-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Wärmetauscher.
-
Stand der Technik
-
Zum Beispiel ist in einer Gasturbinenanlage mit kombiniertem Zyklus (GTCC) zur Stromerzeugung ein Brenngaserhitzer (FGH) in einem Brennstoffsystem zum Steuern der Temperatur von Brennstoff, der der Gasturbine zugeführt wird, installiert. Im Brenngaserhitzer wird Brenngas durch Wärmetausch mit erhitztem Wasser aus Abhitzedampferzeugern (AHK) erhitzt. Mit anderen Worten ist der Brenngaserhitzer ein Wärmetauscher.
-
Liste der Entgegenhaltungen
-
Patentliteratur
-
Patentdokument 1:
JP 2018-115557 A -
Kurzdarstellung der Erfindung
-
Technisches Problem
-
Schwefelgehalt in dem vorstehend beschriebenen Brenngaserhitzer enthält das Brenngas Schwefel (S) -Gehalt, und somit können Teilchen von Eisen(III)sulfid (FeS) als Fremdmaterial erzeugt werden, indem der Schwefelgehalt mit dem Eisen (Fe) -Gehalt reagiert, der in einem Behälter, einem Wärmeübertragungsrohr oder dergleichen des Brenngaserhitzers enthalten ist. Wenn somit das Fremdmaterial an einer Wärmeübertragungsoberfläche in dem Brenngaserhitzer, d. h. dem Wärmetauscher, haften, verringert sich der Wärmeübertragungskoeffizient auf der Wärmeübertragungsoberfläche, und die Wärmeaustauscheffizienz verringert sich. Außerdem besteht bei längerem Gebrauch die Gefahr, dass sich das Fremdmaterial ansammelt und den Strömungsweg verstopft. Dementsprechend ist der Wärmetauscher vorzugsweise so konfiguriert, dass das Fremdmaterial nicht leicht an der Wärmeübertragungsoberfläche haftet.
-
Angesichts des Vorstehenden ist es eine Aufgabe von mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, einen Wärmetauscher bereitzustellen, in dem Fremdmaterial nicht leicht haftet.
-
Lösung des Problems
-
- (1) Ein Wärmetauscher gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt ein: einen Zyklonströmungsweg, in den ein erstes Fluid entlang einer tangentialen Richtung eingeführt wird, wobei das erste Fluid in dem Zyklonströmungsweg nach unten strömt; ein unteres Gehäuse, das sich unter dem Zyklonströmungsweg befindet und einen unteren Raum mit einer Strömungswegfläche bildet, die größer als die des Zyklonströmungswegs ist; einen ersten Ablassströmungsweg, der sich auf einer Außenumfangsseite des Zyklonströmungswegs befindet, wobei der erste Ablassströmungsweg mit dem unteren Raum in Verbindung steht; einen zweiten Einlassströmungsweg, in den ein zweites Fluid eingeführt wird, wobei sich der zweite Einlassströmungsweg auf der Außenumfangsseite des Zyklonströmungswegs befindet; einen zweiten Auslassströmungsweg, der sich auf einer Innenumfangsseite des Zyklonströmungswegs befindet; und einen zweiten Zwischenströmungsweg, der den zweiten Einlassströmungsweg und den zweiten Auslassströmungsweg verbindet.
-
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
-
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erleichtert ein Wärmetauscher die Entfernung von Fremdmaterial.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine schematische Außenansicht eines Wärmetauschers gemäß einer Ausführungsform.
- 2A ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen einer Übersicht eines ersten Strömungswegs gemäß einer Ausführungsform.
- 2B ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen einer Übersicht eines zweiten Strömungswegs gemäß einigen Ausführungsformen.
- 2C ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen einer Übersicht eines ersten Strömungswegs gemäß anderen Ausführungsformen.
- 3A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1, 2A und 2B.
- 3B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 1, 2A und 2B.
- 3C ist eine Querschnittsansicht entlang Linie C-C in 1, 2A und 2B.
- 3D ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D in 1, 2A und 2B.
- 3E ist eine Querschnittsansicht entlang Linie E-E in 1, 2A und 2B.
-
Beschreibung von Ausführungsformen
-
Nachfolgend werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Abmessungen, Werkstoffe, Formen, relative Anordnungen oder dergleichen von Komponenten, die in den Ausführungsformen oder in den Zeichnungen beschrieben sind, sollen jedoch den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränken und sind lediglich veranschaulichende Beispiele.
Zum Beispiel soll ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „mittig“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so ausgelegt werden, dass er nur die Anordnung in einem strengen wörtlichen Sinne angibt, sondern schließt auch einen Zustand ein, in dem die Anordnung um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand relativ innerhalb eines Bereichs verschoben ist, in dem die gleiche Funktion erzielt werden kann.
Zum Beispiel soll ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie „selb(er, -e, -es)“, „gleich“ und „einheitlich“ nicht so ausgelegt werden, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal streng gleich ist, sondern schließt auch einen Zustand ein, in dem eine Toleranz oder eine Differenz besteht, die noch die gleiche Funktion erzielen kann.
Ferner soll zum Beispiel ein Ausdruck, der eine Form wie eine rechteckige Form oder eine Röhrenform angibt, nicht nur als die geometrisch strenge Form ausgelegt werden, sondern so, dass er auch eine Form mit Unebenheit oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs einschließt, in dem die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
Andererseits soll ein Ausdruck wie „umfassen“, „einschließen“, „aufweisen“, „enthalten“ und „bilden“ andere Bestandteile nicht ausschließen.
-
1 ist eine schematische Außenansicht eines Wärmetauschers gemäß einer Ausführungsform.
2A ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen einer Übersicht eines ersten Strömungswegs gemäß einer Ausführungsform.
2B ist eine schematische Ansicht zum Veranschaulichen einer Übersicht eines zweiten Strömungswegs gemäß einigen Ausführungsformen.
2C ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen einer Übersicht eines ersten Strömungswegs gemäß anderen Ausführungsformen.
3A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1, 2A und 2B.
3B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 1, 2A und 2B.
3C ist eine Querschnittsansicht entlang Linie C-C in 1, 2A und 2B.
3D ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D in 1, 2A und 2B.
3E ist eine Querschnittsansicht entlang Linie E-E in 1, 2A und 2B.
-
Ein Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen dient zum Bewirken eines Wärmeaustauschs zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid. Der Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen kann zum Wärmeaustausch zwischen zum Beispiel einem Brenngas FG mit einer relativ niedrigen Temperatur und Wasser W mit einer relativ hohen Temperatur verwendet werden.
Der Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen kann zum Erhöhen der Temperatur eines Brenngases verwendet werden, das als Brennstoff in zum Beispiel einer Gasturbine oder dergleichen verwendet wird.
Es ist zu beachten, dass zur Vereinfachung der Erläuterung in der folgenden Beschreibung angenommen wird, dass das erste Fluid das Brenngas FG ist und dass das zweite Fluid das Wasser W ist.
-
Der Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen schließt einen Zyklonströmungsweg 13, in den das erste Fluid entlang einer tangentialen Richtung eingeführt wird und nach unten strömt, und ein unteres Gehäuse 33 ein, das sich unter dem Zyklonströmungsweg 13 befindet und einen unteren Raum 15 mit einer Strömungswegfläche bildet, die größer als die des Zyklonströmungswegs 13 ist. Der Wärmetauscher 1 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt einen ersten Auslassströmungsweg 17, der sich an einer Außenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 befindet und mit dem unteren Raum 15 kommuniziert, und einen zweiten Einlassströmungsweg 23, der sich an einer Außenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 befindet und in den ein zweites Fluid eingeführt wird, ein. Der Wärmetauscher 1 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt den zweiten Auslassströmungsweg 27, der sich an einer Innenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 befindet, und einen zweiten Zwischenströmungsweg 25, der den zweiten Einlassströmungsweg 23 und den zweiten Auslassströmungsweg 27 verbindet, ein.
-
Der Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen schließt einen ersten ringförmigen Strömungsweg 19 und einen zweiten ringförmigen Strömungsweg 21 ein.
Der Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen schließt ein oberes Gehäuse 31 ein, in dem der Zyklonströmungsweg 13, der erste Auslassströmungsweg 17, der erste ringförmige Strömungsweg 19, der zweite ringförmige Strömungsweg 21, der zweite
Einlassströmungsweg 23, der zweite Zwischenströmungsweg 25 und der zweite Auslassströmungsweg 27 ausgebildet sind.
Der Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen schließt einen ersten Strömungsweg 101, der außerhalb des oberen Gehäuses 31 bereitgestellt ist, einen ersten Ablassströmungsweg 103, einen zweiten Strömungsweg 201 und einen zweiten Ablassströmungsweg 203 ein.
Der Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen schließt einen unteren Verbindungsabschnitt 105 ein, der außerhalb des unteren Gehäuses 33 bereitgestellt ist.
In dem Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen können das obere Gehäuse 31 und das untere Gehäuse 33 zum Beispiel flanschgekoppelt sein, um das Anbringen und Lösen des unteren Gehäuses 33 an und von dem oberen Gehäuse 31 zu erleichtern.
-
Es ist zu beachten, dass bei dem Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen das obere Gehäuse 31 eine Röhrenform aufweist. Somit bezieht sich in der folgenden Beschreibung „Umfangsrichtung“ auf eine Umfangsrichtung um eine Achse Ax des oberen Gehäuses 31 mit der Röhrenform. In ähnlicher Weise bezieht sich in der folgenden Beschreibung „Radialrichtung“ auf eine Radialrichtung um die Achse Ax, und „Axialrichtung“ bezieht sich auf eine Richtung der Achse Ax.
In dem Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen ist die Position des oberen Gehäuses 31 so eingestellt, dass die Richtung der Achse Ax mit der vertikalen Richtung zusammenfällt.
-
Der Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel durch ein additives Herstellungsverfahren hergestellt werden.
-
Erster Zufuhrströmungsweg 101
-
Der erste Zufuhrströmungsweg 101 gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Rohr, das mit einem vorgeschalteten Rohr (nicht veranschaulicht) verbunden ist, durch das das erste Fluid (Brenngas FG) strömt, und das erste Fluid aus dem vorgeschalteten Rohr dem Wärmetauscher 1 zuführt. Der erste Zufuhrströmungsweg 101 gemäß einigen Ausführungsformen ist zum Beispiel über dem oberen Gehäuse 31 angeordnet. Der erste Zufuhrströmungsweg 101 gemäß einigen Ausführungsformen ist mit dem Zyklonströmungsweg 13 verbunden.
-
Zyklonströmungsweg 13
-
Der Zyklonströmungsweg 13 gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Strömungsweg, der sich auf einer Außenumfangsseite des zweiten Ablassströmungswegs 203 befindet, der nachstehend beschrieben ist, und erstreckt sich spiralförmig, um einen Außenumfang des zweiten Ablassströmungswegs 203 zu umgeben. In dem Zyklonströmungsweg 13 gemäß einigen Ausführungsformen ist eine Strömungswegbreite in einer Aufwärts-Abwärts-Richtung durch eine Trennwand 35 mit einer Spiralform definiert. Ferner ist in dem Zyklonströmungsweg 13 gemäß einigen Ausführungsformen eine Strömungswegbreite in einer Radialrichtung um eine Mittelachse einer Spirale durch einen Wandabschnitt an einer Außenumfangsseite und einen Wandabschnitt an einer Innenumfangsseite definiert.
-
Es ist zu beachten, dass in einer Konfiguration, in der das erste Fluid aus dem ersten Zufuhrströmungsweg 101 entlang einer tangentialen Richtung des Zyklonströmungswegs 13 eingeführt wird, das erste Fluid in dem Zyklonströmungsweg 13 nach unten strömt, während es sich spiralförmig dreht, selbst wenn die Trennwand 35 nicht die Spiralform aufweist. Somit kann der Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen die Trennwand 35 mit der Spiralform aufweisen oder nicht. Der Zyklonströmungsweg 13 gemäß einigen Ausführungsformen weist einen unteren Endabschnitt auf, der mit dem unteren Raum 15 verbunden ist.
-
Unterer Raum 15
-
Der untere Raum 15 gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Innenraum des Wärmetauschers 1, wobei der Innenraum durch eine Innenfläche 33a des unteren Gehäuses 33 und eine Bodenfläche 311a einer unteren Trennwand 311 im oberen Gehäuse 31 definiert ist.
Der untere Raum 15 gemäß einigen Ausführungsformen weist eine Strömungswegfläche auf, die größer ist als die des
Zyklonströmungswegs 13.
Es ist zu beachten, dass in einigen Ausführungsformen der untere
Raum 15 über eine Öffnung 311b der unteren Trennwand 311 mit dem Zyklonströmungsweg 13 verbunden ist. In einigen Ausführungsformen ist der untere Raum 15 über eine Mehrzahl von Öffnungen 311c in der unteren Trennwand 311 mit dem ersten Auslassströmungsweg 17 verbunden.
In einigen Ausführungsformen ist der untere Raum 15 mit dem unteren Verbindungsabschnitt 105 verbunden, der außerhalb des unteren Gehäuses 33 bereitgestellt ist.
-
Es ist zu beachten, dass in anderen Ausführungsformen, die in 2C veranschaulicht sind, ein Sieb 60 im unteren Raum 15 bereitgestellt sein kann. Das Sieb 60 gemäß anderen Ausführungsformen dient zum wirksamen Sammeln von Teilchen von Eisensulfid (FeS), die zum Beispiel aufgrund des Schwefel (S) -Gehalts erzeugt werden, der in einem Brenngas FG als dem ersten Fluid enthalten ist.
In den anderen Ausführungsformen, die in 2C veranschaulicht sind, erstreckt sich ein unteres Ende des Zyklonströmungswegs 13 vorzugsweise unter einer Sammelfläche 62 im Sieb 60, wobei die Sammelfläche Fremdmaterial über die Öffnung 311b der unteren Trennwand 311 und eine Öffnung 61 des Siebs 60 sammelt.
-
Niedrigerer Verbindungsabschnitt 105
-
Wie oben beschrieben, ist der untere Verbindungsabschnitt 105 gemäß einigen Ausführungsformen ein Strömungsweg, der unterhalb und außerhalb des unteren Gehäuses 33 bereitgestellt ist und mit dem unteren Raum 15 verbunden ist. Im unteren Verbindungsabschnitt 105 ist ein Schaltventil 107 bereitgestellt. Wenn das Schaltventil 107 öffnet, kommunizieren der untere Raum 15 und die Außenseite des Wärmetauschers 1 über den unteren Verbindungsabschnitt 105 miteinander. Wenn das Schaltventil 107 schließt, ist die Verbindung über den unteren Verbindungsabschnitt 105 zwischen dem unteren Raum 15 und der Außenseite des Wärmetauschers 1 blockiert.
-
Erster Auslassströmungsweg 17
-
Der erste Auslassströmungsweg 17 gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Strömungsweg, der sich auf der Außenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 befindet und mit dem unteren Raum 15 kommuniziert.
Wie in 3E veranschaulicht, ist der erste Auslassströmungsweg 17 gemäß einigen Ausführungsformen in einem unteren Bereich nahe dem unteren Raum 15 eine Gruppe von Strömungswegen, die jeweils einen kreisförmigen Querschnitt mit einem relativ kleinen Durchmesser aufweisen, wobei die Strömungswege jeweils mit einer entsprechenden einer Mehrzahl von Öffnungen 311c verbunden sind, die in Abständen in der Umfangsrichtung ausgebildet sind.
-
Wie in 3D veranschaulicht, ist der erste Auslassströmungsweg 17 gemäß einigen Ausführungsformen ein Strömungsweg mit einem ringförmigen Querschnitt an einer Stelle entfernt von dem unteren Raum 15.
Der erste Auslassströmungsweg 17 gemäß einigen Ausführungsformen schließt ein oberes Ende ein, das mit dem ersten ringförmigen Strömungsweg 19 verbunden ist.
-
Erster ringförmiger Strömungsweg 19
-
Wie in 3C veranschaulicht, ist der erste ringförmige Strömungsweg 19 gemäß einigen Ausführungsformen ein Strömungsweg mit einer ringförmigen Form mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser, die größer sind als die des ersten Auslassströmungswegs 17, wobei sich der Strömungsweg auf der Außenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 über dem ersten Auslassströmungsweg 17 befindet. Ein Wandabschnitt nach außen in Radialrichtung des ersten ringförmigen Strömungswegs 19 gemäß einigen Ausführungsformen ist eine Umfangswand 313 des oberen Gehäuses 31. Der erste ringförmige Strömungsweg 19 ist gemäß einigen Ausführungsformen mit dem ersten Ablassströmungsweg 103 über eine Öffnung 313a verbunden, die in der Umfangswand 313 des oberen Gehäuses 31 ausgebildet ist.
-
Erster Ablassströmungsweg 103
-
Der erste Ablassströmungsweg 103 gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Rohr zum Ablassen des ersten Fluids aus dem ersten ringförmigen Strömungsweg 19 zur Außenseite des Wärmetauschers 1. Der erste Ablassströmungsweg 103 gemäß einigen Ausführungsformen ist mit einem nachgeschalteten Rohr (nicht veranschaulicht) verbunden, durch das das erste Fluid (Brenngas FG) strömt.
-
Zweiter Zufuhrströmungsweg 201
-
Der zweite Zufuhrströmungsweg 201 gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Rohr, das mit einem vorgeschalteten Rohr (nicht veranschaulicht) verbunden ist, durch das das zweite Fluid (Wasser W) strömt, und führt das zweite Fluid aus dem vorgeschalteten Rohr dem Wärmetauscher 1 zu. Der zweite Zufuhrströmungsweg 201 gemäß einigen Ausführungsformen ist zum Beispiel auf der Seite des oberen Gehäuses 31 angeordnet. Wie in 3B dargestellt, ist der zweite Zufuhrströmungsweg 201 gemäß einigen Ausführungsformen mit dem zweiten ringförmigen Strömungsweg 21 über eine Öffnung 313b verbunden, die in der Umfangswand 313 des oberen Gehäuses 31 ausgebildet ist.
-
Zweiter ringförmiger Strömungsweg 21
-
Wie in 3B veranschaulicht, ist der zweite ringförmige Strömungsweg 21 gemäß einigen Ausführungsformen ein Strömungsweg auf der Außenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 über dem zweiten Einlassströmungsweg 23, der nachstehend beschrieben wird, wobei der Strömungsweg zum Beispiel eine Ringform mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser aufweist, die denen des ersten ringförmigen Strömungswegs 19 entsprechen, der vorstehend beschrieben wird. Der äußere Wandabschnitt in Radialrichtung des zweiten ringförmigen Strömungswegs 21 gemäß einigen Ausführungsformen ist die Umfangswand 313 des oberen Gehäuses 31. Der zweite ringförmige Strömungsweg 21 gemäß einigen Ausführungsformen ist mit seinem unteren Abschnitt mit einem oberen Ende des zweiten Einlassströmungswegs 23 verbunden.
-
Zweiter Einlassströmungsweg 23
-
Der zweite Einlassströmungsweg 23 gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Strömungsweg, in den das zweite Fluid eingeführt wird, wobei sich der Strömungsweg auf der Außenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 befindet.
Wie in 3C veranschaulicht, ist der zweite Einlassströmungsweg 23 gemäß einigen Ausführungsformen eine Gruppe einer Mehrzahl von Strömungswegen, die jeweils einen kreisförmigen Querschnitt mit einem relativ kleinen Durchmesser aufweisen, wobei die Mehrzahl von Strömungswegen in Abständen in Umfangsrichtung in einem relativ oberen Bereich nahe dem zweiten ringförmigen Strömungsweg 21 angeordnet ist.
Wie in 3D veranschaulicht, ist der zweite Einlassströmungsweg 23 gemäß einigen Ausführungsformen ein Strömungsweg mit einem ringförmigen Querschnitt an einer Stelle entfernt von dem zweiten ringförmigen Strömungsweg 21. Es ist zu beachten, dass der zweite Einlassströmungsweg 23 gemäß einigen Ausführungsformen auf einer Innenseite und einer Außenseite in Radialrichtung angeordnet ist, wobei der erste Auslassströmungsweg 17 dazwischen angeordnet ist.
Der zweite Einlassströmungsweg 23 gemäß einigen Ausführungsformen weist ein unteres Ende auf, das mit dem zweiten Zwischenströmungsweg 25 verbunden ist.
-
Zweiter Zwischenströmungsweg 25
-
Der zweite Zwischenströmungsweg 25 gemäß einigen Ausführungsformen ist, wie nachstehend beschrieben, ein Strömungsweg, der den zweiten Auslassströmungsweg 27, der sich auf der Innenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 befindet, und den zweiten Einlassströmungsweg 23 verbindet.
Der zweite Zwischenströmungsweg 25 gemäß einigen Ausführungsformen ist ein geschichteter Weg, der sich in der Radialrichtung erstreckt, und wird entlang einer Aufwärts-Abwärts-Richtung von dem Zyklonströmungsweg 13 und einer Gruppe einer Mehrzahl von Strömungswegen des ersten Auslassströmungswegs 17 durchdrungen, wobei die Mehrzahl von Strömungswegen jeweils einen relativ kleinen Durchmesser aufweist.
-
Zweiter Auslassströmungsweg 27
-
Der zweite Auslassströmungsweg 27 gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Weg, der sich auf der Innenumfangsseite des
Zyklonströmungswegs 13 befindet und entlang der Richtung der Achse Ax verläuft.
Der zweite Auslassströmungsweg 27 gemäß einigen Ausführungsformen weist ein unteres Ende, das mit dem zweiten Zwischenströmungsweg 25 verbunden ist, und ein oberes Ende, das mit dem zweiten Ablassströmungsweg 203 verbunden ist, auf.
-
Zweiter Ablassströmungsweg 203
-
Der zweite Ablassströmungsweg 203 gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Rohr zum Ablassen des zweiten Fluids aus dem zweiten Auslassströmungsweg 27 zur Außenseite des Wärmetauschers 1. Der zweite Ablassströmungsweg 203 gemäß einigen Ausführungsformen ist mit einem nachgeschalteten Rohr (nicht veranschaulicht) verbunden, durch das das zweite Fluid (Wasser) strömt.
-
Strömung von Fluiden
-
In dem Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen strömen das erste Fluid und das zweite Fluid durch das Innere des Wärmetauschers 1, wie nachstehend beschrieben.
In dem Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen strömt das erste Fluid durch das Innere des Wärmetauschers 1 in der Reihenfolge des ersten Zufuhrströmungswegs 101, des Zyklonströmungswegs 13, des unteren Raums 15, des ersten Auslassströmungswegs 17, des ersten ringförmigen Strömungswegs 19 und des ersten
Ablassströmungswegs 103.
-
In dem Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen strömt das zweite Fluid durch das Innere des Wärmetauschers 1 in der Reihenfolge: der zweite Zufuhrströmungsweg 201, der zweite ringförmige Strömungsweg 21, der zweite Einlassströmungsweg 23, der zweite Zwischenströmungsweg 25, der zweite Auslassströmungsweg 27 und der zweite Ablassströmungsweg 203.
-
In dem Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen wird Wärme zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid in dem Prozess des Strömens durch das Innere des Wärmetauschers 1 ausgetauscht, wie vorstehend beschrieben.
Zum Beispiel nimmt, wie in 3D veranschaulicht, die Wärmeübertragungsmenge in einem Bereich zu, in dem der Strömungsweg, durch den das erste Fluid strömt, und der Strömungsweg, durch den das zweite Fluid strömt, aneinander angrenzen, wobei ein Wandabschnitt dazwischen angeordnet ist.
Zum Beispiel sind, wie in 3D veranschaulicht, der zweite Auslassströmungsweg 27 und der Zyklonströmungsweg 13 in Radialrichtung aneinander angrenzen, wobei ein rohrförmiger Wandabschnitt 41 dazwischen angeordnet ist.
Der Zyklonströmungsweg 13 und der zweite Einlassströmungsweg 23 auf der Innenseite in Radialrichtung grenzen aneinander in Radialrichtung an, wobei ein rohrförmiger Wandabschnitt 42 dazwischen angeordnet ist.
-
Der zweite Einlassströmungsweg 23 und der erste
Auslassströmungsweg 17 grenzen auf der Innenseite in Radialrichtung aneinander an, wobei ein rohrförmiger Wandabschnitt 43 dazwischen angeordnet ist.
Der erste Auslassströmungsweg 17 und der zweite
Einlassströmungsweg 23 grenzen auf der Außenseite in Radialrichtung aneinander an, wobei ein rohrförmiger Wandabschnitt 44 dazwischen angeordnet ist.
-
In dem so gemäß einigen Ausführungsformen konfigurierten Wärmetauscher 1 wird, wenn der Zyklonströmungsweg 13 als Strömungsweg zum Durchführen eines Wärmeaustauschs mit dem zweiten Fluid verwendet wird, eine Innenwandfläche des Zyklonströmungswegs 13, das heißt die Wandfläche der röhrenförmigen Wandabschnitte 41, 42, die dem Zyklonströmungsweg 13 zugewandt ist, zu einer Wärmeübertragungsoberfläche. Das durch den Zyklonströmungsweg 13 strömende Fluid ermöglicht eine Drallströmung im Zyklonströmungsweg 13, wodurch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit erleichtert wird. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass Fremdmaterial an der Wärmeübertragungsoberfläche haftet, und Fremdmaterial, das nicht haftet, wird leicht durch die Strömung des Fluids entfernt. Dadurch wird eine Verringerung des Wärmeübergangskoeffizienten an der Wärmeübertragungsoberfläche und eine Verringerung der Wärmeaustauscheffizienz unterdrückt. Darüber hinaus birgt der Langzeiteinsatz des Wärmetauschers 1 gemäß einigen Ausführungsformen ein geringes Risiko einer Verstopfung des Strömungswegs durch Ansammlung von Fremdmaterial.
Außerdem nimmt in dem Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in dem unteren Raum 15 ab, der eine Strömungswegfläche aufweist, die größer als die des Zyklonströmungswegs 13 ist, was die Abscheidung von Fremdmaterial aus dem Fluid erleichtert. Dies kann Fremdmaterial unterdrücken, das stromabwärts des unteren Raums 15 fließt, um Probleme stromabwärts des unteren Raums 15 zu unterdrücken, wie Anhaften von Fremdmaterial an der Wandoberfläche des Strömungswegs und Verstopfen des Strömungswegs.
-
Bei dem Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen grenzt der zweite Einlassströmungsweg 23 vorzugsweise an den Zyklonströmungsweg 13 an, wobei eine Strömungswegwand (rohrförmiger Wandabschnitt 42), die sich auf der Außenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 befindet, dazwischen angeordnet ist.
Dies ermöglicht einen effizienten Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid, das durch den Zyklonströmungsweg 13 strömt, und dem zweiten Fluid, das durch den zweiten Einlassströmungsweg 23 strömt.
-
Bei dem Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen grenzt der zweite Auslassströmungsweg 27 vorzugsweise an den Zyklonströmungsweg 13 an, wobei eine Strömungswegwand (rohrförmige Wand 41), die sich auf der Innenumfangsseite des
Zyklonströmungswegs 13 befindet, dazwischen angeordnet ist.
Dies ermöglicht einen aktiven Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid, das durch den Zyklonströmungsweg 13 strömt, und dem zweiten Fluid, das durch den zweiten Auslassströmungsweg 27 strömt.
-
In dem Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen grenzt der zweite Einlassströmungsweg 23 vorzugsweise an den ersten Auslassströmungsweg 17 auf der Innenumfangsseite und der Außenumfangsseite an, wobei Strömungswegwände (rohrförmige Wände 43, 44) des ersten Auslassströmungswegs 17 dazwischen angeordnet sind.
Dies ermöglicht einen aktiven Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid, das durch den ersten Auslassströmungsweg 17 strömt, und dem zweiten Fluid, das durch den zweiten Einlassströmungsweg 23 strömt.
-
In dem Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen ist die Strömungswegbreite in einer Aufwärts-Abwärts-Richtung des Zyklonströmungswegs 13 vorzugsweise durch die Trennwand 35 mit einer Spiralform definiert.
-
Die Definition der Strömungswegbreite in der Aufwärts-Abwärts-Richtung durch die Trennwand 35 mit der Spiralform erleichtert eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in dem Zyklonströmungsweg 13 im Vergleich zu einem Fall, in dem die Trennwand 35 mit der Spiralform nicht bereitgestellt ist.
-
Der Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen schließt vorzugsweise den unteren Verbindungsabschnitt 105 ein, der sich an das untere Gehäuse 33 anschließt und mit dem unteren Raum 15 und der Außenseite kommuniziert.
Dies ermöglicht, dass das Fremdmaterial, das sich im unteren Raum 15 angesammelt hat, an die Außenseite des unteren Raums 15 abgegeben werden kann, ohne den Wärmetauscher 1 zu zerlegen, wodurch die Entfernung des Fremdmaterials, das sich im unteren Raum 15 angesammelt hat, erleichtert wird.
-
Der Wärmetauscher 1 gemäß einigen Ausführungsformen schließt vorzugsweise das Sieb 60 ein, das im unteren Raum 15 angeordnet ist.
-
Dadurch kann ein Einströmen des Fremdmaterials nach dem unteren Raum 15 weiter unterdrückt werden.
Es ist zu beachten, dass das Sieb 60 so konfiguriert sein kann, dass es vom unteren Gehäuse 33 abnehmbar ist, um den Austausch und die Reinigung des Siebs 60 zu erleichtern.
-
Es ist zu beachten, dass ein Druckdifferenzmesser zwischen dem ersten Zufuhrströmungsweg 101 und dem ersten Ablassströmungsweg 103 installiert sein kann und das Schaltventil 107 durch eine Steuervorrichtung (nicht veranschaulicht) gesteuert werden kann, um sich zu öffnen, wenn die Druckdifferenz zwischen dem ersten Zufuhrströmungsweg 101 und dem ersten Ablassströmungsweg 103 einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Dadurch kann der Fremdmaterialablass automatisiert werden.
-
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und schließt Ausführungsformen ein, die durch Modifizieren der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erhalten werden, und Ausführungsformen, die durch geeignetes Kombinieren dieser Ausführungsformen erhalten werden.
-
Die Inhalte, die in jeder der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben sind, werden zum Beispiel wie folgt verstanden.
- (1) Ein Wärmetauscher 1 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt einen Zyklonströmungsweg 13 ein, in den ein erstes Fluid entlang einer tangentialen Richtung eingeführt wird, wobei das erste Fluid in dem Zyklonströmungsweg nach unten strömt, und ein unteres Gehäuse 33, das sich unter dem Zyklonströmungsweg 13 befindet und einen unteren Raum 15 bildet, einen Strömungswegbereich aufweist, der größer als der des Zyklonströmungswegs 13 ist. Der Wärmetauscher 1 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt einen ersten Auslassströmungsweg 17, der sich an einer Außenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 befindet, wobei der erste Auslassströmungsweg 17 mit dem unteren Raum 15 in Verbindung steht, und einen zweiten Einlassströmungsweg 23, in den ein zweites Fluid eingeführt wird, wobei sich der zweite Einlassströmungsweg 23 an der Außenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 befindet, ein. Der Wärmetauscher 1 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt einen zweiten Auslassströmungsweg 27, der sich an einer Innenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 befindet, und einen zweiten Zwischenströmungsweg 25, der den zweiten Einlassströmungsweg 23 und den zweiten Auslassströmungsweg 27 verbindet, ein.
-
Gemäß der Konfiguration von (1) oben ist der Zyklonströmungsweg 13 ein Strömungsweg zum Austausch von Wärme mit dem zweiten Fluid, und eine Innenwandfläche des Zyklonströmungswegs 13 (Wandflächen der röhrenförmigen Wandabschnitte 41, 42, die dem
Zyklonströmungsweg 13 zugewandt sind) ist eine
Wärmeübertragungsoberfläche. Das durch den Zyklonströmungsweg 13 strömende Fluid ermöglicht eine Drallströmung im
Zyklonströmungsweg 13, wodurch die Erhöhung der
Strömungsgeschwindigkeit erleichtert wird. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass Fremdmaterial an der
Wärmeübertragungsoberfläche haftet, und selbst wenn Fremdmaterial daran haftet, wird das Fremdmaterial durch die Strömung des Fluids leicht entfernt. Dadurch wird eine Verringerung des Wärmeübergangskoeffizienten an der Wärmeübertragungsoberfläche und eine Verringerung der Wärmeaustauscheffizienz unterdrückt.
Außerdem nimmt gemäß der Konfiguration von (1) oben in dem unteren Raum 15, dessen Strömungswegfläche größer als die des Zyklonströmungswegs 13 ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ab, was die Abscheidung von Fremdmaterial aus dem Fluid erleichtert. Dies kann Fremdmaterial unterdrücken, das stromabwärts des unteren Raums 15 fließt, um Probleme stromabwärts des unteren Raums 15 zu unterdrücken, wie Anhaften von Fremdmaterial an der Wandoberfläche des Strömungswegs und Verstopfen des Strömungswegs.
-
(2) In einigen Ausführungsformen grenzt der zweite Einlassströmungsweg 23 in der vorstehend beschriebenen Konfiguration von (1) vorzugsweise an den Zyklonströmungsweg 13 an, wobei eine Strömungswegwand (rohrförmiger Wandabschnitt 42), die sich auf der Außenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 befindet, dazwischen angeordnet ist.
-
Gemäß der Konfiguration von (2) oben kann Wärme effizient zwischen dem ersten Fluid, das durch den Zyklonströmungsweg 13 strömt, und dem zweiten Fluid, das durch den zweiten Einlassströmungsweg 23 strömt, ausgetauscht werden.
-
(3) In einigen Ausführungsformen grenzt der zweite Auslassströmungsweg 27 in der Konfiguration von (1) oder (2) oben vorzugsweise an den Zyklonströmungsweg 13 über eine Strömungswegwand (Rohrwandabschnitt 41) an der Innenumfangsseite des Zyklonströmungswegs 13 an.
-
Gemäß der Konfiguration von (3) oben kann Wärme aktiv zwischen dem ersten Fluid, das durch den Zyklonströmungsweg 13 strömt, und dem zweiten Fluid, das durch den zweiten Auslassströmungsweg 27 strömt, ausgetauscht werden.
-
(4) In einigen Ausführungsformen grenzt der zweite Einlassströmungsweg 23 in einer der vorstehend beschriebenen Konfigurationen (1) bis (3) vorzugsweise an den ersten Auslassströmungsweg 17 auf der Innenumfangsseite und der Außenumfangsseite an, wobei Strömungswegwände (röhrenförmige Wandabschnitte 43, 44) des ersten Auslassströmungswegs 17 dazwischen angeordnet sind.
-
Gemäß der Konfiguration von (4) oben kann Wärme aktiv zwischen dem ersten Fluid, das durch den ersten Auslassströmungsweg 17 strömt, und dem zweiten Fluid, das durch den zweiten Einlassströmungsweg 23 strömt, ausgetauscht werden.
-
(5) In einigen Ausführungsformen weist der Zyklonströmungsweg 13 in einer der vorstehend beschriebenen Konfigurationen (1) bis (4) vorzugsweise eine Strömungswegbreite in einer Aufwärts-Abwärts-Richtung auf, die durch eine Trennwand 35 mit einer Spiralform definiert ist.
-
Gemäß der Konfiguration von (5) oben ist die Strömungswegbreite in der Aufwärts-Abwärts-Richtung durch die Trennwand 35 mit der Spiralform definiert, wodurch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids in dem Zyklonströmungsweg 13 im Vergleich zu einem Fall, in dem die Trennwand 35 mit der Spiralform nicht bereitgestellt ist, erleichtert wird.
-
(6) In einigen Ausführungsformen ist vorzugsweise ein unterer Verbindungsabschnitt 105 in einer der oben beschriebenen Konfigurationen (1) bis (5) mit dem unteren Gehäuse 33 verbunden und ermöglicht es dem unteren Raum 15, mit einem Außenraum zu in Verbindung stehen.
-
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration von (6) kann Fremdmaterial, das sich im unteren Raum 15 angesammelt hat, nach außerhalb des unteren Raums 15 abgelassen werden, ohne den Wärmetauscher 1 zu zerlegen, was die Entfernung von Fremdmaterial, das sich im unteren Raum 15 angesammelt hat, erleichtert.
-
(7) In einigen Ausführungsformen schließt jede der vorstehend beschriebenen Konfigurationen (1) bis (6) vorzugsweise ferner ein Sieb 60 ein, das im unteren Raum 15 angeordnet ist.
-
Die Konfiguration von (7) oben kann ein Einströmen von Fremdmaterial stromabwärts des unteren Raums 15 weiter unterdrücken.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wärmeaustauscher
- 13
- Zyklonströmungsweg
- 15
- Unterer Raum
- 17
- Erster Auslassströmungsweg
- 23
- Zweiter Einlassströmungsweg
- 25
- Zweiter Zwischenströmungsweg
- 27
- Zweiter Auslassströmungsweg
- 33
- Unteres Gehäuse
- 35
- Trennwand
- 41, 42, 43, 44
- Rohrförmiger Wandabschnitt
- 60
- Sieb
- 105
- Unterer Verbindungsabschnitt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
