PL228879B1

PL228879B1 - Wymiennik ciepła

Info

Publication number: PL228879B1
Application number: PL413988A
Authority: PL
Inventors: Marek KRAJCZYŃSKI; Marek Krajczyński
Original assignee: Enbio Tech Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2018-05-30
Also published as: PL413988A1; PL3350532T3; EP3350532B1; EP3350532A1; WO2017048143A1

Abstract

Wymiennik ciepła mający szereg równoległych do siebie poziomych rur wielokanałowych (1), pomiędzy którymi znajdują się faliste żebra (2) i których końce z obu stron wprowadzone są do pionowych rurowych kolektorów (3, 7) z co najmniej jedną poziomą przegrodą, przy czym jeden z rurowych kolektorów stanowi rozdzielacz (3), w którym zamocowany jest w górny króciec wlotowy (5) i dolny króciec wylotowy (6), a pomiędzy nimi szczelna pozioma przegroda (4) charakteryzuje się tym, że pierwszy rurowy kolektor stanowiący rozdzielacz (3) ma wysokość większą od drugiego rurowego kolektora (7), jest przedłużony poniżej pakietu rur wielokanałowych (1) i w dolnej części zaopatrzony jest w dodatkowy króciec (8), a poniżej poziomej przegrody (4) znajduje się pionowa płytka separująca (9).

Description

(12)OPIS PATENTOWY ₍i₉₎PL ₍n)228879 (13) B1 (51) Int.CI.

(21) Numer zgłoszenia: 413988 F28D _1/053 ¢006.01)

F28F 9/02 (2006.01) F28B 1/06 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 15.09.2015 (54) Wymiennik ciepła

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 27.03.2017 BUP 07/17	(73) Uprawniony z patentu: ENBIO TECHNOLOGY SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Suchy Dwór, PL (72) Twórca(y) wynalazku: MAREK KRAJCZYŃSKI, Gdynia, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.05.2018 WUP 05/18	(74) Pełnomocnik:
	rzecz, pat. Anna Kwapich

σ>

roo oo

CM

Q_

PL 228 879 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepła, który przeznaczony jest do pracy zwłaszcza w autoklawach parowych wykorzystywanych do sterylizacji różnego rodzaju wkładów. Wymiennik instalowany jest w obiegu chłodzenia pary odpompowywanej z ciśnieniowej komory procesowej autoklawu parowego.

Znane są różnego rodzaju wymienniki ciepła, których konstrukcja zależy od wielu czynników, w szczególności funkcji jakie spełniają i miejsca zastosowania. Wśród różnych typów konstrukcji wymienników rurowych, w których jeden z czynników biorących udział w wymianie ciepłą przepływa wewnątrz rur, a drugi czynnik omywa te rury, znane są rozwiązania, w których szereg poziomych przewodów rurowych połączonych jest z obu stron z kolektorami zbiorczymi jednego z czynników, a pomiędzy rurami przepływa drugi czynnik i w przestrzeni tej ukształtowane są różnego rodzaju żebra, których zadaniem jest zwiększenie powierzchni wymiany ciepła. Znanych jest także wiele rozwiązań wymienników ciepła, w których kanały przepływowe ukształtowane są poprzez wydrążenia w monolitycznych płytach albo poprzez łączenie odpowiednio wyprofilowanych płytek.

Z publikacji międzynarodowego zgłoszenia patentowego W02011/046650 znany wielokanałowy wymiennik ciepła dla systemów grzewczych, wentylacyjnych, klimatyzacyjnych lub chłodniczych. Posiada on pakiet równoległych do siebie wielokomorowych rur, pomiędzy którymi ukształtowane są faliste żebra. Końce rur z obu stron wprowadzone są do pionowych kolektorów z wlotem i wylotem czynnika przepływającego przez rury. W rozwiązaniu tym zakończenia rur wprowadzone są do kolektorów na różną głębokość i mają różny kształt, w zależności od odległości od wlotu czynnika obiegowego.

Z europejskiego opisu zgłoszeniowego opublikowanego pod numerem EP0351938 znany jest wymiennik ciepła posiadający wiele płaskich poziomych elementów z ukształtowanymi w nich wydrążeniami stanowiącymi kanały, których końce wprowadzone są przez szczelinowe otwory do pionowych rur zbiorczych mających poziome przegrody oraz wlot i wylot czynnika obiegowego. Pomiędzy poziomymi elementami rurowymi wciśnięte są karbowane żebra. Rozwiązanie ujawnia także sposób wykonania i połączenia ze sobą aluminiowych rur z kanałami, rur zbiorczych i ich pokryw oraz karbowanych żeber.

W publikacji międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO2013/162222 ujawniono wymiennik ciepła mający płaskie poziome rury, wewnątrz których znajdują się żebra dzielące wewnętrzną przestrzeń rur na mikrokanały. Płaskie poziome rury przechodzą przez pionowe radiatory, a na swych końcach wprowadzone są do pionowych rur zbiorczych stanowiących kolektory, z których jeden zaopatrzony jest w króciec wlotowy i wylotowy, a oba kolektory mają poziome przegrody. Przedstawione są różne warianty i szczegóły konstrukcyjne poziomych przegród w kolektorach.

Z polskiego opisu patentowego PL193959 znany jest także wymiennik ciepła i sposób wytwarzania wymiennika ciepła. Posiada on szereg równoległych poziomych wytłaczanych rur profilowych, których końce zamocowane są w rurach zbiorczych, a pomiędzy sąsiadującymi powierzchniami dwóch rur zamocowany jest układ żeber lamelowych. Na zewnętrznej powierzchni rury profilowanej, między rurą zbiorczą i układem żeber znajduje się co najmniej jedna blokada wypływu spoiwa lutowniczego, usytuowana poprzecznie w stosunku do rury. Ujawniony jest sposób wytwarzania rury profilowanej i kształtowania na niej blokady.

Wymiennik ciepła mający szereg równoległych do siebie poziomych rur wielokanałowych pomiędzy którymi znajdują się faliste żebra i których końce z obu stron wprowadzone są do pionowych rurowych kolektorów z co najmniej jedną poziomą przegrodą, przy czym jeden z rurowych kolektorów stanowi rozdzielacz, w którym zamocowany jest górny króciec wlotowy i dolny króciec wylotowy, a pomiędzy nimi szczelna pozioma przegroda według wynalazku charakteryzuje się tym, że pierwszy rurowy kolektor stanowiący rozdzielacz ma wysokość większą od drugiego rurowego kolektora, jest przedłużony poniżej pakietu rur wielokanałowych i zaopatrzony jest w dodatkowy króciec wylotowy usytuowany poniżej dolnego króćca wylotowego, w najniższej części rozdzielacza, a poniżej poziomej przegrody znajduje się pionowa płytka separująca.

Korzystnie płytka separująca złączona jest szczelnie z poziomą przegrodą, przylega do ścian rozdzielacza i usytuowana jest pomiędzy wylotami rur wielokanałowych a dolnym króćcem wylotowym.

Korzystnie pozioma przegroda znajduje się w połowie wysokości pakietu rur wielokanałowych, a płytka separująca sięga poniżej najniższej rury wielokanałowej.

PL 228 879 B1

Przedłużenie rozdzielacza korzystnie ma wysokość nie mniejszą od wysokości pakietu rur wielokanałowych.

W poziomym przekroju wymiennika kąt między linią płytki separującej i osią króćca wylotowego korzystnie jest kątem ostrym.

Najkorzystniej kąt między linią płytki separującej i osią dolnego króćca wylotowego jest w zakresie 35°-40°.

W korzystnym wariancie pozioma oś dolnego króćca wylotowego jest prostopadła do poziomych rur wielokanałowych.

Płytka separująca może być wykonana z aluminium i połączona przez lutowanie z aluminiową poziomą przegrodą połączoną przez lutowanie z aluminiowym rozdzielaczem.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zapewnienie optymalnych warunków pracy wymiennika ciepła, w szczególności przy zastosowaniu w autoklawie parowym, dzięki odseparowaniu skroplin schładzanej w wymienniku pary wodnej od ochłodzonego powietrza odprowadzanego króćcem wylotowym, a także dzięki zapewnieniu odprowadzania tych skroplin z wymiennika.

Przykład realizacji wymiennika ciepła zilustrowany jest rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie widok aksonometryczny wymiennika, fig. 2 - widok z boku od strony króćców, fig. 3 - przekrój pionowy B-B przez rurę rozdzielacza, a fig. 4 - przekrój poziomy C-C wymiennika na wysokości dolnego króćca wylotowego.

W przykładowej realizacji wymiennik ciepła według wynalazku składa się z pakietu poziomych płaskich rur wielokanałowych 1 wykonanych z aluminium, których otwarte końce wprowadzone są i wlutowane do szczelin w dwóch aluminiowych pionowych rurowych kolektorach o przekroju kołowym. Wewnętrzne komory w płaskich rurach wielokanałowych 1 są ukształtowane jako szereg równoległych kanałów o wysokości poniżej 1 mm, tworzących mikrokanały dla pierwszego czynnika obiegowego. Pomiędzy sąsiadującymi powierzchniami dwóch rur 1 wielokanałowych ukształtowane są aluminiowe faliste żebra 2, które opływa drugi czynnik obiegowy. Pierwszy rurowy kolektor jest rozdzielaczem 3 i posiada poziomą przegrodę 4 usytuowaną w połowie wysokości pakietu rur wielokanałowych 1. Przegroda 4 wykonana jest z Al i połączona szczelnie ze ścianami rozdzielacza 3 poprzez lutowanie. Rura rozdzielacza 3 zaopatrzona jest w górny króciec wlotowy 5 usytuowany nad poziomą przegrodą 4 oraz dolny króciec wylotowy 6 usytuowany pod poziomą przegrodą 4. Oba króćce usytuowane są w taki sposób, że w poziomym przekroju wymiennika ich osie są prostopadłe do kanałów w poziomych rurach wielokanałowych 1. Drugi pionowy rurowy kolektor 7 ma wysokość odpowiadającą wysokości pakietu rur wielokanałowych 1, nie posiada wewnątrz przegród i zamknięty jest z obu stron przylutowanymi aluminiowymi pokrywami. Pierwszy pionowy rurowy kolektor stanowiący rozdzielacz 3 jest przedłużony od dołu poniżej pakietu rur wielokanałowych 1 tak, że całkowita wysokość rozdzielacza 3 jest w przybliżeniu dwukrotnie większa od wysokości rozdzielacza 3 w obrębie pakietu rurowego. W swej najniższej części rozdzielacz 3 zaopatrzony jest w trzeci, dodatkowy króciec wylotowy 8, którego pozioma oś jest równoległa do osi górnego króćca wlotowego 5 i dolnego króćca wylotowego 6. Rozdzielacz 3 zamknięty jest od góry i od dołu przylutowanymi aluminiowymi pokrywami. Wewnątrz rozdzielacza 3, wzdłuż jego średnicy, pod poziomą przegrodą 4 znajduje się pionowa prostokątna aluminiowa płytka separująca 9, która przylutowana jest wzdłuż swej górnej krawędzi od dołu do poziomej przegrody 4, a jej pionowe krawędzie boczne przylegają do ścian rozdzielacza 3. Płytka separująca 9 usytuowana jest w rozdzielaczu 3 pomiędzy wylotami komór rur wielokanałowych 1 a dolnym króćcem wylotowym 6 i kończy się poniżej pakietu rur wielokanałowych 1, tj. poniżej najniższej poziomej rury. W najkorzystniejszym wariancie realizacji płytka separująca 9 usytuowana jest pod kątem 35° do osi króćców. W przykładowej realizacji pakiet rur wielokanałowych 1 zawiera dziewięć płaskich poziomych rur z szeregiem mikrokanałów o wysokości nie większej niż 1 mm. Pakiet ma przybliżone wymiary: długość 120 mm, szerokość 22 mm, wysokość 60 mm, średnica rozdzielacza 3, drugiego pionowego kolektora 7 i poziomej przegrody 30 mm, wysokość drugiego pionowego kolektora 70 mm, a całkowita wysokość rozdzielacza - 132 mm. Płytka separująca 9 ma wysokość 33 mm.

W zależności od miejsca zastosowania i potrzeb, wymiennik ciepła według wynalazku w innych wersjach realizacji może mieć różne wymiary, układy i kształty poziomych kanałów rurowych między pionowymi kolektorami i żeber między tymi kanałami, a także posiadać dodatkowe poziome przegrody w drugim pionowym kolektorze i dodatkowe przegrody w rozdzielaczu, powyżej przegrody z pionową płytką separującą, za pomocą których wydłuża się drogę pary przez kanały wymiennika.

Przykładowy wymiennik ciepła w szczególności przeznaczony jest i zainstalowany w układzie chłodzenia autoklawu parowego klasy B, w którym przebieg procesu sterylizacji polega na sekwencji

PL 228 879 B1 próżni i wtrysków pary, utrzymywaniu nadciśnienia pary w celu podgrzania i sterylizacji wsadu, a następnie wytworzeniu podciśnienia w celu osuszenia sterylizowanego wsadu. Przegrzana para wodna wyciągana jest z komory procesowej autoklawu za pomocą pompy próżniowej. Dla poprawnego działania i żywotności pompy próżniowej oraz całkowitego czasu trwania procesu istotne jest możliwie jak największe schłodzenie i osuszenie wyciąganego z komory powietrza. Dlatego para wyciągana z komory procesowej najpierw doprowadzana jest do wymiennika ciepła, w którym następuje chłodzenie i skraplanie pary, zanim dotrze ona do pompy próżniowej. Komory płaskich poziomych rur wielokanałowych 1 stanowią kanały przepływu pierwszego czynnika obiegowego wymiennika, jakim jest para wodna, natomiast drugim czynnikiem jest powietrze przepływające między falistymi żebrami 2, stanowiące czynnik chłodzący przegrzaną parę. Dla zwiększenia wydajności procesu chłodzenia stosuje się przepływ powietrza wymuszony za pomocą wentylatorów. Przegrzana para wodna o temperaturze ok. 135°C doprowadzana jest za pomocą przewodu połączonego z górnym króćcem wlotowym 5, do przestrzeni rozdzielacza 3 nad poziomą przegrodą 4, skąd pod wpływem podciśnienia przemieszcza się przez równoległe mikrokanały ukształtowane w płaskich rurach wielokanałowych 1 do drugiego pionowego rurowego kolektora 7 i z powrotem przez mikrokanały wpływa do rozdzielacza 3, pod poziomą przegrodą 4, skąd ochłodzone do temp. 60°C i osuszone powietrze odprowadzane jest przez dolny króciec wylotowy 6 do pompy próżniowej. Ochłodzone powietrze wpływające do rozdzielacza 3 może zawierać skropliny pryskające z mikrokanałów, które są niepożądane w powietrzu wyprowadzanym dolnym króćcem wylotowym 6, ponieważ obniżają sprawność i żywotność pompy próżniowej. Zaleganie skroplin w wymienniku obniża także jego sprawność, ponieważ zmniejsza powierzchnię wymiany ciepła. Zastosowana w wymienniku płytka separująca 9 uniemożliwia przedostanie się skroplin z mikrokanałów płaskich rur profilowanych 1 do dolnego króćca wylotowego 6, a tym samym do pompy próżniowej i skierowuje je do przedłużonej dolnej części rozdzielacza 3, która stanowi zbiornik skroplin, skąd są one odprowadzane za pomocą dodatkowego króćca wylotowego 8, stanowiącego króciec wylotowy skroplin. Usuwanie skroplin odbywa się w kolejnym cyklu, w którym na początku procesu opróżniania komory procesowej autoklawu nadciśnienie w komorze jest wykorzystywane do wypchnięcia skroplin, przy zamkniętym odpływie z dolnego króćca wylotowego 6 do pompy. Płytka separująca 9 nie zamyka w całości obiegu, osuszone powietrze przepływa pod nią i może być przez dolny króciec wylotowy 6 przetransportowane do pompy próżniowej.

Konstrukcja wymiennika ciepła według wynalazku zapewnia optymalne warunki pracy układu chłodzenia autoklawu, dzięki uniknięciu zalegania skroplin w wymienniku. Wpływa to na skrócenie czasu osuszania komory procesowej po właściwej sterylizacji, co w efekcie skraca całkowity łączny czas trwania procesu sterylizacji. Jednocześnie uniemożliwienie przedostania się wody do pompy próżniowej zapewnia maksymalną sprawność i przedłuża żywotność pompy próżniowej autoklawu.

Wymiennik ciepła według wynalazku może być także zastosowany w wielu innych układach, w których może spełniać funkcję skraplacza i w których pożądane jest odseparowanie skroplin od schładzanego czynnika obiegowego.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Wymiennik ciepła mający szereg równoległych do siebie poziomych rur wielokanałowych, pomiędzy którymi znajdują się faliste żebra i których końce z obu stron wprowadzone są do pionowych rurowych kolektorów z co najmniej jedną poziomą przegrodą, przy czym jeden z rurowych kolektorów stanowi rozdzielacz, w którym zamocowany jest górny króciec wlotowy i dolny króciec wylotowy, a pomiędzy nimi szczelna pozioma przegroda znamienny tym, że pierwszy rurowy kolektor stanowiący rozdzielacz (3) ma wysokość większą od drugiego rurowego kolektora (7), jest przedłużony poniżej pakietu rur wielokanałowych (1) i zaopatrzony jest w dodatkowy króciec wylotowy (8) usytuowany poniżej dolnego króćca wylotowego (6), w najniższej części rozdzielacza (3), a poniżej poziomej przegrody (4) znajduje się pionowa płytka separująca (9).

2. Wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że płytka separująca (9) złączona jest szczelnie z poziomą przegrodą (4), przylega do ścian rozdzielacza(3) i usytuowana jest pomiędzy wylotami rur wielokanałowych (1) a dolnym króćcem wylotowym (6).

PL 228 879 B1

3. Wymiennik według zastrz. 2, znamienny tym, że pozioma przegroda (4) znajduje się w połowie wysokości pakietu rur wielokanałowych (1), a płytka separująca (9) sięga poniżej najniższej rury wielokanałowej (1).

4. Wymiennik według zastrz. 3, znamienny tym, że przedłużenie rozdzielacza (3) ma wysokość nie mniejszą od wysokości pakietu rur wielokanałowych (1).

5. Wymiennik według zastrz. 4, znamienny tym, że w poziomym przekroju wymiennika kąt między linią płytki separującej (9) i osią króćca wylotowego (6) jest kątem ostrym.

6. Wymiennik według zastrz. 5, znamienny tym, że w poziomym przekroju wymiennika kąt między linią płytki separującej (9) i osią króćca wylotowego (6) jest w zakresie 30^o-40°.

7. Wymiennik według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że pozioma oś dolnego króćca wylotowego (6) jest prostopadła do poziomych rur wielokanałowych (1).

8. Wymiennik według zastrz. 2-7, znamienny tym, że płytka separująca (9) wykonana jest z aluminium i połączona przez lutowanie z aluminiową poziomą przegrodą (4) połączoną przez lutowanie z aluminiowym rozdzielaczem (3).