PL237213B1 - Wymiennik ciepła o termoakustycznie regulowanej mocy cieplnej - Google Patents

Abstract

Wymiennik ciepła o termoakustycznie regulowanej mocy cieplnej charakteryzuje się tym, że zbudowany jest z zamkniętego kanału wymiennikowego (3) w postaci cylindrycznej lub prostopadłościennej, wyposażonego odpowiednio w króćce wlotowy (5) i wylotowy (6), zamkniętego jednostronnie lub obustronnie źródłem fali akustycznej (4), korzystnie wzbudnikiem akustycznym, przy czym wewnątrz kanału wymiennikowego (3) prostopadle do jego osi umieszczona jest co najmniej jedna sekcja wymiennikowa (1), składająca się z co najmniej jednego rzędu rurek (2), ożebrowanych indywidualnie, zabudowanych zespołem armatury regulacyjno - pomiarowej (8), wyposażonego w co najmniej jeden zawór (9), korzystnie zawór kulowy i zintegrowany z nim korzystnie co najmniej jeden przepływomierz (10).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepła o termoakustycznie regulowanej mocy cieplnej do prowadzenia wymiany ciepła na drodze gaz-gaz lub gaz-ciecz, o regulowanej lokalnie mocy cieplnej, z wykorzystaniem zjawiska termoakustycznego, mający zastosowanie w obszarze inżynierii chemicznej i procesowej oraz zagadnieniach pomiarowych w inżynierii środowiska i energetyce.

Wymiana ciepła między różnorodnymi płynami, szczególnie kiedy jednym z czynników jest gaz, drugi natomiast stanowi gaz lub płyn, jest procesem niezbędnym do realizacji licznych procesów technologicznych, w szczególności w instalacjach chemicznych i petrochemicznych, w sk omplikowanych urządzeniach mechanicznych i licznych obszarach energetyki. Ponadto, ma ona kluczowe znaczenie dla utrzymania właściwych parametrów pracy zróżnicowanych instalacji, a nawet całych układów, w różnorodnych obszarach inżynierii chemicznej (w tym przemysłu rafineryjnego) oraz procesowej, a także w energetyce, m.in. podczas produkcji użytkowych form energii w postaci pary czy ciepłej wody użytkowej. Dlatego też, zarówno zapewnienie właściwej wymiany ciepła, jak i możliwość szybkiej i precyzyjnej regulacji tego procesu, stanowi ważne zagadnienie technologiczne dla licznych odbiorców przemysłowych.

Na rynku dostępnych jest wiele rozwiązań technologicznych wymienników ciepła, realizujących proces wymiany ciepła między płynami, charakteryzujących się różnorodną budową. Dominujące na rynku są wymienniki rurowe oraz płaszczowo-rurowe, umożliwiające efektywną wymianę ciepła przy kompaktowych rozmiarach urządzenia. Konstrukcje niektórych z nich uwzględniają dodatkowe elementy zwiększające parametry wymiany ciepła. Z polskich opisów patentowych PL 162014 i PL154146 znane są wymienniki ciepła, w którym zastosowano żebra, wykorzystujące w analogicznym celu skośne kanały przelotowe.

Niedogodnością powyższych rozwiązań związaną z ich eksploatacją jest trudność regulacji lokalnego pola temperatury w obszarze wymiany ciepła w trakcie ich pracy, co przekłada się na ograniczenie możliwości regulacji chwilowej mocy cieplnej urządzenia.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji wymiennika pozbawionej powyższych niedogodności, umożliwienie regulacji chwilowej mocy cieplnej wymiennika ciepła na drodze ograniczonej przestrzennie modyfikacji pola temperatury w obszarze wymiany ciepła, zachodzącej wewnątrz wymiennika ciepła.

Cel ten osiągnięto poprzez wykorzystanie zjawiska termoakustycznego w celu ograniczonej przestrzennie zmiany rozkładu temperatury wewnątrz wymiennika ciepła, w obszarze wypełnionym przez gazowy czynnik roboczy, która to zmiana prowadzi do istotnej zmiany lokalnych warunków wymiany ciepła w tym urządzeniu.

Wymiennik ciepła o termoakustycznie regulowanej mocy cieplnej charakteryzuje się tym, że zbudowany jest z zamkniętego, kanału wymiennikowego w postaci cylindrycznej lub prostopadłościennej, wyposażonego odpowiednio w króćce wlotowy i wylotowy, zamkniętego jednostronnie lub obustronnie źródłem fali akustycznej, korzystnie wzbudnikiem akustycznym, przy czym wewnątrz kanału wymiennikowego prostopadle do jego osi umieszczona jest co najmniej jedna sekcja wymiennikowa, składająca się z co najmniej jednego rzędu rurek, ożebrowanych indywidualnie, zabudowanych zespołem armatury regulacyjno-pomiarowej, wyposażonego w co najmniej jeden zawór, korzystnie zawór kulowy i zintegrowany z nim korzystnie co najmniej jeden przepływomierz.

Korzystnie w urządzeniu według wynalazku armatura regulacyjno-pomiarowa umieszczona jest na zewnątrz kanału wymiennikowego i całkowicie lub częściowo z nim zintegrowana.

Korzystnie w urządzeniu według wynalazku jeden rząd rurek składa się z co najmniej jednej rury o żebrowanej.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest umożliwienie regulacji warunków wymiany ciepła w na drodze gaz-gaz lub gaz-ciecz, w zależności od rodzaju mediów dostarczonych do urządzenia, bez konieczności modyfikacji struktury kanałów przepływowych w obrębie wymiennika lub stosowania zaawansowanych układów automatyki.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania ujawniono na rysunku, który przedstawia schemat poglądowy urządzenia według wynalazku.

Wymiennik ciepła według wynalazku składa się z co najmniej jednej sekcji wymiennikowej (1) zabudowanej co najmniej jednym rzędem rurek (2), przez który przepływa jeden z czynników biorących udział w wymianie ciepła, stanowiący gaz lub ciecz, który to rząd rurek (2), wykonany z materiału o wy

PL 237 213 B1 sokiej pojemności cieplnej, umieszczony jest wewnątrz cylindrycznego lub prostopadłościennego kanału wymiennikowego (3), zamkniętego jednostronnie źródłem fali akustycznej (4) w postaci wzbudnika akustycznego, generującym falę akustyczną o częstotliwości równej częstotliwości rezonansowej kanału wymiennikowego (3). Kanał wymiennikowy (3) zintegrowany jest z króćcem wlotowym (5) oraz króćcem wylotowym (6), umożliwiającym dostarczenie do niego oraz odbiór drugiego z czynników, biorących udział w wymianie ciepła, stanowiącego gaz, będący jednocześnie środowiskiem propagacji fali akustycznej generowanej przez źródło.

Claims (3)

1. Wymiennik ciepła o termoakustycznie regulowanej mocy cieplnej znamienny tym, że zbudowany jest z zamkniętego kanału wymiennikowego (3) w postaci cylindrycznej lub prostopadłościennej, wyposażonego odpowiednio w króćce wlotowy (5) i wylotowy (6), zamkniętego jednostronnie lub obustronnie źródłem fali akustycznej (4), korzystnie wzbudnikiem akustycznym, przy czym wewnątrz kanału wymiennikowego (3) prostopadle do jego osi umieszczona jest co najmniej jedna sekcja wymiennikowa (1), składająca się z co najmniej jednego rzędu rurek (2), ożebrowanych indywidualnie, zabudowanych zespołem armatury regulacyjno-pomiarowej (8), wyposażonego w co najmniej jeden zawór (9), korzystnie zawór kulowy i zintegrowany z nim korzystnie co najmniej jeden przepływomierz (10).

2. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że armatura regulacyjno-pomiarowa (8) umieszczona jest na zewnątrz kanału wymiennikowego (3) i całkowicie lub częściowo z nim zintegrowana.

3. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że jeden rząd rurek (2) składa się z co najmniej jednej rury ożebrowanej (7).