. Wyzej opisany proces jest realizowany za pomoca ukladu, w którym wiele rur umieszczonych jedna nad druga niemal poziomo i równolegle wzgledem siebie jest polaczonych w szereg tworzac wezownice. Skrapla¬ ny czynnik, np. pary amoniaku, wprowadza sie do najwyzszego rzedu wezownicy, przy czym przechodzac do coraz nizszych rzedów rur ulegaja one stopniowemu skropleniu, zas skropliny powstale w ten sposób splywaja do najnizszej rury. Wezownica jest umieszczona w obudowie, w której górnej i dolnej czesci sa umieszczone wentylatory zapewniajace ruch powietrza chlodzacego.Wada tych znanych urzadzen jest to, ze skropliny, których ilosc stale rosnie, groma¬ dza sie w nizej polozonych rzedach rur i wypelniaja caly przekrój rur dolnych uniemozli¬ wiajac dalsza kondensacje par. Dalsza wada tych znanych urzadzali jest, ze wystepuje znacz¬ na róznica miedzy wspólczynnikiem przejmowania ciepla konwekcji zewnetrznej a wspólczyn¬ nikiem przejmowania ciepla skraplania, Jesli porównac z bardzo korzystnym wspólczynnikiem przejmowania ciepla wewnatrz rur, na skutek czego niezbedne Jest stosowanie bardzo duzych powierzchni wymiany ciepla* Po to by wyeliminowac wyzej opisane niedogodnosci tych znanych2 135 725 wymienników ciepla, trzeba albo zwiekszyc zewnetrzny wspólczynnik przejmowania ciepla, co mozna uzyekaó przez zwiekszenie predkosci przeplywu powietrza oraz zwiekszenie mocy wentyla¬ tora, albo tez przez zwiekszenie róznicy temperatur miedzy scianka rury a woda uzywana do zraszania, to znaczy przez nanoszenie zimniejszej wody na powierzchnie rur* Zalozenia te uwzgledniono w rozwiazaniu wedlug wynalazku, w którym pochylenie rur zmienia sie odpowiednio do warunków, w jakich nastepuje skraplanie, to znaczy ze rury sa umieszczone w pochyleniu rosnacym ku dolowi. Poza tym rozwiazanie wedlug wynalazku wywodzi sie ze spostrzezenia, ze parowanie natryskiwanej wody, a tym samym i oziebianie sie wody nie musi mlec miejsca wy¬ lacznie na powierzchni.rury9 która ze wzgledu na cisnienie wewnetrzne odznacza sie duza gruboscia scianek, a tym samym stanowi liczaca sie skladowa kosztów, lecz jest o wiele bar¬ dziej celowe i tarieze jesli oziebianie sie wody wystepuje na platach dodatkowych jednolicie przylaczonych do rur dla zapewnienia sprawnego przeplywu ciepla* Platy dodatkowe wedlug wynalazku sa tak uksztaltowane, aby w zadnym razie nie zaklócaly toru przeplywu powietrza od dolu ku górze, lecz aby umozliwialy splywanie po nich wody gro¬ madzacej sie na rurach* V tym celu platy dodatkowe sa tak uksztaltowane,aby stawialy jak najmniejszy opór przeplywowi, to znaczy aby ich wymiar, poprzeczny wzgledem kierunku prze¬ plywu, byl mozliwie jak najmniejszy, a korzystnie aby wymiar ten byl mniejszy od dziesiatej czesci srednicy rury. Jako optymalny stosunek pola platów dodatkowych f do pola powierzch¬ ni rur f zostal ustalony stosunek **./*_ = 2, okreslajacy zarazem wielkosc platów dodatko¬ wych* W celu zmniejszenia oporów przeplywu podzialke rozmieszczenia platów dodatkowych do¬ biera sie odpowiednio do srednicy rur, to znaczy podzialke dobiera sie jako stanowiaca wie¬ lokrotnosc cwierci srednicy rury D/4. 1 ukladzie rur wedlug wynalazku mozliwe jest ustalenie optymalnego ich pochylenia. 1 tak pochylenie najnizszej z rur umieszczonych jedna nad druga dobierane w zaleznosci od przekroju rury Jest ustalone jako mieszczace sie w zakcesie miedzy 0° a 30°, natomiast po¬ chylenie rur usytuowanych bezposrednio wyzej, zmniejsza sie o 3° do 5°. Zatem np. gdy pochy¬ lenie najnizszej z rur wynosi 30°, to pochylenie drugiej od dolu wynosi 25°, trzeciej 20°, czwartej 15° itd., az do 5°.Przedmiot wynalazku zostanie blizej opisany na podstawie zalaczonego rysunku, na którym fig. 1 przedstawia konstrukcje wymiennika ciepla, fig. 2 - zaleznosci w pochyleniach rur w wezownicy wymiennika ciepla, fig* 3 - wezownice oraz platy dodatkowe w przekroju poprzecz¬ nym w przypadku wystepowania tylko Jednego rzedu rur, fig. 4 - wezownice oraz platy dodat¬ kowe w przekroju poprzecznym w przypadku wystepowania dwóch przesunietych wzgledem siebie rzedów rur, fig. 5 - wezownice o trzech przesunietych wzgledem siebie rzedach rur* w wy¬ kroju, fig. 6 - wariant ukladu platów dodatkowych przylaczonych do wezownicy wymiennika ciepla, a fig. 7-dalszy z mozliwych wariantów wykonania platów dodatkowych przylaczonych do wezownicy. Na fig. 1 jest przedstawiony jeden z mozliwych przykladów wykonania wymienni¬ ka ciepla wedlug wynalazku* Skraplanie sie czynnika bioracego udzial w wymianie ciepla za¬ chodzi w wezownicy 1. Wzdluz zewnetrznej powierzchni tej wezownicy, z Jednej Jej strony przeplywa powietrze wprawiane w ruch od dolu ku górze za pomoca wentylatorów 2a, 2b, a z drugiej strony od góry do dolu, splywa na rury woda natryskiwana za pomoca zraszaczy 3.Woda natryskiwana na rury 1 splywajaca po nich zbiera sie w wannie 4, a z niej jest z pow¬ rotem przepompowywana do zraszaczy 3 za pomoca pompy 5. Czesc konstrukcji stanowi równiez okladzina 6. Platy dodatkowe 7 wedlug wynalazku sa umieszczone pomiedzy rurami wymiennika ciepla. Latwo zauwazyc, ze pochylenie rur wymiennika ciepla zwieksza sie od góry ku dolowi.Zaleznosci w pochyleniu rur wezownicy 1 sa uwidocznione w szczególach na fig, 2.Najwieksze jest pochylenie najnizej polozonego rzedu rur 11, i tak Jesli w tym przypadku kat pochylenia wynosi 30°, to kat pochylenia nastepnego z kolei rzedu rur 12 wynosi 25°, zas kat pochylenia rz^du 13, M, 15, 16 wynosi odpowiednio 20°, 15°, 10°, 5°, przy czym kat pochylenia nastepnych rzedów 17, 18 Juz sie nie zmienia i wynosi np. 5°. Na figurze 3 jest przedstawiona wezownica wymiennika ciepla wedlug wynalazku. Poza tym jest na niej przedstawiony wentylator 2, zraszacz 3, wanna 4, okladzina 6 oraz platy dodatkowe 7 w prze¬ kroju poprzecznym. Widoczne jest, ze platy dodatkowe 6a jednolicie polaczone z wezownica135 725 3 dla zapewnienie sprawnego przeplywu ciepla i w zadnym razie nie zaklócaja toru powietrza przeplywajacego od dolu ku górze, zadaniem ich jest natomiast ulatwienie splywu gromadzacej sie wody do nastepnego rzedu par. Na figurze 4 jest przedstawiona konstrukcja zlozona z dwóch równoleglych wezownic w ukladzie wzajemnego przesuniecia rur. Przy tym sa przedsta¬ wione dwa, z mozliwych, przyklady wykonania platów dodatkowych 7a, 7b. Cecha charakterysty¬ czna tego ukladu Jest to, ze platy dodatkowe sa umieszczone bezposrednio pod rurami.Korzystnie platy dodatkowe 7a sa umieszczone pomiedzy dwoma pobliskimi rurami wezownic usy¬ tuowanych w pewnym przesunieciu wzgledem siebie, natomiast platy dodatkowe 7b wypelniaja przestrzeli pomiedzy dwiema rurami umieszczonymi Jedna pod druga. Na figurze 5 jest przedsta¬ wiony dalszy wariant wykonania platów dodatkowych. Platy dodatkowe 7c sa usytuowane poziomo 1 tak, aby stykaly sie z nimi nie bezposrednio i aby dolne ich kolnierze nie stykaly sie z rurami usytuowanymi bezposrednio pod nimi. Platy dodatkowe 7c sa zamocowane za pomoca kli¬ nów 9 dowolnych rozmiarów, umieszczonych miedzy latami sprzegowymi 8 a rurami. Dzieki temu mozna nadawac jednakowa wysokosc platom dodatkowym, nie liczac sie z tym, ze w przykladzie wykonania wynalazku kat pochylenia rur, zwlaszcza znajdujacych sie u dolu, jest rózny, a tym samym i szczeliny znajdujace sie miedzy nimi róznia sie miedzy soba.Na figurze 6 Jest przedstawiona postac wykonania platów dodatkowych, w której platy do¬ datkowe 7d sa nie tylko umieszczone pod dolna krawedzia rur lecz moga takze znajdowac sie w przyblizeniu pod zewnetrzna krawedzia rur. Tego rodzaju rozwiazanie znajduje zastosowanie w przypadku, gdy ilosc wody natryskiwana na rury jest duza 1 trzeba sie liczyc z wystepowa¬ niem przerw w warstewce wody splywajacej po brzegach rur. Wreszcie figura 7 przedstawia mozliwe warianty przekrojów platów dodatkowych. W przypadku plata dodatkowego 7e stykajace¬ go sie bezposrednio z rura, górny i dolny Jego luk 71 i 72 sa identyczne z krzywiznami rur.W przypadku plata dodatkowego 7f górna czesc tego plata jest usytuowana równolegle wzgledem ze styczna do rury znajdujacej sie pod nim.W przypadku plata dodatkowego 7g na jego bokach sa rozwiniete powierzchnie dodatkowe 73, umozliwiajace gromadzenie si? w nich wody. Platy dodatkowe 7h stykaja sie Jedynie z rurami znajdujacymi sie powyzej i ponizej nich. Jak to widoczne z rysunku wymiennik ciepla wedlug wynalazku jest wyposazony w wezownice o zmieniajacym sie pochyleniu Jej rur oraz w platy dodatkowe Jednolicie przylaczone do tych rur, aby ulatwic przeplyw ciepla pomiedzy nimi.Zastrzezenia patentowe 1. Wymiennik ciepla, zwlaszcza do skraplania par, zawierajacy znana wezownice, wentyla¬ tor wytwarzajacy ciag powietrza w poprzek tej wezownicy oraz zraszacz, znamienny tym, ze wezownica ta jest uksztaltowana ze stale powiekszajacym sie katem pochylenia, a ponadto pomiedzy wezownlcami znajduja sie platy dodatkowe jednolicie polaczone z nimi, przy czym pola tych platów sa co najmniej dwukrotnie wieksze od pól powierzchni rur. 2. Wymiennik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze kat pochylenia najnizszego rzedu rur wezownic uksztaltowanych ze zmieniajacym sie katem pochylenia miesci sie w zakre¬ sie 6° do 30°, zas kat pochylenia rur usytuowanych ponad nimi maleje stale o 3° do 5°, przy czym pochylenie nie przybiera wartosci mniejszych od 3° do 5°# 3. Wymiennik wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze podzialka /D/ roz¬ mieszczenia platów jest równa jedno lub wielokrotnosci cwierci srednicy rury wymiennika ciepla, a grubosc jest równa co najwyzej dziesiatej czesci srednicy tej rury. 4« Wymiennik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dolne i górne koncówki platów dodatkowych sa dopasowane do ksztaltu rur usytuowanych powyzej lub ponizej nich. 5» Wymiennik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze górna krawedz platów do¬ datkowych jest usytuowana poziomo, a ponadto polozenie platów dodatkowych jest zabezpieczo¬ ne za pomoca klinów sprzegowych o zmiennych wymiarach. 6. Wymiennik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze platy dodatkowe sa w prze¬ kroju poprzecznym uksztaltowane albo tak, ze ich luki aa zakreslane takim samym promieniem4 135 725 krzywizny co rury, albo czesc górna platów dodatkowych biegnie równolegle do stycznej do rury usytuowanej nad nia, albo tez po bokach platów dodatkowych ea przewidziane krawedzie do przechwytywania wody, albo wreszcie platy dodatkowe sa umieszczone pomiedzy dwiema sa¬ siednimi rurami scisle dolegajac do siebie* ¦ ¦TT! i135 725 » I ¦ l l i xoL=3 A 7\ 7\ 7T / !E s TO Q ,Q b' D Cl O 1 -7Q 7b Fig.3 V yA.4 Fig. 4 O,. O. Fig.5135 725 Fig 6 Fig.7 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 cgz.Cena 100 l\ PL PL PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Wymiennik ciepla, zwlaszcza do skraplania par, zawierajacy znana wezownice, wentyla¬ tor wytwarzajacy ciag powietrza w poprzek tej wezownicy oraz zraszacz, znamienny tym, ze wezownica ta jest uksztaltowana ze stale powiekszajacym sie katem pochylenia, a ponadto pomiedzy wezownlcami znajduja sie platy dodatkowe jednolicie polaczone z nimi, przy czym pola tych platów sa co najmniej dwukrotnie wieksze od pól powierzchni rur.

2. Wymiennik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze kat pochylenia najnizszego rzedu rur wezownic uksztaltowanych ze zmieniajacym sie katem pochylenia miesci sie w zakre¬ sie 6° do 30°, zas kat pochylenia rur usytuowanych ponad nimi maleje stale o 3° do 5°, przy czym pochylenie nie przybiera wartosci mniejszych od 3° do 5°#

3. Wymiennik wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze podzialka /D/ roz¬ mieszczenia platów jest równa jedno lub wielokrotnosci cwierci srednicy rury wymiennika ciepla, a grubosc jest równa co najwyzej dziesiatej czesci srednicy tej rury.

4. « Wymiennik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dolne i górne koncówki platów dodatkowych sa dopasowane do ksztaltu rur usytuowanych powyzej lub ponizej nich.

5. » Wymiennik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze górna krawedz platów do¬ datkowych jest usytuowana poziomo, a ponadto polozenie platów dodatkowych jest zabezpieczo¬ ne za pomoca klinów sprzegowych o zmiennych wymiarach.

6. Wymiennik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze platy dodatkowe sa w prze¬ kroju poprzecznym uksztaltowane albo tak, ze ich luki aa zakreslane takim samym promieniem4 135 725 krzywizny co rury, albo czesc górna platów dodatkowych biegnie równolegle do stycznej do rury usytuowanej nad nia, albo tez po bokach platów dodatkowych ea przewidziane krawedzie do przechwytywania wody, albo wreszcie platy dodatkowe sa umieszczone pomiedzy dwiema sa¬ siednimi rurami scisle dolegajac do siebie* ¦ ¦TT! i135 725 » I ¦ l l i xoL=3 A 7\ 7\ 7T / !E s TO Q ,Q b' D Cl O 1 -7Q 7b Fig.3 V yA.4 Fig. 4 O,. O. Fig.5135 725 Fig 6 Fig.7 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 cgz. Cena 100 l\ PL PL PL PL