Bachelor's Thesis

Heat exchanger for a CHP unit with an internal combustion engine

Final Thesis 1.1 MB Appendix 116.97 kB

Author of thesis: Bc. Tomáš Sás

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jakub Lachman, Ph.D.

Reviewer: Ing. Filip Toman, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with the design of a shell-and-tube heat exchanger for gas and water media. The introductory part provides an overview of technologies used in cogeneration, focusing on cogeneration units with internal combustion engines. The main part of the thesis consists of the balance, thermal, and hydraulic calculations of the proposed heat exchanger. Based on the calculations, a counter-flow heat exchanger was designed that meets the specified operational requirements and pressure drop limits. The thesis also includes a conceptual drawing of the designed heat exchanger.

Keywords:

heat exchanger, shell-and-tube heat exchanger, cogeneration, CHP unit, flue gas, thermal calculation, hydraulic calculation

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student odprezentoval obsah své bakalářské práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny následující doplňující otázky: Jak je chlazené turbodmychadlo? Jaké je připojení plynu do systému? Jaká je vstupní teplota spalin? Byla uvažována teplotní roztažnost? Byly ve výpočtu uvažovány zkratové proudy? Otázky byly zodpovězeny.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Energy Institute

Study programme

Energy (B-ENE-P)

Composition of Committee

doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D. (předseda)
Ing. Pavel Milčák, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Škorpík, Ph.D. (člen)
Ing. Jakub Lachman, Ph.D. (člen)
Ing. Filip Toman, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jakub Lachman, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá návrhem spalinového výměníku pro kogenerační jednotku (KJ). V úvodní části práce jsou představeny možnosti kogenerace a provedení KJ se spalovacím motorem. Hlavní část práce se zabývá tepelným a hydraulickým výpočtem spalinového výměníku pro konkrétní KJ. Ze zadaného složení spalin student stanovil potřebné fyzikální vlastnosti a provedl bilanční výpočet chladicího okruhu KJ. Následně navrhl svazkový výměník pro chlazení spalin z motoru. Při optimalizaci rozměrů výměníku zohlednil student i požadavek na maximální přípustnou tlakovou ztrátu ze strany spalin. Výpočet je logicky uspořádaný, jednotlivé rovnice jsou proloženy průvodním komentářem a ilustračními schématy. Výsledná geometrie výměníku je znázorněna v koncepčním schématu, které tvoří přílohu práce. Svým rozsahem návrh naplňuje požadavky kladené na tento typ práce. Drobným nedostatkem je místy slabší grafická úprava, která však zásadně nesnižuje kvalitu celé práce.

Během zpracování postupoval student systematicky a samostatně. Připomínky z průběžných konzultací byl schopen do práce zakomponovat. Práce je zpracována kvalitně a zadání bylo splněno v plném rozsahu. Práci proto doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením A/výborně.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Filip Toman, Ph.D.

Autor plně a na dobré úrovni splnil cíle zadání, když úspěšně propojil teoretickou rešerši kogeneračních systémů s vlastním komplexním tepelným a hydraulickým návrhem spalinového výměníku. Oceňuji detailní matematický model, v němž autor s vysokou přesností vyčíslil jednotlivé složky místních i třecích tlakových ztrát na straně spalin i chladicí vody, přičemž správně implementoval pokročilé korekční faktory pro obtok svazku a konstrukční průsaky v plášti. Práce má logickou strukturu, výpočetní postup je správný a svědčí o studentově hlubokém porozumění termofluidnímu inženýrství.

Z pohledu oponenta vykazuje předložené dílo velmi vysokou úroveň zpracování a minimální množství nedostatků. Drobnou výhradu lze mít pouze k tomu, že v některých kapitolách mohl autor ještě více rozvinout diskusi nad ekonomickou optimalizací geometrie výměníku vzhledem k materiálovým nákladům a ne vždy uplně dobrá práce s citacemi, kdy se v textu objevují informace u kterých nevím kde je student vzal. Nicméně, textová část je napsána kultivovaným jazykem s minimem překlepů, grafické přílohy i tabulky jsou přehledné a práce s odbornou literaturou plně odpovídá akademickým standardům. 

Předložená bakalářská práce svou odbornou úrovní a komplexností zadání prokazuje inženýrské schopnosti autora. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji celkové hodnocení A – výborně
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations C
Topics for thesis defence:
  1. Jakým způsobem a v jakých intervalech byste v reálném provozu doporučil řešit čištění vnitřního povrchu trubek od usazenin ze spalin, aby se předešlo zhoršení přestupu tepla? A jakým mechanismem spaliny snižují během provozu přestup tepla?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová