IT8447746A1

IT8447746A1 - Scambiatore di calore

Info

Publication number: IT8447746A1
Application number: ITRM1984A047746A
Authority: IT
Original assignee: M A N Maschf Augsburg Nuernberg Aktiengesellschaft
Priority date: 1983-02-26
Filing date: 1984-02-23
Publication date: 1985-08-23
Also published as: FR2541762A1; US4583519A; ES8500433A1; DE3306800A1; IT8447746A0; ES530002A0; IT1180667B; GR79440B

Description

DOCUMENTAZIONE

RILEGATA

SIB 84681

11

APA gu/7-2177

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "SCAMBIATORE DI CALORE"

della ditta tedesca M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NURNBERG AKTIENGESELLSCHAFT

con sede in - MUNCHEN - (REP.FED.TED.)

RIASSUNTO

Per ottenere una compensazione di sollecitazioni di temperatura e calore nel caso di tubi di scambiatore termico, i quali debbono assorbire tramite con vezione oppure radiazione sulle loro pareti di passaggio di calore correnti di energia differentemente elevate, viene proposto di suddividere la sezione trasversale del tubo per mezzo di inserti in due o pi? canali di passaggio in maniera tale che, da un canto, la capacit? di trasporto di calore delle correnti di massa nei singoli canali corrisponda sui tratti di parete di tubi associati alle quantit? di calore differentemente grandi da asportare e, da altro canto, il potere di assorbimento e riflessione per la corrente di calore diretta da parete a parete venga influenzato mediante rivestimento superficiale differente in maniera che abbia luogo un'asportazione di calore differente, che compensa la temperatura sul fluido di procedimento dalle differenti zone di parete dello scambiatore di calore.

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda scambiatori di calore che debbono assorbire sulle pareti di passaggio di calore tramite convezione oppure radiazione correnti di energia differentemente elevate.

Scambiatori di calore del genere vengono impiegati, ad esempio, in camere di combustione a radiazione ed in collettori per l'utilizzazione di energia solare termica con sistemi di concentrazione a li. nee oppure punti. Con scambiatori di calore si debbono intendere corpi cavi di forma qualsiasi in sezione trasversale che ricevono una corrente di fluido, nel qual caso la sezione trasversale pu? variare eventualmente sulla lunghezza dello scambiatore di calore.

La caricabilit? di scambiatori termici, assorb? tori di radiazione oppure altri elementi strutturali sottoposti a temperature elevate viene per lo pi? notevolmente ridotta, quando ? presente una alimen? -tazione di calore non uniforme e questa porta a temperature di parete differentemente elevate.

Il carico ammissibile di tali componenti viene allora limitato non pi? principalmente dalla tempera tura dei materiali massima tollerabile nel tempo, ma dalle sollecitazioni provocate da differenze di temperatura. A differenza da sollecitazioni, che ri_ sultano dal carico di funzionamento vero e proprio e che di regola sono immutabili, sollecitazioni da al_i mentazione di calore parzialmente non uniforme si possono in molti casi ridurre.

Le superfici rivolte verso la radiazione diretta degli scambiatori di calore esperimentano un cari^ co termico chiaramente pi? alto che la parete posteriore dello scambiatore di calore. Il carico vero e proprio dei tubi ? in tal caso da vedersi non solamente nelle temperature di parete elevate delle par ti di tubo direttamente irradiate. Sono anzitutto i due minimi fra i settori irradiati direttamente e quelli irradiati dalla parete di riflessione ed i gradienti di temperatura che perci? variano fortemen te sulla circonferenza dei tubi, che provocano le sollecitazioni critiche.

Quando le temperature differentemente elevate sulla circonferenza dei tubi aumentano e diminuisco no linearmente fra un minimo ed un massimo, le solLe citazioni indotte termicamente potrebbero venire eLi minate nella maniera pi? ampia mediante sospensione libera da forze e momenti, il che per? non rappresenta alcuna soluzione soddisfacente al problema in particolare nel caso di due minimi.

Vi sono campi di applicazione, come per esempio nel caso di'centrali elettriche a torre solare, in cui lo scambiatore di calore ? esposto ad un elevato numero di cambiamenti termici di carico, come risultano dal ciclo giorno-notte e da ombreggia menti irregolari della radiazione solare. E' compren sibile che questi cicli in salita e discesa caricano addizionalmente in maniera dinamica gli scambiatori di calore e limitano corrispondentemente Inutilizza zione delle qualit? dei materiali.

Per la riduzione di sollecitazioni condizionate termicamente sono noti oltre alla sospensione con basse forze gi? citata degli scambiatori di calore anche tipi di costruzione precurvati, con i quali vengono meglio controllate deformazioni subentranti.

Si cerca di ridurre le sollecitazioni di calore derivanti da cicli termici di regola mediante allun gamento temporale delle fasi di riscaldamento e di raffreddamento, nel qual caso spesso sono necessarie installazioni dispendiose per il mantenimento delle temperature .

Un provvedimento completamente efficace per rjl durre differenze di temperatura fra lato di irradia zione e lato posteriore, ? da vedersi in schermature ceramiche, le quali applicate davanti agli scambiata ri di calore trattengono una parte della radiazione diretta. Tuttavia una tale protezione va a pari passo con temperature relativamente elevate delle scher mature ed irradia nuovamente con queste elevate tem perature anche una quantit? di calore corrisponden temente maggiore dall'assorbitore.

Secondo presenti concetti temperature differen ti , che risultano ad esempio sulla circonferenza di tubi di scambiatore termico in assorbitori di centrali elettriche a torre solare, non debbono venire compensate da copertura passiva del lato esposto a]^ la radiazione, ma mediante un'asportazione ridotta di calore del lato posteriore, cio? del lato pi? fred do, dei tubi di scambio ed una rinforzata cessione di calore sul fluido veicolo di calore dal lato del tu bo pi? caldo, irradiato direttamente,

A base dell'invenzione sta il compito di indicare provvedimenti efficaci di compensazione delle e

sollecitazioni di temperatura/di calore per scambiatori di calore del tipo citato all'inizio, che da un canto rimangono senza dannoso seguito per funzionamento o procedimento e, d'altro canto, si distinguono per piccolo dispendio tecnico di approntamento.

Il compito viene risolto secondo l'invenzione per il fatto che la sezione trasversale degli scambiatori di calore viene suddivisa per mezzo di inser ti in due o pi? canali di passaggio in maniera tale che le differenze di temperatura e le sollecitazioni termiche della parete risultanti dalle densit? ener g etiche elevate, differenti vengono ridotte o rispe_t tivamente impedite. Con ci? si ottiene un'ampia com pensazione di temperatura sulla parete dello scambia^ tore di calore, per cui vengono escluse dannose sollecitazioni di calore.

La corrente di massa del fluido veicolo di cal? re deve asportare l'intero calore introdotto. Forma e grandezza delle singole sezioni trasversali, e quindi le particolari correnti di massa, debbono a? cordarsi alle quantit? di calore che affluiscono verso le singole sezioni trasversali in maniera che le pareti dei tubi assumano sulla circonferenza tem perature ampiamente uguali. I canali piccoli o ri^ spettivamente pi? stretti, che sono associati alle pareti con l'adduzione di energia minore, hanno o_l tre che per la bassa corrente di massa trasportabile dalla sezione trasversale anche per la velocit? min? re attraverso di essa, a seguito della resistenza mag giore alla corrente, una trasferibilit? di calore ri^ dotta -'in confronto alla corrente di massa d'altro canto maggiore e pi? veloce nella sezione trasversale grande .

La compensazione perseguita di temperature di parete differenti sulla circonferenza dei tubi viene inoltre rafforzata per il fatto che gli inserti sono formati a guisa di lamiere, le cui superfici hanno poteri differenti di riflessione e di assorbimento-Gli usuali valori di assorbimento delle superfici di materiali di elevata resistenza al calore, legati con nickel-cromo stanno nel campo di temperature tra 750 e 900?C ad 80 fino a 95^? In conseguenza di tali condizioni di funzionamento possono trasferirsi note_ voli correnti di calore tramite radiazione dalla pa rete interna dei tubi sulla lamiera di guida. Allo scopo della compensazione di temperatura la parete posteriore caricata con piccola densit? di correnti di calore deve irradiare meno calore sulla lamiera che la parete anteriore ricca di energia, il che per esempio viene provocato da valori di as^ sorbimento minori della superficie di lamiera rivol_ ta verso il lato posteriore dei tubi.

Una tale variazione delle propriet? ottiche viene effettuata sulla lamiera di guida con un dispendio tecnico di approntamento relativamente picco^ lo. Siano citati come esempio la alluminazione della lamiera di guida con valori di riflessione di 40 fino a 50%, oppure anche altri rivestimenti termostabili con valori ottici confrontabili. Un variare dei val? ri di assorbimento oppure valori di emissione qui a? propriati , sul lato posteriore della parete interna dei tubi, porta in linea di principio effetti simi_ li, per? sarebbe molto pi? dispendioso. Accanto al vantaggio precedentemente descritto degli inserti di lamiera, cio? per provvedere ad una compensazione della temperatura sulla circonferenza della parete dei tubi, questi inserti aumentano contemporaneamen te la superficie suddivisa sul trasporto di calore. Da ci? risultano, da un canto, un abbassamento della temperatura di.parete dei tubi massima e, d'altro canto, un aumento della quantit? di calore trasferibile al fluido di trasporto di calore, il che ? in particolare importante nell'utilizzazione del calore ricevuto. Per uguale rendimento termico degli scambiatori di calore ? sufficiente di conseguen za una lunghezza minore dei tubi ed ,una minore gran dezza strutturale, oppure risulterebbe inversamente un rendimento termico maggiore con grandezza struttu rale invariata. Le temperature di punta pi? basse permettono inoltre una durata maggiore dello scambiatore di calore.

Per altro influenzamento programmato della tra. smissione di calore sul fluido veicolo di calore gli inserti e, oppure il tubo scambiatore di calore po?3 sono essere profilati o rispettivamente progettati con nervature longitudinali. Un altro miglioramento dell'asportazione del calore della parete del tubo si pu? ottenere per il fatto che gli inserti sono muniti di nervature oppure ondulazioni decorrenti all' incirca trasversalmente alla direzione longitudinale, che generano una addizionale turbolenza del fluido di corrente.

A seconda della esecuzione di uno scambiatore di calore pu? aver luogo uno scambio per radiazione dei raggi diretti fra pareti calde e fredde dello scambiatore di calore. Se si vuole conservare questa esecuzione , allora gli inserti possono venire realiz^ zati nella forma di lamiere forate oppure a guisa di tessuto di filo metallico, per mantenere una certa parte dello scambio diretto per radiazione.

Per adattare la ripartizi?ne della corrente di massa in maniera ottimale ed automaticamente regolabile ad una variazione dei rapporti di intensit? di radiazione, seconda un'altra formazione dell'invenzione l'elemento di inserto o rispettivamente il suo supporto pu? venire munito di meccanismi di regolazione, come per esempio elementi bimetallici, che nel caso di subentranti differenze di temperatura delle pareti variano la posizione dell'elemento di inserto e quindi la forma e grandezza dei canali di passaggio in maniera che le differenze di temperatura si riducono ulteriormente.

Gli inserti non debbono venire impiegati sulla intera lunghezza di tubo degli scambiatori di calore, ma essi possono venire impiegati senz?altro solamen te a tratti in zone di elevate densit? di corrente di calore.

Gli inserti e la forma dei canali di corrente possono inoltre essere formati in modo che essi raj> presentino per il fluido che passa attraverso soltan to una resistenza di corrente addizionale minima, il che ad esempio viene ottenuto mediante superfici piane, lisce, nonch? in quanto la superficie dei ca nali di corrente che sta a contatto con il fluido viene mantenuta pi? piccola possibile.

Nei disegni annessi sono rappresentati schema treamente esempi di esecuzione secondo l'invenzione.

In figura 1 ? illustrato su un tubo 10 scambia tore di calore rappresentato in sezione trasversale un esempio di una distribuzione di radiazione. La ra diazione diretta 11 giunge nella zona superiore 12, nel qual caso la lunghezza della freccia 13 rappresenta una misura per l'intensit? della radiazione.

Se sul lato posteriore nello scambiatore 10 di calore si trova una parete riflettente 14-, allora il lato posteriore 15 nello scambiatore 10 di calore viene caricato dalla radiazione riflessa 16. Le due zone fra le zone 12 e 15 ricevono solamente radiazio^ ni diffuse. Nel caso qui rappresentato la ripartizio^ ne di intensit? di radiazione risultante sullo scam biatore 10 di calore si pu? rappresentare circa me diante la linea tratteggiata 17- Con ci? lo scambia tore 10 di calore ? esposto sulla circonferenza del tubo ad una temperatura variata, che nella zona 12 assume un massimo e fra le zone 12 e 15 un minimo.

In figura 2 ? rappresentato uno scambiatore 20 di calore formato a guisa di assorbitore di una cen trale elettrica 21 a torre solare, che ? composto da parecchi tubi 22 scambiatori di calore collegati parallelamente rispetto ad un registro. I tubi 22 ca ricati dai raggi 23 del sole concentrati diretti e dalla radiazione riflessa dalla parete posteriore 24 ricevono una ripartizione di radiazione rappresentata in figura 1.

Nei tubi scambiatori di calore 22 sono previsti in direzione longitudinale inserti, come essi sono rappresentati per esempio nelle figure da 3 fino a 5? In figura 3 ? rappresentato uno scambiatore 30 di calore cilindrico, il cui canale di corrente ? ri partito da un elemento 31 di inserto profilato in due canali 32 e 33 differentemente grandi. Sul lato sinj. stro l'elemento 31 di inserto ? rivestito differen temente ai due lati, nel qual caso lo strato 3^ rivolto verso la zona calda ha un potere di assorbimento pi? elevato per radiazioni di calore che lo strato 35 dell'altro lato.

Con ci? a causa della pi? elevata densit? di radiazione e del maggiore potere di assorbimento de_l la zona pi? calda pu? venire introdotto pi? calore nel fluido veicolo di calore tramite l'elemento 31? 34-? 35 di inserto, con il che viene fornito un ulte^ riore contributo alla compensazione di temperatura.

Un effetto simile della compensazione di tempe_ ratura mediante radiazione delle pareti esterne dif ferentemente calde pu? venire ottenuto mediante una lamiera forata 36 oppure nella forma di un tessuto di filo metallico secondo la rappresentazione in figura 3? lato destro.

Un elemento di inserto, come l'elemento 31 di inserto rappresentato in figura 3? pu? anche venire formato come bimetallo, che nella variazione della differenza di temperatura fra le correnti gassose nei due canali 52 e 33 varia la sua posizione e con ci? il rapporto di correnti di massa nei due canali 32 e 33.

In figura 4 ? rappresentato uno scambiatore 40 di calore con rapporti di sezione trasversale varija bili, il cui canaleidi corrente ? ripartito per mez, zo di due elementi 41 e 42 di inserto in tre canali 43 , 44 e 45 di corrente differentemente grandi.

Per aumentare il trasferimento di calore il tubo 40 scambiatore di calore ? realizzato nella zona del^ la radiazione diretta 46 con nervature longitudinali 47. Gli elementi 41 e 42 di inserto sono anche for mati come superfici di trasferimento di .calore fra i differenti canali da 43 fino a 45 e sono muniti da un lato oppure sui due lati di nervature longitudinali.

figura 5 mostra uno scambiatore 50 di calore con sezione trasversale quadrata, in cui un elemento 51 di inserto ? introdotto obliquamente rispetto al-1 'asse longitudinale. Per aumentare mediante turbolenza la trasmissione di calore, l'elemento 51 di inserto ? realizzato con nervature trasversali 52.

A seconda del caso di impiego il canale di cor rente viene ripartito in due o pi? canali, nel qual caso questa ripartizione avviene sull'intera lunghez^ za dello scambiatore di calore oppure solamente a tratti. Gli elementi di inserto possono essere lamiere semplici, relativamente sottili, che per lo pi? possono venire introdotte senza variazioni costruttive in tubi lisci oppure tubi profilati in differente maniera o rispettivamente incorporati sue cessivamente in impianti esistenti. Commisurato al dispendio il beneficio ottenuto delle lamiere conduttrici ? incomparabilmente grande.

Una compensazione della temperatura per mezzo di inserti si pu? ottenere in scambiatori di calore diqualsiasi forma e sezioni trasversali di passaggio. Inoltre, l'applicabilit? di scambiatori di ca. lore attrezzati in tale maniera non ? limitata alla utilizzazione della energia solare. Detti scambiata ri di calore sono anzi soprattutto impieeabili dove energia di radiazione viene trasferita su un fluido gassoso oppure liquido.

RIVENDICAZIONI

1. Scambiatore di calore che deve assorbire den sit? di energia differentemente elevate tramite convezione oppure radiazione sulle sue pareti di passaggio di calore, il quale scambiatore di calore ? caratterizzato da ci? che la sua sezione trasversale (20, 30, 40, 30) ? ripartita per mezzo di inserti (51? ? ? 42, 51) in due o pi? canali (52, 55 o rispettivamente 45, 44, 45) di passaggio, in maniera tale che le differenze di temperatura e soliti citazioni termiche della parete risultanti dalle densit? di energia differenti elevate vengono ridot_ te o rispettivamente impedite.

2. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da ci? che la sezione trasversale del particolare canale (52, 55; 45, 44, 45) di passaggio corrisponde proporzionalmente alla corrente di energia introdotta nella parete (58) del tubo scambiatore di calore associato.

5- Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato da ci?-che gli inserti sono formati a guisa di lamiere (51)?

4. Scambiatore di calore secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti (51) sui due lati (549 rispettivamente 55) rivolti verso il particolare canale parziale (52 o rispettivamente 55) hanno potere di assorbimento e riflessione per energia di radiazione differenti.

5- Scambiatore di calore secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti (41, 42) e, oppure il tubo (40) scam bistore di calore sono profilati o rispettivamente muniti di nervature longitudinali (4-7).

6. Scambiatore di calore secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti (51) sono muniti di nervature (52) oppure ondulazioni decorrenti all'incirca trasversalmente rispetto alla direzione longitudinale.

7- Scambiatore di calore secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti (56) sono realizzati nella forma di lamiere perforate oppure tessuti di filo metallico.

8. Scambiatore di calore secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti sono muniti di meccanismi di regolazione, i quali nel caso di risultanti differenze di temperatura delle pareti cambiano la posizione degli inserti e con ci? la forma e grandezza dei cana li di passaggio, in maniera tale che le differenze di temperatura vengono ulteriormente ridotte.;

9. Scambiatore di calore secondo la rivendicazic> ne 8, caratterizzato da ci? che come meccanismi di regolazione sono previsti elementi bimetallici.

10. Scambiatore di calore secondo qualsiasi de_l le rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti sono impiegati in relazione alla lun ghezza dello scambiatore di calore a tratti in zone di densit? di corrente di calore differentemente elevate .

11. Scambiatore di calore secondo qualsiasi del^ le rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti (31) e la forma dei canali di corrente sono formati in maniera che ad un fluido che passa attraverso i canali viene imposta una resister, za di corrente addizionale quanto pi? ;.possibile piccola.

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RIVENDICAZIONI

1. Scambiatore di calore che deve assorbire den sit? di energia differentemente elevate tramite convezione oppure radiazione sulle sue pareti di passaggio di calore, 4-1?quale?scambiatore di calore c caratterizzato da ci? che la anta sezione trasverygte/Sia ots?mincfr?rt ??? c&Jos e. /

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serti (51, 41, 42, 51) in due o pi? canali (52, 53 o rispettivamente 45, 44, 45) di passaggio, in maniera tale che le differenze di temperatura e solle^ citazioni termiche della parete risultanti dalle densit? di energia differenti elevate vengono rido_t te o rispettivamente impedite.

2. Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da ci? che la sezione trasversale del particolare canale (52, 33; 43, 44, 45) di passaggio corrisponde proporzionalmente alla corrente di energia introdotta nella parete (38) del tubo scambiatore di calore associato.

3- Scambiatore di calore secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato da ci? che gli inserti sono formati a guisa di lamiere (31)?

4. Scambiatore di calore secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti (31) sui due lati (349 rispettivamente 35) rivolti verso il particolare canale parziale (32 o rispettivamente 33) hanno potere di assorbimento e riflessione per energia di radiazione differenti.

, 5? Scambiatore di calore secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti (41, 42) e, oppure il tubo (40) scam

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bistore di calore sono profilati o rispettivamente muniti di nervature longitudinali (4-7).

7- Scambiatore di calore secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti (36) sono realizzati nella forma di lamiere perforate oppure tessuti di filo metallico.

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8. Scambiatore di calore secondo qualeiasi.delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti sono muniti di meccanismi di regolazione, i quali nel caso di risultanti differenze di temperatura delle pareti cambiano la posizione degli inserti e con ci? la forma e grandezza dei cana li di passaggio, in maniera tale che le differenze di temperatura vengono ulteriormente ridotte.,

9- Scambiatore di calore secondo la rivendicazio> ne 8, caratterizzato da ci? che come meccanismi di regolazione sono previsti elementi bimetallici.

10. Scambiatore di calore secondo qualeia-oi del^ le rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti sono impiegati in relazione alla lun

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ghezza dello scambiatore di calore a tratti in zone di densit? di corrente di calore differentemente elevate .

11. Scambiatore di calore secondo qualsiasi del^ le rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ci? che gli inserti (31) e la forma dei canali di corrente sono formati in maniera che ad un fluido che passa attraverso i canali viene imposta una resisten za di corrente addizionale quanto pi? ^possibile piccola.

p.p. M.A.N. MASCHINENFAERIK AUGEBURG-N-HRNB?f?6r-AKTIENCESELISeHA-fflg?

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Scambiatori di calore del genere vengono impiegati, ad esempio, in camere di combustione a radiazione ed in collettori per l'utilizzazione di energia solare termica con sistemi di concentrazione a li_ nee oppure punti. Con scambiatori di calore si debbono intendere corpi cavi di forma qualsiasi in sezione trasversale che ricevono una corrente di fluido, nel qual caso la sezione trasversale pu? variare eventualmente sulla lunghezza dello scambiatore di calore.

Il carico ammissibile di tali componenti viene allora limitato non pi? principalmente dalla tempera tura dei materiali massima tollerabile nel tempo, ma dalle sollecitazioni provocate da differenze di temperatura. A differenza da sollecitazioni, che ni sultano dal carico di funzionamento vero e proprio e che di regola sono immutabili, sollecitazioni da ali. mentazione di calore parzialmente non uniforme si possono in molti casi ridurre.

Le superfici rivolte verso la radiazione diretta degli scambiatori di calore esperimentano un cari_ co termico chiaramente pi? alto che la parete posteriore dello scambiatore di calore. Il carico vero e proprio dei tubi ? in tal caso da vedersi non solamente nelle temperature di parete elevate delle pai? ti di tubo direttamente irradiate. Sono anzitutto i due minimi fra i settori irradiati direttamente e quelli irradiati dalla parete di riflessione ed i gradienti di temperatura che perci? variano fortemen te sulla circonferenza dei tubi, che provocano le sollecitazioni critiche.

Quando le temperature differentemente elevate sulla circonferenza dei tubi aumentano e diminuisco no linearmente fra un minimo ed un massimo, le sollj? citazioni indotte termicamente potrebbero venire eli^ minate nella maniera pi? ampia mediante sospensione libera da forze e momenti, il che per? non rappresenta alcuna soluzione soddisfacente al problema in particolare nel caso di due minimi.

Vi sono campi di applicazione, come per esempio nel caso di centrali elettriche a torre solare, in cui lo scambiatore di calore ? esposto ad un elevato numero di cambiamenti termici di carico, come risultano dal ciclo giorno-notte e da ombreggia menti irregolari della radiazione solare. E' compren sibile che questi cicli in salita e discesa caricano addizionalmente in maniera dinamica gli scambiatori di calore e limitano corrispondentemente Inutilizza zione delle qualit? dei materiali.

Per la riduzione di sollecitazioni condizionate ?termicamente sono noti oltre alla sospensione con basse forze gi? citata degli scambiatori di calore anche tipi di costruzione precurvati, con i quali vengono meglio controllate deformazioni subentranti.

Un provvedimento completamente efficace per ri durre differenze di temperatura fra lato di irradia zione e lato posteriore, ? da vedersi in schermature ceramiche, le quali applicate davanti agli scambiata ri di calore trattengono una parte della radiazione diretta. Tuttavia una tale protezione va a pari passo con temperature relativamente elevate delle scher mature ed irradia nuovamente con queste elevate tem perature anche una quantit? di calore corrisponden temente maggiore dall'assorbitore.

Secondo presenti concetti temperature differen ti , che risultano ad esempio sulla circonferenza di tubi di scambiatore termico in assorbitori di centrali elettriche a torre solare , non debbono venire compensate da copertura passiva del lato esposto al^ la radiazione, ma mediante un'asportazione ridotta di calore del lato posteriore, cio? del lato pi? fred do, dei tubi di scambio ed una rinforzata cessione di calore sul fluido veicolo di calore dal lato del tu bo pi? caldo, irradiato direttamente,

A base dell'invenzione sta;il compito di indicare provvedimenti efficaci di compensazione delle e

sollecitazioni di temperatura/di calore per scambiatori di calore del tipo citato all'inizio, che da un canto rimangono senza dannoso seguito per funzionamento o procedimento e, d'altro canto, si distinguono per piccolo dispendio tecnico di approntaimento.

Il compito viene risolto secondo l'invenzione per il fatto che la sezione trasversale degli scambiatori di calore viene suddivisa per mezzo di inser ti in due o pi? canali di passaggio in maniera tale che le differenze di temperatura e le sollecitazioni termiche della parete risultanti dalle densit? ener g etiche elevate, differenti vengono ridotte o rispet^ tivamente impedite. Con ci? si ottiene un'ampia com pensazione di temperatura sulla parete dello scambisi tore di calore, per cui vengono escluse dannose sollecitazioni di calore.

La corrente di massa del fluido veicolo di calo^ re deve asportare l'intero calore introdotto. Forma e grandezza delle singole sezioni trasversali, e quindi le particolari correnti di massa, debbono ac cordarsi alle quantit? di calore che affluiscono verso le singole sezioni trasversali in maniera che le pareti dei tubi assumano sulla circonferenza tem perature ampiamente uguali. I canali piccoli o ri^ spettivamente pi? stretti, che sono associati alle pareti con l'adduzione di energia minore, hanno oJL tre che per la bassa corrente di massa trasportabile dalla sezione trasversale anche per la velocit? mincs re attraverso di essa, a seguito della resistenza mag giore alla corrente, una trasferibilit? di calore r_i dotta -in confronto alla corrente di massa d'altro canto maggiore e pi? veloce nella sezione trasversale grande.

La compensazione perseguita di temperature di parete differenti sulla circonferenza dei tubi viene inoltre rafforzata per il fatto che gli inserti sono formati a guisa di lamiere, le cui superfici hanno poteri differenti di riflessione e di assorbimento. Gli usuali valori di assorbimento delle superfici di materiali di elevata resistenza al calore, legati con nickel-cromo stanno nel campo di temperature tra 750 e 900?C ad 80 fino a 95%? In conseguenza di tali condizioni di funzionamento possono trasferirsi note^ voli correnti di calore tramite radiazione dalla pa rete interna dei tubi sulla lamiera di guida. Allo scopo della compensazione di temperatura la parete posteriore caricata con piccola densit? di correnti di calore deve irradiare meno calore sulla lamiera che la parete anteriore ricca di energia, il che per esempio viene provocato da valori di ass sorbimento minori della superficie di lamiera rivoli ta verso il lato posteriore dei tubi.

Una tale variazione delle propriet? ottiche viene effettuata sulla lamiera di guida con un dispendio tecnico di approntamento relativamente piccio lo. Siano citati come esempio la alluminazione della lamiera di guida con valori di riflessione di 40 fino a 50%, oppure anche altri rivestimenti termostabili con valori ottici confrontabili. Un variare dei vaio ri di assorbimento oppure valori di emissione qui aja propriati , sul lato posteriore della parete interna dei tubi, porta in linea di principio effetti simi li, per? sarebbe molto pi? dispendioso. Accanto al vantaggio precedentemente descritto degli inserti di lamiera, cio? per provvedere ad una compensazione della temperatura sulla circonferenza della parete dei tubi, questi inserti aumentano contemporaneamen te la superficie suddivisa sul trasporto di calore. Da ci? risultano, da un canto , un abbassamento della temperatura di:parete dei tubi massima e, d'altro canto, un aumento della quantit? di calore trasferibile al fluido di trasporto di calore, il che ? in particolare importante nell'utilizzazione del calore ricevuto. Per uguale rendimento termico degli scambiatori di calore ? sufficiente di conseguen za una lunghezza minore dei tubi ed ,una minore gran dezza strutturale, oppure risulterebbe inversamente un rendimento termico maggiore con grandezza struttu rale invariata. Le temperature di punta pi? basse permettono inoltre una durata maggiore dello scambiatore di calore.

Per altro influenzamento programmato della tra. smissione di calore sul fluido voioolo di calore gli inserti e , oppure il tubo scambiatore di calore po?> sono essere profilati o rispettivamente progettati con nervature longitudinali. Un altro miglioramento dell'asportazione del calore della parete del tubo si pu? ottenere per il fatto che gli inserti sono muniti di nervature oppure ondulazioni decorrenti all 'incirca trasversalmente alla direzione longitudinale, che generano una addizionale turbolenza del fluido di corrente.

A seconda della esecuzione di uno scambiatore di calore pu? aver luogo uno scambio per radiazione dei raggi diretti fra pareti calde e fredde dello scambiatore di calore. Se si vuole conservare questa esecuzione, allora gli inserti possono venire realiz^ zati nella forma di lamiere forate oppure a guisa di tessuto di filo metallico, per mantenere una certa parte dello scambio diretto per radiazione.

Per adattare la ripartizione della corrente di massa in maniera ottimale ed automaticamente regolabile ad una variazione dei rapporti di intensit? di radiazione, seconda un'altra formazione dell'invenzione l'elemento di inserto o rispettivamente il suo supporto pu? venire munito di meccanismi di regolazione, come per esempio elementi bimetallici, che nel caso di subentranti differenze di temperatura delle pareti variano la posizione dell'elemento di inserto e quindi la forma e grandezza dei canali di passaggio in maniera che le differenze di temperatura si riducono ulteriormente.

Gli inserti non debbono venire impiegati sulla intera lunghezza di tubo degli scambiatori di calore, ma essi possono venire impiegati senz'altro solamen te a tratti in zone di elevate densit? di corrente di calore.

Gli inserti e la forma dei canali di corrente possono inoltre essere formati in modo che essi ra? presentino per il fluido che passa attraverso soltan to una resistenza di corrente addizionale minima, il che ad esempio viene ottenuto mediante superfici piane, lisce, nonch? in quanto la superficie dei ca nali di corrente che sta a contatto con il fluido viene mantenuta pi? piccola possibile.

NeL disegn? annessi sono rappresentati schema treamente esempi di esecuzione secondo l'invenzione.

Se sul lato posteriore nello scambiatore 10 di calore si trova una parete riflettente 14, allora il lato posteriore 15 nello scambiatore 10 di calore viene caricato dalla radiazione riflessa 16. Le due zone fra le zone 12 e 15 ricevono solamente radiazio^ ni diffuse. Nel caso qui rappresentato la ripartizi? ne di intensit? di radiazione risultante sullo scam biatore 10 di calore si pu? rappresentare circa me diante la linea tratteggiata 17- Con ci? lo scambia tore 10 di calore ? esposto sulla circonferenza del tubo ad una temperatura variata, che nella zona 12 assume un massimo e fra le zone 12 e 15 un minimo.

In figura 2 ? rappresentato uno scambiatore 20 di calore formato a guisa di assorbitore di una cen trale elettrica 21 a torre solare, che ? composto da parecchi tubi 22 scambiatori di calore collegati parallelamente rispetto ad un registro. I tubi 22 ca ricati dai raggi 25 del sole concentrati diretti e dalla radiazione riflessa dalla parete posteriore 24 ricevono una ripartizione di radiazione rappresentata in figura 1.

Nei tubi scambiatori di calore 22 sono previsti in direzione longitudinale inserti, come essi sono rappresentati per esempio nelle figure da 3 fino a 5-In figura 3 ? rappresentato uno scambiatore 30 di calore cilindrico, il cui canale di corrente ? ri partito da un elemento 31 di inserto profilato in due canali 32 e 33 differentemente grandi. Sul lato sinj. stro l'elemento 31 di inserto ? rivestito differen temente ai due lati, nel qual caso lo strato 34-rivolto verso la zona calda ha un potere di assorbimento pi? elevato per radiazioni di calore che lo strato 35 dell'altro la.to.

Con ci? a causa della pi? elevata densit? di radiazione e del maggiore potere di assorbimento del^ la zona pi? calda pu? venire introdotto pi? calore nel fluido veicolo di calore tramite l'elemento 31i 34-, 35 di inserto, con il che viene fornito un ulti? riore contributo alla compensazione di temperatura.

Un effetto simile della compensazione di tempe^ ratura mediante radiazione delle pareti esterne dlf ferentemente calde pu? venire ottenuto mediante una lamiera forata 36 oppure nella forma di un tessuto di filo metallico secondo la rappresentazione in figura 3? lato destro.

Un elemento di inserto, come l'elemento 31 di inserto rappresentato in figura 3? pu? anche venire formato come bimetallo, che nella variazione della differenza di temperatura fra le correnti gassose nei due canali 32 e 33 varia la sua posizione e con ci? il rapporto di correnti di massa nei due canali 32 e 33.

In figura 4 ? rappresentato uno scambiatore 40 di calore con rapporti di sezione trasversale varia bili, il cui canaleidi corrente ? ripartito per mez zo di due elementi 41 e 42 di inserto in tre canali 43 , 44 e 45 di corrente differentemente grandi.

Per aumentare il trasferimento di calore il tubo 40 scambiatore di calore ? realizzato nella zona de_l la radiazione diretta 46 con nervature longitudinali 47. Gli elementi 41 e 42 di inserto sono anche for mati come superiici di trasferimento di.,calore fra i differenti canali da 43 fino a 45 e sono muniti da un lato oppure sui due lati di nervature longitudinali.

-^a figura 5 mostra uno scambiatore 50 di calore con sezione trasversale quadrata, in cui un elemento 51 di inserto ? introdotto obliquamente rispetto al-1 'asse longitudinale. Per aumentare mediante turbolenza la trasmissione di calore, l'elemento 51 di inserto ? realizzato con nervature trasversali 52.

A seconda del caso di impiego il canale di cor rente viene ripartito in due o pi? canali, nel qual caso questa ripartizione avviene sull'intera lunghez_ za dello scambiatore di calore oppure solamente a tratti. Gli elementi di inserto possono essere lamiere semplici, relativamente sottili, che per lo pi? possono venire introdotte senza variazioni costruttive in tubi lisci oppure tubi profilati in differente maniera o rispettivamente incorporati sue cessivamente in impianti esistenti. Commisurato al dispendio il beneficio ottenuto delle lamiere conduttrici ? incomparabilmente grande.

Una compensazione della temperatura per mezzo di inserti si pu? ottenere in scambiatori di calore diqualsiasi forma e sezioni trasversali di passaggio. Inoltre, l'applicabilit? di scambiatori di ca lore attrezzati in tale maniera non ? limitata alla utilizzazione della energia solare. Dot-ti Gcambiatiti ri di -calC~re sono anzi soprattutto impiegabili dove energia di radiazione viene trasferita su un fluido gassoso oppure liquido.

?

APA gu/7

?Descrizione dell ? invenzione industriale dal ti t oj "SCAMBIATORE DI CALORE"

della ditta tedesca M.AJLr-^TlSSCHINENFABRIK AUGSBURG-N?NBEBG AKTIENGESELLSCHAFT

-ygn sodo in MUNCHEN- ? (REP.FES.TED.)

RIASSUNTO

Per ottenere una compensazione di sollecitazione

ni di temperatura e calore nel caso di tubi*di scam-

?

hiatore termico, i quali debbono assorbire tramite con

3?

vezione oppure radiazione?'sulle loro pareti di passaggio di calore correnti di energia differentemente elevate, viene proposto di suddividere la sezione J/ trasversale del tubo per mezzo di inserti*in due o 32, 33

pi? canalivdi passaggio in maniera tale che, da uh canto , la capacit? di trasporto di calore delle correnti di massa nei singoli canali corrisponda sui tratti di parete di tubi associati alle quantit? di calore differentemente grandi da asportare e, da altro canto, il potere di assorbimento e riflessione per la corrente di calore diretta da parete a parete venga influenzato mediante rivestimento superficiale 34/ 33"

differente* in maniera che abbia luogo un'asportazione di calore differente, che compensa la temperatura sul

Claims

fluido di procedimento dalle differenti zone di parete dello scambiatore di calore.

(per traduzione conforme)

Corri. te Of/rglo , Omo?eo

[Societ? iialien e i Brevetti S.p.&?

3 SO V.

s2

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