FI118271B - Lämmönsiirrinjärjestely ja menetelmä lämmönsiirtimessä - Google Patents

Description

118271

LÄMMÖNSIIRRIN JÄRJESTELY JA MENETELMÄ LÄMMÖNSIIRTIMESSÄ -VÄRMEVÄXLAREARRANGEMANG OCH FÖRFARANDE VID VÄRMEVÄX-LARE

5

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen lämmön-siirrinjärjestely, joka käsittää vaippavirtausjärjestelyn ensimmäistä lämmönsiirtovä-liainetta varten, kanavavirtausjärjestelyn toista lämmönsiirtoväliainetta varten sovitettuna ainakin osittain vaippavirtausjärjestelyn ympäröimäksi, jossa kanavavir-10 tausjärjestely käsittää ensimmäisen osan ja toisen osan, joissa lämmönsiirtoväli-aineen virtaussuunnat ovat likimain vastakkaissuuntaiset. Keksinnön kohteena on myös menetelmä lämmönsiirtimessä kondensoituvien komponenttien kondensoi-miseksi kuumista kaasuista, joka käsittää vaippavirtausjärjestelyn ja kanavavirtausjärjestelyn vaippavirtausjärjestelyn ympäröimänä.

15

On sinänsä tunnettua, että lauhduttamalla palamiskaasuja voidaan vähentää sekä partikkelipäästöjä, että mm. rikkioksidipäästöjä ilmakehään. Kondensoituvat komponentit saadaan kondensoitumaan jäähdyttämällä pakokaasuja riittävästi. Tähän tarkoituksen on aiemmin esitetty erilaisia ratkaisuja. Julkaisussa DE !.·,·* 20 3440266 on esitetty ratkaisu, jossa poistokaasukanavan sisään on sovitettu läm- mönsiirrin kaasua jäähdyttämään. Tässä esitetty ratkaisu on kuitenkin ongelmalli- • · * : '.·* nen erityisesti siinä suhteessa, että kaasuvirrassa oleva lämmönsiirrin voi olla altis • · * korroosiolle ja tukkeutua helposti.

• · • · · • · · • · • · * 25 Julkaisussa US 2937855 on esitetty toinen tunnetun tekniikan mukainen lämmön-siirrinjärjestely.

• · • · * · · * • * ·

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada lämmönsiirrinjärjestely, joka minimoi : tunnetun tekniikan ongelmia. Keksinnön tarkoituksen on myös aikaan saada me- 30 netelmä, jolla kondensoituvia komponentteja saadaan kondensoiduksi tehokkaasti . !·. ja luotettavasti. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on aikaan saada lämmönsiir- • * · • · · • · * • * • · • · · 118271 2 rinjärjestely, jossa korroosio- ja tukkeutumisriski on minimoitu, ja jolla polttomoottorin pakokaasujen puhdistaminen tehostuu.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan pääasiassa patenttivaatimuksissa 1 ja 8 sekä 5 muissa vaatimuksissa tarkemmin esitetyllä tavalla.

Keksinnön mukainen lämmönsiirrinjärjestely käsittää vaippavirtausjärjestelyn ensimmäistä lämmönsiirtoväliainetta varten, kanavavirtausjärjestelyn toista lämmön-siirtoväliainetta varten sovitettuna ainakin osittain vaippavirtausjärjestelyn ympä-10 röimäksi. Kanavavirtausjärjestely käsittää ensimmäisen osan ja toisen osan, joissa osissa lämmönsiirtoväliaineen virtaussuunnat ovat likimain vastakkaissuuntaiset. Kanavavirtausjärjestelyn ensimmäinen osa käsittää ainakin osittain vaippavirtausjärjestelyn ympäröivän ulkovaipan ja toinen osa ainakin osittain ensimmäisen osan sisään järjestetyn sisävaipan.

15 ' ' ' Ensimmäinen ja toinen osa ovat virtausyhteydessä toistensa kanssa siten, että toinen lämmönsiirtoväline voi virrata ensin ensimmäisen ja sen jälkeen toisen osan kautta. Tällä tavoin saadaan aikaiseksi sekä kompakti rakenne, että haluttu toiminta, jossa toinen lämmönsiirtoväliaine lämpenee virratessaan toisen osan 20 kautta. Edullisesti ensimmäinen ja toinen osa muodostuvat samankeskeisesti so- : vitetuista putkista.

* · · -··· • · ··· • V Edullisesti kanavavirtausjärjestely ulottuu vaippavirtausjärjestelyn lävitse ja se kä- ··· sittää useita rinnan kytkettyjä ensimmäisen ja toisen osan käsittäviä kokonaisuuk- • · * * · A!- ·. *: 25 siä.

*·* • · • · ···

Vaippavirtausjärjestelyn ensimmäisellä sivulla on toisen lämmönsiirtoväliaineen ·· ensimmäinen kokoojakammio, joka käsittää väliaineen syöttöyhteen, ja kunkin • · *·;·* kanavavirtausjärjestelyn ensimmäinen osa on virtausyhteydessä ensimmäiseen • · * *·· 30 kokoojakammioon ensimmäisestä päästään. Lisäksi vaippavirtausjärjestelyn en- * · · simmäisellä sivulla on toisen lämmönsiirtoväliaineen toinen kokoojakammio, joka • * · • · · • · » · ·*··· • · 3 118271 käsittää väliaineen poistoyhteen, ja kunkin kanavavirtausjärjestelyn toinen osa on virtausyhteydessä toiseen kokoojakammioon toisesta päästään.

Vaippavirtausjärjestelyn toisella sivulla on tila, johon ensimmäinen osa on yhtey-5 dessä toisesta päästään ja toinen osa ensimmäisestä päästään, ja sanottu tila käsittää ainakin yhden poistoyhteen lämmönsiirtoväliaineesta lauhtuneen nesteen poistamiseksi. Keksinnön mukaisesti ensimmäinen ja toinen kokoojakammio on sovitettu vierekkäin toisiinsa nähden, ja kunkin kanavavirtausjärjestelyn toinen osa on sovitettu ulottumaan ensimmäisen kammion lävitse. Tällä tavoin toisen 10 lämmönsiirtoaineen liitynnät voivat olla samalla puolella lämmönsiirrintä.

Kanavavirtausjärjestelyn ulkovaipan ja sisävaipan väliseen tilaan on sovitettu virtauksen ohjaimia, joilla toisen lämmönsiirtoväliaineen virtaus saadaan pyörimään sisävaipan pituusakselin ympäri.

15

Keksinnön mukaisessa menetelmässä lämmönsiirtimessä kondensoituvien komponenttien kondensoimiseksi kuumista kaasuista, joka käsittää vaippavirtausjärjestelyn ja kanavavirtausjärjestelyn vaippavirtausjärjestelyn ympäröimänä kuumaa kaasua saatetaan virtaamaan kanavavirtausjärjestelyssä sen ulko-vaipan ja sisä- i.·.: 20 vaipan muodostamassa tilassa oleellisesti alaspäin samalla luovuttaen lämpöä * siinä määrin, että tapahtuu kondensoitumista, ja tämän jälkeen jo osittain jäähty- •» · : neen kaasun virtauksen suuntaa muutetaan noin 180°, jolloin kondensoituneet * * · komponentit erotetaan kaasuvirrasta. Edelleen kaasua saatetaan virtaamaan si- · \**: sävaipan sisäpuolisessa tilassa oleellisesti ylöspäin samalla samanaikaisesti • · · 25 lämmeten.

·· : *·· Edullisesti kuumaa kaasua saatetaan virtaamaan kanavavirtausjärjestelyssä sen * · - ulkovaipan ja sisävaipan muodostamassa tilassa oleellisesti alaspäin samalla luo- * : vuttaen lämpöä sekä vaippavirtaukseen ja jo osittain jäähtyneen kaasun virtauk- * · · 30 seen sisävaipan sisäpuolisessa tilassa. Sen jälkeen, kun kaasun virtaussuuntaa

IM J

. !*. on muutettu, ja siitä on erottunut nestettä kaasua saatetaan virtaamaan sisävai- • · * * * * • « · • * • · * · · 4 118271 pan sisäpuolisessa tilassa oleellisesti ylöspäin samalla samanaikaisesti vastaanottaen lämpöä kuumasta kaasusta, jota virtaa kanavavirtausjärjestelyssä sen ulkovaipan ja sisävaipan muodostamassa tilassa oleellisesti alaspäin. Tällä tavoin samalla järjestelyllä saadaan kaasut ensin jäähtymään siten, että kondensoitumis-5 ta tapahtuu halutussa määrin, ja edelleen lämpenemään siinä määrin, että kondensoitumista ei haittaavassa määrin enää tapahdu. Lisäksi tällä tavoin voidaan varmistaa, että poistettavan kaasun lämpötila nousee sellaiselle tasolle, että se on riittävä aikaansaamaan kaasun nousemisen ylös, eikä leviämään lähiympäristöön. Tämä saadaan aikaiseksi ilman erillistä lämmönlähdettä.

10

Kuuma kaasu voi olla polttomoottoriyksikön pakokaasua. Erityisen edullinen on ratkaisu, jossa polttomoottoriin syötetään vettä. Tällöin pakokaasut sisältävät pelkästä palamisesta syntyvää vesimäärää enemmän vettä, ja kondensoimalla pakokaasuja saadaan aikaiseksi suuremman kondensoituvan vesimäärän ansiosta 15 tehostettu partikkeleiden ja muiden epäpuhtauksien erottuminen pakokaasuista. Toisin sanoen kondensoituvat komponentit käsittävät sekä palamisessa syntyvää, että polttomoottoriyksikköön syötettyä vettä.

Keksinnöllä saadaan aikaiseksi useita etuja. Ratkaisu on hyvin kompakti ja sillä 20 saadaan pakokaasujen päästöjä vähennettyä merkittävästi. Lisäksi kondensoitu-neen nesteen erottaminen on tehokasta ilman liiallisen painehäviön syntymistä. Keksinnön mukainen ratkaisu ei myöskään likaannu helposti ja se on myös help- :***: poa pitää puhtaana.

• · • · • · ·.1·· 25 Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkin omaisesti viitaten oheiseen piirus- • · φ tukseen, jossa kuvio 1 esittää kaaviomaisesti erästä suoritusmuotoa keksinnön mukaisesta lämmönsiirrinjärjestelystä.

·· • 1 • ·· • · · Lämmönsiirrinjärjestely 1 käsittää vaippavirtausjärjestelyn 2, johon on sovitettu • · • 1.. 30 virtaamaan ensimmäinen lämmönsiirtoväliaine. Ensimmäinen lämmönsiirtoväliai- * 1 · :..,i ne toimii tässä yhteydessä tyypillisesti lämpöä vastaanottavana väliaineena ja voi * ·· · • 1 · • · ...

• · · s 118271 olla esimerkiksi vettä. Vaippavirtausjärjestely käsittää syöttöyhteen 3 ja poistoyh-teen 4, joiden välityksellä ensimmäistä lämmönsiirtoväliainetta voidaan johtaa vaippavirtausjärjestelyn kautta.

5 Lämmönsiirrinjärjestely 1 käsittää myös kanavavirtausjärjestelyn 5 toista lämmön-siirtoväliainetta varten. Toinen lämmönsiirtoväliaine on edullisesti kuumaa pako-kaasua järjestelyyn liitetystä polttomoottoriyksiköstä 6. Kuvion järjestelyssä polt-tomoottoriyksiköltä 6 johdetaan pakokaasua syöttöyhteelle 7, joka on sovitettu kanavavirtausjärjestelyn 5 ensimmäiseen kokoojakammioon 5.1. Ensimmäisen 10 kokoojakammio 5.1 ohjaa kuumaa pakokaasua järjestelyyn liitetystä polttomoottoriyksiköstä 6 kuhunkin rinnan kytkettyyn kanavavirtausjärjestelyn 5 kokonaisuuteen. Tällainen kokonaisuus muodostuu ensimmäisestä 8 ja toisesta 9 osasta. Ensimmäinen osa käsittää vaippavirtausjärjestelyn ympäröivän ulkovaipan 8.1, joka on edullisesti poikkileikkaukseltaan pyöreä putki, jota seuraavassa nimitetään 15 ulkoputkeksi. Ulkoputki 8.1 ulottuu vaippavirtausjäijestelyn 2 lävitse sen ensimmäiseltä sivulta 2.1 toiselle sivulle 2.2. Putken 8.1 sisäpuolelle on järjestetty sisä-vaippana 9.1 toimiva toinen putki, jota seuraavassa nimitetään sisäputkeksi. Ulkoputki on virtausyhteydessä ensimmäiseen kokoojakammioon 5.1, jolloin kaasua voi virrata kokoojakammiosta 5.1 ulkoputken ja sisäputken väliin muodostuvaan M.·1 20 tilaan. Uiko-ja sisäputki ovat edullisesti samankeskeisesti sovitetut toisiinsa näh- :,j.: den.

* 1 · • 1 ·

Kaasua saatetaan virtaamaan kanavavirtausjärjestelyssä 5 sen ulkoputken 8.1 ja • « *.**: sisäputken 9.1 muodostamassa tilassa oleellisesti alaspäin samalla luovuttaen • · · 25 lämpöä siinä määrin, että kaasusta tapahtuu kondensoitumista. Ulkoputken toisen pään yhteydessä ja vaippavirtausjärjestelyn 2 toisella sivulla 2.2 on tila 5.3. Tähän ·1 : 1·1 samaan tilaan on yhteydessä myös sisäputken 9.1 ensimmäinen pää.

1 · • 1 • 1 1 * : Tällöin jo osittain jäähtyneen kaasun virtauksen suuntaa muutetaan tilassa 5.3 f": 30 noin 180°, jolloin kondensoituneet komponentit erotetaan kaasuvirrasta tilaan 5.3, . joka käsittää ainakin yhden poistoyhteen 11 kaasusta lauhtuneen nesteen pois- • · · * 1 1 • · 1 • · m 1 6 118271 tamiseksi. Poistoyhteen 11 yhteydessä on myös edullisesti kaasulukko 13. Kondensoituneen nesteen erottamisen edistämiseksi on tilaan sovitettu virtauksen ohjaimia 12, joilla toisen lämmönsiirtoväliaineen virtaus saadaan pyörimään sisävai-pan 9.1 pituusakselin ympäri ja sitä kautta erottumaan ulkoputken 8.1 sisäpinnal-5 le.

Tilasta 5.3 kaasua saatetaan virtaamaan sisäputken 9.1 sisäpuolisessa tilassa oleellisesti ylöspäin. Tässä vaiheessa jo osittain jäähtynyt kaasu lämpenee sitä vastakkaissuunnassa ulkoputken 8.1 ja sisäputken 9.1 välisessä tilassa virtaavan 10 kuuman kaasun vaikutuksesta. Kukin ulkoputki 8.1 ulottuu sekä vaippavirtausjär-jestelyn 2 ensimmäiselle sivulle 2.1 ja edelleen ensimmäisen kokoojakammion 5.1 lävitse ja on yhteydessä toiseen kokoojakammioon 5.2. Toinen kokoojakammio 5.2 yhdistää kunkin ulkoputken 8.1 virtauksen ja ohjaa yhdistetyn virtauksen ulos yhteen 10 kautta edelleen käsittelyyn. Kokoojakammiot 5.1 ja 5.2 ovat vaippavir-15 tausjärjestelyn ensimmäisellä sivulla 2.1 vierekkäin järjestettynä, jolloin kuuman kaasun syöttö ja poisto tapahtuu lämmönsiirtimen samalta puolelta.

Keksintö ei ole rajoitettu esitettyihin sovellusmuotoihin, vaan useita muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

\:V 20 • 1 φ • 1 · ··« * · « • « · • · • ·· «·« • « • · · • · 1 * · • · · • · · • · • 1 ♦ ·· • · · * « · * · 1 » « · • · · ··· • · · • · .

• · • · · • · · * · · • · · 1 · * · • · * · «

Claims (11)

1. 7 118271
2. 1. Lämmönsiirrinjärjestely (1), joka käsittää virtausjärjestelyn (2) ensimmäistä lämmönsiirtoväliainetta varten, kanavavirtausjärjestelyn (5) toista lämmönsiirtovä-5 Mainetta varten, jossa kanavavirtausjärjestely (5) käsittää ensimmäisen osan (8) ja toisen osan (9), joissa lämmönsiirtoväliaineen virtaussuunnat ovat likimain vastakkaissuuntaiset, lämmönsiirrinjärjestelyssä (1) virtausjärjestely (2) ensimmäistä lämmönsiirtoväliainetta varten on vaippavirtausjärjestely, joka ainakin osittain ympäröi kanavavirtausjärjestelyn (5) ensimmäisen osan (8) ulkovaippaa (8.1), ja toi-10 nen kanavavirtausjärjestelyn (5) osa (9) käsittää ainakin osittain ensimmäisen osan sisään järjestetyn sisävaipan (9.1), järjestelyssä vaippavirtausjärjestelyn (2) ensimmäisellä sivulla (2.1) on toisen lämmönsiirtoväliaineen ensimmäinen kokoo-jakammio (5.1), joka käsittää väliaineen syöttöyhteen (7), ja kunkin kanavavirtausjärjestelyn ensimmäinen (8) osa on virtausyhteydessä ensimmäiseen kokooja-15 kammioon (5.1) ensimmäisestä päästään, ja vaippavirtausjärjestelyn (2) ensimmäisellä sivulla (2.1) on lisäksi toisen lämmönsiirtoväliaineen toinen kokoojakam-mio (5.2), joka käsittää väliaineen poistoyhteen (10), ja kunkin kanavavirtausjärjestelyn toinen osa (9) virtausyhteydessä toiseen kokoojakammioon (5.2) toisesta päästään, tunnettu siitä, että vaippavirtausjärjestelyn (2) toisella sivulla (2.2) on :.:V 20 tila (5.3), johon ensimmäinen osa (8) on yhteydessä toisesta päästään ja toinen * *··/ osa (9) ensimmäisestä päästään, ja että tila käsittää ainakin yhden poistoyhteen a a a : (11) lämmönsiirtoväliaineesta lauhtuneen nesteen poistamiseksi. • · « • * • · a a a • 4 *· " 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että ensimmäi- • a a a · ’···* 25 nen (8) ja toinen osa (9) ovat virtausyhteydessä toistensa kanssa siten, että toi nen lämmönsiirtoväline voi virrata ensin ensimmäisen ja sen jälkeen toisen osan ·* ** kautta. • a · • · a · aa* a •
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että ensimmäi- a a a !...: 30 nen (8) ja toinen (9) osa muodostuvat saman keskeisesti sovitetuista putkista (8.1,9.1). a a a a a « a t • a a * · 8 1 1 8271 ί
4. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että kanavavir-tausjärjestely (5) ulottuu vaippavirtausjärjestelyn (2) lävitse.
5. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että kanavavirtausjärjestely (5) käsittää useita rinnan kytkettyjä ensimmäisen (8) ja toisen (9) osan käsittäviä kokonaisuuksia.
6. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että ensimmäi-10 nen (5.1) ja toinen (5.2) kokoojakammio on sovitettu vierekkäin toisiinsa nähden, ja että kunkin kanavavirtausjärjestelyn toinen osa (9) on sovitettu ulottumaan ensimmäisen kammion (5.1) lävitse.
7. 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu sii-15 tä, että ulkovaipan (8.1) ja sisävaipan (9.1) väliseen tilaan on sovitettu virtauksen ohjaimia (12), joilla toisen lämmönsiirtoväliaineen virtaus saadaan pyörimään sisävaipan (9.1) pituusakselin ympäri.
8. 8. Menetelmä lämmönsiirtimessä kondensoituvien komponenttien kondensoimi- 20 seksi kuumista kaasuista, joka käsittää vaippavirtausjärjestelyn (2) ja kanavavir- *·:.· tausjärjestelyn (5) vaippavirtausjärjestelyn ympäröimänä, jossa * · · :- kuumaa kaasua saatetaan virtaamaan kanavavirtausjärjestelyssä (5) sen ulko- *··*] vaipan (8.1) ja sisävaipan (9.1) muodostamassa tilassa oleellisesti alaspäin sa- • · * . '* [· maila luovuttaen lämpöä näiden lävitse siinä määrin, että tapahtuu kondensoitu- *···* 25 mistä, ja -jo osittain jäähtyneen kaasun virtauksen suuntaa muutetaan noin 180°, jolloin • i kondensoituneet komponentit erotetaan kaasuvirrasta, • · *··.** - kaasua saatetaan virtaamaan sisävaipan (9.1) sisäpuolisessa tilassa oleellisesti ylöspäin samalla samanaikaisesti vastaanottaen lämpöä kuumasta kaasusta, jota ··· 30 virtaa kanavavirtausjärjestelyssä sen ulkovaipan (8.1) ja sisävaipan (9.1) muodos- : :*: tamassa tilassa tunnettu siitä, että « · · • k • · • · • · · i : . 9 118271 - kondensoituneet komponentit johdetaan nesteenä tilaan (5.3) ja edelleen nesteenä pois tilasta (5.3) poistoyhteen (11) kautta.
9. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuumaa kaa- 5 sua saatetaan virtaamaan kanavavirtausjärjestelyssä (5) sen ulkovaipan ja sisä-vaipan muodostamassa tilassa oleellisesti alaspäin samalla luovuttaen lämpöä sekä vaippavirtaukseen ja jo osittain jäähtyneen kaasun virtaukseen sisävaipan sisäpuolisessa tilassa.
10. 10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuuma kaasu on polttomoottoriyksikön (6) pakokaasua, jolloin polttomoottoriin syötetään vettä sen käydessä ja että kondensoituvat komponentit käsittävät polttomootto-riyksikköön syötettyä vettä.
11. 11. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasua saatetaan virtaamaan sisävaipan (9.1) sisäpuolisessa tilassa oleellisesti ylöspäin samalla samanaikaisesti vastaanottaen lämpöä kuumasta kaasusta, jota virtaa kanavavirtausjärjestelyssä (5) sen ulkovaipan (8.1) ja sisävaipan (9.1) muodostamassa tilassa oleellisesti alaspäin. 20 ··''·· • · · ***''. »·· *· » • · · • ♦ *·· ·1· • « • 1 ♦ -* · · ♦ · • 1 · ··· • · • · • ·· • · · ····. • · *·· ♦ • · · • ♦ · ···;'· • · · · • · * · · * I 1 4 · · 1 · · • · • · · 118271