BE1018891A3 - Buizenwarmtewisselaar. - Google Patents

Abstract

Buizenwarmtewisselaar voor het uitwisselen van warmte tussen twee fluïda, welke buizenwarmtewisselaar (1) is voorzien van een behuizing (2) waarin zich één of meer buizen (7) uitstrekken tussen een eerste inlaatgedeelte (9) en eersteuitlaatgedeelte (10) voor een eerste fluïdum, waarbij deze buizenwarmtewisselaar (1) verder is voorzien van een tweede inlaatgedeelte (11) en tweede uitlaatgedeelte (12), en waarbij de voornoemde buizen (7) zich uitstrekken doorheen één of meerdere keerplaten (13) die elk een plaat (13A) omvatten, via doorgangen (15) in de platen (13A), waarbij aan de omtreksranden van de doorgangen (15) steunelementen zijn voorzien die zich rond een vooenoemde buis (7) uitstrekken en waarvan de lengte (L) groter is dan de dikte (A) van de voornoemde platen (13A).

Description

Buizenwarmtewisselaar.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een buizenwarmtewisselaar.

Meer speciaal betreft de uitvinding een buizenwarmtewisselaar voor het uitwisselen van warmte tussen twee fluïda.

Men kent reeds buizenwarmtewisselaars die bestaan uit een behuizing waarin zich in de lengterichting één of meer buizen uitstrekken tussen een eerste inlaat- en uitlaatgedeelte voor een eerste fluïdum en een tweede inlaat- en uitlaatgedeelte voor een tweede fluïdum, waarbij het eerste fluïdum doorheen de buizen stroomt en het tweede fluïdum over de buizen stroomt waardoor er warmteoverdracht tussen beide fluïda plaatsvindt.

In de bekende warmtewisselaars wordt de ruimte in de behuizing tussen het tweede inlaat- en üitlaatgedeelte voorzien van keerplaten die de stroming van het tweede fluïdum volgens bijvoorbeeld een zigzagpatroon sturen.

Zodoende kan het tweede fluïdum niet rechtstreeks van het tweede inlaatgedeelte naar het tweede uitlaatgedeelte stromen.

Traditioneel worden bij de vervaardiging van zulke warmtewisselaar de keerplaten van doorgangen voorzien zodat de buizen van de warmtewisselaar zich doorheen deze openingen kunnen uitstrekken.

In de bekende warmtewisselaars worden de keerplaten van voldoende dikte voorzien, zodat ze de vroegtijdige slijtage van de buiswanden veroorzaakt door het vibreren van de buizen beperken. Meer in het bijzonder worden daartoe keerplaten met een dikte van ongeveer 1,5 millimeter voorzien zodat een voldoende groot contactoppervlak tussen de keerplaat en de buis wordt gerealiseerd.

Een nadeel is dat de keerplaat door de vereiste dikte veel materiaal bevat en dus duur is, waardoor uiteraard ook de totale kost van de warmtewisselaar hoog is.

Nog een nadeel van de bekende dikke keerplaten is dat de doorgangen door middel van een snij-operatie moeten worden aangebracht, waardoor niet alleen de materiaalkost, maar ook de fabricatiekost van deze keerplaten hoog is.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan één of meerdere van de voornoemde en/of andere nadelen een oplossing te bieden, doordat zij voorziet in een buizenwarmtewisselaar voor het uitwisselen van warmte tussen twee fluïda, respectievelijk een eerste en tweede fluïdum, welke buizenwarmtewisselaar is voorzien van een behuizing waarin zich één of meer buizen uitstrekken tussen een eerste inlaat- en uitlaatgedeelte voor het eerste fluïdum, waarbij deze buizenwarmtewisselaar verder is voorzien van een tweede inlaat- en uitlaatgedeelte voor het tweede fluïdum dat langsheen de voornoemde buizen kan worden geleid, en waarbij de voornoemde buizen zich uitstrekken doorheen één of meerdere keerplaten die elk een plaat omvatten, via doorgangen in deze platen, welke buizenwarmtewisselaar het specifiek kenmerk vertoont dat aan de omtreksranden van de voornoemde doorgangen steunelementen zijn voorzien die zich rond een voornoemde buis uitstrekken en waarvan de lengte groter is dan de dikte van de voornoemde platen.

Een voordeel is dat de keerplaten dunner kunnen worden uitgevoerd aangezien de steunelementen ervoor zorgen dat het contactoppervlak tussen de buizen en de keerplaten voldoende groot is zodat vroegtijdige slijtage van de buiswand wordt vermeden.

Een hieraan verbonden voordeel is dat bij de fabricatie van de keerplaten materiaal kan worden bespaard waardoor de keerplaten en dus ook de hiermee gerealiseerde warmtewisselaar goedkoper kan worden vervaardigd.

In de meest voorkeurdragende uitvoeringsvorm van de uitvinding is de dikte van de plaat tussen 0,5 millimeter en 1 millimeter gelegen, waardoor tot 60% op de materiaalkosten kan worden bespaard.

Bij voorkeur zijn de voornoemde steunelementen uitgevoerd in de vorm van busvormige elementen, één en ander zodanig dat een optimale ondersteuning van de buizen door deze elementen wordt verkregen.

De voornoemde steunelementen worden volgens een sterk voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een buizenwarmtewisselaar volgens de uitvinding gevormd doordat de randen van de voornoemde doorgangen zijn omgeplooid.

Immers, door het aanwenden van relatief dunne keerplaten kunnen de doorgangen voor de buizen door een ponsoperatie worden vervaardigd, waardoor de fabricatiekosten van de keerplaat worden verminderd.

In een praktische uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de randen van de doorgangen omgeplooid en vormen zij een kraag.

Een voordeel hiervan is dat de laterale stijfheid van de keerplaat wordt vergroot.

Aldus voorziet de uitvinding in een goedkope buizenwarmtewisselaar, door materiaalbesparing op de keerplaten, en mogelijk ook door de keerplaten volgens een goedkopere werkwijze te fabriceren.

De huidige uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een buizenwarmtewisselaar, welke werkwijze de volgende stappen omvat: - Het voorzien van een behuizing met een eerste inlaatgedeelte. en een eerste uitlaatgedeelte voor een eerste fluïdum; - het voorzien van één of meer keerplaten die elk een plaat omvatten; - het voorzien van één of meer doorgangen in de voornoemde platen; - het voorzien van één of meer buizen die het voornoemde eerste inlaat- en uitlaatgedeelte met elkaar in verbinding stellen, waarbij deze buizen zich uitstrekken doorheen voornoemde doorgangen in de respectievelijke keerplaten; - het voorzien van een steunelement aan de omtreksrand van elke voornoemde doorgang, waarbij de lengte van dit steunelement groter is dan de dikte van de voornoemde platen.

De uitvinding heeft ook betrekking op een keerplaat voor een buizenwarmtewisselaar, waarbij deze keerplaat een plaat omvat waarin één of meer doorgangen zijn aangebracht waar doorheen buizen kunnen worden gemonteerd,' en waarbij, volgens het specifieke kenmerk van de uitvinding, aan de omtreksrand van de voornoemde respectievelijke openingen, een steunelement is voorzien waarvan de lengte groter is dan de dikte van de voornoemde platen.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een buizenwarmtewisselaar en een keerplaat volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch een doorsnede van de buizenwarmtewisselaar volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 op grotere schaal het gedeelte weergeeft dat in figuur 1 met F2 is aangeduid;

In figuur 1 is schematisch een buizenwarmtewisselaar 1 volgens de uitvinding weergegeven die hoofdzakelijk een gesloten behuizing 2 omvat die door middel van twee evenwijdige schotten 3 is opgedeeld in drie compartimenten 4 tot 6, zijnde een centraal compartiment 4 en twee compartimenten 5, respectievelijk 6 aan weerszijden hiervan.

Het centraal compartiment 4 bevindt zich tussen de voornoemde schotten 3 en de schotten 3 zijn met elkaar verbonden door evenwijdige buizen 7 die zich uitstrekken doorheen doorgangen 8 in deze schotten 3.

De voornoemde buizen 7 vormen een verbinding tussen de twee andere compartimenten 5 en 6 aan weerszijden van het centraal compartiment 4, zijnde een eerste inlaatgedeelte 9, respectievelijk een eerste uitlaatgedeelte 10 voor een eerste fluïdum.

Het centraal compartiment 4 is voorzien van een tweede inlaatgedeelte 11 en een tweede uitlaatgedeelte 12 en van zogenaamde keerplaten 13 voor de geleiding van een tweede fluïdum doorheen dit centraal compartiment 4.

De keerplaten 13 leiden de stroming van het tweede fluïdum volgens een opgelegd patroon, zoals een zigzagpatroon, zodat het tweede fluïdum in meerdere passen volgens een heen- en weergaande beweging door het centraal compartiment 4 stroomt, één en ander zodanig dat de snelheid van het fluïdum toeneemt waardoor ook de warmteoverdracht kan toenemen.

Hiertoe strekken de keerplaten 13 zich uit vanaf één zijde van het centraal compartiment 4 tot op een zekere afstand van de andere zijde van het centraal compartiment 4 ter vorming van een keerdoorgang 14 voor het tweede fluïdum en dit op een alternerende wijze zodat de opeenvolgende keerdoorgangen 14 zich alternerend aan de ene of de andere zijde van het centraal compartiment 4 bevinden.

De keerplaten 13 worden, zoals bekend, bij voorkeur uit platen 13A uit een hittebestendig en roestvast materiaal vervaardigd.

In de meest voorkeurdragende uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de keerplaten 13 uit een roestvrije staalsoort vervaardigd, doch de uitvinding is hiertoe geenszins beperkt.

In de meest voorkeurdragende uitvoeringsvorm van de uitvinding hebben de platen 13A een dikte A kleiner dan 1,5 millimeter, liever nog een dikte tussen 0,5 millimeter en 1 millimeter.

De voornoemde platen 13A zijn voorzien van doorgangen 15 waar doorheen de buizen 7 van de warmtewisselaar 1 zich uitstrekken.

De voornoemde doorgangen 15 hebben een diameter B die nagenoeg overeenstemt met de diameter van de buizen C en die bij voorkeur een lichte speling toelaat tussen de keerplaat 13 en de buizen 7.

Volgens de uitvinding zijn aan de omtreksranden 16 van de doorgangen 15 steunelementen voorzien waarvan de lengte L groter is dan de dikte A van de voornoemde platen 13A.

De voornoemde steunelementen vertonen bij voorkeur een busvorm en worden, volgens een voorkeurdragend kenmerk van de uitvinding, gevormd doordat de randen 16 van de doorgangen 15 in de keerplaten 13 zijn omgeplooid, één en ander zodanig dat een voldoende groot contactoppervlak tussen de rand 16 van de doorgang 15 en de buis 7 wordt gerealiseerd.

In een praktische uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de randen 16 van de doorgangen 15 naar één zijde omgeplooid en/of zijn zij haaks omgeplooid, zoals meer in detail is weergegeven in figuur 2.

Elk van de voornoemde randen 16 vormt bij voorkeur een kraag aan de doorgangen 15 van de keerplaat 13, één en ander zodanig dat de laterale stijfheid van de keerplaat 13 wordt vergroot.

Door de geringe dikte A van de plaat 13A is het mogelijk de randen 16 van de doorgangen 15 te stansen in plaats van te snijden.

Het gebruik van de buizenwarmtewisselaar 1 volgens de uitvinding is analoog aan het gebruik van de bekende buizenwarmtewisselaars.

Doorheen de buizen 7 stroomt een eerste fluïdum van het eerste inlaatgedeelte 9 naar het eerste uitlaatgedeelte 10.

Het tweede fluïdum wordt via het tweede inlaatgedeelte 11 doorheen het centraal compartiment 4 gestuurd en wordt door de keerplaten 13 volgens een zigzagpatroon over de buizen 7 geleid, zoals weergegeven aan de hand van de pijlen P.

Door het contact tussen het tweede fluïdum en de buizen 7 waardoorheen het eerste fluïdum stroomt, wordt een warmteoverdracht verwezenlijkt zodat de temperatuur van het tweede fluïdum ter hoogte van het tweede uitlaatgedeelte 12 en van het tweede inlaatgedeelte 11 verschillend zal zijn.

In een alternatieve uitvoeringsvorm van de uitvinding kunnen het tweede inlaatgedeelte 11 en het tweede uitlaatgedeelte 12 voor het tweede fluïdum diagonaal tegenover elkaar gelegen zijn, in plaats van aan dezelfde zijde, zoals in de uitvoeringsvorm van figuur 1.

In het voorbeeld uit de figuren bevinden het eerste inlaatgedeelte 9 en het eerste uitlaatgedeelte 10 zich aan tegenover elkaar gelegen axiale uiteinden van de buizenwarmtewisselaar 1, doch het is uiteraard volgens de uitvinding niet uitgesloten dat dit eerste inlaatgedeelte 9 en het eerste uitlaatgedeelte 10 zich aan hetzelfde axiale uiteinde van de buizenwarmtewisselaar kunnen bevinden.

In dit laatste geval bevindt zich aan het andere axiale uiteinde van de warmtewisselaar, zoals bekend, een keerruimte.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch een buizenwarmtewisselaar en keerplaat volgens de uitvinding kunnen in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch een buizenwarmtewisselaar en een keerplaat volgens de uitvinding, evenals een werkwijze voor het vervaardigen van een buizenwarmtewisselaar kunnen volgens velerlei varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (14)

1.- Buizenwarmtewisselaar (1) voor het uitwisselen van warmte tussen twee fluïda, welke buizenwarmtewisselaar (1) is voorzien van een behuizing (2) waarin zich één of meer buizen (7) uitstrekken tussen een eerste inlaatgedeelte (9) en een eerste uitlaatgedeelte (10) voor een eerste fluïdum, waarbij deze buizenwarmtewisselaar (1) verder is voorzien van een tweede inlaatgédeelte (11) en een tweede uitlaatgedeelte (12) voor een tweede fluïdum dat langsheen de voornoemde buizen (7) kan worden geleid, en waarbij de voornoemde buizen (7) zich uitstrekken doorheen één of meerdere keerplaten (13) die elk een plaat (13A) omvatten, via doorgangen (15) in deze platen (13A), daardoor gekenmerkt dat aan de omtreksranden van de voornoemde doorgangen (15) steunelementen zijn voorzien die zich rond een voornoemde buis (7) uitstrekken en waarvan de lengte (L) groter is dan de dikte (A) van de voornoemde platen (13A).

2. Buizenwarmtewisselaar (1) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde steunelementen busvormig zijn uitgevoerd.

3. Buizenwarmtewisselaar (1) volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde steunelementen worden gevormd doordat de randen (16) van de voornoemde doorgangen (15) zijn omgeplooid.

4. Buizenwarmtewissëlaar (1) volgens conclusie 3, daardoor gekenmerkt dat de randen (16) van de voornoemde doorgangen (15) naar één zijde zijn omgeplooid.

5. Buizenwarmtewisselaar (1) volgens conclusie 3 of 4, daardoor gekenmerkt dat de randen (16) haaks zijn omgeplooid.

6. Buizenwarmtewisselaar (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de randen (16) een kraag vormen.

7. Buizenwarmtewisselaar (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de dikte (A) van de keerplaat (13) kleiner dan 1,5 millimeter is.

8. Buizenwarmtewisselaar (1) volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat de dikte (A) van de keerplaat (13) tussen 0,5 millimeter en 1 millimeter gelegen is.

9. Buizenwarmtewisselaar (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de doorgangen (15) door een stansoperatie worden gevormd.

10. Buizenwarmtewisselaar (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde keerplaat (13) uit metaal, bij voorkeur uit roestvrij staal, is vervaardigd.

11.- Werkwijze voor het vervaardigen van een buizenwarmtewisselaar, daardoor gekenmerkt dat deze werkwijze de volgende stappen omvat: - Het voorzien van een behuizing (2) met een eerste inlaatgedeelte (9) en een eerste uitlaatgedeelte (10) voor een eerste fluïdum; - het voorzien van één of meer keerplaten (13) die elk een plaat (13A) omvatten; - het voorzien van één of meer doorgangen (15) in de voornoemde platen (13A); - het voorzien van één of meer buizen (7) die het voornoemde eerste inlaatgedeelte (9) en het eerste uitlaatgedeelte (10) met elkaar in verbinding stellen, waarbij deze buizen (7) zich uitstrekken doorheen voornoemde doorgangen (15) in de respectievelijke keerplaten (13); - het voorzien van een steunelement aan de omtreksrand van elke voornoemde doorgang (15), waarbij de lengte (L) van dit steunelement groter is dan de dikte (A) van de voornoemde platen (13A).

12. Werkwijze volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde steunelementen busvormig worden uitgevoerd.

13. Werkwijze volgens conclusie 11 of 12, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde steunelementen worden gevormd door het omplooien van de randen (16) van de respectievelijke doorgangen (15) in de keerplaten (13).

14. Keerplaat voor een buizenwarmtewisselaar, waarbij deze keerplaat (13) een plaat (13A) omvat waarin één of meerdere doorgangen (15) zijn aangebracht waar doorheen buizen (7) kunnen worden gemonteerd, daardoor gekenmerkt dat aan de omtreksrand van de voornoemde respectievelijke doorgangen (15), een steunelement is voorzien waarvan de lengte (L) groter is dan de dikte (A) van de voornoemde plaat (13A).