DK156849B - Varmeveksler - Google Patents

Description

DK 156849 B

Den foreliggende opfindelse angâr en til et t0rk0le-târn, navnlig med naturlig træk, knyttet rorvarmeveksler af luftr0rstypen/ hvor et varmeoverf0rïngsmedium, som skal nedk0les, og som i forhold til luft har en stor varmeover-5 gangskoefficient, f.eks. vand, bespuler de parallelle, lige r0r udefra, mens koleluften gennemstr0mmer r0rene.

Det er kendt at sende vand, som skal gênafk0les, gennem kolerorbundter, hvis r0r udsættes for en tværgâende luftstr0m. Den flade pâ rorene, som ber0res af luften, for-10 0ges i almindelighed ved hjælp af ribber eller lameller for derved sâ vidt muligt at fâ produktet (aL · AL) af varme-overgangskoefficienten og den tilhorende, for varmeoverf0-ringen afgorende flade pâ luftsiden til at nærme sig det tilsvarende produkt (av · Ay) pâ vandsiden. For tilnærmelsen 15 mellem de omtalte produkter er der dog grænser, da ribbernes afstand mâ formindskes og/eller ribbernes h0jde for0ges, jo st0rre forholdet

aL

- (A = flade) er, hvorved savel str0mmngstabene 20 Ay pâ luftsiden som ogsâ tabene pâ grund af varmeledning gennem ribberne til kernereret bliver stdrre. Begge dele reducerer rorenes godhedsgrad og dermed deres varmeoverf0ring.

Til overforing af samme varmemængder kræves der eksem-25 pelvis for torkoletârne storre dimensioner end for vâde k0letârne. Disse dimensioner kan ganske vist gennem den ovenomtalte overfladefor0gelse reduceres pâ luftsiden, men dimensionerne er dog stadig betydelige.

Til tvangsventilerede og til med naturlig træk arbejd-30 ende t0rk0letârne kendes endvidere varmevekslere af luftr0rs-typen, ved hvilke de parallelle, lige r0r udvendig bespules af fluidum, der skal genk0les, mens k0leluften gennemstr0mmer r0rene. De kendte r0r har imidlertid indvendige, langsgâende ribber, og rorenes ender, der har samme diameter som den 35 midterste del af rorene, er fastgjort i r0rbunde. Ved disse kendte varmevekslere er tryktabet for luften forudsat samme varmeovergangskoefficienter pâ luftsiden, samme lufthastighed

DK 156849B

2 og samme r0rlængde imidlertid forholdsvis stort. Med r0r, som er fastgjort i rbrbunde, kan der desuden ikke opnâs maksimal varmeoverfbringsflade (i forhold til modstremnings-fladen).

5 Der kendes desuden rbrvarmevekslere af luftr0rstypen, der anvendes som k0lere til biler eller som oliek0lere, ved hvilke parallelle, lige, ribbel0se r0r ved enderne er udvidet til sekskantfacon, idet kanterne eller sidefladerne af nabo-sekskanter er varmeoverfbringsmiddeltæt forbundet med hinan-10 den. Disse kendte varmevekslere f0rer imidlertid forudsat samme lufthastighed, samme r0rlængde og samme tryktab til forholdsvis lave varmeovergangskoefficienter aL.

Der kendes endvidere en r0rvarmeveksler, hvis parallelle, lige og ribbelose r0r ved enderne er udvidet til 15 sekskant, idet kanterne eller sidefladerne af nabosekskanter er sammensvej set med hinanden. Det drejer sig her imidlertid ikke om en varmeveksler af luftr0rstypen, da luften ved denne kendte varmeveksler bespuler rorenes ydervægge, mens varm gas strommer gennem r0rene.

20 I forbindelse med r0r til varmevekslere er det ogsâ kendt at forbge varmeovergangen til rbrvæggene ved hjælp af turbulensfrembringende midler.

Formâlet med opfindelsen er at tilvejebringe en ror-varmeveksler, med hvilken der, sammenlignet med kendte ror-25 varmevekslere af luftrbrstypen, kan overf0res en forud fast-lagt varmemængde med mindst mulig modstand pâ luftsiden og færrest mulige omkostninger, henholdsvis med hvilken der med en given modstand pâ luftsiden kan overf0res stbrst mulig varmemængde pr. tidsenhed med færrest mulige omkost-30 ninger. Sammenlignet med rorvarmevekslere med udvendig rib-beforsynede, luftomstr0mmede r0r skal varmeveksleren if0lge opfindelsen være enkel at fremstille, medfore mindst mulig modstand pâ luftsiden, og give mulighed for det gunstigst mulige forhold 35 Αγο · aVo -, hvor Αγα og AL betegner varmeoverf0-

aL * aL

3 DK 1568490 ringsfladerne pâ varmeoverf0ringsmiddel- og luftsiden, αγσ og aL de tilh0rende varmeovergangskoefficienter.

Dette formai opnâs med en rdrvarmeveksler af den indledningsvis nævnte art, som if0lge opfindelsen er ejendom-5 melig ved kombinationen af f0lgende træk: a) r0rene er ved enderne udvidet til sekskantform, idet kanterne eller sidefladerne af nabosekskanter er for-bundet varmeoverf0ringsmedietæt, b) i r0rene er fordelt over hele r0rlængden tilvejβίο bragt turbulensfrembringere sâsom spiraler, i r0rvaeggene indtrykkede tynde ringe, fremspring pâ r0rindervæggen eller lignende midler, der tjener til partiel forstyrrelse af det laminære grænselag, og c) r0rene er bortset fra éventuelle af den bestemte 15 turbulensfrembringer betingede, forholdsvis smâ overfladefor- 0gelser glat.

Ved hjælp af foranstaltningerne ifolge opfindelsen opnâs for det forste en maksimal varmeoverf0ringsflade (i forhold til modstr0mningsf1aden) med mindst muligt impulstab 20 for luften ved indstr0mning i varmevekslerelementerne (træk a), derefter for0ges varmeydelsen (træk b), og til slut opnâs et forholdsvis lille tryktab ved gennemstromningen gennem r0rene (træk c).

Som eksperimentelle undersdgelser har vist ved sammen-25 ligning af luftvarmevekslere af luftrorstypen med glatte ror henholdsvis indvendigt ribbeforsynede r0r udmærker r0r-varmeveksleren if0lge opfindelsen sig pâ fordelagtig mâde ved, at der med denne forudsat samme rorlængde, samme luft-hastighed og samme tryktab kan opnâs de st0rste varmeover-30 gangstal pâ luftsiden, henholdsvis at der forudsat samme r©rlængde, samme lufthastighed og samme varmeovergangstal optræder det mindste tryktab pâ luftsiden.

Sammenlignet med r0rvarmevekslere med udvendigt ribbeforsynede r0r, som de i praksis hidtil altid er blevet 35 benyttet i forbindelse med t0rk0letârne, kan den luftber0rte flade ved varmeveksleren if0lge opfindelsen for0ges vilkâr- 4

DK 156849 B

ligt med rdrlængden, uden at der benyttes ribber. Tillægstab for varmeledningen optræder ikke, men disse bliver til og med reducerede, da den specifikke varmebelastning pr. flade-enhed aftager med tiltagende r0rlængde. Med samme luftber0rte 5 flade og samme str0mningsmodstand pâ luftsiden dels ved en varmeveksler med udvendigt ribbeforsynede r0r og dels ved varmeveksleren if0lge opfindelsen opstâr der pâ grund af de angivne fysiske forskelle en væsentlig st0rre varmeoverfo-ringsydelse for varmeveksleren if0lge opfindelsen. Hertil 10 kommer, at for0gelsen af den luftber0rte flade ogsâ i fuldt omfang indvirker pâ den vandber0rte flade. Dette og mulig-heden for en bedre udnyttelse af târntværsnittet giver en yderligere stigning i varmeoverf0ringsydelsen.

En fordelagtig videreudvikling af opfindelsen bestâr 15 ved en varmeveksler med en til dannelse af· træk tjenende târnskal i et k0letârn eller deslige i, at der ved dimen-sionering af k0letârnet gælder forholdet τι - T2 0,53 20 kA = 382 · L0'48 · H · - 0,1 og at r0renes længde L er valgt storre end eller lig med 0,8 m, hvor 25 L = r0renes længde i meter kg τι = luftens vægtfylde umiddelbart f0r varmeveksleren i - m8 t2 = luftens vægtfylde i hojde med târnskallens overkant i 30 kg Τι og m·5

kA = den specifikke varmeoverf0ringskoefficient i W

35 — (Watt pr. kvadratmeter anstr0mningsflade og

m2oK

•Kelvin), idet anstremningsfladen skal forstâs som varmevekslerens projektionsflade set i den indstr0mmende lufts retning umid-

DK 156849 B

5 delbart f0r varmeveksleren.

Et sâledes dimensioneret koletârn (varmeveksler) frembyder fordele frem for kendte konstruktioner med rib-beror, særlig i henseende til târndimensioneme eller varme-5 overf0ringen.

Særlig gunstige forhold kan if0lge yderligere træk hos opfindelsen opnâs ved, at r0renes indvendige diameter ligger mellem 10 og 50 mm, og/eller at r0renes vægtykkelse andrager 0,3 - 1 mm, og/eller at den frie afstand mellem 10 r0rene ved flydende varmeoverforingsmiddel andrager 0,5 til 2 mm. Ved kondensation af dampformigt varmeoverf0ringsmiddel andrager den frie afstand mellem rorene uden for de n0dven-dige, r0rfri damppassager 2 til 5 mm.

For at opnâ en for varmeoverforingen gunstig stromning 15 i varmevekslerens varmevekslerelement eller -elementer kan der inden i varmeveksleren ved hjælp af mellemvægge være dannet kanaler til f0ring af et flydende varmeoverforings-middel pâ en sâdan mâde, at varmeoverforingsmidlet f0res som i k0leslanger.

20 Har varmeveksleren flere varmevekslerelementer, kan varmevekslerelementerne i en fordelagtig udf0relsesform være anbragt ved siden af og/eller over hinanden.

Fordelagtige, videreudviklede udf0relsesformer for varmeveksleren if0lge opfindelsen med hensyn til dennes 25 konstruktive udf0relse er angivet i kravene 9-11.

Opfindelsen vil i det f0lgende blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, som skematisk viser flere udf0relsesformer for varmeveksleren if0lge opfindelsen, til dels i forbindelse med et torkoletârn til bortledning af 30 kondensationsvarmen i st0rre kraftværker, idet fig. 1 viser et t0rk0letârn samt indbygget varme-veksleranlæg set fra oven, fig. 2 et af varmevekslerelementerne i snit efter linien I-I i fig. 1, men i st0rre mâlestok, 35 fig. 3 en del af et længdesnit gennem et varmeveksler element,

DK 156849 B

6 fig. 4 den i fig. 3 viste varmevekslerelementdel, set fra oven, fig. 5 en del af et længdesnit gennem et i forhold til det i fig. 3 viste varieret varmevekslere1ement, 5 fig. 6 et længdesnit gennem et t0rk0letârn, fig. 7 et længdesnit gennem et t0rk0letàrn med et i forhold til det i fig. 6 viste afvigende r0rarrangement for luften, fig. 8 en del af et varmevekslerelement if0lge opfin-10 delsen, set fra oven, fig. 9 et snit efter linien a-a i fig. 8, fig. 10 et vandret snit gennem et k0letârn i et plan lidt oven over varmevekslerelementerne, fig. 11 en del af et længdesnit gennem k0letârnets 15 midte, fig. 12 en del af et vandret snit gennem k0letârnet i et plan lidt oven over varmevekslerelementerne, fig. 13 monogram for varmeveksleren ifolge opfindel- sen, og 20 fig. 14 et yderligere diagram for varmeveksleren if0lge opfindelsen.

Et t0rk0letârn til bortledning af kondensationsvar-men i store dampkraftværker har af grunde, der hænger sammen med varmevekslerelementernes transporterbarhed og hândtering, 25 i târnets indre et st0rre antal varmevekslerelementer 2, der er forbundet med en tilgangsledning og en afgangsledning. Varmevekslerelementerne 2 har aile de samme bestanddele, og i det folgende vil derfor kun ét af varmevekslerelementerne blive udf0rligt beskrevet.

30 Hvert varmevekslerelement 2 har to plader 3, som er anbragt i indbyrdes afstand og over hinanden. Pladerne 3 kan ligge vandret eller forl0be skrât. De to plader 3 danner med sidevægge 4 en kanal, gennem hvilken det varmeoverf0-ringsmiddel, som fortrinsvis skal genafkoles, og som sammen-35 lignet med luft har h0j varmeovergangskoefficient, ledes. Varmeoverf0ringsmidlet træder ved en af endesiderne ind i

DK 156849 B

7 kanalen og forlader den ved den anden endeside. Pladerne 3 er forsynet med âbninger, hvorigennem der er fdrt lodrette r0r 5 af et materiale med god varmeledningsevne, gennem hvilke luften nedefra ledes opad. R0rene 5, sont har en glat 5 yderflade, og âbningerne i pladerne 3 ber0rer hinanden og danner der en tætsluttende forbindelse, sâ at intet varme-overf0ringsmiddel kan trænge ud. R0rene 5 rager ud over den 0verste og den nederste plade 3. Den for forholdet AVo * aVo 10 -

aL ’ aL

gunstigste afstand mellem den af plader 3 og sidevægge 4 bestâende kanal og luftindl0bet i r0rene 5 fâs ved simple optimeringsberegninger, idet den gunstigste afstand er for-15 skellig ved forskellige r0rmaterïaler.

Mellem pladerne 3 kan der være tilvejebragt med disse paralelle, tynde mellemplader 6, sont tjener til fdring af varmeoverf0ringsmîdlet. Som vist i fig. 3 er der tilvejebragt tre tynde mellemplader 6, der er anbragt sâledes, at der 20 opstâr fire ens tværsnit til det gennemstrdmmende varmeover-f0ringsmiddel. Varmeoverforingsmidlet træder ved 7 ind i den dverste kanal, bliver derpà inden i varmevekslerelementet omstyret ved kanalenderne i hvert enkelt tilfælde, hvorved det f0res som i en k0leslange, og forlader den nederste 25 kanal ved 8.

I stedet for som i fig. 3 at opdele en kanal med st0rre h0jde i flere kanaler med mindre hojde ved hjælp af tynde mellemplader 6 kan man ogsâ, som det er vist i fig.

5, anbringe flere adskilte (mellempladefri) kanaler med 30 mindre h0jde i indbyrdes afstand over hinanden. Fig. 5 viser tre kanaler anbragt over hinanden. Varmeoverfdringsmidlet strpmmer ved 9 ind i den dverste kanal, omstyres ved enden af denne kanal og træder ved 10 ind i den midterste kanal, omstyres endnu engang ved enden af denne kanal, strdmmer 35 ved 11 ind i den nederste kanal og forlader denne ved 13.

Varmeoverfdringsfladen pr. kanalelement pâ varmeover-fdringsmiddelsiden er 8

DK 156849 B

AVo = da · 7Γ · b · z, hvor da = udvendig rerdiameter b = pladeafstand z = rerantal 5 π = 3,14159.

Varmeoverferingsfladen pr. kanalelement pâ luftsiden er ved r0r uden indvendige ribber

Al = d^ · π · 1 · z, hvor 10 d^ = indvendig r0rdiameter 1 = r0rlængde z = r0rantal 7Γ = 3,14159.

Der opnâs en besparelse, hvis man soin vist i fig. 7 15 lader den over varmeveks1erelementerne liggende del af r0rene 5 stige fra târnets indre udefter pâ en sâdan mâde, at den yderste r0rrække i hvert enkelt tilfælde er en del af k0le-târnets kappe. De yderse r0r bringes enten til beroring ined hinanden eller er anbragt i indbyrdes afstand, idet mellem-20 rummene af hensyn til tætheden og styrken udfyldes med egnede midler. Rdrrækkerne st0tter hinanden, da de efterhânden indefra udefter tiltager i h0jde.

For at tilvejebringe bedre indstremningsforhold for luften for0ges afstanden mellem rerunderkanten og koletârn-25 bunden med tiltagende afstand fra târnets midte, se fig. 6 og 7.

Har koletârnet eksempelvis som vist i fig. 1 et kva-dratisk tværsnit, og er der set i varmevekslerelementernes længderetning i hvert enkelt tilfælde anbragt fire varmeveks-30 lerelementer 2a, 2b, 2c og 2d bag hinanden, sà sker tilf0r-selen af varmeoverferingsmidlet, som skal afkeles, eksempelvis over to ledninger 14a og 14b, som forleber vinkelret pâ varmevekslerelementernes længdeakser. Hver af de to ledninger 14a og 14b forleber mellem to overforliggende endesider, og 35 de forsyner samtlige elementer i de fire rækker A, B, C og D. Ledningen 14a forsyner de to rækker A og B, ledningen

DK 156849 B

9 14b rækkerne C og D. Bortledningen af varmeoverferingsmidlet fra varmevekslerelementerne sker gennem ledninger 15a, 15b, 15c og 15d, der ligeledes forl0ber pâ tværs af varmeveksler-elementernes længdeakse men pâ de endesider, som vender 5 bort fra indl0bssiden. Ledningerne 15a - 15d er forbundet med udl0bsâbningerne i samtlige varmevekslerelementer 2.

Ved vandretliggende plader 3 foretrækkes det, at pladerne dannes ved, at enderne af r0rene 5 er udvidet til en sekskant 5a, og at sekskanternes kanter er sammensvejset, 10 -loddet, -klæbet eller pâ anden mâde tætsluttende forbundet med hinanden. Fig. 8 viser en del af et sâledes udformet varmevekslerlement set fra oven. Pile 21 antyder varmeover-foringsmidlets strdmningsretning.

Med hensyn til grundfladen, dvs. længde gange bredde, 15 tilpasses varmevekslerelementerne 2 hensigtsmæssigt efter transportmulighederne. Varmevekslerelementemes h0jde bestem-mes af de varmetekniske krav. Som materiale til varmevekslerelementerne 2 kan f.eks. aluminium, messing, rustfrit stâl og kulstofstâl anvendes.

20 Str0mmer luften gennem rorene 5, danner der sig i rorene efter en vis indlebsstrækning grænselag, hvis tykkelse tiltager med voksende afstand fra r0rindl0bsâbningen. Med henblik pâ forbedring af varmeovergangen anvendes der i rdrene spirallegemer, indtrykkede tynde trâde i form af 25 ringe eller lignende i sig selv kendte midler. De omtalte midler tj ener til at pâvirke grænselaget og virker som midler til frembringelse af turbulens. Turbulensfrembringéré er vist i fig. 9 og betegnet 16.

Sidevæggene 4, dvs. aile vægge undtagen de af pladerne 30 3 dannede under- og oversider, i de kasseformige varmeveks lerelementer 2 kan være udfort letb0jelige. I dette tilfælde mâ pâ den ene side varmevekslerelementerne være anbragt med mellemrum indbyrdes og i forhold til koletârnets indervæg, og pâ den anden side mâ k0letârnets rammekonstruktion 18, 35 se fig. 11, i den zone, i hvilken varmevekslerelementerne er anbragt, være udfdrt bojningsstiv. Den b0jningsstive

DK 156849 B

10 rammekonstruktion 18 tjener til understdtning for og tïl sideværts afstotning af varmevekslerelementerne. Rammekon-struktionen kan f.eks. være dannet af béton. Mellemrummene mellem varmevekslerelementernes sidevaegge og varmevekslerele-5 menternes tilsvarende sidevægge og kdletârnets indervæg er udfyldt med en trykmodstandsdygtig fyldemasse 17, f.eks. et dertil egnet skumplastmateriale.

Dersoin der gennem varmevekslerelementerne 2 strommer et varmeoverforingsmiddel, hvis tryk er lavere end det udefra 10 af luften mod varmevekslerelementerne udovede tryk, er varmevekslerelementerne 21 s sidevægge 4 anbragt med indbyrdes mellemrum 20a og med mellemrum 30b i forhold til koletârnets indervæg og forsynet med lodrette, gennemgâende profiler 19, der f.eks. ved hjælp af svejses0mme er forbundet med de 15 tilsvarende sidevægge 4. Som profiler kommer f.eks., som det er vist i fig. 12, profiler med [- eller ]-formet tvær-snit betragtning. Disse omtalte profiler 19 har to med varmevekslerelementernes sidevæg 4 parallelle ben 19a og 19b, som ved den ene side er indbyrdes forbundet ved hjælp af en 20 vinkelret pâ benene stâende tværliste 19c. Over disse profiler 19 forbindes nabovarmevekslerelementer 2 kraftbetinget sàledes med hinanden, at de pâ grund af undertryk i de tilsvarende sideflader af varmevekslerelementerne opstâende kræfter udligner hinanden. Den eksempelvis af béton bestâende 25 rammekonstruktion 18, som ogsâ her ma være udf0rt bojnings-stiv, opviser ligeledes sâdanne profiler 19' ([- eller ]--profiler). Disse profiler 19 · er kraftbetinget forbundet med nabosidevæggene af varmevekslerelementerne pâ en sâdan mâde, at de som folge af undertrykket opstâende trækkræfter 30 optages af rammekonstruktionen 18. Mellemrummene 20a mellem sidevæggene af nabovarmevekslerelementer 2, henholdsvis mellemrummene 20b mellem de yderste, nærmest rammekonstruktionen liggende sidevægge og k0letârnets indervæg kan, som det allerede er omtalt ovenfor, være udfyldt med en tryk-35 modstandsdygtig fyldemasse, f.eks. et dertil egnet skumplast-materiale. Dette sidste har den fordel, at ogsâ kræfter,

DK 156849 B

11 sont opstâr pâ grund af overtryk i elementerne, kan optages.

Ved en sâdan udf0relse kan varmevekslerelementeme vilkârligt arbejde med overtryk eller med undertryk. Udfyldning af hulrummene 20a og 20b med fyldemasse sdrger derudover for 5 en god tætning, sâ at gennemstromning af falsk luft undgâs. Koletârnets tværsnit er fortrinsvis kvadratisk i det om-râde, i hvilket varmevekslerelementeme 2 er anbragt sâledes, at de næsten udfylder tværsnittet. Tværsnittet kan imidlertid ogsâ f.eks. være rektangulært eller hâve en anden lignende 10 form.

Ved den i fig. 9 viste, foretrukne udforelsesform er der ikke tilsluttet flere varmevekslerelementer 2 efter hinanden, men hvert varmevekslerelement er separat indskudt i varmeoverf0ringsmîddelkredsl0bet. For at tilvejebringe 15 gunstige varmevekslingsbetingelser for varmeoverforingsmidlet i form af at flydende fluidum er der inden i et varmevekslerelement til ledning af varmeoverforingsmiddelstrommen anbragt vandrette eller tilnærmelsesvis vandrette mellemvægge, af hvilken én er vist i fig. 9 ved 6’. Mellemvæggene er ogsâ 20 n0dvendige, hvis et gasformigt varmeoverf0ringsmiddel skal afkoles. Disse mellemvægge 6' bortfaider, dersom varmeover-fdringsmidlet nâr ind i varmevekslerelementet i dampform og kondenseres der.

Fig. 13 viser i et retvinklet, kartesisk diagram 25 arbejdsomrâdet for varmevekslerelementer ifolge opfindelsen.

Disse varmevekslerelementer er testet ved fors0g. De i denne sammenhæng vigtigste data var: H0jde (= længden af rorene 5): 0,5 til 4 m, bredde og længde vilkârlige, ribbelose r0r med en indvendig diameter pâ 20 mm, trâdspiraler som midler 30 til frembringelse af turbulens med trâddiameteren 0,6 mm og 50 mm stigning af trâdspiralerne.

Pâ diagrammets abscisse er luftens anstromningsha-stighed wA angivet umiddelbart f0r dens indtræden i kolero-rene i m/s (meter pr. sekund). Pâ diagrammets ordinat er 35 angivet den specifikke varmeoverforingskoefficient k^ i

DK 156849 B

12

Kcal - (kilokalorier pr. kvadratmeter, time og "Kelvin) pr.

m2heK

kvadratmeter anstromningsflade.

5 Herved fremkommer for forskellige længder L af luft- fdringsrorene 5 kurverne alf a2, a3r a4 ' a5 °9 α6· Kurven α-L fremkom ved r0r med længden 0,5 i, kurven a2 ved L = 1,0 m, ved L = 1,5 m, a4 ved L = 2,0 m, «5 ved L = 3,0 m og ag ved L = 4,0 m.

10 I diagrammet er vist yderligere kurver β^ til β\$, idet disse β gengiver tryktabet Ap i mm vands0jle, malt som differenstryk mellem lufttilgang og -afgang. Kurverne βΐ til /510 svarer til Ap pâ fra 1 mm vands0jle indtil 10 mm vands0jle.

15 Til belysning af det fremskridt, som opnâs ved hjælp af varmevekslerelementerne if0lge opfindelsen, er der nu indtegnet en med o angivet værdi, som hidr0rer fra en kendt konstruktion af med ribber0r forsynede varmevekslerelementer, hvis ribber0r gennemstr0mmes af k0lemiddel, og som er udsat 20 for en tværgâende luftstrom. De kendte varmevekslerelementer stammer fra atomkraftværket Schmehausens torre Seilnetz--k0letârn. Af de her anvendte data er der af ans0gerne ud- kcal ledet en k^-vaerdi pâ 3340 - og en Δρ-værdi pà 8,3 mm

25 m2h°K

vandsojle, og disse er indtegnet i diagrammet. Gâr man fra dette punkt o, langs en med abscissen parallel, lige linie g! mod venstre, sà viser det sig, at man ved samme varmeover-foringskoefficient ved hjælp af varmevekslerelementet ifolge 30 opfindelsen f.eks. kan nâ et tryktab pâ ca. 2 mm vands0jle, hvis man for varmevekslerelementet vælger en hojde pâ 3 m og en anstr0mningshastighed pâ ca. 1 m/s. Dvs.: Med varme-vekslerelementkonstruktionen ifolge opfindelsen kan den samme varmemængde pr. tidsenhed fores bort ved en Ap-værdi, 35 der er ca. fire gange mindre. Da Δρ-værdien atter er udslag-givende for koletârnets hoj de, kan der med varmevekslerelementet 'ifolge opfindelsen ved tilsvarende gunstigt valg af kolerorenes længde (- varmevekslerelementernes hojde) og af

DK 156849 B

13 luftanstromningshastigheden opnâs koletârnhojder, der f.eks. er ca. fire gange mindre end koletârnhojden hos det kendte k0letârn ved atomkraftværket Schmehausen. Det er ojensynligt, at ringere k0letârnh0jder pâ grund af det ringere materiale-5 forbrug og den lavere pris er forbundet med fordele. Desuden virker ringere k0letârnh0jder mindre forstyrrende i land-skabet.

Pâ den anden side kan man ogsâ forklare diagrammet sâledes, at man - under forudsætning af samme koletârndimen-10 sioner og samme Δρ-værdi - udgâende fra punktet o, og idet man bevæger sig opad langs den tilsvarende Δρ-kurve βα i den med en pii viste retning, kan bestemme et varmeveksler-element, som f.eks. ved en h0jde pâ 3 m giver en væsentligt kcal 15 h0jere kA-værdi pâ ca. 7400 - . Dvs., at hvis man i det

m2h°K

kendte k0letârn ved 300 megawatt-kraftværket Uentrop--Schmehausen har indbygget varmevekslerelementer med en h0jde af 3 m og udsætter dem for en luftstr0m med hastigheden 20 2,4 m/s, sâ kan man med varmeveksleren ifolge opfindelsen bortlede en varmemængde, der er foroget med en faktor pâ ca. 2,2. Ogsâ dette anskueliggor, hvilken stor fordel, der kan opnâs med varmeveksleren ifolge opfindelsen.

Et yderligere eksempel pâ et kendt dampkraftværk med 25 konventionel varmevekslerudrustning er i fig. 13 symboliseret med x. Det drejer sig her om anlægget Grootvlei i Den Sydafrikanske Union.

I fig. 14 vises i et retvinklet, kartesisk diagram den specifikke varme k^'s afhængighed af târnskallens eller 30 târnkappens hojde ved forskellige rorlængder L fra 0,5 til 4 m. Herved er langs diagrammets ordinat angivet den speci-

W

fikke varmeoverforingskoefficient k^ i - (Watt pr. kva-

m2eK

35 dratmeter og “Kelvin) pr. kvadratmeter anstromningsflade og langs abscissen târnskallens eller târnkappens hojde i meter. Diagrammet viser for forskellige rorlængder L fra 0,5 til 4 m kurver for funktionen k^ = f (H) . Disse kurver er betegnet

DK 156849B

14 δ^ til δ6. Kurven δ^ svarer til rdrlængden L = 0,5 m, og pâ samme mâde svarer δ2 til r0rlængden L = 1,0 m, δ g til r0r-længden L = 1,5 m, δ4 til r0rlængden L = 2,0 m, δ5 til r0r-længden L = 3,0 1 og δ6 til r0rlængden L = 4,0 m.

5 Det er empirisk konstateret, at kurverne δ i det mindste tilnærmelsesvis svarer til ligningen - ύ2 0/53 10 kA = 382 · L0'48 · H · - 0,1 I denne ligning skal indsættes r0renes længde L i meter.

kg 15 Târnskallens h0jde H i meter, luftens vægtfylde nr i - og m3

W

regneresultatet kA er angivet i - (Watt pr. kvadratmeter

m2oK

20 og "Kelvin).

Det i fig. 14 viste diagram bygger pâ det i fig. 13 viste, i det de i hvert enkelt tilfælde til de pâgældende α-kurver hdrende kA-værdier og Δρ-værdier er overf0rt til det nye diagram. Herved blev alene kA-værdierne multipliceret

25 W

med faktoren 1,163 for at omregnes til- og de tilsvarende

m2°K

Δρ-værdier omregnet til târnskalh0jder ved hjælp af den kendte formel Ap = g · H · (^i “ ^2) · Herved betyder g jor-30 dens accélération, H târnskallens h0jde og og nr2 luftens vægtfylde umiddelbart f0r indstr0mning i varmeveksleren henholdsvis i hcjde med târnskallens overkant. For at for-enkle beregningen er for - nr2) værdien tilnærmet til 0,1 kg 35 -.

m3 I dette diagram er atter de kendte varmevekslere med ribber0r (Kraftværkerne Schmehausen og Grootvlei) angivet svarende til det i fig. 13 viste, idet ogsâ her - ύ2) 40 kg 15

DK 1 56849 B

er tilnærmet ved 0,1 —.

m3

Diagrammet viser, at varmeveksleren if0lge opfindelsen 5 er disse kendte konstruktioner overlegen i henseende til târndimensionerne eller varmeafgivelse, hvis rorenes længde er 0,8 meter og derover.

Anvendelsen af den ovenomtalte ligning kA = f(H) i sammenhæng med de kendte og for en fagmand pâ varmeveksler-10 omrâdet velkendte ligninger forklares i det folgende.

En omformning eller l0sning af ligningen „ _ 0,53

Tr 2 nr 2 ' kA = 382 · L0'48 · H · - 15 0,1 efter târnkappehojden H forer til ligningen

KA

H = e 1'89 ln - (1) 20 382 · (L) 48 · ( —-—) 0,53 0,1 idet e og ln har den fra matematikken kendte betydning (ln er tegnet for den naturlige logaritme og e tegnet for grund-eksponentialfunktionen).

25 Endvidere gælder Q = kA · A5m · Aa (2) ΙΓ · D2 AA = - (3) 4 3 0 hvor

Aa er anstromningsfladen for luftens indstromning i rorene i m2 D - târnkapppens diameter i hojde med dens underkant i meter Q - varmeydelsen i Watt 35 A£m - den gennemsnitlige logaritmiske temperaturdifferens mellem det medium, som skal afkoles, og luften i K (K - “Kelvin) 40

DK 156849 B

16 kÀ - den specifikke varmeoverfdringskoefficient i Vf ——* °çr

m2K

5 7Γ = 3,1459.

Indsætter man ligningen (3) i ligningen (2) og lésés med hensyn til k^ fàs:

Q

kA = -:- (4) · 10 D2 · 7Γ A*m · - 4

Indsætter man ligningen (4) i ligningen (1), fâr man 15 H = e 3-/89 ln --- (5) 300*D2 · L°'48 · A$m ·( —-—) °/53 20 0,1

Her har Q, D, H, L, A#m, t2, samme betydning og samme dimensioner som anfçsrt i det foranstâende.

Dersom man med henblik pâ dimensionering af en varrae- veksler gâr ud fra bestemte værdier for Q, or^, nr2 og A£m 25 kg kg f.eks. Q = 438 · 106 W, t2^ = 1,233 -, -r2 = 1,152 — og m3 m3 A#m = 10,55 K), da giver ligningen (5) for forskellige værdier af D og L tilsvarende værdier H. Blandt de sâledes 30 opnâede angivelser, som mest hensigtsmæssigt opstilles i tabelform, udvæger man den Okonomisk og omkostningsmæssigt gunstigste værdikombination af H, D og L. Gâr man ud fra ovenstâende talværdier for Q, or og A5m, der kun skal forstàs som eksempelvis angivelse, viser det sig at være den i det 35 mindste tilnærmelsesvis gunstigste losning at vælge D = 140 m, L = 180 m og H = 30 m.

Opfindelsen er ikke begrænset til de viste og be-skrevne udfdrelsesformer.

Sâledes kan endevæggene, f.eks. plader 3, ogsâ forlebe 40 i det mindste tilnærmelsesvis lodret, hvorved da rorene 5

DK 156849 B

17 svarende hertil ville ligge vandret eller tilnærmelsesvis vandret.

Ved vandret eller tilnærmelsesvis vandret liggende endevægge (over- og undervæg) kan ogsâ ét eneste. i det 5 væsentlige af endevægge, sidevægge og r0r bestâende, varme-vekslerelement være anbragt i k0letârnet eller et lignende hus.

Varmeoverf0ringsmidlet kan ogsâ være den fra tur-binerne udstr0mmende damp.

10 Varmeveksleren kan være ventileret sâvel ved hjælp af naturlig træk som tvangsmæssigt.

Mellemvæggene kan ogsâ være dannet pâ anden mâde end ved hjælp af de omtalte tynde mellemplader 6.

Ved det i det foranstâende anvendte begreb "ΐηάΐΓΒ^θ" 15 genafk0ling af et varmeoverforingsmiddel ved hjælp af luft skal forstâs, at varmeoverferingsmidlet afgiver varmen til luften qennem rorvægqene. altsâ ikke kommer i direkte ber0-ring med luften.

Begrebet "varmeveksler" skal omfatte sâvel varmeveks-20 lerelementet eller -elementerne som ogsâ k0letârnkonstruk-tionen eller lignende arrangementer.

Claims (11)

1. En til et torkoletârn, navnlig med naturlig træk, knyttet r0rvarmeveksler af luftrorstypen, hvor et varmeover-feringsmedium, som skal nedk0les, og som i forhold til luft 5 har en stor varmeovergangskoefficient, f.eks. vand, bespuler de parallelle, lige r0r udefra, mens k0leluften gennemstr0m-mer r0rene, kendetegnet kombinationen af f0lgende træk: a) r0rene (5) er ved enderne udvidet til sekskantform (5a), 10 idet kanterne eller sidefladerne af nabosekskanter er for- bundet varmeoverf0ringsmedietæt, b) i rerene (5) er fordelt over hele rerlængden tilvejebragt turbulensfrembringere (16) sâsom spiraler, i r0rvæggene indtrykkede tynde ringe, fremspring pâ r0rindervæggen eller 15 lignende midler, der tjener til partiel forstyrrelse af det laminare grænselag, og c) rerene (5) er bortset fra éventuelle af den bestemte turbulensfrembringer betingede, fortrinsvis smâ overfladefor-egelser glat.

2. Varmeveksler if0lge krav 1 og med en til dannelse af træk tjenende târnskal i et koletârn eller deslige, kendetegnet ved, at der ved dimensionering af koletârnet gælder forholdet 25 ύi - nr2 °/53 kA = 382 · L0'48 · H · - 0,1 hvor L betyder rorenes længde i meter, H târnskallens eller 30 -kappens hejde i meter, luftens vægtfylde umiddelbart kg for varmeveksleren i — (kilogram pr. kubikmeter), ύ2 luftens m3 kg 35 vægtfylde i h0jde med târnskallens overkant i — og kA den m3 W specifikke varmeoverforingskoefficient i - (Watt pr. 40 m2°K DK 156849 B kvadratmeter anstrdmningsflade og "Kelvin) , og at L er valgt storre end eller lig med 0,5 m.

3. Varmeveksler ifdlge krav 1 eller 2, kende-t e g n e t ved, at rdrenes (5) indvendige diameter ligger 5 mellem 10 og 50 mm.

4. Varmeveksler ifdlge ét eller flere af de foregâende krav, kendetegnet ved, at rdrenes (5) vægtykkelse andrager 0,3 til 1 mm.

5. Varmeveksler ifdlge ét eller flere af de foregâende 10 krav, kendetegnet ved, at den frie afstand mellem rorene (5) ved flydende varmeoverfdringsmiddel andrager 0,5 til 2 mm.

6. Varmeveksler if0lge ét eller flere af kravene 1-4, kendetegnet ved, at den frie afstand mellem 15 rorene (5) uden for de nddvendige, rorfri damppassager ved kondensation af dampformigt varmeoverfdringsmiddel andrager 2 til 5 mm.

7. Varmeveksler, især ifdlge krav 1, kendetegnet ved, at der inden i varmeeksleren (3, 4, 5) ved hjælp 20 af mellemvægge (6, 6') er dannet kanaler til fdring af et flydende varmeoverfdringsmiddel pâ en sâdan mâde, at varme-overfdringsmidlet fores som i kdleslanger.

8. Varmeveksler ifdlge krav 1, og som har flere varme-vekslerelementer, kendetegnet ved, at varmeveks- 25 lerelementerne (2) er anbragt ved siden af og/eller over hinanden.

9. Varmeveksler med en til dannelse af træk tjenende târnskal i et kdletârn, med i afstand over bunden i târnet anbragte varmevekslerelementer, som gennemstrdmmes af et 30 varmeoverfdringsmiddel, f.eks. vand, med relativt hdj varme-overforingskoefficient i sammenligning med luft, som in-direkte varmeveksler med luft, kendetegnet ved, at sidevæggene (4) af varmevekslerelementerne (2), der er kasseformet udformede og i det væsentlige bestâr af to i 35 det mindste tilnærmelsesvis vandrette, over hinanden liggende endevægge (dæk- og bundvægge), fire sidevægge (4) og pâ DK 156849 B endevæggene vinkelrette r0r (5), er letbojelige, at koletâr-nets rammekonstruktion (18) i omrâdet ved varmevekslerelemen-terne er b0jningsstiv, at varmevekslerelementerne (2) er anbragt med tilsvarende mellemrum i forhold til hinanden og 5 i forhold til koletârnet, og at mellemrummene er udfyldt med en trykmodstandsdygtig fyldemasse (17).

10. Varmeveksler med en til dannelse af træk tjenende târnskal i et k0letâm, med i afstand over bunden i târnet anbragte varmevekslerelementer, som gennemstrommes af et 10 varmeoverfdringsmiddel f.eks. vand, med relativt h0j varme-overfdringskoefficient i sammenligning med luft, som indi-rekte varmeveksler med luft, kendetegnet ved, at sidevæggene (4) af varmevekslerelementerne (2), der er kas-seformet udformede og i det væsentlige har to i det mindste 15 tilnærmelsesvis vandrette, over hinanden liggende endevægge (dæk- og bundvægge), fire sidevægge (4) og pâ endevæggene vinkelrette r0r (5), er let bdjelige, at koletârnets rammekonstruktion (18) i omrâdet ved varmevekslerelementerne er bojningsstiv, at varmevekslerelementerne (2) er anbragt 20 med tilsvarende mellemrum (20a) i forhold til hinanden og med tilsvarende mellemrum (20b) i forhold til koletârnet, og at over for hinanden liggende sidevægge i varmevekslerele-menternes (2) er forbundet ved hjælp af trækudlignende ele-menter (f.eks. profiler 19) og forbundet med rammekonstruk-25 tionens (18) indervæg over trækelementer (f.eks. profiler 19, 19')·

11. Varmeveksler ifolge krav 10, kendetegnet ved, at mellemrummene (20a, 20b) er udfyldt med en trykmodstandsdygtig fyldemasse. 30