CS257640B1

CS257640B1 - Heat exchanger

Info

Publication number: CS257640B1
Application number: CS867464A
Authority: CS
Inventors: Josef Novotny; Vladimir Masak
Original assignee: Josef Novotny; Vladimir Masak
Priority date: 1986-10-15
Filing date: 1986-10-15
Publication date: 1988-05-16
Also published as: CS746486A1

Abstract

Výměník tepla sestává z jedná nebo nanejvýše deseti paraleleně zapojených trubek z termoplastu či kombinace termoplastu a kovu s alespoň dvěma podélnými prostorami uvnitř každé z těchto trubek. Podstata řešení spočívá v tom, že tato výměníková trubka či trubky jsou navinuty v alespoň jedné vrstvě tak, že poměr mezi nejmenším průměrem nejmenší vrstvy k největšímu příčnému rozměru výměníkové trubky je takový, že platí ^min = 20, v závitech d o jejichž stoupání platí s «= n.d, kde n je počet paralelně zapojených výměníkových trubek nebo tak, že počet vrstev je dělitelný číslem n, přičemž výměníkové trubky jsou opatřeny bud samonosnou tepelnou isolací nebo nesamonosnou tepelnou isolací s obestavěním.The heat exchanger consists of one or at most ten parallel-connected tubes made of thermoplastic or a combination of thermoplastic and metal with at least two longitudinal spaces inside each of these tubes. The essence of the solution lies in the fact that this exchanger tube or tubes are wound in at least one layer so that the ratio between the smallest diameter of the smallest layer to the largest transverse dimension of the exchanger tube is such that ^min = 20, in the threads d o whose pitch is s « = n.d, where n is the number of parallel-connected exchanger tubes or so that the number of layers is divisible by n, the exchanger tubes being provided with either self-supporting thermal insulation or non-self-supporting thermal insulation with enclosure.

Description

Vynález se týká uspořádání výměníku tepla provedeného z jediného nebo nanejvýše deseti paralelně zapojených dvojitých výměníkových trubek z termoplastu či z kombinace termoplast kov.The invention relates to a heat exchanger arrangement made of a single or at most ten double-connected double heat exchanger tubes of thermoplastic or a combination of thermoplastic metal.

Taková trubka výměníku tepla je vyráběna jako trubka prakticky neomezené délky s alespoň dvěma podélnými prostorami uvnitř této trubky, přičemž nejúčinnějši uspořádání zapojení ohřívání a ohřívací tekutiny je v systému protiproudu.Such a heat exchanger tube is manufactured as a tube of virtually unlimited length with at least two longitudinal spaces within the tube, the most efficient arrangement of the heating and heating fluid connection being in the countercurrent system.

To znamená, že alespoň v jedné z podélných prostor proudí ohřívaná tekutina jedním směrem a v sousedním podélném prostoru ohřívací tekutina směrem opačným v délce např. 500 m.That is, in at least one of the longitudinal spaces, the heated fluid flows in one direction and in the adjacent longitudinal space the heating fluid flows in the opposite direction for a length of, for example, 500 m.

Uspořádání této dlouhé trubky a její isolace činí potíže. Dosud nejsou známy výměníky provedené z takto koncipované nekonečné dvojité výměníkové trubky.The arrangement of this long pipe and its isolation makes it difficult. To date, exchangers made of such an endless double heat exchanger tube are not known.

Kovové protiproudé výměníky trubka v trubce opatřené koleny a přírubami, jsou uspořádány ve vlásenkách tvořících společný blok, který je celý tepelně isolován zásypem z mineralisovaných pilin či plevami. Výměníky se zataženými trubkami do trubky z plastu isolovány nejsou.The metal countercurrent tube and tube heat exchangers provided with elbows and flanges are arranged in hairpins forming a common block, which is completely thermally insulated by backfill from mineralized sawdust or chaff. Exchangers with retracted pipes are not insulated into the plastic pipe.

Nevýhody uspořádání a isolace výměníku trubka v trubce, odstraňuje výměník tepla podle vynálezu sestávající z jedné nebo nanejvýš deseti paralelně zapojených výměníkových trubek alespoň se dvěma podélnými prostorami uvnitř každé z těchto výměníkových trubek,, jehož podstata spočívá v tom, že trubky, které jsou navinuty v alespoň jedné vrstvě tak, že poměr mezi nejmenším průměrem D_ffl^_n nejmenší vrstvy a největším příčným rozměrem d výměníkové trubky je takový, že platí - = 20. Výměníkové trubky jsou navinuty v závitech o stoupání s = n . d, kde n je počet paralelně zapojených výměníkových trubek nebo tak, že platí, že počet vrstev je dělitelný číslem n. Náviny výměníkových trubek jsou přitom opatřeny bud samostatnou tepelnou isolací nebo tepelnou isolací nesamonosnou s obestavěním.Disadvantages of the arrangement and isolation of a tube-in-tube heat exchanger, the heat exchanger according to the invention, consisting of one or at most ten parallel-connected heat exchanger tubes with at least two longitudinal spaces inside each of these heat exchanger tubes, removes the tubes. at least one layer such that the ratio between the smallest diameter D _ffl ^ _{n of the} smallest layer and the largest transverse dimension d of the exchanger tube is such that - = 20. The exchanger tubes are wound in threads of pitch s = n. d, where n is the number of heat-exchanger tubes connected in parallel or so that the number of layers is divisible by n. The coils of the heat-exchanger tubes are provided either with a separate thermal insulation or a non-self-contained thermal insulation.

Tepelná isolace přitom může být provedena sypkou či vláknitou hmotou nebo pěnivým plastem. Kompaktnost návinů výměníkových trubek do závitů a vrstev je zajištěna tím, že výměníkové trubky jsou navinuty na buben alespoň s jedním čelem nebo jsou navinuté vrstvy drženy lištami se svorníky nebo jsou navinuté vrstvy výměníkových trubek přepáskovány páskami.The thermal insulation can be carried out by a loose or fibrous mass or by a foaming plastic. The compactness of the coils of the coils to the threads and layers is ensured by the coils being wound on a drum with at least one face, or the coiled coils are held by bolt strips or the coiled coils of coils are banded by tapes.

Výhody takto provedeného výměníku jsou zřejmé. Je to hlavně jednoduchost jak výroby, tak isolace. Jako návinový buben je možno použít buben z odtahového zařízení stroje na vytlačováni výměníkové trubky. Nebo lze na tomto odtahovém bubnu vrstvy výměníkové trubky spojit lištami a svorníky a celý výměník z tohoto bubnu stáhnout nebo lze náviny pouze přepáskovat.The advantages of such a heat exchanger are obvious. It is mainly the simplicity of both production and insulation. As a winding drum, it is possible to use a drum from the exhaust device of the exchanger tube extrusion machine. Alternatively, the heat exchanger tube layers can be joined with bars and bolts on this draw-off drum and the entire heat exchanger can be pulled from this drum or the windings can only be stripped.

, Zpevněné vrstvy výměníkové trubky resp. výměníkových trubek bud samotným bubnem či lištami se svorníky či přepáskováním lze ustavit do obestavění a volný prostor lze vyplnit, vysypáním, např. perlitem, polystyrénovými kuličkami, plevami, mineralisovanými pilinami apod. nebo vycpat, např. minerální, skelnou resp. kaolinovou vláknitou hmotou. Nebo lze volný prostor vypěnit novým plastem, např. polyuretanovou pěnou., Reinforced layers of exchanger tube resp. heat exchanger tubes either by the drum itself or by bars with bolts or tapes can be placed in the enclosure and the free space can be filled, by pouring eg perlite, polystyrene balls, chaff, mineralized sawdust etc. or stuffing eg mineral, glass or plastic. kaolin fiber mass. Or the free space can be foamed with new plastic, eg polyurethane foam.

Jestliže je tato pěna dostatečně tuhá, může být obestavění Vynecháno resp. je ho možno použít jako vypěňovací formy a po ztuhnutí pěny obestavění sundat. Isolace je vlastně vyztužena samotnou výměníkovou trubkou a je samonosná.If this foam is sufficiently rigid, the enclosure may be omitted or not. it can be used as a foaming mold and after the foam has set, remove the coating. The insulation is actually reinforced by the heat exchanger tube itself and is self-supporting.

Je přitom výhodné, aby ten konec výměníkové trubky, který má povrch teplejší, byl vyústěn z první vrstvy návinu, tj. na menším průměru a na této straně provedena silnější isolace. Tím dojde k úspoře isolační hmoty. K úspoře isolace dochází již tím, že závity výměníkové trubky dosedají na sebe a každá následující vrstva vlastně isoluje vrstvu předcházející .It is advantageous for the end of the heat exchanger tube having the surface to be warmer to flow out of the first coil layer, i.e. on a smaller diameter and on this side to provide stronger insulation. This saves the insulation material. The insulation is saved by the threads of the heat exchanger pipe abutting each other and each subsequent layer actually insulates the previous layer.

Jestliže je výměník proveden z několika paralelně zapojených trubek, je možno je vinout společně bud do jedné vrstvy nebo společně vinout tolik vrstev, kolik je jich paralelně zapojeno.If the exchanger is made of several tubes connected in parallel, they can be wound together either in one layer or together as many layers as they are connected in parallel.

Celé uspořádání je kompaktní, snižuje nároky jak na půdorysnou plochu, tak na obestavěný prostor včetně isolace. Vzhledem k minimalisaci isolace je i velmi lehký a snadný pro přepravu. Ve výrobě lze snadno volit, při zachování určitého dosažitelného minimálního průměru nejmenší vrstvy, tvar celého výměníku - bud dlouhý jednovrstvý válec, či krátký válec o větším průměru s více vrstvami navinuté výměníkové trubky.The whole arrangement is compact, reducing the demands on both the ground plan and the enclosed space, including insulation. In order to minimize insulation, it is also very light and easy to transport. In production, it is easy to select the shape of the entire exchanger - either a long single-layer cylinder or a short cylinder with a larger diameter with multiple layers of coiled coil - while maintaining a certain achievable minimum diameter of the smallest layer.

Příklady provedení zařízení podle vynálezu jsou na připojených obrázcích, kde obr. 1 - ukazuje příčný řez výměníkové trubky, obr. 2 - podélný osový řez výměníkovou trubkou, obr. 3 - osový řez celým výměníkem s jednou výměníkovou trubkou vinutou ve dvou vrstvách, > zpevněný lištami a svorníky, tepelně isolovány s obestavěním, obr. 4 - osový řez celým výměníkem - levá polovina s návinem dvou paralelních výměníkových trubek v jedné vrstvě na buben s jedním čelem a zaisolovány bez obestavění - pravá polovina s návinem dvou paralelních výměníkových trubek s návinem ve dvou vrstvách se zpevněním vrstev jen páskováním a zaisolováním bez obestavění.Fig. 1 shows a cross section of a heat exchanger tube, Fig. 2 shows a longitudinal axial section of a heat exchanger tube, Fig. 3 shows an axial section of an entire heat exchanger with one coil in two layers,> reinforced Fig. 4 - axial section of the whole exchanger - left half with coil of two parallel heat exchanger tubes in one layer on a single-face drum and insulated without lining - right half with coil of two parallel heat exchanger tubes with coil in coil two layers with reinforcement layers only by strapping and insulating without lining.

Na obr. 1 je vyobrazena nejjednodušší verze výměníkové trubky 2 v řezu kolmém na podélnou osu, označen největším vnějším rozměrem d výměníkové trubky _1, podélný prostor 10 a sousední podélné prostory 11 a označeny známými značkami směru toku tekutiny, tj. v podélném prostoru 10 od pozorovatele, např. směr 13 a v podélných prostorech 11 k pozorovateli tj. směrem 12 a dále teplosměnná přepážka 20.FIG. 1 shows the simplest version of the heat exchanger tube 2 in cross section perpendicular to the longitudinal axis, denoted by the largest external dimension d of the heat exchanger tube 1, the longitudinal space 10 and adjacent longitudinal spaces 11 and indicated by known fluid direction markers, i.e. an observer, e.g., direction 13, and in the longitudinal spaces 11 to the observer, i.e., direction 12, and a heat exchange screen 20.

Na obr. 2 je stejnými označeními popsána výměníková trubka 2 v osovém řezu.In FIG. 2, the heat exchanger tube 2 in axial section is described with the same designations.

Na obr. 3 znamená označení - výměníková trubka 2 navinutá ve dvou vrstvách 2 zpevněných lištami 2 spojených svorníky 6, jsou zaisolovány tepelnou isolací jJ na vnitřní straně větší tlouštky než na straně vnější, tj. větší tlouštky na straně teplejšího konce 15 a slabší tepelné isolace 2 na straně studenějšího konce 16. Tepelná isolace J3 je držena obestavěním 9. Na obr. 3 je naznačen rovněž minimální průměr D . návinu vrstvy 2 a stoupání s závitu výměníkové trubky 1. ve vrstvě 2.In Fig. 3 the designation - the exchanger tube 2 wound in two layers 2 reinforced by bars 2 connected by bolts 6, are insulated by thermal insulation 11 on the inner side of a greater thickness than on the outer side, ie greater thickness on the warmer end side 15 and weaker thermal insulation 2 on the cold end 16 side. The thermal insulation 13 is held by the enclosure 9. In FIG. 3, the minimum diameter D is also indicated. winding of the layer 2 and the thread pitch of the heat exchanger tube 1 in the layer 2.

Na obr. 4 v levé polovině znamená označení - výměníková trubka 2 navinutá v jedné vrstvě 2 na buben jJ s jedním čelem 4, tepelná isolace 8 je provedena bez obestavění. Na pravé straně téhož obr. 4 je totéž označení, navíc je znázorněno zpevnění vrstev páskou 7_. Na obr. 4 je rovněž znázorněno stoupání s = n . d v případně n = 2, t j. kdy jsou navíjeny dvě výměníkové trubky 2 společně do jedné vrstvy 2 a v druhé polovině tudíž téhož obrázku situace, kdy jsou dvě výměníkové trubky 2 navinuty do dvou vrstev 2, kdy je počet vrstev číslem n dělitelný.In the left-hand part of FIG. 4, the designation - exchanger tube 2 wound in one layer 2 on a drum 11 with one face 4, the thermal insulation 8 is carried out without encasement. On the right side of the same FIG. 4 there is the same designation, moreover, the reinforcement of the layers by tape 7 is shown. FIG. 4 also shows the slope s = n. d in optionally n = 2, i.e. two heat exchanger tubes 2 are wound together into one layer 2 and in the other half of the same picture of the situation where two heat exchanger tubes 2 are wound into two layers 2, where the number of layers is divisible by n.

Princip činnosti výměníku je podle vyobrazení na obr. 1 a obr. 2 zřejmý. Proudící tekutina ve výměníkové trubce 2 v podélném prostoru 10 předává nebo získává teplo přes teplosměnnou přepážku 20 proudící tekutině v podélných prostorách 2_1. Budou-li oba směry 12, 13 proudu tekutiny souhlasné, bude se jednat o souproud, budou-li opačné o protiproud.The principle of operation of the exchanger is apparent from the figures in FIGS. 1 and 2. The flowing fluid in the heat exchanger tube 2 in the longitudinal space 10 transfers or acquires heat through the heat exchange partition 20 to the flowing fluid in the longitudinal space 21. If the two fluid flow directions 12, 13 are consistent, it will be a co-current if the opposite is countercurrent.

Z obr. 3 je zřejmé uspořádání jediné velmi dlouhé výměníkové trubky 2, která může být takto navíjena přímo při své výrobě na vytlačovacím stroji. Obr. 3 a obr. 4 znázorňuji různé možné uspořádání návinů výměníkové trubky 2 do vrstev ;j, jejich zpevnění lištami 5 a svorníky 8, resp. pouze přepáskováním páskami T_ nebo přímo ponecháním na navíjecím bubnu 2 ⁸ čely 4_.The arrangement of a single very long heat exchanger tube 2 can be seen from FIG. Giant. 3 and 4 show different possible arrangements of the coils of the heat exchanger tube 2 into layers; only by taping T1 or directly leaving on the winding drum ^{28 the} fronts 4.

Dále je znázorněno možné tepelné zaisolování výměníkové trubky 2 tepelnou isolacíFurthermore, a possible thermal insulation of the heat exchanger tube 2 by thermal insulation is shown

9_, a to bud nesamonosnou isolací s obestavěním 2 nebo samonosnou tepelnou isolací fi bez obestavění. Výhody tohoto uspořádání jsou jednak v jednoduchosti výroby a tím i láci zařízení, jednak dokonalé tepelné isolaci. Tepelná isolace je nesrovnatelně lepší než u běžně známých typů tepelných výměníků.9, either by non-self-contained insulation with enclosure 2 or by self-supporting thermal insulation fi without enclosure. The advantages of this arrangement are, firstly, simplicity of manufacture and hence cheap equipment, and secondly perfect thermal insulation. Thermal insulation is incomparably better than the conventional heat exchanger types.

Její dokonalost plyne již z použitého materiálu na výrobu výměníkové trubky JL, z konstrukce průžezu této výměníkové trubky j. a jejího zapojení tak, že s okolím bude sousedit ohřívaná tekutina, tj. že vlastní ohřívaná tekutina isoluje ztrátu tepla ohřívací tekutiny, dále, že následující vrstva 2_ navinuté výměníkové trubky 1_ o nižší povrchové teplotě isoluje vrstvu JL předcházející.Its perfection results from the material used for the production of the heat exchanger tube, the construction of the cross section of the heat exchanger tube 1 and its connection so that the heated liquid is adjacent to the surroundings, i.e. the actual heated liquid isolates the heat loss of the heating liquid. the lower surface temperature layer 2 of the wound heat exchanger tube 7 insulates the preceding layer 11.

Levný způsob tepelné isolace 8 zásypem či vycpáním, může být proveden na teplejším konci výměníkové trubky 1_ silnější, naopak na studenějším slabší, přičemž teplejší konec může být proveden na menším poloměru. Totéž platí u vypěnění tuhou plastickou hmotou, kdy je dokonce uspořeno i obestavění.The inexpensive method of thermal insulation 8 by backfilling can be made thicker at the warmer end of the heat exchanger tube, while at the colder end it can be made at the colder end, while the warmer end can be made at a smaller radius. The same is true for foaming with rigid plastic, where even the enclosure is saved.

Výměník tepla podle vynálezu se hodí všude-tam, kde je třeba levného výměníku tepla, především mezi látkami agresivními či krustujícími nebo znečištěnými, především v chemickém, potravinářském průmyslu, v zemědělství a v čistírnách odpadních vod.The heat exchanger according to the invention is suitable wherever a cheap heat exchanger is required, especially among aggressive or crusting or polluted substances, especially in the chemical, food industry, agriculture and waste water treatment plants.

Claims

A heat exchanger consisting of one or at most ten thermoplastic or thermoplastic-metal combination tubing in parallel with at least two longitudinal spaces inside each of said tubes, characterized in that the heat exchanger tube (1) or tubes are wound in at least one layer (2). ), so that the ratio between the smallest diameter of the smallest layer (2) to the largest transverse dimension (d) of the heat exchanger tube (1) is such that it holds = 20, in the threads whose pitch (s) holds s = n. d, where n is the number of heat exchangers (1) connected in parallel or so, the number of layers (2) is divisible by n, the heat exchangers (1) being provided with either self-supporting thermal insulation (8) or non-self-supporting thermal insulation (8) enclosure (9).

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the thermal insulation (8) consists of a loose or fibrous mass.

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the thermal insulation (8) consists of a foam plastic.

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the layers (2) of the heat exchanger tubes (1) are wound on a drum (3) with at least one face (4).

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the coiled layers (2) of the heat exchanger tubes. (1) are held by rails (5) with bolts (6).

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the wound layers (2) of the heat exchanger tubes (1) are banded by tapes (7).