CS9100466A2 - Heat exchanging device - Google Patents

Description

f <s — 1 ·* ř ť Teplosměnné zařízení, zejména pro hybridní tepelná čerpadla14 s neazeotropickými pracovními medii

Oblast techniky

Vynález se týká teplosměnného zařízení, obsahujícího proti-proudový výměník tepla ,v podstatě vodorovného uspořádání, zej-ména pro hybridní tepelná čerpadla pracující s neazeotropickýmipracovními medii.

I

Dosavadní stav techniky

Tepelné výměníky teplosménného zařízení podle vynálezu jsoutoho druhu, kde medium v kapalném stavu se mění na páry nebo na-opak. U běžných pracovních medií tyto přeměny probíhají při stáléteplotě. Jsou však pracovní media, která sestávají z navzájem dobře rozpustných složek různé prchavosti a mění své fáze za nepře-tržitě rostoucích a klesajících teplot, když jejich kapalná fázepřechází do plynného stavu nebo naopak. Jestliže se taková ne-azeotropická pracovní media použijí u kompresních nebo hybridníchtepelných čerpadel, může se získat ve srovnání s čerpadly, použí-vajícími konvenčních pracovních medií, podstatného zvýšení účin-uosti. '

Hybridní tepelná Čerpadla jsou dobře známa, jak patrno např.z EP 0 021 "205 a v poslední době se dostala do popředí. pozornostiodborníků pro svou vysokou technickou jakost. Při provozu hybridních tepelných čerpadel je však třeba špi-nit určité požadavky.

Využití výhodného jevu nepřetržitě se měnících teplot pracovního prostředí v průběhu směny tepla vyžaduje samozřejmě proti-proudové tepelné výměníky, v nichž pracovní medium a medium, kte-ré se má chladit nebo ohřívat (tzv. "vnější" medium) proudí v protibežných směrech ve zcela uzavřených kanálech, např. trubkácho volitelném příčném průřezu nebo v nádobách s přepážkami jak jetomu u kotlových výměníků tepla známého druhu.

Protože dále koncentrace fází neazeotropického media se odsebc liší, je nutné, aby obě fáze proudily vedle sebe, přičemž 2 se sousední částice kapaliny a páry navzájem nepřetržitě dotý-kají, takže jejich teploty .se prakticky vyrovnají a je možnozískat optimální termodynamické výsledky. Takový nepřetržitýdotyk se zajistí, jestliže tok pracovního media je disperzní-ho typu, kde částice kapaliny jemně rozptýlené v proudícíchparách jsou jimi unášeny. Disperzní tok se obdrží vhodnou vol-bou parametrů zařízení a pracovních podmínek. :

Uspořádání toku muže však být složené povahy, kdy jádrodisperzního proudu je obklopeno prstencovou okrajovou vrstvou,čímž se značně poruší tepelná rovnost fází pracovního media.Tento nepříznivý účinek je možno odstranit míchadlem, uspořá“daným v trubkách, vedoucích fází pracovního media, jak je po-psáno např. v EP 0 2á2 838.

Další potíž vzniká, když pracovní medium proudí více rov-noběžnými kanály Či trubkami, nikoliv v jedné trubce.’ V tako-vém případě musí samozřejmě obě fáze pracovního media být roz- děleny rovnoměrně do jednotlivých lcanálů či trubek tepelnéhovýměníku, jinak mohou vzniknout nestejné průběhy změn teploty,vyvolávající ztráty podobné ztrátám v důsledku nedostatečnéhodisperzního proudu*

Problém rovnoměrného rozdělení pracovního media do více r ovil oběžných kanálů.či trubek je zvlášt důležitý u tepelnýchvýměníků pro velká průmyslová zařízoní, která mohou mít 50 až100 rovnoběžných teplosmonných trubek, jejichž optimální délka,může Činit 30 až áO m. Udržení rovnoměrného rozdělení prouduobou fází a jejich výrazné oddělení v takových teplosměnnýchtrubkách představuje zvláštní problémy, nehledě na samotnouvýrobu, dopravu a montáž na místě stavby. K využití výhod, jež skýtají hybridní tepelná čerpadlaa odstranění výše uvedených potíží byla již navržena různá tep-losraěnná zařízení se svislými nebo vodorovnými výměníky tepla.Známá zařízení jsou konstruována na principu tepelných výměníků používaných u absorpčních chladniček nebo tepelných čerpadel.

Jejich hlavní, nedostatek tkví v tom, že ze své podstaty nemohou zajistit vhodný průběh změn teploty fází pracovního media, bez něhož nemůže být dosaženo optimální účinnosti tepelných Čerpa- del. 3 i, Hlavním cílem vynálezu je vytvoření toplosměnhóho zaří- zení, které vyhovuje všem požadavkům funkce a konstrukce hy- i bridních tepelných čerpadel, pracujících s neazeotropickým i > pracovním médiem, zejména požadavku dosažení souběžných te- ·.· pelných změn fází pracovní kapaliny nezávisle na velikosti | zařízení a jednoduchým způsobem. Vzhledem k zvláštní povaze ? potřeb proudění,. a~ pracovních medii . se navrhuje teplosměnné r zařízení, obsahující proti proudové výměníky tepla v podstatě í vodorovného uspořádání a kotlového provedení. Podle hlavní myš- ; !· lenky vynálezu se rovnoměrné rozdělení fází pracovního mediado teplosměnných trubek dosáhne tím, že se uspořádá před výtnČ- j nxkem tepla (ve směru toku) rozdělovač media, jestliže fáze ; pracovního media přitékají odděleně jako Čistá kapalina a ěis- $

tá páry. V tomto případě má rozdělovač media jediný úkol rovno- ..J měrně rozdělovat přicházející čisté fáze do teplosměnných tru- ώ; bek a k tomu účelu má kromě vstupu pro zavedení fází větší po- !i; čet výstupů, uapř. trubek, jejichž počet odpovídá počtu teplo- '7 směnných trubek, takže je možno vytvořit přímé a individuální ; spojení mezi výstupy rozdělovače media a teplosměnnými trubkamia tím se dosáhne hlavního cíle vynálezu, t.j. rovnoměrného roz- «í: dělení fází pracovního media do teplosměnných trubek* ’ -.v. í? ·. Podstata vynálezu Předmětem vynálezu je tedy obecně řečeno teplosměnné zaří-zení, obsahující v podstatě vodorovný protiproudový výměník tep-

I la kotlového typu, zejména pro hybridní tepelná čerpadla pracu-jící s neazeotropickými pracovními medii. Vlastní vynalož spočí-vá v tom, že rozdělovač media s výstupy, jejichž počet odpovídápočtu teplosměnných trubek jež jsou spojeny každá s jedním výs-tupem rozdělovače media. Při vhodně zvolených mechanických a ter-mbdynáníxčkých parametrech teplosměnných trubek, což je v rámciznalostí průměrného odborníka, zamýšlí-li vytvořit disperzní tok,takové uspořádání zajišťuje souběžné prouděni;fází pracovníhomedia, čímž se značně zvýší účinnost přidruženého tepelného čer-padla· 1 'Ί v £ - 4 - | * τ'.

I

Rozdělovač media s výhodou obsahuje plaší s rozdělovacími í- *·’ ;· trubkami k vevádění kapalné fáze pracovního media, ústícími nad ; dnem pláště, přičemž výstupy v podobě trubek vyčnívají dolů ze i, dna pláště soustředně s rozdělovacími trubkami a průtočný prů- £ ,í rez výstupů či trubek je větší než příčný průtočný průřez roz- ř? dělovacích trubek. Takový rozdělovač media se vyznačuje kromě r jednoduchosti- konstrukce, spolehlivostí rozdělování obou fází \ pracovního media do trubek tvořících výstupy, “

Rozdělovači trubky mohou obsahovat regulátor intenzity J toku, který umožňuje přesné nastavení intenzity toku v jednot- £ livých rozdělovačích trubkách na společnou hodnotu, čímž se | spolehlivě vytvoří rovnoměrné rozdělování kapalné fáze pracovní- g ho media ve výstupech. £ Výstupní konce rozdělovačích trubek nad dnem pláště rozdě- £ lovače media jsou s výhodou skoseny.'Proto kapalina proudící. g dolů vystupuje z rozdělovačích.trubek na nejnižším místě skose- £ nóho výtoku ve svislých čarách, nikoliv prstencovém průřezu, jakby tomu bylo u rozdělovačích trubek s rovnými okraji. Takto kon- ? centrovaným odběrem kapalné fáze pracovního media se část přič- . ného průřezu výstupů udržuje spolehlivě volná pro vstup plynné í fáze media. £

Jestliže fáze pracovního media nejsou od sebe zřetelně od- ; děleny a proto je ohroženo jejich rovnoměrné rozdělování, může £ se ve směru toku před rozdělovačem media uspořádat odlučovač í £ fází, připojený k rozdělovači a oddělující ze směsi kapaliny | a par kapalinu od par. Takový odlučovač fází zajišťuje, že pra- £ ------e ovní--medium-vstupuj.e_.do. .rozdělo.v.ač.e_.media v podobě .vzájemně____ ________ : dobře oddělených fází, což je základní podmínka spolehlivého : a správného rozdělování media.

Podle výhodného provedení má odlučovač fází pláší se vstu- " ; pem pracovního media, výstup plynné fáze spojený s výstupem plyn- j né fáze rozdělovače media, výstup kapalné fáze spojený s rozdě- ’ lovacími trubkami rozdělovače media a přihradový odlučovač mezi vstupem pracovního media a výstupem kapalné fáze uvnitř pláště ; a v odstupu od něj. Takové odlučovače fází se vyznačují jedno- duchou konstrukcí, která však přesto zajišíuje výrazné odlouče- ní fází pracovního media. ··¥· - 5 - V případe, že kapalná fáze pracovního media se dopravujepřetlakem, nikoliv vlastní tíží, jo s výhodou uspořádáno vý-tlačné čerpadlo v trubce, která spojuje výstup kapalné fáze od-lučovače fází s rozdčlovacími trubkami rozdělovače media· Uspo-řádáni čerpadla v této spojovací trubce je jednoduché pro mon-táž a kontrolu činnosti.

Rozdělovač media a odlučovač fází muže být sloučen v. jednujednotku ve společném plášti. Tam, kde fáze pracovního mediase musí odlučovat před rozdělováním, má taková kombinovaná jed-notka výhodu malé spotřeby místa a jednoduchosti.

Společný plaší s výhodou obsahuje příhradový odlučovač us-pořádaný proti vstupu pracovního media, sběrnou vanu kapalinypod odlučovačem v odstupu od pláště, přepážku upevněnou na pláš-ti naproti vstupu pracovního media a nad sběrnou vanou kapaliny,rozdělovači trubky se skosenými výstupními konci, vstupující do- · ΐ. vnitř ze dna sběrné vany pro kapalinu a ústící nad dnem společ-ného pláště, a výstupy, vyčnívající dovnitř ze dna společnéhopláště soustředně s rozdělovacími trubkami a spojené jednotli-vě s teplosměnnými trubkami výměníku tepla, při čemž příčnáprůtočná plocha výstupůjc větší než příčná průtočná plocha roz-dělovačích trubek. V tomto případě všechny funkce rozdělovačemedia a odlučovače fází vykonává jedna kompaktní jednotka poměr-ně jednoduché konstrukce a omezené velikosti. Krómě obecné myš-lenky kombinace přepážka upevněná k plášti za příhradovým odlu-čovačem (z hlediska směru proudění par) zajišťuje, že částicekapaliny unášené parami přesto, že prošly příhradovým odlučova-čem, se bezpečně vedou do sběrné vany kapaliny.

Rozdělovači trubky mohou mít dále ve svých vstupních čás-tech škrticí trysky. Trysky jsou určeny jednak k udržování hla-diny kapaliny ve sběrné vaně na libovolném setrvalém provoznímstavu a jednak zabraňuji přetečení nahromaděné kapaliny přímodo pláště. Splnění obou požadavků příznivě .ovlivňuje rovnoměr-né rozdělováni media do výstupů. Při znalosti maximální á mini-mální intenzity toku v daných bodech cyklu tepelného čerpadlamohou pracovnici takové požadavky snadno splnit.

Bylo již uvedeno, že délka trubek výměníků tepla ve velkých průmyslových zařízeních může být někdy nadměrná, z čehož vznikají různé problémy ve výrobě, dopravě atp. Aby se odstranily tytonevýhody, může se výměník tepla teplosměnného zařízení rozdě-lit na nejméně dvě výměníkové sekce, jejichž trubkové sekcejsou z hlediska toku media zařazeny v sérii. Takové rozděleníje usnadněno v podstatě vodorovným uspořádáním výměníku tepla,jehož sekce mohou být uspořádány nad sebou, takže potřebná dél-ka"se ’žísKa"ha menší" ploše. --------------- -- Sériové zapojení toku media znamená vzájemné spojení pláš-ΐύ a trubkových sekcí jednotlivých “per sobe jdoucích vyměníko-vých sekcí. Sériové spojení plášíů je zřejmé a nepotřebujepodrobný popis. Naproti tomu sériové spojení trubkových sekcívýměníku se může provést dvěma různými způsoby.

Jestliže se může počítat s výrazně oddělenými proudy fázípracovního media v trubkových sekcích, mohou se trubkové sekcepo sobě následujících výměníkových sekcí individuálně spojitspojovacími trubkami. Takové spojení umožňuje stavět výměníkytepla s trubkami libovolné délky na omezené ploše, protože pů-vodně rovnoměrně rozdělené pracovní medium proudí z jedné vý-měníkové sekce do dalěí tak, jako by proudilo.spojitými dlou-hými kanály. ...... * ·=. Přizpůsobivost ve volbo.výkonu jednotlivých výměníkovýchsekcí je zde zajištěna tím, že je možno použít spojovacích tru-·bek, které mají přechodové profily pro změnu průtočného průře-zu a tudíž termodynamických podmínek v následující (ve směruproudění) výměníkové sekci, jejíž trubková sekce má jiné prů-měry než trubky v předřazené výměníkové sekci.

Podobné" změny"jě'"možno~db'5'áhnOu't "uspořádáním^—j-ež—pouzí--------- vá trubkovnic; spojovací trubky i trubkové sekce následujícívýměníkové sekce, ústí do navzájem protilehlých trubkovnic,které jsou navzájem spojeny těsněním s otvory, které jsou sou-osé se spojovacími trubkami a trubkovými sekcemi. Takové uspo-řádání samozřejmě umožňuje spojovat trubky různého průměru a takzajistit žádané termodynamické podmínky v následujících výmění-kových sekcích. o

Jestliže naopak podíly fází v předřazené výměníkové sekci by se mohly odlišit a tím ohrozit průběh souběžných teplotních . !;íi·;1 - 7 - změn v různých trubkových sekcích, vytvoří se sériové spojenítrubkových sekcí následujících výměníkových sekcí s výhodoutím, že takové trubkové sekce se propojí kombinací následují-cího (ve směru proudění) rozdělovače media s předřazeným od-,lučovačem fází, jak popsáno výše. Toto sériové spojení,umož- "nuje obnovit rovnoměrné rozdělování fází v trubkových sekcíchnásledující výměníkové sekce, což může být. u velkých průmysl o-.,vých zařízení nezbytné.

Kromě toho takové propojení samozřejmě umožňuje změnitpočet trubkových sekcí ve dvou následujících výměníkových sek-cích navzájem. Znamená to zvýšenou přizpůsobivost konstrukcez hlediska výkonu a s tím spojených provozních podmínek.

Je znáno, že fáze media mají tendenci proudit odděleně.Např. kapalná fá^:e media proudí v trubce v prstencové podobě,kdežto fáze par pohybuje v jádru průtokového obrazce.' Fáze ^na-jí tendenci udržet nebo obnovit takový obrazec proudění, niko-liv proudit ve vzájemné disperzi. Když se tedy požaduje disper-zní tok, jak je tomu v případe výměníků tepla s hybridními te-pelnými čerpadly, je nutno zajistit přerušované míšení obow fá-zí, zejména v dlouhých teplosměnných trubkách. Takové míšení jemožno získat míchadly v trubkách, která podporuji disperzní tokpracovního media. Míchadla pro tento účel jsou známa, např. z'EP 0 2^2 838.Fáze media jsou nuceně vedeny odchylovacími plochami. Protože 1 ' / f vnější podmínky proudění se nemění, fáze směřují k znovuzíklcá-ní původního místa, které je však dosažitelné pouze vzájemnýmpronikáním, takže dochází k intenzivnímu míšení a disperzní tokse obnoví za mírného zvětšení průtočného odporu. Přehled obrázků na výkresech

Vynález je \ dalším popsán na základě výkresů, jež znázor-ňují příklady provedení. Na výkresech obr. 1 je pohled s částeč-ným řezem na hlavní Části vynálezu, obr. |a ukazuje podrobnostz obr. 1 ve zvětšeném měřítku, obr. 2 je podélný pohled v řezuná příkladné provedení rozdělovače tnedia podle vynálezu ve zvět-šeném měřítku, obr. 3 je další provedení vynálezu ve znázorněnípodobném obr. 1, obr. ukazuje příklad provedení vynálezu veznázornění podobném obr. 3, avšak ve zvětšeném měřítku, obr. 5 ř- - 8 - jo podélný řez dalším provedením vynálezu, obr. 6 znázorňujez obr. 5 s dalšími podrobnostmi ve zvětšeném měřítku, obr. 7je další provedení vynálezu pohledu s částečným řezem, obr. Sukazuje podélný pohled na podrobnost s částečným řezem, obr. 9 je podélný pohled v řezu na další provedení vynálezu, obr. 10 schematický pohled na další provedení vynálezu a obr. 11 . . __p.odélný pohled sřezem na trubkovou .sekci výměníku: tepla si-iní-.'. chadlem. Stejné vztahové značky označují podobné Části na všech . . — - obrázcích. .......................................................... ; ·

Vztahová značka 20 označuje plaší o sobě známého výmění- ku 21 tepla, kotlového typu s teplo směnnými trubkami 22. Pře-pážky 24 v plášti 20 slouží k vedení vnějšího media, např. vo-dy» po klikaté čáře v protiproudu s pracovním mediem, např.azeotropickým chladivém, protékajícím teplosmennými trubkami 22. Vnější medium se zavádí do pláště 20 vstupem 30 a odvádíse z něj výstupem 32*

Poloha výměníku tepla 21 je v podstatě vodorovná. Je mož-no použít mírného sici onu lc vodorovné rovině, jestliže pracovnímedium má protékat teplosmennými trubkami 22 účinkem samotíze,nikoliv tlaku.

Pracovní medium se zavádí do teplosměnných trubek 22 z roz-dělovače media 33 s plástem 34. Ve shodě s hlavním znakem vy-nálezu jo rozdělovač media 33 uspořádán předřazené k výměníkutepla 21. Vstupy 36 á 3θ slouží k vevádění čisté plynné fázea čisté kapalné fáze pracovního media. Výstupy 40, jejichž po-čet odpovídá počtu teplosměnných trubek 22, jsou spony s každou ________Z těchto trubek spojovacími trubkami 42._______________.__

Spojovací trubky 42 i teplosiněnné trubky 22 ústí do navzá-jem protilehlých trubkovnic 44 a 46, jež jsou spojeny těsněním48 a průchozími šrouby 5θ» Těsnění. 48 má otvory 52, které jsousouosé se spojovacími trubkami 42 a teplosmennými trubkami 22tak, že pracovní medium může procházet bez překážek ze spojova-cích trubek 42 do teplosměnných trubek 22.

Takové proudění bez překážek se samozřejmý může získat, když spojovací trubky 42 jsou upevněny k výstupům 40 a teplo- smčnným trubkám 22 svařováním nebo zaválcováním. Avšak upevně- ní trubek pomocí trubkovnic a těsnění, ačkoliv je nákladnější, - 9 - : umožňuje snadnou demontáž pro čištění nebo opravu. Kromě tohoumožňuje měnit průtočný průřez pracovního media, jak bude pop-sáno v dalším /6br. 8/· l / V popisovaném případě je použito v podatatě stejného us-pořádání na výstupním konci teplosměnných trubek 22, které ús- ? k ‘ i; tí do sběrné komory 5^ s výstupem 56. ·:·-··.,·. ? Při provozu se vnější medium zavádí vstupem 30, jak naz- načeno šipkou 58· Proudí klikatě mezi přepážkami 24 uvnitřpláště 20 a odebírá se výstupem 32» jak označuje šipka.60, Čistě plynná fáze pracovního media se zavádí do rozdělo-vače media 33 vstupem 36, označeným šipkou 62. Podobně čistě - ·; kapalná fáze téhož media vstupuje vstupem 38» označeným šipkou z 64. Uvnitř pláště 34 rozdělovače media 33 jsou obě fáze rovno- | měrně rozdělovány mezi výstupy 40 libovolným vhodným způsobem. ; V důsledku toho termodynamické podmínky v teplosměnných trub- f , kách 22, zejména průběh teplotních změn v nich, jsou stejné če-muž odpovídá růst účinnosti přidruženého tepelného čerpadla, jakbylo vysvětleno v úvodu popisu. Pracovní medium se odebírá z í teplosměnných trubek 22 la sběrnou komorou 5^ a výstupem 56»označeným šipkou 66. ; ť ř‘ Příklady provedení vynálezu . / : j Příklad provedení rozdělovače media 33 je znázorněn na obi'. ΐ 2. Rozdělovač má plaší 34 s rozdělovacími trubkami 68, jejichž ? počet odpovídá počtu teplosměnných trubek 22 a tudíž počtu výs-tupů 4θ, Rozdělovači trubky 68 jsou spojeny se vstupem 38 kapal-né fáze regulátory 70, které umožňují nastavit průtočný odpor v každé rozdělovači trubce 68, Čímž se v ní zajistí stejná in-tenzita toku. Rozdělovači trubky 68 ústí nad dnem pláště 34 tak, ;; že ineži nimi a dnem zůstává mezery. Kromě toho rozdělovači trub-ky 68 mají skosené výstupní konce 72 ve sklonu opačném ke směru ‘· toku plynné fáze pracovního media. Výstupy 40 v podobě trubek vstupují dolů ze dna pláště 34 soustředně s rozdělovacími trub- kami 68. Jejich průtočný průžez je však větší než průtočný prů- řez rozdělovačích trubek 68; 10 - V provozu plynná fáze pracovního media vstupuje směremšipky 62, kdežto tekutá fáze proudí regulátory 70 do rozdělo-vačích trubek 68, v nichž postupuje dolů v podobě prstencovéokrajové vrstvy. V důsledku skosených výstupních konců rozdě-lovačích trubek 68 se prstencový tvar průtočného průřezu ka-palné fáze pracovního media mění na jednotlivé prameny kapa-liny, které vystupují v nejnižším bodě rozdělovačích trubek 68 a kapou bezpečně do vstupních ot\rorů výdíupů hO. Plynná fá-ze pracovního media, která naráží na skosené konce 72 rozdělo-vačích trubek 68, a je jimi odrážena ke vstupním částem výstu-pů ^0, má mezi konci 72 rozdělovačích trubek a dnem pláště ja-kož i ve výstupech Ů0 dostatek prostoru pro nerušený tok. V důsledku toho obě fáze pracovního media se rozdělujirovnoměrně mezi výstupy 40 a všechny teplosměnné trubky 2 2dostávají stejné množství pracovního, media v.e stejném podílu ,ze spojovacích trubek ^2.

Jestliže vstupující pracovní medium je v podobě mokrýchpar, kdy jeho fáze jsou smí seny, rovnoměrné rozdělování vyžadu-je jejich, odloučení před. vstupem do. rozdělovače media. .K tomuúčelu může být před rozdělovačem media uspořádán odlučovač fá-.zí 73, jak patrno z obr, 3,

Iv tomto případe odlučovač, fází 73 má plásí 7^ se vstupem76 pracovního media, výstupem 78 plynné fáze a výstupem 80 ka-;palné fáze. Výstup plynné fáze 78 jo připojen ke vstupu plynnéfáze 36 rozdělovače media 33 a výstup kapalné fáze 80 ke vstu-pu kapalné fáze 38 rozdělovače. Odlučovač fází 73 obsahuje or-gán k odlučování fází pracovního media ve stavu mokrých par,známý o sobě. Při práci pracovní medium vstupuje vstupem 76 odlučovačefází 73» jak naznačeno šipkou 82, Navzájem odloučené fáze se od-tahují výstupy 78 a 80 a vedou se do rozdělovače media 33 vstu-py 36 a 38 jako u předtím popsaného provedení. Příklady podrobností odlučovače fází, vhodného k použití v souvislosti s vynálezem, jsou znázorněny na obr. Zde má odlučovač fází 73 opět jolášt 7^ se vstupy a výstupy, jak popsá- no v souvislosti s obr. 3· Totéž platí o spojích k rozdělovači media· Dalším znakem je vytvoření příhradového odlučovače 8ři·, 11 - který je v plášti 7^ mezi vstupem pracovního media ~6 a výstu-pem tekuté fáze 80 v odstupu od vlastního pláště 7^· V důsled-ku tohoto umístění v. odstupu je jednak dostatek místa pro prů-tok plynné fáze a jednak možnost použít např. spodní částí pláš-tě 76 jako jímky pro shromažďování kapaliny tekoucí dolů z pří- hradového odlučovače 86.

Vstup 38 tekuté fáze pracovního media může obsahovat výt-lačné čerpadlo 86, nelze-li pokles tlaku kompenzovat jinak, narozdíl od připadli, kdy rozdělovač media 33 je umístěn na zvý-šeném místě vzhledem k odlučovači fází 73* Při i>ráci vstupující pracovní medium (šipka 82)naráží napříliradový odlučovač 86, v důsledku čehož částice kapaliny zpracovního media se odloučí a kapají do sběrné jímky na dně pláš-tě 76. Plynná fáze, oproštěná od funkce unášení kapalných Částic,proudí výstupem 78 do vstupu 36 odlučovače fází 33 jak naznače-no šipkou 62. Odtud se kapalná fáze, shromažďující se na dnopláště 7^, odtahuje výstupem 80 a vytlačuje čerpadlem 86 do vstupu 38, jak označeno šipkou 66. Další činnost teplosmčnnéhozařízení je podobná jako u již popsaných provedení.

Rozdělovač media 33 a odlučovač fází 73 se mohou sloučitv jednu jednotku 87 ve společném plášti 88. Takové provedeníVynálezu je znázorněno na. obr. 5· Společný pláší 88 obklopujepřihradový odlučovač 86, který je umístěn naproti vstupu media76 jako u předchozího provedení. Pod příhradovým odlučovačem 86je sběrná vana 90 kapaliny v odstupu od pláště 88. Plaší 88 mápřepážku 92, připevněnou k němu na protilehlé straně vzhledemke vstupu pracovního media 76. Přepážka 92 je umístěna nad sběr-nou vanou 90 kapaliny tak, že kapky kapaliny vrhané na ni jsounucené vedeny dolů·do sběrné vany 90. Jsou rovněž uspořádányrozdělovači trubky 68, které vstupují dolů ze dua sběrné vany'90“kapaliny' a "jej_ičhž počet odpovídá jako u dříve popsaných pro-vedení počtu teplosměnných trubek 22 výměníku tepla 21. Trubkyústí nad dnem společného pláště 88 á mají skosené výstupni kon-ce 72, které jsou přivráceny ve skupinách kě stranám pláště 88,odkud plynná fáze proudí dovnitř.

12 -

Také zde výstupy ^0 v podobo trubek vstupují dolů ze dnapláště 88 soustředně s rozdělovacími trubkami 68, jak tomu jeu předchozích provedení* Výstupy 40 jsou jednotlivě připojenyk teplosměnnýiu trubkám 22 výměníku tepla 20 a jejich průtočnýprůřez je také větší než průtočný průřez rozdělovačích trubek68 vystupujících ze dna sběrné Vany 90. kapaliny. « - ---- lír orně toho při- tomto- -provedení--jsou- ve-vstupní-ěh-iuí-s-téch : - -rozdělovačích trubek 68 uspořádány škrticí trysky 9^-, jak pa-trno“ z-obr. 6 výkresu. Rozměr trysek-9't musí být volen tak,aby za všech možných stálých provozních podmínek se ve sběrnévaně 90 kapaliny udržela vhodná výška kapaliny, aniž došlo kpřetékání přes její okraj- lak bylo již naznačeno, při znalos-ti maximální a minimální intenzity toku v určitém místě danéhocyklu je určení velikosti trysek rutinní práce pro průměrnéhoodborníka. Otvory trysek 9^ mohou, být- výstředné, vzhledem k roz-dělovacím trublcám. .6S,. je-li z.konstrukčních nebo provozních dů-vodů žádoucí. '

Jednotka 87 a zejména· sběrná vana 90 kapaliny se musí us-tavit, aby zaujímala přesně vodorovnou polohu, jinak výšky sloup-ce kapaliny nad tryskami 9^·· nebudou stejné, čímž se poruší, rov—· . noměrné rozdělování kapalné^fáze. Rři práci pracovní prostředí přicházející vstupem 76, /jaknaznačeno šipkou 82, naráží ná příliradový odlučovač 8^·, načežjeho kapalné částice se odlučují a kapou,do sběrné vany 90, kdež-to plynná fáze jíracovního media se přibližuje dnu pláště 88 me-zerou mezi pláštěm 88 a příhradovým odlučovačem 8^. Hladina 96-kapaliny - o-konstantní výšce tlakového-s-l-ou-pee -za-j-i-ší-uje-j— že—roz-dělovači trubky 68 dostávají kapalnou fázi pracovního media rov-noměrně. Klesající kapalina odkapává z nejnižších míst skosenýchvýstupních konců 72 do výstupů ^íO, takže zůstává volný vhodnýprůtočný průřez pro plynnou fázi pracovního media, která proudína skosené výstupní konce 72 a je jimi rovněž odchylována dovýstupů ^0. Proto i zdo teplosmčnné. trubky 22 dostávají stejné .dávky pracovního media ve stejném podílu jeho fází.'

Jak bylo zmíněno, potřebné délky teplosměnných trubek 22 mohou dosáhnout značných hodnot 30 až tO ni, což vytváří v mnoha 13 - * směrech obtíže. Vynález umožňuje odstranit tyto obtíže roz- ί dělením výměníku tepla 21 ha nejméně dvě výměníkové sekce 21aa 21b, spojené v sérii, jak znázorněno na obr. 7 výkresu. £ Přípony "a" a "b" ke vztahovým značkám, použitým na dřivě po- !i ť psaných obrázcích , označují odpovídající části výměníkových í- . . . ...... sekcí 2ía a 21b. Totéž platí pro případy použití dalších má- £ lých písmen /obr. 10/. t V popisovaném případě jsou výměníkové sekce 21a a 21bumístěny navzájem nad sebou, takže potřeba prostoru na délku je poloviční. Čím větší je počet dílčích sekcí, tím je poměr- i ně menší délka prostoru, potřebná k umístění výměníku tepla da- ? né velikosti. Jestliže výměník je rozdělen do více než dvou £ sekcí, některé ze sekcí mohou zaujímat prostory mezi dvěma sek-cent i, umístěnými nad sebou, čímž se dosáhne ještě stěsnané jšího *' ř a přitom nižšího uspořádání. ř - 'f Sériové spojení výměníkových sekcí 21a a 21b spočívá vě ?. spojení plášíů 20a a 20b s trubkovými sekcemi 22a a 22b. Serio-vé spojení plášíů nepředstavuje problém. Naproti tomu soriové 4 spojeni trubkových sekcí 22a a 22b niá dvě alternativy. Trubko- ' vá sekce 22a a 22b se mohou spojit individuálně spojovacími /

trubkami 98, jak znázorněno na obr. 7· V· tomto případě pracov- J ní medium protéká výměníkovými. sekcemi 21a a 21b, jako kdybyproudilo nepřetržitě trubkovým vedením. Přesto je možno, přizpů- í sobit podmínky toku termodynamickým požadavkům, jak budo popsá- í no dále. ' , ."

Je možno toho dosáhnout zařazením přechodových profilůdo spojovacích, trubek 98. ; V popisovaném případě přechodové profily 100 zvětšují prů- ; měry trubkových sekcí 22b následující výměníkové sekce 21b, cožodpovídá provozním podmínkám výparníku hybridních tepelných ? čerpadel. ' Přechodové profily však mohou mít také plynule se zmenšu-jící průměry, což je riápř. u kondenzátořu hybridních tepelnýchčerpadel, jejichž tepelné výměníky vyžadují zmenšené průtokovéprůřezy ke konci tepelné směny. 14 -

Talcovó změny průměrů trubek je možno dosáhnout také přís-lušně děrovanými těsněními, jak patrno z obr. δ. Zde má těs-nění 48 kuželové otvory 52, které se zužují směrom k trubko-vým sekcím 22b následující výměníkové sekce 21b a tím zmenšu-jí podle potřeby, průtokový průřez. ;„3 Dal Ší-nio.žn os.t. seriového „spojení nášledujících výměníkóvých sekcí je znázorněna v obr. 9· Zde jsou trubkové sekce 22a vý-měníkové sekce.21a spojeny,s.trubkovými sekcemi 22b ...výměníko-vó sekce 21b kombinací rozdělovače media 33a s odlučovačem fáj;zí 73a je umístěn přirozeně před (ve směru proudění) rozdělova-čem media 33a, který je za ním. Spojení je stejné jako u prove-dení podle obr. 3, takže není nutno popisovat podrobnosti. Při práci medium procházející trubkovými sekcemi 22a sespolečně zavádí do odlučovače fází 73a, nikoliv do jednotli-vých spojovacích trubek jako u předtím popsaného,provedení.Zde.se fáze pracovního media odlučují navzájem a vedou odděle-ně do rozdělovače media 33a, kde se rovnoměrně rozděluji dovýstupů 40a a tudíž do trubkových sekcí 22b následující výmě-níkové sekce 21b podobně jak je tomu u-provedení podle obr. 3· Sériové spojení výměníkových sekcí kombinovaných odlučo- vačem fází a rozdělovačem media je důležité y případech, kdyse jeví nutné.obnovené rozdělování fází pracovního media, cožse může stát u velkých průmyslových zařízení, kde se používávíce výměníkových sekci a proto průtokové dráhy mohou být znač-ně dlouhé. _____Další výhoda výše popsaného sériového spojení výměníko- _ vých sekcí spočívá však v tom, že umožňuje měnit počet a/neboprůměr· trubkových sekci následujících výměníkových sekcí, ja-ko u případu podle obr* 9, kde průměr trubkových sekcí 22b jemenší než průměr trubkových sekcí 22a předcházející výměníkovésekce 21a. V důsledku této přizpůsobivosti se sériové spojeníkombinací odlučovače fází a rozdělovače media může projevit

V jako opodstatněné i v-případě pouze dvou výměníkových Sekcí, jak znázorněno na obr. 9, tj. u poměrně malého zařízení pro potřebu domácností. 15 -

Naproti tomu u velkých průmyslových zařízení se nacházípoužití obou popsaných alternativ, protože taní nepřetržitédlouhé průtokové dráhy a nopřetržité přerozdělováni fází pracov-ního iuedia.se může projevit jako stejné důležité. Schematickéznázornění takového zařízení je na obr. 10. Jeho teplosměnnézařízení je rozděleno do pěti výměníkových sekci 21a, 21b, 21c,21 d a 21 e. První čtyři výměníkové selte ď 21 á, 21b, 21č a 21djsou spojeny v šerii spojovacími trubkami 42a, 42b a 42c. Na-proti tomu výměníkové sekce 21d a 21e jsou spojeny inezi seboukombinací rozdělovače media 33a, zařazeného dále .po směru prou-dění s předřazeným odlučovačem fází 73a, protože se předpokládánebo je ověřeno, že pracovní medium, které proělo čtyřmi výmě-níkovými sekcemi v nepřetržitém toku, určitě potřebuje přeroz-dělení dříve než projde poslední výměníkovou sekcí 21c a opus-tí ji.

Jak bylo vysvětleno, disperzní tok pracovního media je zá-kladním požadavkem pro podobný průběh teplotních změn obou jehofází. Kromě vhodně volených termodynamických parametrů, ca dis-perzní tok může podpořit také mechanickými prostředky. K tomuúčelu se může do toplosměnných trubek zařadit míchadlo nebo,což je totéž, do jeho sekcí, jak znázorněno v obr, 11, kterýukazuje část teplosměnné trubky 22 obsahující míchadlo 98.Jakbylo uvedeno, takový orgán je znám a proto nepotřebuje dalšípopis. Podstata jeho činnosti spočívá ve vyvolání vzájemnéhoprostupování plynné a kapalné fáze pracovního media tím, že jsounuceny měnit místo. Toho se dosahuje, odchylovacími plochami,které vychylují fáze z jejich obvyklých drah proudění a fázemají tendenci se do těchto drah co nejdříve vracet, čímž vzni-ká. .opakované vzájemné prostupování obnovující disperzní povahutoku.

PATEMTnrnVIS PRAHA

Pc"c 6 v. j Oi br j

Claims (10)

1. $i>'b ' ϊ/ 16-. PATENT O V É NÁROKY Γ. Teplosměnné zařízeni, obsahující v podstatě vodorovnýprotiproudový výměník tepla kotlového typu, zejména prohybridní tepelná čerpadla, pracující s nenzeotrppickýini-pracovními medii, vyznačené - tím,-'že ve -směru toku před -výměníkem tepla je uspořádán rozdělovač media (33) s výs-tupy (4θ) media, jejichž počet odpovídá počtu teplosiněnnýchtrubek (22) výměníku tepla (21), přičemž teplosměnné trub-ky (22) tohoto výměníku jsou spojeny každá s jedním výstu-pem media (4o) rozdělovače media (33)· Teplosměnné zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že roz-.dolovaČ media (33) obsahuje plásí (3^) s rozdelovacími trub- kami (68) ústícími nad dnem pláště pro vcvádění kapalné fá-ze pracovního media, přičemž výstupy (40) media vyčnívají dolů ze dna pláště soustředněprůtočný průřez výstupů media s rozdelovacími trubkami aje větší než průtočný průřez rozdělovačích t-rubek= 3· Teplosiuěnné zařízení podle nároku 2, vyznačené regulátorem’(7θ) intenzity toku v rozdělovačích trubkách (68).
2. 4. Teplosiuěnné zařízení podle některého z nároků 2 a 3> vyzna-čené tím, Že rozdělovači trubky (68) mají skosené výstupní ........konce1-(72)-.-------------------------------------------------------------—------- 5· Teplosiuěnné zařízeni podle některého z nároků 2 až vyz-načené tím, že ve směru toku před rozdělovačem media (33)je uspořádán odlučovač fázi (73)» spojený v sérii s rozdě-lovačem, k odlučování kapalin od par pracovního mediu, tvo-řeného jejich směsí.

   i E
3. 6. Teplosměnné zařízení podle nároku 5> vyznačeno tím, že od- ;· lučovač fází (73) obsahuje plást (74) se vstupem pracovního i; media (76) výstup plynné fáze (78) spojený se vstupem plyn- né fáze (36) rozdělovače (33) media, výstup kapalné fáze (8θ) > připojený k rozdělovacínt ti'ubkám (68) rozdělovače' pracovníhomedia a příhradový odlučovač ,(84) umístěný mezi vstupem jjra- ; covního media a výstupem kapalné fáze pláště v odstupu od nej. f- . ΙΪ é*: 7· Teplosměnné zařízení podle nároku 6, vyznačené čerpadlem (86)v trubce (38), spojující výstup kapalné fázo (80), odlučovačefází (73) s rozdelovacími trubkami (68) rozdělovače (33) media. r-
4. 8. Teplosměnné zařízení podle kteréhokoliv z nároků 5 až 7, vyz- načené tím, že rozdělovač (33) media a odlučovač fází (73) ΐ jsou sloučeny do jediné jednotky (87) ve společném plášti (88). £
5. 9. Teplosměnné zařízení podle nároku 8, vyznačené tím, že společ- l ný1plást (8S) obklopuje příhradový odlučovač (84), uspořádaný Z přoti-lehle ke vstupu pracovního media (76) sběrnou vanu (90)kapaliny pod odlučovačem, umístěnou v odstupu od pláště, pře-pážku (92), upevněnou lc plášti protilehle ke vstupu pracov- i ního media a nad sběrnou vanou kapaliny, rozdělovači trubky ; (72.) ,·· vyčnívající dolů ze 1 dnem společného pláště, S dna společného pláště sou- ; spojené jednotlivě s tep- ? losměnňýmx trubkami (22) výměiiíku tepla (20), přičemž x^růtoč- než průtočný průřez rozdělovačích ; Ik.J náiOku 9, vyznačené škrtícími__ částech rozdělovačích trubek (68). : (68) se .skosenými výstupními koncidna společného.pláště a ústící nad1 a výstupy {4.0) vyčnívající dolů zestředně s rozdelovacími trubkami a ny průřez výstupu je Vetšítrubek.
6. 10. Teplosměnné zařízení podletryskami (94) ve vstujaiích I
7. 11. Tepiosměnné zařízení podle některého z nároků 1 až -10, vyz-načené tím,, že výměník tepla (20) je rozdělen na nejméně dvě .výměníkové-sekce (20a, 20b, atd.) s trubkovými'*1 sekcemi · (22á,.22b'atďij , 'jež jsou spojeny-v šeřil z hlediska1 toku media.·
8. 12. Teplosměnnó zařízení podle nároku 11, vyznačené tím, že.trub-... ková· sekce. (22a, 32b atd.) . následujících. výměníkových_.š.ekcí ... (20a, 20b, atd.) jsou jednotlivě mezi sebou spojeny spojo-- vacíini- trubkami (-42a, -42b, atd. ) . 4,- --—i----. -----
9. 13. Teplosměnnó zařízení podle nároku 12, vyznačené tím, že spo- jovací trubky (42a) mají přechodové profily (l00) měnící je-jich průtokový průřez. : . r Λ r '
10. 14. Tepiosměnné zařízení, podle některého z nároků 12 a 13, vyz-načené tím, že spoj ovací trubky (42a)?a^ trubkové sekce (22 b)následující výměníkové sekce (21b) ústí do navzájem protileh-lých trubkovnic (44b,46b), které jsou mezi sebou spojeny prostřednictvím těsnění (48b) s otvory (52b), které jsou souosé ;_r se spojovacími trubkovými sekcemi. . ^15. Tepiosměnné zařízení podle nároku 11, vyznačené’ tím," že trub-kové sekce (22a, 22b atd.) následujících výměníkových sekcí(20a, 20b, atd.) jsou navzájem spojeny kombinací rozdělovače(33a) media s jemu předřazeným odlučovačem (73a) fází. , —1.6. -Tepiosměnné ..zařízení-podle...některého. .z_nár_o.ků,_1,^až. -1.5-»—vyz-_.__načené míchadlein (98) v teplosiuěnných trubkách (22) k pod-porování disperzního toku pracovního media. PATEMTÍSEftVJS PflAHAPoČGČttQ Qlff. o -· Obiinf trh 2 65301 Brno J