PL175718B1 - Urządzenie do wymiany ciepła - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do wymiany ciepla, zawie- rajace pojemnik z pierwszym przetwarzanym plynem, przy czym w pojemniku jest umie- szczona, co najmniej jedna, ustawiona piono- wo przekazujaca cieplo rura z drugim przetwarzanym plynem, polaczona ze zródlem napedowym, a ponadto w kazdej przekazujacej cieplo rurze jest usytuowany, ustawiony wzdluz jej dlugosci, gietki drazek rozgarniajacy, polaczony z zespolem wymu- szania ruchu obiegowego, znamienne tym, ze zespól wymuszania ruchu obiegowego jest umieszczony ruchomo wewnatrz pojemnika (1,1*) oraz posiada co najmniej jedna plyte napedowa (11,11', 11", 11"", 11*, 12,12"") zawierajaca otwory (27,27', 27", 27*, 27""), w których jest umieszczony co najmniej je- den drazek rozgarniajacy (14, 14*). F IG . 1 PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wymiany ciepła, stosowane zwłaszcza do odparowywania wody słodkiej z wody morskiej, w procesach destylacyjnych, przy wytwarzaniu zawiesiny lodowej oraz innych płynów chłodzonych lub mrożonych.

W opisach patentowych USA o numerach 4 230 529 oraz 4 441 963 ujawniono urządzenie do wymiany ciepła, zawierające ustawioną pionowo cienkościenną rurę z otwartymi końcami, stanowiącą przekaźnik ciepła. Wykonuje ona ruch obiegowy lub wahadłowy. Ruch obiegowy rury zwiększa skuteczność przekazywania ciepła, na skutek zmniejszenia oporności termicznej na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni rury. Ruch rury powoduje odparowanie cieczy, która w postaci cienkiej warstwy osadza się na wewnętrznej powierzchni rury. Powoduje to zwiększenie pola powierzchni odparowania i zmniejsza oporność termiczną, przez zmniejszenie grubości warstwy cieczy. Ruch obiegowy sprzyja przekazywaniu ciepła do rury, również przy jej powierzchni zewnętrznej, gdyż następuje kondensacja rozgrzanego strumienia pary. Kondensacja zwiększa grubość warstwy cieczy przy powierzchni zewnętrznej, a zatem jej oporność termiczną. Ruch obiegowy powoduje również zrzucanie kropel, poprawiając w ten sposób przenoszenie ciepła przy ścianie zewnętrznej rury.

W obu wymienionych opisach patentowych ujawniono zespoły wielu rur osadzone we wspólnym pojemniku i napędzane z zewnątrz za pomocą mimośrodów, które nadają im ruch wahadłowy w płaszczyźnie poziomej. Cieczjest napędzana ruchem obrotowym przez sprzężenie dynamiczne, i obiega powierzchnię wewnętrzną spływając ku dołowi rury pod wpływem siły ciężkości. Taka konstrukcja wymaga stosowania wahaczy, łożysk i skomplikowanych uszczelnień wewnątrz urządzenia odparowującego. Części składowe urządzenia są trudne i kosztowne w wytwarzaniu i montażu, muszą być obrabiane z dużą dokładnością, są podatne na korozję i zanieczyszczenie przy ich wykorzystaniu w przemyśle chemicznym.

Znane są urządzenia do wymiany ciepła, stosowane w maszynach do produkcji lodów, czy do wyparek. W urządzeniach tych zastosowano sztywny drążek rozgarniający, napędzany w sposób wymuszony z zewnątrz i obracający się wewnątrz rury. Drążek jest przeznaczony do rozgarniania lepkich cieczy w postać cienkiej warstwy. Sztywny, poruszany ruchem wymuszonym drążek (lub skrobak) ma pewne wady. Po pierwsze wymaga wprowadzenia i uszczelnienia obrotowego wału napędowego. Po drugie, ze względu na to, że drążek jest sztywny i porusza się po powierzchni stałej z niewielkimi luzami, to jest produkcja i montaż stają się trudne i kosztowne. Jego powierzchnia wymaga specjalnej obróbki z niewielkimi tolerancjami ponadto, sztywne konstrukcje rozgarniaków są podatne i nieodporne na zużycie.

Z opisu patentowego USA nr 4 762 592 znany jest zespół wymuszania ruchu obiegowego, w którym ruch obrotowy uzyskuje się za pomocą ciężarków zamocowanych na wyparce. Ciężarki i wyparka wirują wokół siebie, a ich masy równoważą się.

W opisie patentowym USA nr 4 618 399 ujawniono urządzenie do wymiany ciepła zawierające pojemnik, w którym jest umieszczona co najmniej jedna pionowo ustawiona rura przekazująca ciepło. W rurzejest umieszczony drążek rozgarniający, ustawiony wzdłuż długości rury. Drążek rozgarniający jest połączony z usytuowanym na zewnątrz pojemnika źródłem napędowym i zamocowanym na stałe zespołem wymuszania ruchu obiegowego. Drążek rozgarniający rozprowadza podawaną ciecz, w postaci bardzo cienkiej, równomiernej warstwy w celu wzmożenia jej odparowywania. Drążek rozgarniający ogranicza również powstawania stałych osadów po odparowaniu. W opisie tym ujawniono kilka rozwiązań stałego mocowania końca drążka do nieruchomej podstawy, za pomocą odcinków lin, elastycznej i nieobrotowej kotwy, umieszczonej pomiędzy podstawą i dolnym końcem drążka, pomiędzy którymi jest usytuowane również podwójne sprzęgło przegubowe.

Jakkolwiek ta konstrukcja pozwala rozwiązać problemy związane z mimośrodowym napędem ramienia mimośrodu, to również wykazuje pewne wady. Na przykład wymaga poruszania ruchem obiegowym elementów urządzenia o dużej masie, z wieloma dużymi rurami, z których każda przenosi strumień cieczy. Zwiększa również wymagania w odniesieniu do dysponowania stabilną platformą roboczą, na przykład podłogą betonową, w przeciwieństwie do ruchomego podłoża, jak na przykład w przypadku statku na morzu lub innego środka transportowego.

175 718

Ponadto ze względu na to, że urządzenie do wymiany ciepła pracuje w sposób ciągły, występują problemy uszczelnienia płynów, przepływających pomiędzy układem obiegowym i środowiskiem zewnętrznym.

Urządzenie do wymiany ciepła, według wynalazku, zawierające pojemnik z pierwszym przetwarzanym płynem, przy czym w pojemnikujest umieszczona, co najmniej jedna, ustawiona pionowo przekazująca ciepło rura z drugim przetwarzanym płynem, połączona ze źródłem napędowym, a ponadto w każdej przekazującej ciepło rurze jest usytuowany, ustawiony wzdłuż jej długości, giętki drążek rozgarniający, połączony z zespołem wymuszania ruchu obiegowego, charakteryzuje się tym, że zespół wymuszania ruchu obiegowego jest umieszczony ruchomo wewnątrz pojemnika oraz posiada co najmniej jedną płytę napędową zawierającą otwory, w których jest umieszczony co najmniej jeden drążek rozgarniający.

Korzystne jest gdy zespół wymuszania ruchu obiegowego zawiera dwie poziome płyty napędowe, a w szczególności gdy płyty napędowe są usytuowane z odstępem względem siebie i stanowią układ napędowy dla drążków rozgarniających.

Korzystne jest gdy drążki rozgarniające umieszczone w otworach mają dolny koniec wystający poza płytę usytuowaną w dolnej części urządzenia.

Korzystne jest gdy urządzenie zawiera pary płyt napędowych, przy czym w każdej parze, płyty napędowe są usytuowane przeciwlegle, i są połączone z zespołem przetwarzania napędu.

Korzystne jest gdy płyty napędowe są połączone ze źródłem mocy, a pomiędzy każdą z płyt napędowych i źródłem mocy jest usytuowany zespół przetwarzania napędu zawierający co najmniej jeden mimośród.

Korzystne jest gdy płyty napędowe zawierają pierścieniowe obrzeże i żebra, usytuowane pomiędzy otworami.

Korzystne jest gdy mimośród jest połączony ze źródłem mocy za pośrednictwem wału napędowego.

Korzystne jest gdy źródło mocy stanowi napęd liniowy.

Korzystne jest gdy na dolnym końcu drążka rozgarniającego jest zamocowany element zabezpieczający o małym współczynniku tarcia, usytuowany na poziomej płycie, która jest umieszczona poniżej rury przekazującej ciepło.

Korzystne jest gdy na dolnym końcu drążka rozgarniającego jest zamocowana dźwignia, której dolny koniec zamocowany jest na stałe do płyty.

Korzystne jest gdy pomiędzy źródłem mocy oraz zespołem wymuszania ruchu obiegowego jest zamocowana uszczelka usytuowana w zespole przetwarzania napędu w osłonie.

Korzystne jest gdy źródło mocy zawiera pierwszy magnes i drugi magnes usytuowane na wale napędowym umieszczonym wewnątrz osłony, zaś uszczelka o cylindrycznym kształciejest umieszczona na wale napędowym.

Korzystne jest gdy wał napędowy ma postać dźwigni zawierającej elastyczny wąż i dodatkową uszczelkę, przy czym wał napędowy jest zamocowany obrotowo za pomocą ramienia.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku zmniejszono około pięciokrotnie wielkość wymaganego momentu obrotowego przy rozruchu i około dwukrotnie zmniejszono moc silnika. Dzięki umieszczeniu zespołu wymuszania ruchu obiegowego wewnątrz urządzenia oraz rozłącznego umieszczenia drążków rozgarniających w rurze przekazującej ciepło rozwiązano problem wibracji i wyważenia konstrukcji zawierającej rury obiegowe zaopatrzone w sztywne ramiona napędowe. Proponowana konstrukcja urządzenia, zapewnia podczas odsalania wody morskiej odpowiedni ruch obiegowy drążka rozgarniającego, który minimalizuje tendencję do odkładania się kamienia kotłowego przy odparowywaniu wody. W przypadku zagęszczania niektórych produktów spożywczych ruch drążka umożliwia przesuwanie stężonego płynu pokonując siłę lepkości, przy czym nie uszkadza on delikatnego materiału zawartego w koncentracie. W przypadku wytwarzania zawiesiny lodowej, przepływ ciepła jest skierowany od wnętrza rury na zewnątrz, tak że równocześnie ze schładzaniem cieczy spływają ku dołowi powstające kryształy lodu. Drążek zakłóca i/lub eliminuje powstawania zaczątków krystalizacji lodu mogących przywierać do wewnętrznej powierzchni rury przekazującej ciepło.

Przedmiot wynalazkujest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do wymiany ciepła w widoku perspektywicznym, fig. 2 - rurę

175 718 przekazującą ciepło, w widoku z góry, fig. 2a - rozkład wektorów sił dynamicznych działających na drążek zgodnie z fig. 2, fig. 3 - uproszczony widok perspektywiczny płyt napędowych, fig. 4 - inny przykład w^^l^c^r^r^j^iii zespołu wĄ^rmuf^^r^nia ruchu obiegowego, w widoku perspek.tywi czym, fig. 5 - kolejny przykład wykonania zespołu wymuszania ruchu obiegowego, w przekroju poziomym, fig 6 - sprzęgło magnetyczne do przekazywania napędu obrotowego, w przekroju pionowym, fig. 7 - sprzęgło mechaniczne do przekazywania napędu obrotowego, w przekroju pionowym, fig. 8 - układ rozprowadzania płynu, fig. 9 - konstrukcję mocującą, dla drążków rozragniających, w przekroju pionowym, a fig. 10 - kolejny przykład konstrukcji mocującej drążki rozgarniające, w przekroju pionowym.

Na fig. 1 przedstawiono urządzenie do wymiany ciepła zawierające pojemnik 1, wewnątrz którego jest zamocowana pewna liczba rur 2 przekazujących ciepło. Rury 2 są wypełnione drugim przetwarzanym płynem II. Rury 2 są osadzone w górnej płycie 2 i dolnej płycie 3'. Przestrzeń pojemnika 1 jest podzielona na komorę boczną 4 otaczającą rury 2 oraz komorę górną i dolną 5'. Przekazujące ciepło rury 2 mają wnętrze 5. Każda rura 2 jest cienkościenną rurą z materiału dobrze przewodzącego ciepło, korzystnie z miedzi lub stali. Rury 2 mają korzystnie powierzchnię profilową, w postaci rowków. Taka powierzchnia poprawia właściwości emisji ciepła zarówno na powierzchni wewnętrznej, jak i zewnętrznej rury. Do komory bocznej 4 wprowadza się pierwszy przetwarzany płyn I za pośrednictwem doprowadzających kanałów 7, 7'. Ciepło pierwszego przetwarzanego płynu I wymienia się poprzez ścianki ruru 2 z drugim przetwarzanym płynem II, doprowadzanym do górnej komory 5' za pośrednictwem górnych kanałów 6, 8, jak również dolnych kanałów 9 i 10 usytuowanych przy dolnej komorze 5'

Wewnątrz każdej z rur 2jest umieszczony drążek rozgarniający 14, poruszający się ruchem obiegowym zgodnie ze strzałką 50.

Zgodnie z fig. 1, drążki rozgarniające 14 są rozmieszczone swobodnie wewnątrz rur 2, a ich dolne końce opierają się na płycie 21 mającej powierzchnię o małym tarciu, zapewniającą ślizganie się po niej drążków, podczas wykonywania przez nie ruchu obiegowego. Płyta 21 jest ułożona poziomo i z odstępem pod przekazującą ciepło rurą 2. Ruch obiegowy drążków 14 sterowany za pomocą zespołu wymuszania ruchu obiegowego, który zawiera parę usytuowanych w pewnej pionowej odległości od siebie, poziomych płyt napędowych 11, 12. Płyty te są zamocowane ruchomo za pośrednictwem elastycznych wałów 13 i 13', do pokrywy pojemnika 1. Każdy wał 13, 13' jest zamocowany jednym końcem w pokrywie pojemnika 1, zaś drugi jego koniec jest połączony z płytą napędową 11 i 12. Wały 13 i 13' są nie podatne na skręcanie, zaś są podatne na zginanie. Płyty napędowe 11 i 12 poruszają się swobodnie w kierunku poprzecznym, nie nając jednocześnie swobody do wykonania ruchu obrotowego. Na środku płyt napędowych 11 i 12 są usytuowane centralne otwory 26 i 26', w których jest umieszczony wał 15 poruszający się ruchem obrotowym za pośrednictwem mimośrodów 16 i 16', połączonych z wałem napędowym 17 i 17', który z kolei jest napędzany silnikiem, stanowiącym źródło mocy 18, za pośrednictwem łożysk z uszczelkami 28 i 28', zamocowanych w pojemniku 1. Tak więc działanie silnika powoduje ruch obrotowy płyt napędowych 11, 12, stanowiących układ napędowy dla usytuowanych w otworach 27 i 27', drążków rozgarniających 14, poruszając je podobnym ruchem obiegowym. Otwory 27, 27' wraz z płytami napędowymi 11, 12 i umieszczonymi w nich drążkami rozgarniającymi 14 stanowią ruchomy zespół wymuszania ruchu obiegowego, usytuowany wewnątrz pojemnika 1. Zamocowane do wału 16 mimośrody 16 i 16' dobrane są tak, że drążki rozgarniające 14 poruszają się swobodnie wewnątrz rur 2. Średnica otworów 27, 27'jest znacznie większa od średnicy drążków rozgarniających 14 umożliwiając każdemu z nich odpowiednie ustawienie podczas jego ruchu obiegowego wewnątrz rury 2.

Na fig. 2 przedstawiono wektory sił dynamicznych działających podczas ruchu obiegowego drążka rozgarniającego 14 w rurze 2. Wektor siły 60 ilustruje siłę odśrodkową działającą na drążek rozgarniający 14 poruszający się wewnątrz rury 2 pod działaniem wektora siły 61, powstającej w wyniku ruchu tulei 27 usytuowanych płytach napędowych 11 i 12, których ruch napędza drążek rozgarniający 14. Ta siła odśrodkowa, przedstawiona za pomocą wektora siły 60 równoważona jest siłą hydrodynamiczną przedstawioną, za pomocą wektora siły 63, działającą na powierzchnię drążka 14 napierającego na płyn. Na fig. 2a składowa styczna wektora siły 63 jest zrównoważona wektorem siły 61, który bezpośrednio jest związany z mocą napędu dostar6

175 718 czaną przez źródło mocy 18. Wektor siły 63 jest zrównoważony wektorem siły odśrodkowej, która jest funkcją prędkości, średnicy i gęstości materiału drążka. Ponieważ prędkość i średnica drążka oddziałują również na parametry wektora siły 63, to tylko gęstość materiału drążka jest niezależnym parametrem regulacyjnym.

Suma sił odśrodkowych wszystkich drążków rozgarniających i sił płyt napędowych stanowi siłę zaburzającą, działającą na cały układ i wprawiającą go w ruch wibracyjny. Zjawisko to można zminimalizować przez zastosowanie pary przeciwwag 19, 19', zamocowanych na wałach napędowych 17, 17', jak to przedstawiono na fig. 1.

W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 3 płyty napędowe 11, 11' są pogrupowane w pary, przy czym w każdej parze płyty napędowe 11, 11' są usytuowane przeciwległe, zaś przeciwległe pary płyt są poruszane wałem napędowym 17 za pośrednictwem dwóch zestawów łożysk mimośrodowych 30 i 31, i ich wsporników montażowych 32 i 33. Wał napędowy 17a napędza inny zestaw takich płyt. Każda płyta ma kształt podobny do klepsydry lub ósemki, znajdującej się w dwóch ćwiartkach płaszczyzny. Płyta napędowa 11 jest nieco uniesiona powyżej płyty napędowej 11'. Ponieważ obydwa łożyska mimośrodowe są ustawione pod kątem 180° względem siebie, a każda płyta ma tę samą masę i wspiera tę samą liczbę drążków rozgarniających 14. Dzięki takiemu ustawieniu występuje tendencja do ich wzajemnego zrównoważenia, bez konieczności stosowania przeciwwag zewnętrznych. .

Figura 4 przedstawia inny przykład wykonania płyty napędowej 36 dla drążków rozgarniających 14, zawierającej otwory 27. Na obrzeżu płyty napędowej 36 są ukształtowane występy 37, 37', 37 z otworami odpowiednio 38, 38', 38.

Występy 37, 37', 3Ί są ustawione tak, że tworzą wierzchołki trójkąta. Do każdego występu 37,37', 3Ί są zamocowane łączniki odpowiednio 39,39', 39 i 40,40', 40, przy czym, łączniki 39, 39', 39 są równej długości. Za pomocą łączników 39, 40 płyta napędowa 36 jest połączona ze źródłem mocy 18'. Wszystkie trzy występy 37, 37', 37 przy napędzaniu jednego z nich obracają się synchronicznie.

Na figurze 5 przedstawiono inny przykład wykonania płyty napędowej 11' (płyta 12 - nie pokazana, ma taką samą konstrukcję). Zaproponowana tu płyta 11'' ma pierścieniowe obrzeże 11a, wewnątrz którego są umieszczone żebra 11b podtrzymujące otwory 27. Ten typ płyty napędowej stosowany jest zwłaszcza przy wytwarzaniu zawiesiny lodowej.

Płyta 11', 12 jest napędzana liniowo za pomocą cewki elektromagnetycznej lub siłownika pneumatycznego. Rdzeń magnetyczny zamocowany jest suwliwie wewnątrz tulei uszczelniającej i jest uruchamiany z zewnątrz za pomocą cewki. Cztery napędy liniowe dołączone są do płyt napędowych 11', 12'' (nie przedstawione) za pośrednictwem lin i sprężyn (nie przedstawione). Płyta napędowa 11', 12'' porusza się ruchem obiegowym gdy do czterech cewek podłączony jest zmienny prąd elektryczny.

Na fig. 6 przedstawiono konwencjonalne sprzęgło magnetyczne do napędu bezuszczelkowego, w którym wał napędowy 17 sprzężony jest z pierwszym magnesem 56 usytuowanym wewnątrz uszczelki 57 o cylindrycznym kształcie, która stanowi integralną część górnej pokrywy la osłony 1'. Drugi magnes 58 jest otoczony uszczelką 57 i jest napędzany za pomocą wału 59.

W osłonę 1 jest usytuowana dodatkowa uszczelka 52, otaczająca wał napędowy 17 (patrz fig. 7).

Figura 7 przedstawia wał napędowy 17 w postaci dźwigni zawierającej elastyczny wąż i dodatkową uszczelkę 52. W tym przypadku wał napędowy 17 obraca się za pomocą ramienia 45 i jest popychany jarzmem 53 (jak na fig. 4), oraz jest podparty szeregiem łożysk 28', 47 i 48. Dodatkowa uszczelka 52 jest wsparta na pierścieniu 51. Na ramieniu zamocowana jest tuleja łożyskowa 47, przenosząca siłę obracającą. Przy górnym końcu ramienia znajduje się kanał 54 wprowadzający odpowiedni płyn 55 zapewniający smarowanie łożysk i zachowanie szczelności. Ten płyn korzystnie wchodzi w skład podawanej substancji. Łożysko 48 podparte jest za pomocą pary łukowych elementów wsporczych 49 - 49'. Uszczelnienie tojest obrotowe, ale nie ślizgowe. Stanowi to wymuszony napęd mechaniczny, w odróżnieniu od napędu magnetycznego z fig. 6, który może zerwać sprzężenie, jeżeli jego moment obrotowy nie będzie w stanie przezwyciężyć przyłożonego obciążenia. Na fig. 8 przedstawiono sposób wykorzystania wierzchniej płyty napędowej 11* zawierającej otwór 27* oraz drążków rozgarniających 14* do rozprowadzania

175 718 podawanego materiału, tak aby rozpływał się równoramiennie po przekazujących ciepło rurach 2*. W tej konstrukcji, rury 2* wystają nieco ponad powierzchnię górnej płyty 3*. Materiał wsadowy wprowadzany do komory 5* tworzy basen 24* cieczy, zaś płyta napędowa 11* jest zanurzona na określoną głębokość zapewniając różnicę poziomów określającą prędkość wpływania materiału do każdej z rur przez otwór 27* wokół drążka rozgarniającego 14*. Dzięki temu materiał podawany stanowi czynnik smarujący dla drążka wewnątrz otworu 27*, a ruch drążka zapobiega zapychaniu otworów.

Na fig. 9 i 10 przedstawiono dwie odmiany konstrukcji zmniejszających tarcie ślizgowe drążka rozgarniającego 14 o płytę 21, ułożoną poziomo i z odstępem pod rurą 2 przekazującą ciepło. Na fig. 9 dźwignia łącząca 64 styka się z dolnym końcem drążka 14 w złączu zawierającym kulę 67 i gniazdo 66 umożliwiającego swobodny ruch obiegowy drążka wokół rury. Możliwe są również inne rozwiązania, na przykład z wykorzystaniem krótkiej elastycznej liny lub podwójnego złącza przegubowego. Dolny koniec dźwigni 64 sprzężony jest luźno z gniazdem 65, ukształtowanym w płycie 21'. Gniazdo uniemożliwia większe boczne przemieszczenia dolnego końca, lecz nie ogranicza ruchu dźwigni w obszarze stożkowym podczas ruchu obiegowego drążka. Gniazdo 65 korzystnie jest ukształtowane jako oddzielny element cylindryczny zamocowany na płycie 21'. To sprzężenie może mieć również postać krótkiej elastycznej liny lub podwójnego złącza przegubowego.

Na fig. 10 przedstawiono prostszą konstrukcję drążka rozgarniającego 14. Na dolnym końcu drążka rozgarniającego 14 zamocowany jest element zabezpieczający 68 z materiału o małym współczynniku tarcia, na przykład z odpowiedniego tworzywa sztucznego. Ma on mniejszy współczynnik tarcia o powierzchnię płyty 21, niż materiał drążka rozgarniającego 14, a zatem wykazuje mniejsze zużycie i wymaga mniejszej mocy do napędu drążka (drążków).

Podczas pracy źródło mocy 18 napędza dwie lub więcej płyty napędowe 11, 11' i drążki rozgarniające 14 utrzymywane w płytach napędowych 11,11', wykonujące ruch obiegowy, który powoduje rozprowadzenie drugiego przetwarzanego płynu II w rurach 2 i usunięcie ciał stałych z wewętrznych ścian rur 2, zgodnie z rozkładem sił dynamicznych przedstawionym za pomocą wektorów na fig. 2. Elastyczność drążka rozgarniającego 14 powoduje dopasowanie do tej powierzchni wewnętrznej, i skutecznie wspomaga przenoszenie ciepła, bez potrzeby stosowania krytycznych tolerancji pasowań między częściami ruchomymi, bez pogorszenia skuteczności na skutek zużycia części, bez dopasowywania części w bardzo wąskich tolerancjach, i bez zużycia mocy trudnych wymagań montażowych, charakterystycznych dla znanych urządzeń z rurami obiegowymi. W szczególności masa drążków rozgarniających 14 i przyporządkowanych im części ruchomych napędu stanowi zwykle mniej niż 10% masy poruszających się rur 2, cieczy w rurach i innych części sztywno z nimi połączonych, i poruszających się wraz z rurami 2 w układach znanych.

Gdy urządzenie według wynalazku przeznaczone jest do odsalania drugiego przetwarzanego płynu II, na przykład wody morskiej, to pierwszy przetwarzany płyn I stanowi gorąca para, na przykład para wodna. Przy sporządzaniu zawiesin lodowych, drugi przetwarzany płyn Π jest wodą z dodatkiem zmniejszającym przywieranie kryształów lodowych do wewnętrznej powierzchni rury, zaś pierwszy przetwarzany płyn I jest sprężonym płynem chłodniczym, który wrze przy zewnętrznej powierzchni tworząc strumień pary/piany. Odpowiednim dodatkiem do wody jest glikol etylenowy (samochodowy płyn niezamarzający), mleko, woda morska, octan magnezowo-wapniowy oraz niektóre sole organiczne, na przykład dwuwęglan sodowy, który tworzy bezwodne kryształy. Zwykle stosuje się roztwór 10%. Skuteczne dodatki dają w wyniku bardzo drobne, proszkowe kryształki lodowe. Dodatki te zapobiegają powstawaniu kryształów lodowych w postaci dużych płaskich płatków.

Podczas procesu odparowywania drugiego przetwarzanego płynu II, pierwszy przetwarzany płyn I umieszczony w komorze bocznej 4, ma wyższą temperaturę niż drugi przetwarzany płyn Ii usytuowany we wnętrzu 5 rury 2. Korzystnie do bocznej komory 4, za pośrednictwem kanału doprowadzającego 7, jest dostarczana para wodna, a po jej skropleniu na zewnętrznej powierzchni rury 2 wydziela się ciepło, przy czym skroplona para tworzy pewną ilość kondensatu wypływającego kanałem 7'. Wyzwolone przy tym ciepło jest wykorzystane do odparowania drugiego przetwarzanego płynu II, czyli płynu wprowadzonego do komory górnej 5' za pośred8

175 718 nictwem kanału dochodzącego do wierzchu płyty 3 rury 2. Drugi przetwarzany płyn II zostaje rozprowadzony po płycie 3 tworząc basen 24 cieczy. Ta ciecz w postaci strumienia 41 następnie spływa w dół poprzez nacięcia 25 do wnętrza rury 2.

Ciepło skraplania wyzwalane przy skraplaniu pary wodnej wewnątrz bocznej komory 4 przechodząc poprzez ściankę rury 2, powoduje odparowanie strumienia 41 cieczy wewnątrz rury 2, przy czym wytwarza się para 44, która korzystnie przemieszcza się poprzez górny koniec rury 2 i uchodzi kanałem 8, lub w przypadku innej konstytucji, spływa w dół rurą 2 zgodnie z kierunkiem spływu strumienia 41 cieczy, a następnie wypływa dolnym kanałem 9 usytuowanym przy dolnym końcu komory 5'.

W przypadku gdy urządzeniem do przekazywania ciepła jest wyparka lub destylarka, podaje ciecz do co najmniej jednej, pionowej, otwartej na końcach rury 2 przenoszącej ciepło, od góry na jej powierzchnię zewnętrzną. Przy odparowywaniu i destylacji, strumień rozgrzanej pary przy powierzchni zewnętzmej rury 2 do przenoszenia ciepła co najmniej częściowo ulega kondensacji. Powstały w wyniku tego, skierowany promieniowo do wnętrza, strumień ciepła przepływający przez rurę 2 powoduje odparowanie cieczy na wewnętrznej powierzchni rury 2. W przypadku chłodzenia lub zamrażania, płyn chłodzący przepływa po powierzchni zewnętrznej powodując przepływ strumienia ciepła promieniowo na zewnątrz, co powoduje mrożenie przerabianej cieczy przy powierzchni wewnętrznej. Ruch obiegowy drążka rozgarniającego 14 powoduje powstanie siły odśrodkowej i wspieranie się drążka rozgarniającego 14 na wewnętrznej powierzchni rury 2, oraz rozgarnianie strumienia 41 cieczy w bardzo cienką i równomierną warstwę, ułatwiając jej odparowanie, i równocześnie zwiększając współczynnik przekazywania ciepła.

Masa drążka rozgarniającego 14, właściwości powierzchniowe drążka 14 i rury 2, jak również prędkość obrotowa drążka rozgarniającego 14 są dobierane w zależności od potrzeb.

Do rozprowadzania płynu może być użyty cały układ rur 2, który podaje przeznaczoną do przeróbki ciecz zasilającą do głównej poziomej płyty napędowej 11, 12, po której się ona po prostu rozpływa, łub przelewa się przez progi do otworów mających połączenie z górnymi końcami drążków rozgarniających 14. Ten układ rozprowadzania może pracować dzięki temu, że rury 2 są stacjonarne, a zatem podawany materiał wodny nie musi być przetłaczany. Ciecz pod własnym ciężarem przepływa przez otwory 27 do znajdujących się poniżej rur 2. Ruch drążków rozgarniających 14 w otworach 27 zapobiega ich zapychaniu, nawet jeśli cieczą jest zawiesina lodowa, koncentrat soku owocowego lub inna mieszanina cieczy i ciał stałych.

175 718

Ο //

175 718

175 718

FIG. 2 A

FIG. 4

175 718

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (14)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do wymiany ciepła, zawierające pojemnik z pierwszym przetwarzanym płynem, przy czym w pojemniku jest umieszczona, co najmniej jedna, ustawiona pionowo przekazująca ciepło rura z drugim przetwarzanym płynem, połączona ze źródłem napędowym, a ponadto w każdej przekazującej ciepło rurze jest usytuowany, ustawiony wzdłuż jej długości, giętki drążek rozgarniający, połączony z zespołem wymuszania ruchu obiegowego, znamienne tym, że zespół wymuszania ruchu obiegowego jest umieszczony ruchomo wewnątrz pojemnika (1, 1*) oraz posiada co najmniej jedną płytę napędową (11, 11', 11, 11, 11*, 12, 12) zawierającą otwory (27, 27', 27, 27*, 27), w których jest umieszczony co najmniej jeden drążek rozgarniający (14, 14*).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zespół wymuszania ruchu obiegowego zawiera dwie poziome płyty napędowe (11,12,11, 12).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że płyty napędowe (11, 12,11, 12), są usytuowane z odstępem względem siebie i stanowią układ napędowy dla drążków rozgarniających (14).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że drążki rozgarniające (14) umieszczone w otworach (27', 27) mają dolny koniec wystający poza płytę (12,12) usytuowaną w dolnej części urządzenia.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera pary płyt napędowych (11, 11'), przy czym w każdej parze, płyty napędowe (11, 110 są usytuowane przeciwległe, i są połączone z zespołem przetwarzania napędu.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że płyty napędowe (11, 11') są połączone ze źródłem mocy (18), a pomiędzy każdą z płyt napędowych (H^ 11') i źródłem mocy (18) jest usytuowany zespół przetwarzania napędu zawierający co najmniej jeden mimośród (16,160.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że płyty napędowe (11, 12) zawierają pierścieniowe obrzeże (11a) i żebra (11b), usytuowane pomiędzy otworami (27).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że mimośród (16, 16') jest połączony ze źródłem mocy (18) za pośrednictwem wału napędowego (17).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że źródło mocy (18) stanowi napęd liniowy.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że na dolnym końcu drążka rozgarniającego (14) jest zamocowany element zabezpieczający (68) o małym współczynniku tarcia, usytuowany na poziomej płycie (21), która jest umieszczona poniżej rury (2) przekazującej ciepło.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że na dolnym końcu drążka rozgarniającego (14) jest zamocowana dźwignia (64), której dolny koniec zamocowany jest na stałe do płyty (21).
12. 12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że pomiędzy źródłem mocy (18) oraz zespołem wymuszania ruchu obiegowego jest zamocowana uszczelka (57) usytuowana w zespole przetwarzania napędu w osłonie (10.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że źródło mocy (18) zawiera pierwszy magnes (56) i drugi magnes (58) usytuowane na wale napędowym (17) umieszczonym wewnątrz osłony (1'), zaś uszczelka (57) o cylindrycznym kształcie jest umieszczona na wale napędowym (17).
14. 14. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że wał napędowy (17) ma postać dźwigni zawierającej elastyczny wąż i dodatkową uszczelkę (52), przy czym wał napędowy (17) jest zamocowany obrotowo za pomocą ramienia (45).

    * * *

    175 718