PL229075B1 - Przeponowy wymiennik ciepła - Google Patents

Abstract

W przeponowym wymienniku ciepła poszczególne odcinki rurek (5) paneli wymiennika (4) połączone są ze sobą szczelnie, suwliwie i elastycznie łącznikami, które mają w przekroju wzdłużnym kształt zbliżony do litery "U", z kolei podstawy łączników rozparte są pomiędzy bocznymi ściankami (1a i 1b) płaszcza wymiennika (1), które połączone są ze sobą rozłącznie. Przy czym, odcinki rurek (5) paneli wymiennika (4) połączone są ze sobą łącznikami wewnętrznymi dzielonymi (6) i/lub łącznikami wewnętrznymi jednolitymi, których średnica jest mniejsza od średnicy rurek (5). Z kolei łączniki wewnętrzne dzielone (6) lub łączniki wewnętrzne jednolite mają na swych końcówkach zewnętrzne obwodowe gniazda, w których osadzone są pierścieniowe uszczelki.

Description

(21) Numer zgłoszenia: 413326 (⁵¹) Int.CI.

F24H 9/00 (2006.01) F28D 7/10 (2006.01) F28D 7/08 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 29.07.2015 _F28F 9/06 (2006.01) (54)

Przeponowy wymiennik ciepła (73) Uprawniony z patentu:

(43) Zgłoszenie ogłoszono:

30.01.2017 BUP 03/17 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

29.06.2018 WUP 06/18 σ>

CM

CM

Ω.

SZYMONIK BOLESŁAW JERZY, Taciszów, PL SZYMONIK BARTOSZ MATEUSZ,

Taciszów, PL (72) Twórca(y) wynalazku:

BOLESŁAW JERZY SZYMONIK, Taciszów, PL BARTOSZ MATEUSZ SZYMONIK,

Taciszów, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz, pat. Marian Małachowski

PL 229 075 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przeponowy wymiennik ciepła przeznaczony do wymiany ciepła o konstrukcji płaszczowo-rurowej stosowany powszechnie w wielu gałęziach przemysłu, w budownictwie, komunikacji i w urządzeniach stosowanych w gospodarstwach domowych.

Znane są powszechnie między innymi wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe, które składają się z cylindrycznego płaszcza i przebiegających w nim cienkościennych rurek. Powierzchnią wymiany ciepła jest powierzchnia rurek, w poprzek, której zachodzi przepływ ciepła pomiędzy płynem wewnątrz rurek a płynem na zewnątrz rurek wewnątrz płaszcza. Ze względu na swoją wszechstronność wymiennik ten jest najczęściej stosowanym typem w przemyśle. Rurki cienkościenne są umieszczone w postaci wiązek wewnątrz płaszcza. Ich końce przymocowane są do płyty sitowej, która oddziela wnętrze płaszcza od wnętrza głowicy lub w postaci wężownicy. Płyn wpływający do wymiennika przepływa przez króciec wlotowy do głowicy, gdzie następuje rozdział płynu na strumienie wpływające do poszczególnych rurek. Po przepłynięciu przez rurki płyn miesza się w głowicy wylotowej i króćcem wylotowym opuszcza wymiennik. W wymiennikach płaszczowo-rurowych ścianki rurek stanowią powierzchnię wymiany ciepła i to głównie parametry rurek decydują o wydajności procesu. Poprzez odpowiedni ich dobór realizowana jest żądana dynamika procesu wymiany ciepła. Odstęp pomiędzy rurkami zwykle wyrażany jako stosunek odległości pomiędzy środkami dwóch sąsiadujących rurek do zewnętrznej średnicy rurki wpływa na dynamikę przepływu płynu wewnątrz płaszcza. Ma to kluczowe znaczenie dla całego procesu, ponieważ przepływ burzliwy jest cięższy do zrealizowania po stronie płaszcza, niż po stronie rurek. Duża odległość między rurkami zmniejsza burzliwość przepływu, co spowalnia cały proces. Ułatwia jednak inspekcję i czyszczenie przestrzeni między rurkowej. Jeżeli połączenia rurek z płytą sitową są spawane każda rurka wymaga dodatkowo 6 mm na spaw. Płyta sitowa jest elementem łączącym rurki z głowicą. Jej grubość jest definiowana przez normy i zależy od połączenia rurek z płytą sitową. Najskuteczniejszą metodą jest walcowanie, które polega na rozpychaniu rurek od środka, co powoduje bliskie przywieranie do płyty ścianek rury. Ze względu na swoją wagę często jest jednym z najdroższych elementów wymiennika, (źródło-https.//pl.wikipedia.org/wiki/Wymiennik_p%C5%82aszczowo-rurowy#P C5.82yta_sitowa).

Znane są także z publikacji książkowej Prof. dr Tadeusza Hoblera pt.: „Ruch ciepła i wymienniki przeponowe, Wydawnictwo Naukowo Techniczne Warszawa 1971 r. wymienniki z kompensacją swobodną głowicą (str. 786, Rys. 8-32), wymienniki z kompensacją kompensatorem (str. 788, Rys. 8-34) oraz wymienniki z kompensacją rurkami Fileda (str. 789, Rys. 8-35). Znana jest też kompensacja indywidualna rurek dławikami (str. 786, Rys. 8-32), która stosowana jest jeśli naprężenia osiowe w rurkach wymiennika przekraczają naprężenia dopuszczalne. Zapewnia ona dylatacjom wystarczającą swobodę, ogranicza możliwość niebezpiecznego wzrostu naprężeń. Z drugiej strony: użycie dławików podnosi koszty budowy urządzenia, a przy pracy pod ciśnieniem może powodować nieszczelności.

Istotnymi wadami znanych z dotychczasowego stanu techniki konstrukcji wymienników są występujące naprężenia cieplne, które występują w rurkach w trakcie normalnej eksploatacji oraz naprężenia cieplne, które mogą gwałtownie rosnąć w sytuacjach awaryjnych. Zasadnicze niedogodności występują w przypadku wykonywania awaryjnych napraw nieszczelności, pęknięć lub konieczności wymiany poszczególnych rurek. Okresowe czyszczenie chemiczne lub mechaniczne niektórych wymienników, ze względu na ich konstrukcję jest trudne, a czasami wręcz niemożliwe. Znane rozwiązania jako priorytetowy parametr traktują wydajność urządzenia, nie biorąc pod uwagę konieczności wykonywania czynności konserwacyjnych i serwisowych.

Celem wynalazku jest nowa konstrukcja wymiennika zapewniająca bieżącą kompensację naprężeń cieplnych występującą w rurkach wymiennika oraz umożliwiająca demontaż płaszcza i usytuowanych w nim rurek wymiennika dla dokonania ich czyszczenia, naprawy i/lub ich szybkiej wymiany.

W przeponowym wymienniku ciepła według wynalazku poszczególne odcinki rurek (paneli wymiennika) połączone są ze sobą szczelnie, suwliwie i elastycznie łącznikami, które mają w przekroju wzdłużnym kształt zbliżony do litery „U”, z kolei podstawy łączników rozparte są pomiędzy bocznymi ściankami płaszcza wymiennika, które połączone są ze sobą rozłącznie.

W jednym wykonaniu odcinki rurek paneli wymiennika połączone są ze sobą łącznikami wewnętrznymi dzielonymi i/lub łącznikami wewnętrznymi jednolitymi, których średnica jest mniejsza od średnicy rurek. Przy czym, łączniki wewnętrzne dzielone lub łączniki wewnętrzne jednolite mają na swych końcówkach zewnętrzne obwodowe gniazda, w których osadzone są pierścieniowe uszczelki.

W innym wykonaniu odcinki rurek paneli wymiennika połączone są ze sobą łącznikami zewnętrznymi dzielonymi i/lub łącznikami wewnętrznymi jednolitymi, których średnica jest większa od średnicy

PL 229 075 B1 rurek, przy czym łączniki zewnętrzne dzielone lub łączniki wewnętrzne jednolite mają na swych końcówkach wewnętrzne obwodowe gniazda, w których osadzone są pierścieniowe uszczelki.

W następnym wykonaniu odcinki rurek paneli wymiennika połączone są ze sobą łącznikami wewnętrznymi dzielonymi i/lub łącznikami wewnętrznymi jednolitymi, których średnica jest mniejsza od średnicy rurek, przy czym końcówki łączników wewnętrznych dzielonych lub jednolitych są gładkie, z kolei końcówki rurek mają na swej wewnętrznej powierzchni obwodowe gniazda, w których osadzone są pierścieniowe uszczelki.

W kolejnym wykonaniu odcinki rurek paneli wymiennika połączone są ze sobą łącznikami zewnętrznymi dzielonymi i/lub łącznikami wewnętrznymi jednolitymi, których średnica jest większa od średnicy rurek, przy czym końcówki łączników zewnętrznych dzielonych lub jednolitych są gładkie, z kolei końcówki rurek mają na swej wewnętrznej powierzchni obwodowe gniazda, w których osadzone są pierścieniowe uszczelki.

Wymiennik ciepła według wynalazku ma demontowalną konstrukcję płaszcza oraz rurek wymiennika. Suwliwe i szczelne połączenie rurek wymiennika łącznikami gwarantuje wyeliminowanie naprężeń cieplnych związanych z pracą wymiennika. Sztywne ścianki boczne płaszcza wymiennika pomiędzy, którymi osadzone są poszczególne panele rurek wymiennika równoważą siły wynikające z ciśnienia medium chłodzonego wewnątrz rurek oraz eliminują skutki naprężeń cieplnych występujących w tych rurkach. Możliwość zdemontowania zarówno poszczególnych ścianek bocznych płaszcza jak i rurek wymiennika pozwala na proste i szybkie wykonywanie wymiany i/lub napraw rurek lub przeprowadzenia ich czyszczenia.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładach wykonania na rysunkach na których: fig. 1 przedstawia schematycznie przeponowy wymiennik ciepła w przekroju wzdłużnym, w którym poszczególne odcinki rurek paneli wymiennika połączone są ze sobą łącznikami wewnętrznymi dzielonymi, fig. 2 przedstawia szczegół „A” z fig. 1, fig. 3 przedstawia wymiennik w przekroju poprzecznym A-A z fig. 1, fig. 4 przedstawia schematycznie przeponowy wymiennik ciepła w przekroju wzdłużnym, w którym poszczególne odcinki rurek paneli wymiennika połączone są ze sobą łącznikami zewnętrznymi dzielonymi, fig. 5 przedstawia szczegół „B” z fig. 4, fig. 6 przedstawia połączenie odcinków rurek paneli wymiennika łącznikiem wewnętrznym jednolitym, fig. 7 przedstawia połączenie odcinków rurek paneli wymiennika łącznikiem zewnętrznym jednolitym, fig. 8 przedstawia połączenie odcinków rurek paneli wymiennika, z obwodowymi gniazdami łącznikiem wewnętrznym dzielonym, fig. 9 przedstawia połączenie odcinków rurek panel wymiennika,, z obwodowymi gniazdami, łącznikiem zewnętrznym dzielonym.

P r z y k ł a d I

Przeponowy wymiennik ciepła (fig. 1, fig. 3) składa się z demontowalnego płaszcza wymiennika 1 w kształcie prostopadłościanu, którego przeciwległe boczne ścianki 1a i 1b oraz ścianki boczne 1c i 1d połączone są rozłącznie połączeniami śrubowymi 3, korzystnie umieszczonymi na zewnątrz płaszcza wymiennika 1. Dennice 2 wyposażone są w króciec wlotowy 2a medium chłodniczego MH i w króciec wylotowy 2b medium chłodniczego MH. We wnętrzu płaszcza wymiennika 1 pomiędzy dwoma przeciwległymi ściankami 1a i 1b umieszczone są prostopadle do tych ścianek panele wymiennika 4, które składają się z odcinków rurek 5 połączonych są ze sobą suwliwie i elastycznie łącznikami wewnętrznymi dzielonymi 6 oraz w króciec wlotowy 4a medium chłodzonego Mh i w króciec wylotowy 4b medium chłodzonego Mh. Łączniki wewnętrzne dzielone 6 (fig. 2) mają w przekroju wzdłużnym kształt zbliżony do litery „U”, z kolei w przekroju poprzecznym ich średnica jest mniejsza od średnicy rurek 5. Przy czym łączniki wewnętrzne dzielone 6 mają na swych końcówkach zewnętrzne obwodowe gniazda 6a, w których osadzone są pierścieniowe uszczelki 7. Na końcówki łączników wewnętrznych 6 z pierścieniowymi uszczelkami 7 nasunięte są rurki 5 tworząc szczelne przesuwne i elastyczne połączenie. Z kolei podstawy 6b łączników wewnętrznych 6 rozparte są pomiędzy bocznymi ściankami 1a i 1b płaszcza wymiennika 1, które równoważą siły nacisku wynikające z ciśnienia medium chłodzonego Mh wewnątrz rurek 5 paneli wymiennika 4. Z kolei pozostałe dwie ścianki boczne płaszcza wymiennika 1c i 1d oraz jego dennice 2 muszą spełniać kryterium szczelności i kryterium wytrzymałości na ciśnienie wywołane poprzez medium chłodnicze MH wypełniające przestrzeń pomiędzy panelami wymiennika 4. Proste odcinki rurek 5 połączone łącznikami wewnętrznymi 6 gwarantują wyeliminowanie naprężeń termicznych związanych z pracą wymiennika oraz zapewniają proste i szybkie wykonywanie czynności wymiany lub czyszczenia każdej z rurek 5 panelu wymiennika 4. Przy czym łączniki wewnętrzne dzielone 6 wykonane są z dwóch połączonych ze sobą kolanek (fig. 2) lub alternatywnie łączniki wewnętrzne jednolite 6.1 wykonane są w całości (fig. 6). Łączniki mogą być wykonane z metalu lub z tworzywa sztucznego.

PL 229 075 B1

P r z y k ł a d II

Przeponowy wymiennik ciepła (fig. 4) ma taką samą konstrukcję jak wymiennik w pierwszym przykładzie wykonania z tym, że połączenia paneli wymiennika 4 z rurkami i mają odmienną konstrukcję. Łączniki zewnętrzne dzielone 8 mają w przekroju wzdłużnym kształt zbliżony do litery „U”, z kolei w przekroju poprzecznym ich średnica jest większa od średnicy rurek 5. Łączniki zewnętrzne dzielone 8 (fig. 5) mają na swych końcówkach wewnętrzne obwodowe gniazda 8a, w których osadzone są pierścieniowe uszczelki 7. Do wnętrza końcówek łączników zewnętrznych dzielonych 8 z pierścieniowymi uszczelkami 7 wsunięte są rurki 5 tworząc szczelne przesuwne i elastyczne połączenie. Z kolei podstawy 8b łączników zewnętrznych dzielonych 8 rozparte są pomiędzy bocznymi ściankami 1a i 1b płaszcza wymiennika 1, które równoważą siły nacisku wynikające z ciśnienia medium chłodzonego Mh wewnątrz rurek 5 paneli wymiennika 4. Przy czym łączniki zewnętrzne dzielone 8 (fig. 5) wykonane są z dwóch połączonych kolanek lub alternatywnie łączniki wewnętrzne jednolite 8.1 wykonane są w całości (fig. 7).

P r z y k ł a d III

Przeponowy wymiennik ciepła (fig. 8) ma taką samą konstrukcję jak wymiennik w pierwszym przykładzie wykonania z tym, że końcówki rurek 5 mają na swej wewnętrznej powierzchni obwodowe gniazda 5a, w których osadzone są pierścieniowe uszczelki 7. Z kolei końcówki łączników wewnętrznych dzielonych i są gładkie.

P r z y k ł a d IV

Przeponowy wymiennik ciepła (fig. 9) ma taką samą konstrukcję jak wymiennik w drugim przykładzie wykonania z tym, że końcówki rurek 5 mają dodatkowo na swej zewnętrznej powierzchni obwodowe gniazda 5a, w których osadzone są pierścieniowe uszczelki 7. Z kolei końcówki łączników zewnętrznych dzielonych 6a są gładkie.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przeponowy wymiennie ciepła składający się z płaszcza z króćcami medium chłodniczego i z dennic wyposażonych w króćce medium, chłodniczego oraz z paneli wymiennika, znamienny tym, że poszczególne odcinki rurek (5) paneli wymiennika (4) połączone są ze sobą szczelnie, suwliwie i elastycznie łącznikami, które mają w przekroju wzdłużnym kształt zbliżony do litery „U”, z kolei podstawy łączników rozparte są pomiędzy bocznymi ściankami (1a) i (1b) płaszcza wymiennika (1), które połączone są ze sobą rozłącznie.
2. 2. Przeponowy wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że odcinki rurek (5) paneli wymiennika (4) połączone są ze sobą łącznikami wewnętrznymi dzielonymi 6 i/lub łącznikami wewnętrznymi jednolitymi (6.1), których średnica jest mniejsza od średnicy rurek (5), przy czym łączniki wewnętrzne dzielone (6) lub łączniki wewnętrzne jednolite (6.1) mają na swych końcówkach zewnętrzne obwodowe gniazda (6a), w których osadzone są pierścieniowe uszczelki (7).
3. 3. Przeponowy wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że odcinki rurek (5) paneli wymiennika (4) połączone są ze sobą łącznikami zewnętrznymi dzielonymi (8) i/lub łącznikami wewnętrznymi jednolitymi (8.1), których średnica jest większa od średnicy rurek (5), przy czym łączniki zewnętrzne dzielone (8) lub łączniki wewnętrzne jednolite (8.1) mają na swych końcówkach wewnętrzne obwodowe gniazda (8a), w których osadzone są pierścieniowe uszczelki (7).
4. 4. Przeponowy wymiennik według zastrz. 1, znamienny tym, że odcinki rurek (5) paneli wymiennika (4) połączone są ze sobą łącznikami wewnętrznymi dzielonymi (6) i/lub łącznikami wewnętrznymi jednolitymi (6.1), których średnica jest mniejsza od średnicy rurek (5), przy czym końcówki łączników wewnętrznych dzielonych lub jednolitych są gładkie, z kolei końcówki rurek (5) mają na swej wewnętrznej powierzchni obwodowe gniazda (5a), w których osadzone są pierścieniowe uszczelki (7),
5. 5. Przeponowy wymiennik według zastrz. 1 , znamienny tym, że odcinki rurek (5) paneli wymiennika (4) połączone są ze sobą łącznikami zewnętrznymi dzielonymi (8) i/lub łącznikami wewnętrznymi jednolitymi (8.1), których średnica jest większa od średnicy rurek (5), przy czym końcówki łączników zewnętrznych dzielonych lub jednolitych są gładkie, z kolei końcówki rurek (5) mają na swej zewnętrznej powierzchni obwodowe gniazda (5a), w których osadzone są pierścieniowe uszczelki (7).