BE1020321A3 - Buizenwarmtewisselaar en compressoreenheid daarmee uitgerust. - Google Patents

Buizenwarmtewisselaar en compressoreenheid daarmee uitgerust. Download PDF

Info

Publication number
BE1020321A3
BE1020321A3 BE2011/0612A BE201100612A BE1020321A3 BE 1020321 A3 BE1020321 A3 BE 1020321A3 BE 2011/0612 A BE2011/0612 A BE 2011/0612A BE 201100612 A BE201100612 A BE 201100612A BE 1020321 A3 BE1020321 A3 BE 1020321A3
Authority
BE
Belgium
Prior art keywords
heat exchanger
tubes
tube
exchanger according
fluid
Prior art date
Application number
BE2011/0612A
Other languages
English (en)
Inventor
Subodh Sharadchandra Patwardhan
Filip Gustaaf M Huberland
Original Assignee
Atlas Copco Airpower Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlas Copco Airpower Nv filed Critical Atlas Copco Airpower Nv
Priority to BE2011/0612A priority Critical patent/BE1020321A3/nl
Application granted granted Critical
Publication of BE1020321A3 publication Critical patent/BE1020321A3/nl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/06Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/08Tubular elements crimped or corrugated in longitudinal section
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/0219Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/26Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

Buizenwarmtewisselaar en compressoreenheid daarmee uitgerust.
De huidige uitvinding heeft betrekking op een buizenwarmtewisselaar.
Een verhoogd bewustzijn voor het verbruik van energie heeft de nood aan efficiënte warmtewisselaars in het voetlicht gesteld.
De energetische efficiëntie van een proces kan verbeterd worden door afvalwarmte te herwinnen uit een primair fluïdum en deze te gebruiken om een secundair fluïdum op te warmen of af te koelen.
Meer specifiek, in het toepassingsgebied van lucht- of gas-compressie, wordt er een grote hoeveelheid warmte opgewekt door het compressieproces.
Deze zogenaamde "compressiewarmte" kan op verschillende wijzen herwonnen worden, bijvoorbeeld door samengeperste lucht te drogen door middel van de warmte opgewekt in de laatste compressietrap, zoals in US 5.385.603 beschreven werd.
Lucht- of gascompressoren zijn in het algemeen voorzien van meervoudige compressietrappen en intermediaire warmtewisselaars die de temperatuur van het samengedrukte 9as na iedere compressietrap verlagen. Deze warmtewisselaars zijn typisch lucht-naar-lucht of lucht naar-water warmtewisselaars, waarbij in het tweede type een deel van de compressiewarmte herwonnen wordt in de vorm van warm water.
Een uitvoeringsvorm voor een warmtewisselaar die veel gebruikt wordt in een lucht- of gascompressor is een buizenwarmtewisselaar die hoofdzakelijk bestaat uit een behuizing waarin twee schotten en een omhulsel een ruimte begrenzen met een inlaat en een uitlaat voor een eerste of primair fluïdum, en waarin tussen de twee schotten één of meer buizen of groepen van buizen zijn aangebracht, waardoorheen een tweede of secundair fluïdum kan stromen, en waarbij deze één of meer buizen zich uitstrekken doorheen de schotten en verbonden zijn met een toevoer en afvoer voor het secundaire fluïdum, waarbij het eerste of primaire fluïdum over de buitenkant van de buizen stroomt en het andere of secundaire fluïdum doorheen de buizen vloeit.
Aangezien het omhulsel van de warmtewisselaar in de regel uit een ander materiaal is vervaardigd dan de buizen, en beiden aan verschillende temperaturen zijn blootgesteld, zullen beide delen van de warmtewisselaar ook een verschillende thermische uitzetting vertonen.
Traditioneel wordt dit verschil in uitzetting gecompenseerd door een zogenaamd "zwevend schot" ontwerp, waarbij één van voornoemde schotten in de lengterichting van de buizen beweegbaar is in het omhulsel en waarbij verondersteld wordt dat alle buizen dezelfde thermische uitzetting en krimp vertonen, hetgeen ook dikwijls een terechte veronderstelling is.
Een nadeel van zulk een zwevend schot ontwerp, is dat dit maar bruikbaar is indien alle buizen dezelfde thermische uitzetting vertonen, m.a.w. indien alle buizen onderling op dezelfde temperatuur staan en uit hetzelfde materiaal zijn vervaardigd.
Een zwevend schot ontwerp kan alleen wanneer beweging in axiale richting wordt mogelijk gemaakt, bijvoorbeeld door het gebruik van O-ringen of een opvuldoos, hetgeen een aanzienlijke ongunstige weerslag op de kost en de onderhoudsvriendelijkheid van de warmtewisselaar heeft.
Nog een nadeel van zulk een zwevend schot ontwerp is dat de mogelijkheden om inlaat- of uitlaatverbindingen aan te brengen op het zwevend schot beperkt zijn aangezien deze verbindingen de bewegingen van het zwevend schot moeten kunnen volgen.
Men kent ook reeds warmtewisselaars waarbij in plaats van een zwevend schot het omhulsel voorzien is van middelen die een uitzetting of een inkrimping van het omhulsel in de lengterichting van de buizen toelaat. In dit geval moet de thermische uitzetting van alle buizen ook uniform zijn teneinde ongeoorloofde vervormingen te voorkomen.
Wanneer men een proces heeft waarbij het primaire fluïdum in het omhulsel warmte uitwisselt met verschillende secundaire fluïdumstromen doorheen de buizen stelt zich een probleem indien deze secundaire fluïdumstromen sterk verschillen in hun fysische eigenschappen zoals temperatuur, druk, warmteoverdracht-coëfficiënt en dergelijke. Wanneer deze verschillende secundaire fluïdumstromen simultaan door buizenreeksen van een enkelvoudige warmtewisselaar stromen welke al dan niet van verschillende materialen kunnen gemaakt zijn , zal het verschil in thermische uitzetting tussen de buizenreeksen zeer groot worden, zodat het verschil in thermische uitzetting niet meer door één enkel zwevend schot gecompenseerd kan worden.
Eén manier om deze compensatie voor het verschil in thermische uitzetting toch te bekomen is het verdelen van de buizenbundels in meerdere groepen, waarbij elke groep verbonden is met een eindschot door middel van een buigzame balg of uitzettingsverbinding, zoals in WO 2008/106188 Al beschreven werd.
Een nadeel van deze oplossing is dat het ontwerp van de warmtewisselaar hierdoor ingrijpend wordt veranderd en deze meer onderdelen nodig heeft en meer ruimte opeist.
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 tenminste twee fluïda, respectievelijk een primair fluïdum en een secundair fluïdum, waarbij de warmtewisselaar hoofdzakelijk bestaat uit een behuizing waarin twee schotten en een omhulsel een ruimte begrenzen met een inlaat en een uitlaat voor het primair fluïdum en waarin tussen de twee schotten één of meer buizen zijn aangebracht, waardoorheen het secundair fluïdum kan stromen, en waarbij deze één of meer buizen zich uitstrekken doorheen de schotten en verbonden zijn met een toevoer en afvoer voor het secundaire fluïdum, waarbij minstens één van de buizen voorzien is van een balgvormig gedeelte dat zich tussen de schotten bevindt en buigzaam genoeg is om de thermische uitzetting of krimp van de buis op te vangen.
Dit balgvormig gedeelte kan de volledige lengte van de buizen beslaan maar ook slechts een deel van de volledige lengte, bijvoorbeeld het middelste gedeelte van de volledige lengte. Ook kan slechts een deel van de buizen van een balgvormig gedeelte voorzien zijn.
Een voordeel van zulk een buizenwarmtewisselaar volgens de uitvinding is dat het gebruik van dergelijke balgvormige buizen er voor zorgt dat een buis een thermische uitzetting kan opvangen onafhankelijk van de andere buizen in de bundel.
Dit laat bijvoorbeeld toe constructies toe te passen zonder zwevend schot, hetgeen de constructie van de warmtewisselaar aanzienlijk vereenvoudigt en bovendien toelaat om kansen op lekvorming tussen het zwevend schot en de behuizing waarin het zwevend schot beweegbaar is te vermijden.
Een voordeel dat hieraan gekoppeld is, is dat vaste inlaat-en uitlaatverbindingen kunnen worden toegepast aangezien zij in dat geval niet moeten kunnen meebewegen met het schot.
Indien men toch een "zwevend" schot zou toepassen, kan de beweging van dit "zwevend" schot aanzienlijk beperkt worden.
Een bijkomend voordeel van zulke gebalgde buizen is dat zij in de buizen van de warmtewisselaar kunnen gevormd worden door hydroforming of hydro-expansie, zonder bijkomende lasnaden of flensverbindingen te veroorzaken, waardoor deze oplossing meer kosten-effectief is dan bestaande oplossingen en bovendien de kans op lekvorming uitsluit.
Bovendien kan deze warmtewisselaar volgens de uitvinding uitgevoerd worden voor meer dan één secundaire fluïdumstroom in exact dezelfde buitenafmetingen als voor slechts één secundaire fluïdumstroom die doorheen de buizen vloeit.
Vanuit een productiestandpunt waarbij bijkomende warmte-herwinning als een optie wordt aangeboden, laat de uitvinding toe uitwisselbare bundels van buizen aan te wenden hetgeen een vlotte en soepele vervaardiging mogelijk maakt hetgeen helpt de kostprijs te drukken.
Aangezien de buitenafmetingen van de warmtewisselaar ongewijzigd blijven kan de compressoreenheid die er rond is gebouwd, ook ongewijzigd blijven waardoor minder varianten van de compressoreenheid ontworpen dienen te worden. Dit leidt tot besparingen niet alleen in de productie- maar ook in de ontwerp- en ontwikkelingsfase.
Nog een voordeel verbonden aan deze uitvinding is dat gelaste of vaste inlaat- en uitlaatverbindingen kunnen worden aangebracht op de twee vaste schotten. Het is dan wel verkieslijk dat alle buizen elk afzonderlijk voorzien zijn van een balgvormig gedeelte.
Bij voorkeur worden de buizen voorzien van een balgvormig gedeelte vervaardigd uitgaande van één rechte buis die gedeeltelijk vervormd is, bijvoorbeeld door het gebruik van hydroforming of hydro-expansie.
De warmtewisselaar kan voorzien zijn voor het uitwisselen van warmte tussen een primair fluïdum en twee of meer secundaire fluïda, waartoe de warmtewisselaar voor elk secundair fluïdum voorzien is van één buis of een groep buizen waardoorheen het betreffende secundair fluïdum kan stromen en de buis of de groep van buizen aangesloten is op een toevoer en afvoer voor het betreffende secundair fluïdum.
De uitvinding heeft ook betrekking op een compressoreenheid bestaande uit tenminste twee compressietrappen met minstens twee koelers die beide interkoelers kunnen zijn of een combinatie van minstens een interkoeler met een nakoeler na de laatste compressietrap, waarbij de interkoeler of interkoelers een buizenwarmtewisselaar bevat(ten) volgens de uitvinding, en waarbij de interkoeler(s) en de nakoeler gebruik maken van éénzelfde koelmiddel dat via een koelkringloop achtereenvolgens doorheen één of meer interkoeler(s) wordt geleid, vervolgens doorheen de nakoeler(s) en vervolgens bij een hogere koelmiddeltemperatuur terug door dezelfde interkoeler (s) wordt geleid.
Een voordeel van een dergelijke compressoreenheid is dat ze toelaat het koelmiddel bij een hogere temperatuur uit de compressoreenheid te recupereren waardoor de in de koelvloeistof opgeslagen energie beter kan benut worden bijvoorbeeld voor het verwarmen van gebouwen of sanitair water of voor het voorverwarmen van voedingswater voor een boiler.
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 volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch een doorsnede van een traditionele buizenwarmtewisselaar volgens de stand van techniek weergeeft; figuur 2 schematisch een doorsnede van een buizenwarmtewisselaar volgens de uitvinding weergeeft; figuur 3 op grotere schaal het gedeelte weergeeft dat in figuur 2 met F3 is aangeduid; figuur 4 een variant van figuur 2 weergeeft; figuur 5 op grotere schaal het gedeelte weergeeft, dat in figuur 4 met F5 is aangeduid; figuur 6 schematisch een traditionele compressoreenheid met buizenwarmtewisselaars volgens de stand van techniek weergeeft; en figuur 7 schematisch een compressoreenheid weergeeft met buizenwarmtewisselaars volgens de uitvinding.
In figuur 1 wordt een traditionele buizenwarmtewisselaar 1 weergegeven bestaande uit een behuizing 2 samengesteld uit drie elementen, namelijk een eerste kops uiteinde 3, een omhulsel 4, en een tweede kops uiteinde 5 waarbij de ingesloten ruimte door twee schotten 6 en 7 verdeeld is in drie compartimenten waarvan het eerste een inlaatcompartiment 8 is voor het secundaire fluïdum 9, het tweede een ruimte 10 voor warmte-uitwisseling is, begrensd door de voornoemde schotten 6 en 7 en het omhulsel 4 waardoor een primair fluïdum 11 stroomt via een inlaat 12 en een uitlaat 13 en waarbij de schotten 6 en 7 verbonden zijn door evenwijdige buizen 14 die doorheen de schotten 6 en 7 lopen en in de schotten gevat zijn met vaste verbindingen 15, en waardoorheen het secundaire fluïdum 9 stroomt, en een derde compartiment een uitlaatcompartiment 16 is voor het secundaire fluïdum 9.
Het vaste schot 6 is hierbij vastgeklemd tussen twee delen 3 en 4 van de behuizing 2 met tussenkomst van dichtingen 17, terwijl het schot 7 een zwevend schot is dat in het deel 5 van de behuizing 2 beweegbaar is in de axiale richting van de buizen 14 en dat langs zijn omtrek afgedicht is door middel is van een bijkomende dichting 18, terwijl het deel 5 van de behuizing door middel van een dichting 19 is afgedicht ten opzichte van het omhulsel 4.
De buizen 14 die doorheen de schotten 3 en 4 lopen zijn rechte buizen.
Het is duidelijk dat wanneer het primaire fluïdum 11 doorheen de ruimte 10 stroomt, en het secundair fluïdum 9 doorheen de buizen 14 wordt geleid, er een warmteoverdracht ontstaat van het ene fluïdum naar het andere afhankelijk van het temperatuursverschil tussen beide fluïda.
Hierbij zal de lengte van de buizen 14 uitzetten of krimpen in functie van de temperatuur, welke beweging mogelijk wordt gemaakt doordat het zwevend schot 7 beweegbaar in de behuizing 2 is gevat.
In figuur 2 is schematisch een buizenwarmtewisselaar 20 volgens de uitvinding weergegeven die dezelfde opbouw heeft als in figuur 1, maar waarbij ook het tweede schot 6', dat bestaat uit twee aan elkaar gefixeerde delen 6' a en 6'b, een schot met een vaste positie is, en waarbij de buizen 14 zijn voorzien van een balgvormig gedeelte 21 dat zich, tussen de schotten 6 en 6', in de ruimte 10 bevindt.
De werking van de buizenwarmtewisselaar 20 volgens de uitvinding is identiek aan deze van figuur 1, met dit verschil dat de balgvormige gedeelten 21 een differentiële uitzetting of krimp van de buizen 14 toelaat zodat elke buis 14 afzonderlijk op zichzelf reeds zijn thermische uitzetting of krimp kan compenseren en de schotten 6 en 6' beiden vaste schotten kunnen zijn die niet meer bewegen.
Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat de vaste schotten 6 en 6' beter bestand zijn tegen lekvorming dan een zwevend schot 7, en dat deze uitvoeringsvorm geschikt is voor gestandaardiseerde productie met een minimum aan onderdelen.
Figuur 3 toont op grotere schaal een detail uit figuur 2 aangeduid met F3, waarbij de vatting van de onderdelen van het vast schot 6', zijnde 6'a en 6'b, tussen de voornoemde delen van de behuizing is weergegeven, meer bepaald tussen het omhulsel 4 en het tweede kopse uiteinde 5. De voornoemde delen 6'a en 6'b van het vast schot 6' zijn vast verbonden met elkaar, bijvoorbeeld door middel van een boutverbinding.
In figuur 4 is schematisch een variante uitvoeringsvorm 22 van de uitvinding weergegeven analoog aan figuur 2 maar met dit verschil dat er twee groepen 23 en 24 van buizen 14 tussen de twee vaste schotten 6 en 6' zijn aangebracht, en dit, respectievelijk, voor een eerste secundair fluïdum 25 en voor een tweede secundair fluïdum 26.
In deze uitvoeringsvariant 22 bevinden het invoercompartiment 27 en het uitvoercompartiment 28 van de eerste groep 23 buizen zich beiden in één kops uiteinde 3 van de behuizing 2, en bevindt zich een kering 29 voor het eerste secundair fluïdum 25 in het andere kopse uiteinde 5 van deze behuizing 2.
Omgekeerd bevinden het invoercompartiment 30 en het uitvoercompartiment 31 van de tweede groep buizen 24 zich beiden in het andere kopse uiteinde 5 van de behuizing 2 terwijl er een kering 32 voor het tweede secundaire fluïdum 26 is aangebracht in het eerste kops uiteinde 3 van de behuizing 2.
Het spreekt vanzelf dat ook de variant 20 met een invoercompartiment 8 en een uitvoercompartiment 16 elk in een verschillend kops uiteinde 3 en 5 van de behuizing 2 en waarbij geen kering nodig is, zoals in figuur 2 is weergegeven, ook voor elke groep 23 en 24 van buizen 14 in figuur 3 in de variant 22 kan worden toegepast.
Figuur 5 geeft op grotere schaal en in doorsnede volgens de lengterichting het balgvormig gedeelte 21 volgens de uitvinding weer van de buizen 14 tussen de twee schotten 6 en 6', zoals aangegeven met F5 in figuur 4.
Dit balgvormig gedeelte 21 kan bijvoorbeeld worden verwezenlijkt door, vertrekkende van rechte buizen, het balgvormig gedeelte blijvend plastisch te vervormen door middel van hydroforming of hydro-expansie.
Figuur 6 geeft een compressoreenheid 33 met drie compressietrappen respectievelijk 34, 35 en 36 weer, volgens de stand van techniek met een koelkringloop 37 waarin twee interkoelers 38 en 39 zijn opgenomen in de persleidingen tussen twee opeenvolgende compressortrappen, en een nakoeler 40 die in de persleiding van de laatste trap 36 is opgenomen.
De interkoelers 38 en 39 en de nakoeler 40 bevatten in dit geval warmtewisselaars van het klassieke type, waarbij gecomprimeerde lucht als primair fluïdum 11 doorheen de warmtewisselaars wordt geleid terwijl een koelmiddel als secundair fluïdum 9 simultaan doorheen de drie warmtewisselaars wordt geleid en waarbij hetzelfde koelmiddel, in dit geval water van lage temperatuur, vanaf een gezamenlijke toevoer simultaan aan de drie warmtewisselaars 38, 39 en 40 wordt gevoed, en na opwarming in de drie warmtewisselaars 38, 39 en 40 via een gezamenlijke afvoer 41 wordt afgevoerd.
Een nadeel van deze traditionele compressoreenheid 33 is echter dat de eenheid gekoeld wordt met een grote stroom van koelwater, hetgeen leidt tot een geringe temperatuurs-toename (typisch in de grootteorde van 10 °C) over de hele koelwaterkringloop 37 gemeten, en waardoor de lage temperatuurstoename het onmogelijk maakt deze warmte nuttig te gebruiken, ondanks het feit dat grote hoeveelheden energie aan het koelwater zijn afgegeven.
Figuur 7 geeft een compressoreenheid 42 volgens de uitvinding weer met drie compressietrappen respectievelijk 43, 44 en 45, en met een koelkringloop 46 waarin twee interkoelers 47 en 48 zijn opgenomen in de persleidingen tussen twee opeenvolgende compressortrappen, en een nakoeler 49 die in de persleiding van de laatste trap 45 is opgenomen.
De interkoelers 47 en 48 bevatten in dit geval buizenwarmtewisselaars volgens de uitvinding, waarbij gecomprimeerde lucht als primair fluïdum 11 over de buizen wordt geleid terwijl een koelmiddel (34) als secundair fluïdum achtereenvolgens doorheen de buizen van de interkoelers 47 en 48 wordt geleid die elk uitgerust zijn met twee huizengroepen voor twee secundaire fluïda.
Hetzelfde koelmiddel 34, in dit geval water van lage temperatuur, wordt vanaf een gezamenlijke toevoer simultaan naar de twee interkoelers 47 en 48 gevoerd doorheen huizengroepen 4 9 en 50 die voor koelwater van een lagere temperatuur bestemd zijn, en zich in een koelere zone van de ruimte 10 voor het primair fluïdum 11 bevinden, waar de gecomprimeerde lucht al ten dele is afgekoeld, en daarna na samenvoegen via leiding 50 uit de twee interkoelers naar de nakoeler 49 wordt geleid.
In dit voorbeeld wordt het koelwater 51 dat de nakoeler verlaat vervolgens naar de tweede interkoeler 48 geleid en vervolgens naar de eerste interkoeler 47 maar nu doorheen huizengroepen 52 en 53 die voor koelwater van een hogere temperatuur bestemd zijn en zich in een hetere zone van de ruimte 10 voor het primair fluïdum 11 bevinden, waar de gecomprimeerde lucht het warmst is, en wordt daarna naar de afvoer 54 van het koelwater gevoerd, waar het koelwater dat nu op een hoge temperatuur staat kan worden aangewend voor energieherwinning.
Een voordeel van de compressoreenheid 42 volgens de uitvinding is dat het temperatuursverschil over de gehele koelwaterkring 46 verhoogd is zonder de prestaties van de compressor nadelig te beïnvloeden.
Het is voor een vakman duidelijk dat de buizen 14 voorzien kunnen worden van vinnen, die de warmte-uitwisseling tussen het primaire 11 en het secundaire fluïdum 9 vergroten.
Het is uiteraard niet uitgesloten dat een variant van de warmtewisselaar volgens de uitvinding meer dan twee huizengroepen 23 en 24 voor meerdere secundaire fluïda 25 en 26 heeft.
Het voordeel van een compressoreenheid 42 met buizenwarmtewisselaars volgens de uitvinding is dat minder water wordt toegevoerd aan de drie warmtewisselaars 47, 48 en 49 dan in een traditionele compressoreenheid waarbij drie warmtewisselaars 38, 39 en 40 door dezelfde toevoer van water met lage temperatuur worden bediend.
Doordat de hoeveelheid toegevoerd water kleiner is dan in een traditionele compressoreenheid terwijl de energieafgifte dezelfde blijft, is de temperatuur van het koelwater 54 na de koeling hoger en biedt dit meer mogelijkheden voor energieherwinning.
Het is natuurlijk ook mogelijk gebruik te maken van slechts één enkele huizengroep 23 in de ruimte 10 van een buizenwarmtewisselaar 22, waarbij de buizen 14 individueel aangesloten kunnen zijn op verschillende secundaire fluïda met verschillende eigenschappen zoals een verschillende temperatuur of een verschillende samenstelling.
De uitvinding laat toe dit alles te realiseren zonder rekening te moeten houden met de verschillen in thermische uitzetting van de buizen in de buizenwarmtewisselaar, doordat elke buis voor zijn eigen uitzettingscompensatie zorgt.
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een buizenwarmtewisselaar volgens de uitvinding kan in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (14)

1. Buizenwarmtewisselaar voor het uitwisselen van warmte tussen tenminste twee fluïda, respectievelijk een primair fluïdum (11) en een secundair fluïdum (9), waarbij de warmtewisselaar (20) hoofdzakelijk bestaat uit een behuizing (2) waarin twee schotten (6 en 6') en een omhulsel (4) een ruimte (10) begrenzen met een inlaat (12) en een uitlaat (13) voor het primair fluïdum (11) en waarin tussen de twee schotten (6 en 6') één of meer buizen (14) zijn aangebracht, waardoorheen het secundair fluïdum (9) kan stromen, en waarbij deze één of meer buizen (14) zich uitstrekken doorheen de schotten (6 en 6') en verbonden zijn met een toevoer (8) en afvoer(16) voor het secundaire fluïdum (9) , daardoor gekenmerkt dat minstens één van de buizen (14) voorzien is van een balgvormig gedeelte (21) dat zich tussen de schotten (6 en 6') bevindt en buigzaam genoeg is om de thermische uitzetting of krimp van de betreffende buis (14) op te vangen.
2. Buizenwarmtewisselaar volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat alle buizen (14) elk afzonderlijk voorzien zijn van een balgvormig gedeelte (21).
3. Buizenwarmtewisselaar volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de schotten (6 en 6') gefixeerd zijn ten opzichte van elkaar.
4. Buizenwarmtewisselaar volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de buizen (14), inclusief het balgvormig gedeelte (21), uit één materiaal zijn vervaardigd.
5. Buizenwarmtewisselaar volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat het materiaal, waaruit de buizen (14) inclusief het balgvormig gedeelte (21) vervaardigd zijn, een metaal is.
6. Buizenwarmtewisselaar volgens één van de voorgaande conclusies daardoor gekenmerkt dat de buizen (14), voorzien van een balgvormig gedeelte (21), vervaardigd zijn uitgaande van één rechte buis die gedeeltelijk vervormd is om het balgvormig gedeeltë (21) te vormen.
7. Buizenwarmtewisselaar volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de vervorming van de buis (14) bekomen is door hydroforming of hydro-expansie.
8. Buizenwarmtewisselaar volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de toevoer (8) van het secundair fluïdum (9) dat door de buizen (14) stroomt zich aan één kops uiteinde (3) van de ruimte (10) voor het primaire fluïdum (11) gevormd door de twee schotten (6 en 6') en het omhulsel (4) bevindt, en de afvoer (16) van het secundair fluïdum (9) zich aan het andere kopse uiteinde (5) van de ruimte (10) voor het primaire fluïdum (11) bevindt.
9. Buizenwarmtewisselaar volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de toevoer (27) en de afvoer (28) van het secundair fluïdum zich beide in één zelfde kops uiteinde (3) bevinden van de behuizing 2 waarbij zich aan het andere kopse uiteinde (5) van de behuizing 2 een kering (29) bevindt voor het secundair fluïdum.
10. Buizenwarmtewisselaar volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat .minstens twee buizen (14) vervaardigd zijn uit een verschillend materiaal.
11. Buizenwarmtewisselaar volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de warmtewisselaar (22) voorzien is voor het uitwisselen van warmte tussen een primair fluïdum (11) en twee of meer secundaire fluïda waartoe de warmtewisselaar (22) voor elk secundair fluïdum voorzien is van één buis (14) of een groep buizen (23,24) waardoorheen het betreffende secundair fluïdum kan stromen en de buis (14) of de groep van buizen (23 en 24) aangesloten is op een toevoer (27 en 30) en een afvoer (28 en 31) voor het betreffende secundair fluïdum.
12. Buizenwarmtewisselaar volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat de warmtewisselaar (22) deel uitmaakt van een inrichting voor het uitwisselen van warmte tussen een primair fluïdum (11) en twee of meer secundaire fluïda (25 en 26) waarbij de temperatuur van minstens twee secundaire fluïda (25 en 26) verschillend is.
13. Buizenwarmtewisselaar volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat de warmtewisselaar (22) deel uitmaakt van een inrichting voor het uitwisselen van warmte tussen een primair fluïdum (11) en twee of meer secundaire fluïda (25 en 26) waarbij het materiaal waarin de buizen voor elk van de secundaire fluïda (25 en 26) zijn uitgevoerd, verschillend is.
14.- Compressoreenheid bestaande uit tenminste twee compressietrappen (43,44 en 45) met minstens twee koelers die beide interkoelers (47 en 48) kunnen zijn of een combinatie van minstens één interkoeler met een nakoeler (49) na de laatste compressietrap (45), daardoor gekenmerkt dat de interkoeler (47) of -koelers (47,48) een buizenwarmtewisselaar (20) bevatten, waarbij de interkoeler(s) (47 en 48) en de nakoeler (49) gebruik maken van éénzelfde koelmiddel (9) dat via een koelkringloop (46) achtereenvolgens doorheen één of meer interkoelers (47 en 48) wordt geleid, vervolgens doorheen de nakoeler (49) en vervolgens bij een hogere koelmiddeltemperatuur terug door dezelfde interkoeler(s) (48 en 47) wordt geleid maar door andere buizen of huizengroepen (52 en 53) dan bij de eerste doorgang (49 en 50).
BE2011/0612A 2011-10-19 2011-10-19 Buizenwarmtewisselaar en compressoreenheid daarmee uitgerust. BE1020321A3 (nl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE2011/0612A BE1020321A3 (nl) 2011-10-19 2011-10-19 Buizenwarmtewisselaar en compressoreenheid daarmee uitgerust.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE201100612 2011-10-19
BE2011/0612A BE1020321A3 (nl) 2011-10-19 2011-10-19 Buizenwarmtewisselaar en compressoreenheid daarmee uitgerust.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BE1020321A3 true BE1020321A3 (nl) 2013-08-06

Family

ID=45373618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BE2011/0612A BE1020321A3 (nl) 2011-10-19 2011-10-19 Buizenwarmtewisselaar en compressoreenheid daarmee uitgerust.

Country Status (1)

Country Link
BE (1) BE1020321A3 (nl)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202014002356U1 (de) 2013-03-20 2014-04-10 Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap Wärmetauscher

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29708011U1 (de) * 1997-05-03 1998-08-27 Solvay Verwaltungs- und Vermittlungs GmbH, 30173 Hannover Abgasrückkühler
EP1669568A1 (en) * 2004-12-10 2006-06-14 LG Electronics, Inc. Exhaust gas heat exchanger for cogeneration system
WO2008017571A1 (de) * 2006-08-08 2008-02-14 Sulzer Chemtech Ag Apparat zur kombinierten durchführung von wärmeübertragung und statischem mischen mit einer flüssigkeit
GB2451862A (en) * 2007-08-15 2009-02-18 Senior Uk Ltd High gas inlet temperature EGR system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29708011U1 (de) * 1997-05-03 1998-08-27 Solvay Verwaltungs- und Vermittlungs GmbH, 30173 Hannover Abgasrückkühler
EP1669568A1 (en) * 2004-12-10 2006-06-14 LG Electronics, Inc. Exhaust gas heat exchanger for cogeneration system
WO2008017571A1 (de) * 2006-08-08 2008-02-14 Sulzer Chemtech Ag Apparat zur kombinierten durchführung von wärmeübertragung und statischem mischen mit einer flüssigkeit
GB2451862A (en) * 2007-08-15 2009-02-18 Senior Uk Ltd High gas inlet temperature EGR system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202014002356U1 (de) 2013-03-20 2014-04-10 Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap Wärmetauscher

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shah et al. Heat exchangers
US3818984A (en) Heat exchanger
CN104040282B (zh) 模块化板壳式热交换器
ATE414846T1 (de) Wärmetauscher
US3991823A (en) Multi-pass heat exchanger having finned conduits of polygonal configuration in cross-section
JP2016529469A (ja) 2つの流体の間で熱交換するための熱交換器、液体金属及びガスでの当該熱交換器の使用並びに液体金属により冷却される高速中性子原子炉への利用
JP2007192535A (ja) 熱交換器装置
BE1020321A3 (nl) Buizenwarmtewisselaar en compressoreenheid daarmee uitgerust.
AU2018382368B2 (en) Heat exchanger for a molten salt steam generator in a concentrated solar power plant (III)
ITBS20100046A1 (it) Impianto orc cogenerativo
ES2374080T3 (es) Sistema termodinámico que pone en práctica un dispositivo de producción de calor mediante circulación de un fluido a presión a través de una pluralidad de tubos.
Ataei Application of combined pinch and exergy analysis in retrofit of an olefin plant for energy conservation
CA2966856C (en) Heat exchanger for recovery of waste heat
BE1020355A3 (nl) Combinatie-warmtewisselaar en inrichting daarmee uitgerust.
KR101770524B1 (ko) 보일러 폐열 회수장치
Dev et al. An empirical study of helical coil heat exchanger used in liquid evaporization and droplet disengagement for a laminar fluid flow
JP2006002622A (ja) ガスタービン用再生器
Brodov et al. State of the art and trends in the design and operation of high-and low-pressure heaters for steam turbines at thermal and nuclear power plants in Russia and abroad: Part 1. Heater types and designs
CN106704046B (zh) 一种带有伸缩段的换热单元和废气再循环冷却器
EP3502608A1 (en) Heat exchanger for a molten salt steam generator in a concentrated solar power plant (iii)
US11686535B2 (en) Heat exchanger
JP2018054216A (ja) シェルアンドチューブ式熱交換器
JP5595710B2 (ja) 湿分分離加熱器
WO2019111574A1 (ja) ラジエータ
US6718915B1 (en) Horizontal spiral tube boiler convection pass enclosure design