PL69573B1 - - Google Patents

Description

22.Y.1969 dla zastrz. 1, 3—9 i 13—18 25.VII.1969 dla zastrz. 2 25.IX.1969 dla zastrz. 10—12 Niemiecka Republika Federalna 69573 KI. 17f,12/06 MKP F28£ 1/12 Opublikowano: 30.XI.1973 Twórca wynalazku: Gunter Schóel Wlasciciel patentu: Transelektro Magyar Villamossagi, Kulkereskedelmi Yallalat, Budapeszt (Wegry) Element wymiennika ciepla z materialu o malej przewodnosci i wytrzymalosci cieplnej Przedmiotem wynalazku jest element wymien¬ nika ciepla szczególnie z materialu o malej prze¬ wodnosci i wytrzymalosci cieplnej, przeznaczony do przenoszenia strumienia ciepla rzedu okolo 1000 Kcal/mVn.Znane sa wymienniki ciepla, majace szerokie zastosowanie we wszystkich galeziach przemyslu i powszechnie stosowane jako elementy pomocni¬ cze w silowniach cieplnych.W zaleznosci od przeznaczenia wymienniki ciepla zwane sa podgrzewaczami, skraplaczami, od- parowywaczami, przetwornikami pary, skruberami, regenatorami i wyparkami, a ze wzgledu na zasa¬ de dzialania wymienniki dziela sie na przeponowe i bezprzeponowe. Ze wzgledu na konstrukcje zna¬ ne wymienniki ciepla dziela sie na rurowoplasz- czowe, sekcyjne, plytowe, spiralne, warstwowe i ociekowe.Wymienniki rurowoHplaszczowe posiadaja, w ksztalcie litery U lub podobnym, sztywno umoco¬ wane dno sitowe, w którym rury sa osadzone swy¬ mi koncami, przy czym rury w dnach sitowych wymienników mocowane sa za pomoca rozwalco- wywania, rozwalcowywania z wywinieciem kolnie¬ rzy, rozwalcowywania z wpustowymi rowkami uszczelniajacymi, spawania lub tez polaczenia dla¬ wikowego, ponadto wymienniki te posiadaja kom¬ pensatory soczewkowe na plaszczach.Wszystkie wymienione wymienniki ciepla wyko¬ nywane sa z metali, na przyklad stali, miedzi, mo- 2 siadzu, aluminium lub innych, dzieki czemu posia¬ daja wysoki wspólczynnik przewodzenia ciepla i wysoka wydajnosc.Wszystkie znane dotychczas wymienniki ciepla 5 nadajace sie, glównie ze wzgledu na wysoki wspól¬ czynnik przewodzenia ciepla, do duzych urzadzen o duzych wydajnosciach cieplnych maja te wade ze sa zbyt skomplikowane i drogie.Znane wymienniki metalowe ulegaja szybkiemu 10 zuzyciu i skorodowaniu przy czym szczególnie szybko ulegaja uszkodzeniu cienkoscienne rury wymiennika, co powoduje, iz wymagaja one cze¬ stej wymiany na nowe. Wymiana rur powoduje wylaczenie wymiennika z ruchu, a zbyt czeste wy- 15 miany rur przyczyniaja sie do uszkodzenia scian sitowych i w konsekwencji prowadza do nieprzy¬ datnosci calego wymiennika.Znane wymienniki, wykonane z metali i posia¬ dajace wysoki wspólczynnik przewodzenia ciepla 20 nie powinny byc stosowane w tych przypadkach gdy wymagany jest jedynie maly wspólczynnik przewodnosci cieplnej i nie jest wymagana wysoka wytrzymalosc wymiennika aby niepotrzebnie nie podrazac kosztów urzadzenia. 25 Celem wynalazku jest wykonanie takiego ele¬ mentu wymiennika ciepla, który cechowalby sie wystarczajaca statyczna stabilnoscia ksztaltów i niezbyt duzym przewodnictwem ciepla. Zadanie techniczne prowadzace do osiagniecia tego celu 30 polega na wykonaniu elementu wymiennika ciepla 69 57360 573 o takiej charakterystyce wytrzymalosciowej, przy której przynajmniej w Jednej plaszczyznie prze¬ kroju, element bedzie posiadal tak duzy wskaznik wytrzymalosci na zginanie, ze bedzie mógl byc za¬ mocowany lub podparty na swych koncach i nie nastapi przekroczenie dopuszczalnej wielkosci ugiecia nawet w przypadku odcinków o wielome¬ trowej dlugosci. Ponadto element wymiennika ciepla powinien byc odporny na zmiane naprezen wewnetrznych powstajacych w czasie przeplywu medium. Ponadto celem i zadaniem jest równiez to, by ze wzgledów ekonomicznych do wytworze¬ nia elementów wymiennika ciepla mogla byc za- stosowjtoa^jninimalna ilosc surowca i pracy oraz by elen^efcetja tafcie ffPFl9 ^ylo wytwarzac na kon¬ wencjonalnych maszynach na przyklad wytlaczar¬ kach.? Post*f««ne^aadax4^.techniczne zostalo rozwiaza¬ ne zgolEnTaJs^ *wyspla^feieni, dzieki temu, ze element wymiennika ciepla jest wykonany z materialu o malej przewodnosci jako odlew, wypraska lub wytloczyna skladajaca sie z pewnej ilosci cienko¬ sciennych równoleglych rur, polaczonych ze soba za pomoca plaskich srodników.W zaleznosci od warunków usytuowania, umiesz¬ czenia i polaczenia elementów wymiennika ciepla osie wzdluzne rur cienkosciennych i plaszczyzny symetrii wzdluznej srodników, tworza zgodnie z wynalazkiem, powierzchnie plaska, falista, zyg¬ zakowata lub tez powierzchnie z na przemian za¬ okraglonymi odsadzkami. Dzieki tym zróznicowa¬ nym ksztaltom istnieje mozliwosc latwego dopaso¬ wania i dostosowania elementu wymiennika ciepla do wymiarów glównych calego wymiennika.W celu przylaczenia elementu wymiennika cie¬ pla do rury lub skrzyni zbiorczej wymiennika ciepla mozliwie latwo, korzystne jest gdy w miej¬ scu zlaczen elementu wymiennika ciepla z rura zbiorcza, jego srodniki sa na krótkim odcinku wy¬ ciete, dzieki czemu poszczególne krócce rurowe, sa latwo wprowadzane do odpowiednich otworów w scianach rur zbiorczych lub tez nasadzane na krócce rurowe umieszczone w sciance rury lub skrzyni zbiorczej.Korzystnym jest równiez, gdy krócce rurowe wymiennika ciepla wsuniete sa do otworów rury zbiorczej i zamocowane przy pomocy zlaczki za¬ ciskowej. Zlaczki zaciskowe stosowane sa równiez w formie spiralnych sprezyn naciskowych, które oparte jednym koncem o wewnetrzna sciane rury zbiorczej lub skrzyni zbiorczej, usytuowanej na¬ przeciw odnosnego otworu drugim koncem siegaja do wnetrza krócca rurowego wprowadzonego do otworu rury zbiorczej. Wprowadzanie sprezyny spiralnej do wnetrza krócca rurowego ulatwione jest dzieki temu, ze konce sprezyny, znajdujace sie naprzeciw krócca sa uksztaltowane stozkowo lub sa wyposazone w stozkowa tuleje.Istnieje równiez mozliwosc polaczenia kilku jed¬ nakowych elementów wymiennika ciepla w jeden )lok lub dokonuje sie wieloma jednakowymi ele¬ mentami, za pomoca listew dystansowych dostoso¬ wanych do ksztaltu wymiennika.Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przy¬ kladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia plaski element wymiennika ciepla, fig. 2 element falisty, fig. 3 element zygzakowaty, fig. 4 element wymiennika ciepla o odsadzeniach naprzemian równoleglych, fig. 5—11 rózne przy¬ klady polaczenia elementu wymiennika ciepla, 5 fig. 12^14 sprezyny spiralne uzywane do laczenia, fig. 15 blok wymiennika ciepla, fig. 16 widok z bo- -ku-bloku wymiennika ciepla a fig. 17 i 18 przed¬ stawiaja schematycznie-polaczenie wielu elemen¬ tów wymiennika ciepla ,w jeden blok. 10 Nawiazujac do fig. 1, element 1 wymiennika ciepla sklada sie z rur 2, usytuowanych w stosun¬ ku do siebie równolegle i polaczonych ze soba za pomoca srodników 3. Uklad rur 2 i srodników 3, jest tak dobrany, ze osie wzdluzne rur 2 oraz 15 plaszczyzny symetrii wzdluznej srodników 3 leza w jednej plaszczyznie. Grubosc elementu 1 wy¬ miennika ciepla jest równa zewnetrznej srednicy d rury 2.Element 4 wymiennika ciepla przedstawiony na 20 fig. 2 sklada sie z rur 2 i srodników 3, przy czym osie wzdluzne rur 2 i osie srodników 3 ulozone sa w sposób falisty i stad wynikowa grubosc elemen¬ tu 4 okresla wymiar a.Zgodnie z fig. 3 i 4 elementy 5 i 6 wymiennika 23 ciepla, skladaja sie z rur 2, których osie wzdluzne oraz plaszczyzny symetrii wzdluznej srodników 3 ulozone sa w formie zygzakowatej lub tez w for¬ mie podobnej do scianki z wkleslosciami i wy¬ puklosciami o krawedziach naprzemian zaokraglo- 50 nych, gnibosc elementu 5 wzglednie 6 oznaczona jest odpowiednio przez wymiar b wzglednie c.Wytwarzanie elementów 1, 5 i 6 przedstawionych na fig. 1 do 4 jest bardzo uproszczone i tanie dzie¬ ki zastosowaniu sztucznego tworzywa. Aby uzys- 35 kac dostateczna wytrzymalosc elementów 1 i 4 5, 6 i latwosc polaczenia elementów wymiennika ciepla w celu utworzenia jednej calosci i utrzyma¬ niu wlasciwej wytrzymalosci celowym jest, aby grubosc r scianek rurek równala sie 1/10 srednicy 40 zewnetrznej d rury 2. Z powodu jednak malej przewodnosci cieplnej sztucznego tworzywa, gru¬ bosc scianki r rury 2 winna byc rzedu 1 mm. Wy¬ sokosc h srodników 3 uzalezniona jest ód srednicy zewnetrznej d rury 2 i korzystnie równa jest lub 45 mniejsza od srednicy d. Gdy przykladowo dziesiec lub wiecej rur 2 stanowi jeden element 1, 4, 5 lub 6 wymiennika ciepla, to taki element posiada taka wytrzymalosc na zginanie w kierunku wzdluznym, ze przy wielometrowej dlugosci moze utrzymac 50 ciezar wlasny.Dla polaczenia elementów 1, 4, 5 lub 6 wymien¬ nika ciepla ze scianka 11 rury zbiorczej 7 jak to uwidocznione jest na fig. 6—11, w srodnikach 3 wykonane sa wyciecia na dlugosci e na zlaczach 8 od strony czolowej 9 w ksztalcie uwidocznionym 55 na fig. 5, dzieki czemu wystajace konce rur 2 two¬ rza krócce rurowe 10.Nawiazujac do fig. 6 w sciance 11 rury zbiorczej 7 znajduja sie otwory 12 rozmieszczone obok sie¬ bie, w których osadzone sa krócce rurowe 10 przy- 60 laczone do rury zbiorczej 7 na stale przy czym aby osiagnac wymagana szczelnosc miedzy króccami rurowymi 10 i otworami 12, krócce rurowe 10 mie¬ dzy soba oraz ze scianka 11 rury zbiorczej 7, sa laczone za pomoca dwuskladnikowej zywicy la- 65 nej 13.S»573 6 Na fig. 7 przedstawiono polaczenie krócców ru¬ rowych 10 ze scianka rury zbiorczej 7 za pomoca tulei 15 posiadajacych stozkowe rozszerzenie 14.Tuleje 15 wkrecone sa w koncówki krócców ruro¬ wych 10, a gwint 16 tulei wcisniety jest w wew¬ netrzne scianki krócców rurowych 10 gdyz przy koncowym dokrecaniu gwintu, stozkowe rozszerze¬ nie 14 powoduje rozwalcowanie materialu co w re¬ zultacie tworzy trwale polaczenie krócców ruro¬ wych 10, z rura zbiorcza 7.W przykladzie wykonania przedstawionym na fig. 8, w otworach 12 sciany 11 rury zbiorczej 7 umieszczone sa krócce 17, których zewnetrzne kon¬ ce 18 sa wyoblone przy czym na konce te nasa¬ dzone sa krócce rurowe 10 elementu 1, 4, 5 lub 6 uprzednio podgrzane. Po ochlodzeniu i skurczeniu sie krócce rurowe 10 sa zacisniete na koncach 18 krócców rurowych 17 osadzonych w rurze zbior¬ czej 7. Podobny przyklad wykonania przedstawia fig, 9, na której konce 18 krócców rurowych 17 osadzonych w sciance 11 rury zbiorczej 7 sa prze¬ wezone a krócce rurowe 10 nasadzone na konce 18 sa zamocowane na nich za pomoca dwóch tasm zaciskowych 19, polaczonych ze soba srubami 20.Korzystne jest równiez mocowanie krócców ru¬ rowych 10 czesci lacznej 8 wymiennika ciepla, wprowadzonych do otworów 12 scianki 11 rury zbiorczej 7 za pomoca srodków uwidocznionych na fig. 10 i 11. W tym przypadku polaczenie wytrzy¬ male na sciskanie osiaga sie dzieki zastosowaniu umieszczonych w rurze zbiorczej 7 sprezyn srubo¬ wych 21, które z jednej strony sa wprowadzone do otworów 22 w sciance 11, przy czym otwory 22 usytuowane naprzeciw otworów 12, a z drugiej ,strony kazda ze sprezyn 21 wyposazona jest w tu¬ leje stozkowa 23, która przy czesciowo zwolnionym stanie sprezyny 21 przedstawionym na fig. 10 sie¬ ja do wnetrza odpowiedniego otworu 12. Gdy czesc laczna 8 wprowadzana jest do rury zbiorczej 7 w kierunku strzalki 24 uwidocznionej na fig. 11, a krócce rurowe wchodza do otworów 12 rury zbiorczej 7, to tuleje 23 siegajace do krócców ru¬ rowych 10 wcisniete sa mimo nacisków sprezyn srubowych 21 do pozycji przedstawionej na fig. 11.W pozycji tej tuleje 23 na skutek oddzialywania sprezyn 21, wywieraja nacisk skierowany promie¬ niowo na zewnetrzna strone krócca rurowego 10 i dociskaja go do wewnetrznych powierzchni otworów 12. Konce krócców rurowych 10 siegajace do wnetrza rury zbiorczej 7 sa rozwalcowane w ta¬ ki sam sposób jak to zostalo przedstawione na fig. 7.Na fig. 12—14 uwidocznione sa inne przyklady ^wykonania sprezyn spiralnych 25—27, których zwoje 28 uksztaltowane sa stozkowo o takim sa¬ mym nachyleniu jak tuleje 23, sprezyny te przej¬ muja zadanie tulei 23, na skutek czego przy zasto¬ sowaniu sprezyn 25—27 tuleje 23 staja sie zby¬ teczne.W czasie montazu wskazane jest podgrzewanie rury zbiorczej 7 przed wprowadzeniem krócców rurowych 10 do otworów 12 az do uzyskania tem¬ peratury plastycznosci tworzywa sztucznego. Ele¬ menty wymiennika ciepla 1, 4, 5 lub 6 sa laczone w jeden bok za pomoca listew dystansowych 30, dostosowanych do profilu ulozenia rur 2 i srodni¬ ków 3 w elemencie wymiennika, przy czym listwy 30 sa wklejone lub wspawane miedzy sasiednie elementy 1. Listwy te moga byc równiez polaczone 5 za pomoca nitów, srub lub tez za pomoca sciaga¬ czy, które przewlekane sa przez wykonane w sred¬ nikach 3 otwory 32, uwidocznione na fig. 16.W bloku 33 wymiennika ciepla uwidocznionym na fig. 17 elementy wymiennika ciepla 34—37, le- 10 zace w jednej plaszczyznie wlaczone sa w sposób szeregowy i polaczone ze soba za pomoca rur zbiorczych 38—42, przy czym strzalki 43 wskazuja kierunek przeplywu medium doplywajacego do elementów 34—37 bloku wymiennika ciepla 33. 13 Aby przy kazdorazowym podgrzewaniu rur zbior¬ czych 38—42 umozliwic ich wydluzenie, rury te polaczone sa za pomoca tulei 44—46, które umoz¬ liwiaja swobodne wydluzenie rur zbiorczych 38—42 w kierunku strzalki 47, dzieki temu w ru- 20 rach bloku wymiennika ciepla 33 nie powstaja na¬ prezenia cieplne.Na fig. 18 przedstawiono inny uklad elementów rurowych 48 wymiennika ciepla, w którym ele¬ menty 49/50 i 50/51 wlaczone sa parami jeden za 25 drugim i polaczone za pomoca rur zbiorczych 53 lub 54 z rura 55 doprowadzajaca medium, a za po¬ moca rur zbiorczych 56 lub 57 z rura 58 odprowa¬ dzajaca schlodzone medium. 30 Zewnetrzne konce elementów 49/50 lub 51/52 wymiennika ciepla polaczone sa ze soba za pomo¬ ca rur zbiorczych 59 i 60. Kierunek przeplywu me¬ dium przez elementy rurowe 48 jest oznaczony strzalka 43.Ze wzgledu na to, ze wspólczynnik rozszerzal- 35 nosci cieplnej tworzywa jest okolo szesc razy wiekszy od wspólczynnika rozszerzalnosci cieplnej metalu, nalezy elementy rurowe 33 i 48 montowac w odleglosciach uwzgledniajacych ta rozszerzal¬ nosc. 40 Gdy rury zbiorcze 38—42 i 53—54 lub 59/60 wy¬ konane sa z metalu, to rury zbiorcze 39/41 lub 59/60 ulozone na zewnatrz, musza byc osadzone prze¬ suwnie. W ukladzie przedstawionym na fig. 18 przesuw mozna osiagnac za pomoca waleczkowego 45 Lozyska 61. Obie odmiany przedstawione na fig. 17 i 18 elementów rufowych 33 i 48 wymiennika ciepla moga byc zastosowane do duzych wydaj¬ nosci, poniewaz mozna je w sposób latwy przyla¬ czac. W tych przypadkach elementy 34—37 lub 50 49—52 do wymiennika ciepla mozna laczyc ze so¬ ba w sposób zespolowy niezaleznie od tego czy be¬ da one laczone potem w sposób szeregowy lub równolegly. 55 PL PL

Claims (18)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Element wymiennika ciepla z materialu o ma¬ lej przewodnosci i wytrzymalosci cieplnej, zna- 60 mienny tym, ze sklada sie z kilku lub kilkudzie¬ sieciu równoleglych cienkosciennych rur (2), pola¬ czonych ze soba za pomoca srodników (3).

2. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze osie wzdluzne rur (2) i osie 65 symetrii wzdluznej srodników (3) sa równolegle7 i leza na powierzchni plaskiej, falistej, zygzako¬ watej lub tez tworza powierzchnie o odsadzeniach na przemian zaokraglonych.

3. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze srodniki (3) na swych kon¬ cach, na dlugosci e, posiadaja wyciecia, które two¬ rza poszczególne krócce rurowe (10).

4. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze krócce rurowe (10) znaj¬ dujace sie w zakresie czesci laczacych (8) siegaja do otworów (12) rury lub skrzyni zbiorczej (7).

5. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 1—4, znamienny tym, ze krócce rurowe (10) pola¬ czone sa ze sciana (11) rury zbiorczej (7) lub skrzy¬ ni zbiorczej za pomoca klejenia, zalewania lub spawania.

6. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 1—4, znamienny tym, ze kazdy króciec rurowy (10) umocowany jest w sciance <11) rury zbiorczej (7) za pomoca gwintowanej tulei (15) zaopatrzonej na koncu w stozkowe rozszerzenie (14), unieruchamia¬ jace króciec rurowy (10) w sciance (11) rury lub skrzyni zbiorczej (7).

7. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 1—4, znamienny tym, ze kazdy króciec rurowy (10) jest zamocowany na wolnym koncu (18) krócców rurowych (17) umieszczonych w sciance (11) rury lub skrzyni zbiorczej (7).

8. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 7, znamienny tym, ze wszystkie konce (18) krócców rurowych (17) osadzonych w sciance (11) lub skrzy¬ ni zbiorczej (7) posiadaja wyofolenie lub przewe¬ zenie.

9. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 7 i 8, znamienny tym, ze krócce rurowe (10) nasa¬ dzone na krócce rurowe (17 scianki (11) rury lub skrzyni zbiorczej (7) umocowane sa za pomoca za¬ cisku rurowego (19/20) lub opaski zaciskowej.

10. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 1—4, znamienny tym, ze posiada spiralne sprezyny (21, 25, -26, 27) przeznaczone do mocowania króc¬ ców rurowych (10) wsunietych w otwory (12) scianki (11) rury lub skrzyni zbiorczej (7).

11. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 10, znamienny tym, ze sprezyny srubowe (21, 25, 26, 27), opieraja sie jednym koncem o powierzchnie wewnetrzna scianki (22) rury lub skrzyni zbior- 573 8 czej (7) i sa usytuowane naprzeciw otworu (12), a drugim koncem siegaja do krócca rurowego (10) wprowadzonego do otworu (12), w sciance (11) ru¬ ry zbiorczej (7). 5

12. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 11, znamienny tym, ze konce spiralnych sprezyn (21, 25, 26, 27) siegajace do krócców rurowych (10) sa uksztaltowane stozkowo lub sa wyposazone w stoz¬ kowa przejsciowa tuleje (28). io

13. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 1—12, znamienny tym, ze polaczony jest w blok wymiennika ciepla (31) za pomoca listew dystan¬ sowych (30), dostosowanych do ukladu rur (2) i srodników (3) tegoz elementu (1, 4, 5 lub 6). 10

14. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 13, znamienny tym, ze tworzy blok (31), w którym listwy dystansowe (30) sa wklejone lub wspawane miedzy sasiednie elementy (1, 4, 5, 6).

15. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 13, znamienny tym, ze tworzy blok (31), w którym listwy dystansowe <30) polaczone sa z elementami (1, 4, 5, 6) wymiennika ciepla, za pomoca nitów, srub lub sciagaczy, które sa przepuszczone przez srodniki (3). 25

16. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 13—15, znamienny tym, ze tworzy blok wymienni¬ ka ciepla (33) w którym elementy (34—37) usytuo^ wane sa równolegle do siebie i polaczone szerego¬ wo, a konce elementów (34—37) polaczone sa ze soba na przemian, za pomoca rury lub skrzyni zbiorczej (38—42), przy czym rury lub skrzynie zbiorcze (38—42) osadzane sa niezaleznie od siebie.

17. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 16, 35 znamienny tym, ze tworzy blok wymiennika cierpla (33) w tótórym rury lub skrzynie zbiorcze (38—42) usytuowane sa jedna za druga i polaczone za pomoca tulei lub laczników (44, 45, 46).

18. Element wymiennika ciepla wedlug zastrz. 40 13—15, znamienny tym, ze tworzy blok wymienni¬ ka ciepla w którym elementy (49—52) usytuowane sa równolegle a ich konce polaczone sa za pomo¬ ca co najmniej dwóch wspólnych rur lub skrzyn zbiorczych (55, 58, 59, 60), przy czym co najmniej, 45 jedna rura lub skrzynia zbiorcza (59/60) osadzona jest przesuwnie w kierunku wzdluznym elementu (49—52) wymiennika ciepla.KI. 17f,12/06 69 573 MKP F28f 1/12 Fig. 2 25 26 _27 Fig.11 Fig.12 Fig.15 Fig.12 Fig3 Figi u "-52 32 Fig.16 47 Fia.9 Fig.10 Fig. 16 PL PL