BE1019822A3 - Samengestelde pijp voor een warmtewisselaar en daarbij toegepast hulpstuk. - Google Patents

Abstract

Samengestelde pijp voor een warmtewisselaar waarbij deze samengestelde pijp (1) bestaat uit een buitenste buis (2) die een kanaal (3) waarin een hulpstuk (4) is aangebracht dat zich nagenooeg volgens de axiale richting van de voornoemde buis (2) uitstrekt en dat is voorzien van radiaal gerichte vinnen, waarbij het voornoemde hulpstuk (4) is uitgevoerd in de vorm van een huis (5) die op haar buitenwand (8) en op haar binnenwand (9) is voorzien van radiaal gerichte vinnen (10; respectievelijk 11) en waarbij de buitenste vinnen (10) in contact staan met de voornoemde buitenste buis (2).

Description

Samengestelde pijp voor een warmtewisselaar en daarbij toegepast hulpstuk.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een samengestelde pijp voor een warmtewisselaar, evenals op een daarbij toegepast hulpstuk.

Meer speciaal heeft de uitvinding betrekking op een samengestelde pijp voor een warmtewisselaar waarbij deze samengestelde pijp in hoofdzaak bestaat uit een buitenste cilindrische buis die een kanaal omsluit en een in het voornoemde kanaal aangebracht geprofileerd hulpstuk dat zich nagenoeg volgens de axiale richting van de voornoemde buis uitstrekt en dat is voorzien van radiaal gerichte vinnen.

Men kent reeds een samengestelde pijp voor een warmtewisselaar waarbij het voornoemde hulpstuk is uitgevoerd in de vorm van een tweede, binnenste buis waarvan de buitendiameter nagenoeg overeenstemt met de binnendiameter van de voornoemde buitenste buis en waarbij deze binnenste buis is voorzien van inwaarts gerichte radiale vinnen die zich uitstrekken volgens de axiale richting van de voornoemde binnenste en buitenste buis.

Een nadeel van zulke bestaande samengestelde pijp is dat de dikte van de wand van de samengestelde pijp nagenoeg verdubbelt, waardoor de doorstroomsectie afneemt, terwijl het warmtewisselend oppervlak relatief beperkt blijft en er geen rechtstreekse warmteoverdracht mogelijk is tussen het warmtewisselend medium dat doorheen het doorstroomkanaal wordt gestuurd en de voornoemde buitenste buis.

Tevens kent men reeds een samengestelde pijp voor een warmtewisselaar, waarbij het voornoemde hulpstuk is uitgevoerd in de vorm van een cilindrische staaf die op haar buitenzijde is voorzien van radiaal gerichte vinnen die zich over de volledige lengte van het hulpstuk uitstrekken.

Het grote nadeel van zulke bekende samengestelde pijp is dat de sectie van de voornoemde staaf een aanzienlijk gedeelte van de doorstroomsectie van het doorstroomkanaal inneemt en het staafoppervlak niet bijdraagt tot de verhoging van het warmtewisselend vermogen.

De huidige uitvinding heeft als doel een antwoord te bieden aan het voornoemde en andere nadelen.

Hiertoe betreft de huidige uitvinding een samengestelde pijp van het voornoemde type, waarbij het voornoemde hulpstuk is uitgevoerd in de vorm van een binnenste buis die, zowel op haar buitenwand, als op haar binnenwand is voorzien van hoofdzakelijk radiaal gerichte buitenste, respectievelijk binnenste vinnen, één en ander zodanig dat deze binnenste buis een scheiding vormt tussen een binnenste doorstroomkanaal in de binnenste buis en een buitenste doorstroomkanaal tussen de voornoemde binnenste en buitenste buis en waarbij minstens een gedeelte van de buitenste vinnen in contact staan met de binnenwand van de voornoemde buitenste buis.

Een voordeel van een samengestelde pijp volgens de uitvinding is dat het totale doorstroomoppervlak toeneemt ten opzichte van de bekende samengestelde pijpen en dat ook het warmtewisselend oppervlak tussen de respectievelijke koelmedia binnen en buiten de samengestelde pijp toeneemt, terwijl het totale volume van de samengestelde pijp ongewijzigd blijft.

Dit betekent dat door het gebruik van samengestelde pijpen volgens de uitvinding, een warmtewisselaar kan worden verwezenlijkt met een beter rendement dan klassieke warmtewisselaars met bestaande samengestelde pijpen, zonder dat het aantal pijpen of de lengte ervan dient te worden verhoogd.

Een bijkomend voordeel van een samengestelde pijp volgens de uitvinding is dat een rechtstreekse warmteoverdracht mogelijk is tussen de buitenste buis en het fluïdum dat doorheen de samengestelde pijp stroomt, waardoor het rendement verbetert.

De huidige uitvinding heeft eveneens betrekking op een hulpstuk dat kan worden aangebracht in een pijp ter vorming van een samengestelde pijp, waarbij dit hulpstuk geprofileerd is en is uitgevoerd in de vorm van een buis die, zowel op haar buitenwand, als op haar binnenwand is voorzien van hoofdzakelijk radiaal gerichte buitenste, respectievelijk binnenste vinnen, waarbij minstens een gedeelte van de buitenste vinnen, in dwarsdoorsnede gezien, ingeschreven zijn in een cirkelomtrek waarvan de diameter gelijk of ongeveer gelijk is aan de binnendiameter van de voornoemde pijp.

Met het inzicht de kenmerken van de huidige uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen van een samengestelde pijp volgens de uitvinding beschreven voor toepassing in een warmtewisselaar, evenals een daarbij toegepast hulpstuk, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch en in perspectief een gedeelte van een samengestelde pijp volgens de uitvinding voor een warmtewisselaar weergeeft; figuur 2 een doorsnede weergeeft volgens lijn II-II in figuur 1; figuur 3 een variante weergeeft volgens figuur 2.

In de figuren 1 en 2 is een samengestelde pijp 1 volgens de uitvinding voor een warmtewisselaar weergegeven, waarbij deze samengestelde pijp 1 in hoofdzaak bestaat uit een buitenste cilindrische buis 2 of zogenaamde pijp, die een kanaal 3 omsluit en een in het voornoemde kanaal 3 aangebracht hulpstuk 4 dat zich nagenoeg volgens de axiale richting van de voornoemde buis 2 uitstrekt.

Het voornoemde hulpstuk 4 is uitgevoerd in de vorm van een binnenste buis 5 die een scheiding vormt tussen een eerste doorstroomkanaal 6 in de binnenste buis 5 en een buitenste doorstroomkanaal 7 tussen de voornoemde binnenste buis 5 en de buitenste buis 2.

De voornoemde binnenste buis 5 is volgens de uitvinding, zowel op haar buitenwand 8, als op haar binnenwand 9 voorzien van radiaal of hoofdzakelijk radiaal gerichte buitenste vinnen 10, respectievelijk binnenste vinnen 11, waarbij de buitenste vinnen 10, of minstens een gedeelte ervan, in contact staan met de binnenwand 12 van de voornoemde buitenste buis 2.

De vinnen 10 en 11 strekken zich volgens de uitvinding radiaal uit, in dit geval, volgens de axiale richting van de binnenste buis 5, doordat in dit geval het hulpstuk 4 een geprofileerd hulpstuk is.

In dit geval vertonen de buitenste vinnen 10 alle een gelijke lengte, waardoor de binnenste buis 5 gecenterd is in de buitenste buis 2, en zijn ook de binnenste vinnen 11 even lang uitgevoerd.

Volgens een voorkeurdragende kenmerk van de uitvinding voldoet de samengestelde pijp 1 aan de vergelijking:

waarbij :

Au het doorstroomoppervlak voorstelt van het buitenste doorstroomkanaal 7; 01 het warmtewisselend oppervlak voorstelt tussen het binnenste doorstroomkanaal 6, enerzijds, en de binnenste buis 5 en de binnenste vinnen 11, anderzijds ;

Ou het warmtewisselend oppervlak voorstelt tussen het buitenste doorstroomkanaal 7, enerzijds, en de binnenste en buitenste buis 5, respectievelijk 2 en de buitenste vinnen 10, anderzijds;

Ai het doorstroomoppervlak voorstelt van het binnenste doorstroomkanaal 6.

Hierdoor wordt een goede verdeling van een eerste warmtewisselend fluïdum, dat doorheen de kanalen 6 en 7 stroomt, verkregen.

Bijgevolg is het aantal buitenste vinnen 10 bij voorkeur groter dan het aantal binnenste vinnen 11, afhankelijk van de verhouding tussen de diameters van de binnenste buis 5 en de buitenste buis 2.

Het gebruik van een samengestelde pijp 1 volgens de uitvinding voor een warmtewisselaar is zeer eenvoudig en als volgt.

Doorheen het kanaal 3 in de buitenste buis 2, en meer speciaal doorheen het binnenste doorstroomkanaal 6 en het buitenste doorstroomkanaal 7, wordt een eerste fluïdum geleid dat moet worden gekoeld of verhit, terwijl langsheen de samengestelde pijp 1 aan de buitenzijde een tweede warmtewisselend fluïdum wordt geleid.

Door de combinatie van een grote doorstroomsectie en een nagenoeg maximaal warmtewisselend oppervlak, ondervindt het eerste fluïdum slechts een kleine drukval en kan een zeer goed rendement van de warmteoverdracht worden verwezenlijkt, wat het rendement van warmtewisselaars met klassieke samengestelde pijpen overstijgt.

Wanneer zulke samengestelde pijp 1 volgens de uitvinding bijvoorbeeld wordt toegepast in de tussen- en/of nakoeler van een compressorinstallatie, kan het rendement van deze compressorinstallatie aanzienlijk worden verbeterd zonder dat het koelervolume wordt vergroot.

In figuur 3 is een variante van een samengestelde pijp 1 voor een warmtewisselaar weergegeven, waarbij minstens twee, en in dit geval vijf, van de voornoemde binnenste vinnen 11 langer zijn uitgevoerd dan de overige binnenste vinnen 11.

Teneinde de radiale sterkte van de samengestelde pijp 1 te verhogen kunnen, zoals weergegeven in figuur 3, de vrije uiteinden van minstens twee van de voornoemde binnenste vinnen 11 contact maken met elkaar.

In het weergegeven voorbeeld strekken de voornoemde binnenste vinnen 11 en de buitenste vinnen 10 zich uit volgens de axiale richting van de binnenste buis 5, doch volgens een niet in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm kunnen de voornoemde buitenste en/of binnenste vinnen 10, respectievelijk 11, een helicoïdaal of dus schroefvormig verloop vertonen rond de lengteas van het voornoemde hulpstuk 4.

Het is duidelijk dat op één of meer van de voornoemde buitenste en/of binnenste vinnen 10 en/of 11, bijkomende vinnen kunnen voorzien zijn voor het verder laten toenemen van het warmtewisselend oppervlak.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch, een samengestelde pijp volgens de uitvinding voor een warmtewisselaar en een daarbij toegepast hulpstuk, kunnen in velerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (17)

1. Samengestelde pijp voor een warmtewisselaar waarbij deze samengestelde pijp (1) in hoofdzaak bestaat uit een buitenste cilindrische buis (2) die een kanaal (3) omsluit, en een in dit kanaal (3) aangebracht hulpstuk (4) dat zich nagenoeg volgens de axiale richting van de voornoemde buis (2) uitstrekt en dat is voorzien van radiaal gerichte vinnen, daardoor gekenmerkt dat het voornoemde hulpstuk (4) is uitgevoerd in de vorm van een binnenste buis (5) die, zowel op haar buitenwand (8), als op haar binnenwand (9) is voorzien van hoofdzakelijk radiaal gerichte buitenste, respectievelijk binnenste vinnen (10, respectievelijk 11), één en ander zodanig dat deze binnenste buis (5) een scheiding vormt tussen een binnenste doorstroomkanaal (6) in de binnenste buis (6) en een buitenste doorstroomkanaal (7) tussen de voornoemde binnenste en buitenste buis (5, respectievelijk 2) en dat minstens een gedeelte van de buitenste vinnen (10) in contact staan met de binnenwand van de voornoemde buitenste buis (2) .

2. Samengestelde pijp volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het hulpstuk een geprofileerd hulpstuk is, waarbij de voornoemde buitenste en/of binnenste vinnen (10 en/of 11) zich uitstrekken volgens de axiale richting van de voornoemde binnenste buis (5).

3. Samengestelde pijp volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde buitenste en/of binnenste vinnen (10 en/of 11) een helicoïdaal verloop vertonen rond de lengteas van het voornoemde hulpstuk (4).

4. Samengestelde pijp volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat zij voldoet aan de vergelij king : waarbij :

Au het doorstroomoppervlak voorstelt van het buitenste doorstroomkanaal (6), Oi het warmtewisselend oppervlak voorstelt tussen het binnenste doorstroomkanaal (6), enerzijds, en de binnenste buis (5) en de binnenste vinnen (11), anderzijds, Ou het warmtewisselend oppervlak voorstelt tussen het buitenste doorstroomkanaal (7), enerzijds, en de binnenste en buitenste buis (5, respectievelijk 2) en de buitenste vinnen (10), anderzijds, en Ai het doorstroomoppervlak voorstelt van het binnenste doorstroomkanaal (6).

5. Samengestelde pijp volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het aantal buitenste vinnen (10) groter is dan het aantal binnenste vinnen (11) .

6. Samengestelde pijp volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde buitenste vinnen (10) gelijke lengtes vertonen.

7. Samengestelde pijp volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde binnenste vinnen (11) gelijke lengtes vertonen.

8. Samengestelde pijp volgens één van de conclusies 1 tot 6, daardoor gekenmerkt dat minstens twee van de voornoemde binnenste vinnen (11) verschillende lengtes vertonen.

9. Samengestelde pijp volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de vrije uiteinden van minstens twee van de voornoemde binnenste vinnen (11) contact maken met elkaar.

10. Hulpstuk dat kan worden aangebracht in een pijp ter vorming van een samengestelde pijp (1) , daardoor gekenmerkt dat het is uitgevoerd in de vorm van een buis (5) die, zowel op haar buitenwand (8), als op haar binnenwand (9) is voorzien van hoofdzakelijk radiaal gerichte buitenste, respectievelijk binnenste vinnen (10, respectievelijk 11), waarbij minstens een gedeelte van de buitenste vinnen (10), in dwarsdoorsnede gezien, ingeschreven zijn in een cirkelomtrek waarvan de diameter (D) gelijk of ongeveer gelijk is aan de binnendiameter (d) van de voornoemde pijp.

11. Hulpstuk volgens conclusie 10, daardoor gekenmerkt dat het is geprofileerd, waarbij de voornoemde buitenste en/of binnenste vinnen (10 en/of 11) zich uitstrekken volgens de axiale richting van de voornoemde buis (5).

12. Hulpstuk volgens conclusie 10, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde buitenste en/of binnenste vinnen (10 en/of 11) een helicoïdaal verloop vertonen rond de lengteas van het voornoemde hulpstuk (4).

13. Hulpstuk volgens één van de conclusies 10 tot 12, daardoor gekenmerkt dat het aantal buitenste vinnen (10) groter is dan het aantal binnenste vinnen (11).

14. Hulpstuk volgens één van de conclusies 10 tot 13, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde buitenste vinnen (10) gelijke lengtes vertonen.

15. Hulpstuk volgens één van de conclusies 10 tot 14, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde binnenste vinnen (11) gelijke lengtes vertonen.

16. Hulpstuk volgens één van de conclusies 10 tot 14, daardoor gekenmerkt dat minstens twee van de voornoemde binnenste vinnen (11) verschillende lengtes vertonen.

17. Hulpstuk volgens één van de conclusies 10 tot 16, daardoor gekenmerkt dat de vrije uiteinden van minstens twee van de voornoemde binnenste vinnen (11) contact maken met elkaar.