CZ1663U1 - Protiproudový diskový výměník tepla - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká diskového výměníku tepla, který využívá protiproudového směru obou médií, tj. média, které teplo předává a média, které teplo přijímá. Médium, které teplo předává, je vně diskového pláště, zatímco médium přijímající teplo se nachází uvnitř diskového pláště. Nejčastěji používaným médiem bude voda, přičemž čistá kapalina proudí v labirintovém okruhu uvnitř sady dutých disků, zatímco znečištěná kapalina protéká kolem vnějšího povrchu sady dutých disků.

Dosavadní stav techniky

Většina mokrých procesů v prádelnách, barevnách textilních provozů, koželužnách, destilárnách, papírnách, škrobárnách, v potravinářství, zejména však v textilním průmyslu, využívá médií s obsahem tepelné energie, přičemž ceny energií neustále vzrůstají. Z tohoto důvodu je třeba dbát na hospodárné využívání již jednou zíákaného tepla s cílem dosáhnout pokud možno co nejmenších tepelných ztrát. Pro záchranu značné části této energie a pro . snížení nákladů na její získání, se využívají různé typy výměníků, které podle stupně své účinnosti a jakosti přispívají k naplňování co nejnižších tepelných ztrát. Rovněž existují speciálně konstruované a stavěné výměníky pro určitá směnná média, používaná např. za specifických fyzikálních podmínek.

Řešení podle technického řešení _K -které je.—předmětem. užitnóhe-»va<aga^ částečně principiálně vychází z CS zveřejněné přihlášky vynálezu, a to v listopadu 1991, značky spisu PV 2144-90.C o názvu Diskový výměník tepla, třída F 28 D S/00. Podle této přihlášky vynálezu výměník sestává ze svislého válcového vodorovně děleného pláště, uzavřeného na obou stranách dny se vstupním a výstupním hrdlem. Uvnitř pláště je ve dnech upevněna disková vložka tvořená několika soustřednými kruhovými navzájem propojenými dutými disky. Vstup a výstup média do soustavy dutých disků je vyveden vně horního a spodního dna pláště výměníku. Druhé médium proudí mezi vnějším povrchem soustavy dutých disků a pláštěm výměníku. Jednotlivé duté di sky jsou ještě přichyceny k plášti výměníku. Nevýhodou je zde svislé uspořádání celého výměníku a dále nemožnost otácení soustavy dutých disků.a·—to- va vztahu k -předpokládaným požadavkům. na,. výmění-k- pnďl i°--niŽÍrttrého vzoru·.

Jiné řešení je obsaženo v CS autorském osvědčení č. 271865 z roku 1988 o názvu Rotační teplosměnná vestavba žlabové sušárny, třída F 26 B 17/28, přihláška značky spisu PV 4894-88.Z. Teplosměnná vestavba žlabové sušárny je tvořena jednotlivými vzájemně oddělenými dutými vytápěnými disky, připevněnými na otáčejícím se horizontálně uspořádaném dutém hřídeli, který se otáčí v uzavřeném žla bu, opatřeném vstupem a výstupem sušeného materiálu, který obklopuje duté vytápěné disky a je těmito disky přemísťován postupně od vstupu k výstupu této žlabpvé sušárny za současného vysoušení tohoto materiálu. Za účelem do sazení konstantní doby průchodu jednotlivých částí materiálu sušárnou, jsou jednotlivé vytápěné disky ve směru od výstupu ke vstupu do žlabové sušárny postupně přerušeny nejméně jedním výřezem tak, že čelní náběžné stěny výřezů sousedních dutých vytápěných disku jsou postupně ve směru od vstupu k výstupu materiálu vzájemně pootočeny ve smyslu otáčení dutého hřídele. Řešení podle předmětného autorského osvědčení je předurčeno a konstrukčně upraveno pro využití v sušárně a není vhodné jako výměník tepla.

Podstata technického řešení

Prc využití značné části tepelné energie z odpadního média byl navržen protiproudový diskový výměník tepla podle předloženého technického řešení, který je schopen pra covat se znečištěným a také kalným médiem, aniž by hrozilo jeho zanášení usazeninami či vznik provozních poruch v důsledku tvorby usazenin z kalů.

Podstatou řešení protiproudového výměníku je, že ses tává z uzavřené vany, v níž jsou na alespoň jednom dutém hřídeli nebo trubce upraveny jednotlivé duté disky, jejichž vnitřní prostor je vzájemně propojen, přičemž sada dutých disků je umístěna v odpadním médiu, např. teplé vo dě, nacházejícím se ve vaně. Dutý hřídel nebo trubka je u sazena v uzavřené vaně s možností otáčení a dále opatřena připojovacími hrdly pro vstup a výstup vstupního média, např. studené a čisté vody, přičemž studená čistá voda proudí v labirintoVém okruhu uvnitř dutých disků. Uzavřená vana má dvě připojovací příruby, z nichž jedna je určena pro vstup a druhá pro výstup odpadního média. Připojovací příruba na vstupu odpadního média je uvnitř, uzavřené vany překryta clonou, zasahující svým vyústěním pod hladinu odpadního média ve vaně. Připojovací příruba na výstupu odpadního média z vany je umístěna pod hladinou odpadního média v uzavřené vaně a uvnitř uzavřené vany je překryta přepadem, jehož otevřené ústí určuje výši hladiny odpadního média v uzavřené vaně.

Každý dutý disk je vytvořen z dvojice tvarovaných lamel ve tvaru kotoučů. Dvojice tvarovaných lamel jsou spolu spojeny jednak po vnějším obvodě kotoučů a jednak ještě v několika prolisech, provedených vždy proti sobě na alespoň jednom zvoleném průměru těchto dvojic kotoučů. Tvarované lamely spolu sousedících dutých disků jsou na svém malém průměru vzájemně pospojovány do soustavy dutých disků prostřednictvím distančních kroužků, které současně zajišřují lepší tuhost celé soustavy vzájemně propojených dutých disků. Obě krajní tvarované lamely ze soustavy dutých disků jsou rovněž svým malým průměrem spojeny s distančním kroužkem, se kterým je současně spojena svým vnějším obvodem talířová krytka, jejíž menší vnitřní obvod je spojen s dutým hřídelem nebo trubkou, na níž je celá soustava dutých disků upravena.

Uvnitř každého dutého disku je vytvořen labirintový okruh pro procházející médium tímto diskem a to z lamelové přepážky, vložené mezi dvojice tvarovaných lamel. Lamelová přepážka je spojená jednak v prolisech s dvojicí tvarovaných lamel a jednak s dutým hřídelem nebo trubkou, nesoucí soustavu dutých disků.

Pro usměrnění proudění média předávajícího teplo v uzavřené vaně, zasahují mezi jednotlivé duté disky vanové přepážky, upevněné k protilehlým vnitřním stěnám uzavřené vany a uspořádané střídavě proti sobě ob jednu rozteč dutých disků.

Na dutém hřídeli nebo trubce nesoucí soustavu dutých disků je řetězové kolo, spojené prostřednictvím řetězu s pohonnou jednotkou, zajištující neustálé otáčení trubky resp. dutého hřídele.

Dutý hřídel nebo trubka nesoucí soustavu dutých disků je uložena otočně v dutých tělesech, opatřených před a za ložisky¹ucpávkami. Dutá tělesa jsou pevně spojena s kostrou stroje a do jejich dutiny je zaústěno připojovací hrdlo. Dutý hřídel nebo trubka je na obou koncích, zasahujících do dutiny dutých těles, opatřena alespoň jedním otvorem, vyústujícím do vnitřního prostoru prvého dutého disku a do vnitřního prostoru posledního dutého disku ze soustavy dutých disků.

Takovéto uspořádání výměníku, jak je výše popsáno, je funkčně velmi spolehlivé a zabrauje usazování kalů. Hřídel se soustavou dutých disků je ponořen v znečištěném odpadním médiu, které protéká uzavřenou vanou, a neustále se otáčí, čímž vzniká v dutých discích turbulentní proudění, které je výhodné tím, že kapalné médium obtéká duté disky od jejich středu směrem k vnějšímu okraji dutých disků a odtud zpět k jejich středu, čímž dochází k samovolnému čištění dutých disků.

Výměník podle předloženého technického řešení je scho pen bezporuchově pracovat se znečištěným médiem v uzavřené vaně, které může obsahovat další fyzikální a chemické příměsi, aniž je nutno použít filtru. Velikost výkonu výměníku lze měnit regulací množství protékajících médií oběma částmi výměníku.

Obrázek na výkrese

Výkres znázorňuje příkladné schematické uspořádání diskového výměníku tepla podle tohoto technického řešení*

Příklad provedení technického řešení

V uzavřené vaně 1, kterou překrývá víko 30, jsou na trubce 3. upraveny jednotlivé duté disky 4, jejichž vnitřní prostor 5. je vzájemně propojen. Z obou stran je do trubky 3_ zaústěn dutý hřídel 2, spojený pevně s trubkou 2· Dutý hřídel 2 je zaslepen u konce, který je nasunut do trubky 3 a je otočně uložen v ložiskách 21, která jsou usazena v dutých tělesech 20, zasahujících do vnitřního prostoru uzavřené vany 1^. Dutá tělesa 20 jsou uchycena, např. neznázorněnými šrouby, na stěnu uzavřené vany .1 a utěsněna těsněním .32. Z vnějšího prostoru uzavřené vany 1 jsou dutá tělesa překryta krytem 31, pod kterým je opět těsnění 32. V krytu 31 je upevněno připojovací hrdlo 6 studeného a čistého média, např. vody. Ložiska 21 jsou v dutých tělesech 20 z obou stran kryta ucpávkami 22.

V blízkosti dutého tělesa 20 na pravé straně obrázku je s dutým hřídelem pevně spojeno řetězové kolo 17, poháněné řetězem 18 od pohonné jednotky 19.

S vnitřním prostorem uzavřené vany 1. jsou spojeny dvě připojovací příruby ]_ a to pro vstup a výstup teplého a znečištěného média, např. rovněž vody, která se nachází v uzavřené vaně 1_ a obklopuje soustavu dutých disků 4^ z jejich vnější strany. Připojovací příruba 7_ na levé straně uzavřené vany 1_ je vstupní pro teplou znečištěnou vodu, jejíž výška hladiny 28 je nad obvody 2 dutých disků Z vnitřního prostoru uzavřené vany 1 je vstupní připojovací příruba Ί_ překryta clonou 24, jejíž vyústění 26 je provedeno pod hladinou 28 teplé znečištěné vody v uzavřené vaně _1· Připojovací příruba ]_ na pravé straně uzavřené vany _1 je výstupní pro teplou znečištěnou vodu. Z vnitřního prostoru uzavřené vany 1 je výstupní připojovací příruba 2 překryta přepadem 25, jehož horní otevřené ústí 27 určuje výšku hladiny 28 teplé znečištěné vody v uzavřené vaně I.» přičemž připojovací příruba Ί_ na výstupu teplé znečištěné vody z uzavřené vany 2 je umístěna pod hladinou teplé znečištěné vody v uzavřené vaně 2·

Každý dutý disk £ ze soustavy dutých disků £ je vytvořen z dvojice tvarovaných lamel 10 ve tvaru kotoučů, které jsou vzájemně spojeny jednak v prolisech jB a jednak po obvodě 2 těchto kotoučů. Spoje mezi jednotlivými dutými disky 4^, resp. mezi jednotlivými tvarovanými lamelami 10 náležejícími sousedním dutým diskům 4_, jsou provedeny prostřednictvím distančních kroužků 13, které obklopují trubku 2· Vnitřní prostor 2 dutých.disků 2 je rozdělen lamelovými přepážkami 15, čímž vznikl uvnitř dutých disků 4.

labirintový prostor pro studené čisté médium. Lamelové přepážky 15 jsou uchyceny jednak mezi prolisy J3 dvojic tvarovaných lamel 10 a jednak k upevňovacím kroužkům 29, které jsou navlečeny na trubce _3 a k této trubce £ pevně připojeny. Všechny upevňovací spoje dutých disků £ jsou provedeny svařováním nebo bodováním.

Prvá vnější tvarovaná lamela 11 a poslední vnější tvarovaná lamela 12 ze soustavy dutých disků £ je rovněž spojena s distančním kroužkem 13 a po obvodě 9_ s protilehlou tvarovanou lamelou 10. Současně je prvá vnější tvarovaná lamela 11 a také poslední vnější tvarovaná lamela 12 spojena v prolisech £ s protilehlou tvarovanou lamelou 10 a s lamelovou přepážkou 15. S distančním kroužkem 13, kromě prvé vnější tvarované lamely 11 a poslední vnější tvarované lamely 12, je spojena také svým větším obvodem talířová krytka 14, jejíž menší obvod je spojen s trubkou £, nesoucí soustavu dutých disků £. Všechny upevňovací spoje týkající se prvé vnější tvarované lamely 11, poslední vnější tvarované lamely 12 a talířové krytky 14 jsou provedeny svařováním, popřípadě bodovým svařováním.

Otočně uložený dutý hřídel 2, pevně spojený s trubkou _3 a nesoucí trubku £, je jedním svým koncem zaústěn do dutiny dutého tělesa 20.· Druhý konec dutého hřídele _2 je částečně zasunut do trubky £ a dutina provedená v ose dutého hřídele _2 není průchozí. Na tuto středovou dutinu dutého hřídele 2 navazují otvory 23, které jsou vyvedeny do vnitřního prostoru £ prvé vnější tvarované lamely 11 a do vnitřního prostoru £ poslední vnější tvarované lamely 12 ze soustavy dutých disků £.

Mezi jednotlivé duté disky 4. zasahují vanové přepážky 16, uspořádané cik cak ob jednu rozteč dutých disků £. Vanové přepážky 16 jsou upevněny prostřídané k protile<*WChlým vnitřním stěnám uzavřené vany £ a zasahují maximálně ke středové ose soustavy dutých disků £. Vanové přepážky 16 plní funkci usměrňování proudění teplé znečištěné vody uzavřenou vanou £.

Diskový výměník tepla je konstruován jako protiproudový. Čistá studená voda vstupuje připojovacím hrdlem 6_ ve směru prvé šipky 33 do dutiny dutého tělesa 20 a odtud přes dutý hřídel 2 a otvory 23 na jeho konci do vnitřního prostoru £ prvé vnější tvarované lamely 11, náležející do soustavy dutých disků £. Odtud čistá studená voda pokračuje ve směru druhé šipky 34 do dalších dutých disků £.

Z vnitřního prostoru £ poslední vnější tvarované lamely 12, náležející do soustavy dutých disků £, vstupuje čistá a ohřátá voda otvory 23 do dutiny dutého hřídele £ a dále z dutiny dutého tělesa 20 do .připojovacího hrdla £ ve směru třetí šipky 35.

Průtokem čisté vody přes soustavu dutých disků £ bylo předáno teplo obsažené v teplé znečištěné vodě, nacházející se v uzavřené vaně £, této čisté vodě. účinnost předávání tepla se zvyšuje neustálým otáčením soustavy dutých disků Vstupující čistá voda do vnitřníhp prostoru £ dutých disků £ může být i tlaková.

Vně povrchu soustavy dutých disků £ se nachází teplá znečištěná voda, protékající uzavřenou vanou £, do které vstupuje připojovacím hrdlem £ ve směru čtvrtých šipek 36. Vstupující teplá znečištěná voda do uzavřené vany £ naráží na clonu 24 a u vyústění 26 z clony 24 se pod hladinou 28 mísí s ostatní teplou znečištěnou vodou. Přepadem 25 a to přes jeho horní otevřené ústí 27, se teplá znečištěná voda odvádí ve směru pátých šipek 37 připojovací přírubou £ z uzavřené vany £ výměníku.

Protiproudový diskový výměník tepla podle technického řešení se připojuje do soustavy, kterou zpravidla tvoří sběrná jímka na vstup teplé znečištěné vody, např. od výrobních strojů, za níž je umístěn, rekuperační výměník, do něhož je pomocí čerpadla čerpána voda ze sběrné jímky. Znečištěná voda, zbavená části své tepelné energie, se z výměníku vypouští do odpadu. Čistá ohřátá voda se z výměníku odebírá do akumulační nádrže, ze které je potřebné množství vody odčerpáno zpět např. k výrobním strojům.

Claims (9)

1. Protiproudový diskový výměník tepla, vyznačující se tím, že sestává z uzavřené vany (1), v níž jsou na alespoň jednom dutém hřídeli (2) ne bo trubce (3) upraveny jednotlivé duté disky (4), jejichž vnitřní prostor (5) je vzájemně propojen a které jsou umístěny v odpadním médiu, např. teplé vodě, přičemž dutý hřídel (2) nebo trubka (3) je usazena v uzavřené vaně (1) s možností otáčení a je opatřena připojovacími hrdly (6) pro vstup a výstup vstupního média, např. studené vody, a uzavřená vana (1) je opatřena připojovacími přírubami (7) pro vstup a výstup odpadního média.

2. Protiproudový diskový výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutý disk (4) je vytvořen z dvojice tvarovaných lamel (10) ve tvaru kotoučů, vzájemně spojených jednak v několika prolisech (8) na alespoň jednom zvoleném průměru těchto kotoučů a jednak po obvodě (9) těchto kotoučů, přičemž tvarované lamely (10) spolu sousedících dutých di sků (4) jsou vzájemně pospojovány prostřednictvím distančních kroužků (13).

3. Protiproudový diskový výměník tepla podle nároku 2, vyznačující se tím, že prvá vnější tvarovaná lamela (11) a poslední vnější tvarovaná lamela (12) ze soustavy dutých disků (

4) je spojena rovněž s distančním kroužkem (13), se kterým je současně spojena jedním svým obvodem talířová krytka (14), jejíž druhý obvod je spojen s dutým hřídelem (2) nebo trubkou (3), nesoucí soustavu dutých disků (4).

*·ί~4. Protiproudový diskový výměník tepla podle nároku 2, vyznačující se tím, že mezi dvojice tvarovaných lamel (10) je vložena lamelová přepážka (15), spojená jednak v prolisech (8) s dvojicí tvarovaných lamel (10) a jednak s dutým hřídelem (2) nebo trubkou (3), nesoucí soustavu dutých disků (4).

5. Protiproudový diskový výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se tím, že na dutém hřídeli (2) nebo trubce (3) nesoucí soustavu dutých disků (4) je řetězové kolo (17), spojené prostřednictvím řetězu (18) s pohonnou jednotkou (19).

6. Protiproudový diskový výměník tepla podle nároku 1, vyznačující sě tím, že mezi jednotlivé duté disky (4) zasahují vanové přepážky (16), uspořádané protisměrně a střídavě ob jednu rozteč dutých disků (4).

7. Protiproudový diskový výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutý hřídel (2) nebo trubka (3) nesoucí soustavu dutých disků (4) je na obou koncích uložena s možností otáčení v dutém tělese (20) opatřeném před a za ložiskem (21) ucpávkami (22) a pevně spojeném s kostrou stroje, přičemž do dutého tělesa (20) je zaústěno připojovací hrdlo (6) a dutý hřídel (2) nebo trubka (3) je na obou opačných koncích opatřena alespoň jedním otvorem (23), vyúsťujícím do vnitřního prostoru (5) prvého dutého disku (41) a do vnitřního prostoru (5) posledního dudutého disku (42) ze soustavy dutých disků (4).

8. Protiproudový diskový výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se tím, že připojovací příruba (7) na vstupu odpadního média do uzavřené vany (1) je na vnitřní stěně uzavřené vany (1) překryta clonou (24), zasahující svým vyústěním (26) pod hladinu odpadního média v uzavřené vaně (1).

9. Protiproudový diskový výměník tepla podle nároku 1, vyznačující se tím, že připojovací příruba (7) na výstupu odpadního média z uzavřené vany (1) je umístěna pod hladinou odpadního média v uzavřené vaně (1) a na vnitřní stěně uzavřené vany (1) překryta přepadem (25), jehož horní otevřené ústí (27) určuje výši hladiny odpadního média v uzavřené vaně (1)