FI74805C - Roeruppbyggd vaermevaexlare. - Google Patents

Description

1 74805

Putkirakenteinen lämmönvaihdin. - Röruppbyggd värmeväxlare.

Vesilämmönvaihtimissa siirretään lämpöenergiaa kiertopiiristä toiseen kiinteän seinämän läpi. Lämpöä luovuttava ja vastaanottava neste eivät saa sekoittua.

Keksinnön kohteena on putkirakenteinen lämmönvaihdin, jossa yksinkertaisen tai kaksinkertaisen vaippaputken sisässä on yksi tai useampi putki. Tällöin vaippaputki ja sisäputki tai -putket muodostavat toisistaan erilliset kiertopiirit, joista toinen on lämpöä luovuttava ja toinen lämpöä vastaanottava piiri.

Lämmön tehokasta siirtymistä silmälläpitäen on tärkeää, että rajapinnassa veden liike pintaan nähden on mahdollisimman pyörteinen, turbulenttinen. Tämä on tärkeää niin lämpöä luovuttavan kuin vastaanottavankin nestevirtauksen puolella.

Putkilämmönvaihtimissa, joissa on suoria sisäkkäisiä putkia, muodostuu molemminpuolisen turbulenssin synnyttäminen ongelmaksi. Eräissä tunnetuissa ratkaisuissa primääriputkien ulkopuolinen vesivirtaus on järjestetty välilevyjen avulla poikittaiseksi primääriputkiin nähden. Tällaisissa vaihtimissa kokonaispituus/-halkaisija ei muodostu edulliseksi, sillä yhdessä vaipassa on lukuisasti suoria sisäputkia, jotka jäävät suhteellisen lyhyeksi.

Sisäkkäisten putkien muodostamissa lämmönvaihtimissa saadaan haluttu virtausvastus ja lämpöputous valitsemalla sopivat put-kihalkaisijät. Useimmissa käyttökohteissa näin muodostunut lämmönvaihdin on rakenteeltaan pitkä ja materiaalin käytöltään epäedullinen siirrettävien tehojen kasvaessa.

Materiaalimäärä/teho-suhteen parantamiseksi vaippaputkeen on eräissä tunnetuissa ratkaisuissa sijoitettu useita rinnakkaisia yhdensuuntaisia sisäputkia. Kokonaispituuden lyhentämiseksi on vaippaputki ja sisäputket usein taivutettu eri- 2 74805 laisille kierukoille. Taivutettaessa sisäputket asettuvat vaippaputkeen nähden epäkeskeiseksi ja toisiinsa nähden pituussuuntaiseen pintakosketukseen. Putkien epäkeskeisyydestä johtuu, että vaipassa virtaava vesi sivuuttaa lämpöä siirtävän pinnan. Sisäputkien ollessa pituussuuntaisessa kosketuksessa muodostuu virtausteknisesti lämmönsiirtoa ajatellen epäedullinen kolmiomainen virtauspinta. Lisäksi kolmiomaisen tilan kärjessä putket ovat kylkikosketuksessa toisiinsa, esräen veden vapaan liikkeen ja tämä osa pinnasta jää toimimattomak-s i.

Edellä olevista seikoista ilmenee, että lämmönvaindin edullisimmillaan tulisi rakentaa putkimaisena rakenteena niin, että lämmittävän ja lämmitettävän virtauspiirin poikkileikkausalat (virtausalat) ja virtauspintojen väliset lämpöä siirtävät pinnat olisivat oikeassa suhteessa käytettyihin lämpötilaeroihin seka painenäviöihin. Rakenteen pitäisi muodostaa edulliset turbulenttiset virtaukset sekä muodostua fyysisiltä mitoiltaan pieneksi.

Halutut tilanteet saavutetaan keksinnön mukaisin rakenneratkaisuin, joiden tunnusmerkit on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa .

Seuraavassa keksinnön eräitä suoritusesimerkkejä selostetaan lähemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista putkilämmönvaihdinta perspektiivikuvana ja aukileikattuna.

Kuvio 2· esittää kuvion 1 mukaisen lämmönvaihtimen poikkileikkausta.

Kuvio 3 esittää vaippaputken pään sulkemista sisäputkien ympärille liitospään muodostamista varten.

Kuvio 4 esittää perspektiivikuvana keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen liitospäätä.

3 74805

Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisesta lämmönvaihtimesta tehtyä lämmönvaihdinkierukkaa.

Kuvio 6 esittää kierukkamaisten lämmönvaihdinten sovittamista säiliön sisään.

Kuvio 7 esittää toista suoritusmuotoa kierukkamaisten lämmön-vaihtimien sovittamiseksi säiliön sisään.

Lämmönvaihtimen sisimmäinen virtauspiiri muodostetaan sisä-putkista 1. Putkia 1 voi olla yksi tai useita yhtä vaippaput-kea 5 kohden. Putkea 1 on litistetty haluttu määrä oikean vir-tausalan 2 saamiseksi tiettyä putken vaipan muodostamaa pinta-alaa kohden. Putket 1 on taivutettu aaltomaiselle mutkalle niin, että aaltomainen kuvio muodostuu putken 1 kapeamman kaarevan sivun 3a osalle ja tasomainen sivu 3b säilyy edelleen tasona. Taivutuksen määrä, eli aallon harjojen korkeus 4 määräytyy käytettyjen putkien koon ja vastaavasti vaippaput-ken 5 muodon ja koon mukaan. Vaippaputki 5 on edullista muotoilla soikioksi. Soikion sivujen a ja b valintaan vaikuttaa tarvittava virtauspinta 6, putkien 1 koko ja lukumäärä.

Vaippaputken 5 mitta a ja sisäputken 1 aaltojen korkeus 4 tulee valita niin, että sisäputket 1 on helposti työnnettävissä vaippaputkeen 5. Kun putket ovat sisäkkäin, muodostuu kuvion 2 mukainen leikkauskuvio. Sisäputket 1 eivät ole kiinni toisissaan ja sisäputkien sekä vaippaputken välinen kosketus on aaltojen harjojen muodostama pistemäinen kosketus 7. Sisäputket 1 saadaan pysymään paikoillaan lankamaisilla hakasilla 8 tai vastaavilla tuilla. Sisäputket jakavat vaipan vir-tausalan 6 osa-alueisiin 6a.

Kun vaippaputken 5 pää puristetaan sisäputkien 1 ympärille kuvion 3 esittämällä tavalla, muodostuu putkista keskenään liitossovite juotos- tai hitsausliitosta varten.

Ulkonevien sisäputkien päähän muotoillaan vastaavasti kokooja- 4 ' 74 80 5 kappale 9 kuvion 4 mukaisesti. Kokoojäkappaleessa on liitos-putken yhde 10 ja.vaipassa 5 vastaavasti yhde 11. Tällöin putkista muodostuu lämmönvaihdinelementti, jossa on kaksi virtauspiiriä.

Kun tällainen putkielementti taivutetaan spiraalimaiselle kierukalle, saadaan pitkäkin putkirakennelma sopimaan pieneen tilaan. Spiraalin kartiokkuus tulee valita vaipan 5 halkaisija huomioonottaen sopivaksi niin, että spiraaleja päällekkäin ladottaessa niiden väliin muodostuu sopiva virtaus-kanavisto ulkopuolista kolmatta virtauspiiriä varten (vrt. kuvio 6). Kolmar virtauspiiri muodostuu kun kierukkanippu sijoitetaan säiliöön. Tämä järjestely on edullinen silloin, kun kierukoita on useita ja kyse on suurista tehoista.

Rakenteeltaan putkikierukat eivät ole täysin symmetrisiä eivätkä ulkokehältään ympyrämäisiä niin, että lieriömäiseen vaippaan sijoitettuna vaipan ulkosivua pitkin tapahtuva virtaus olisi riittävästi ohjattu. Liitosputket lisäävät vielä epäsymmetriaa. Säiliön vaipan muuttaminen ympyrästä poikkeavaksi ei ole lujuusopillisesti edullista.

Putkikierukoiden ulkopuolisen virtauksen ohjaaminen kierukoita oleellisesti väljemmässä säiliössä voidaan hoitaa välilevyjen avulla, tai levymäisillä, elastista ainetta olevilla virtauksenohjaimilla.

Järjestely saadaan aikaan seuraavasti. Putkikierukoiden sisään sovitetaan lieriövaippa 12, jossa on aukko 13. Lieriövaipan 12 ympärille sovitetaan kartiomaisia välilevyjä 14. Alin kar-tiomainen välilevy 14 on niin mitoitettu, että putkikierukka lepää kartion pinnassa kiinni ja kartiolevyn 14 alareuna on säiliön pohjassa ja kartion yläosa on kosketustiukkuudella kiinni lieriövaipassa 12 juuri reiän 13 alareunan alapuolella.

Vastaavanlainen kartiolevy 14 on jokaisen putkikierukan välil lä ja viimeisen putkikierukan päällä. Päälimmäinen kartio- 5 74805 levy 14 asettuu reiän 13 yläreunan yläpuolelle.

Tällä järjestelyllä saadaan virtaus kulkemaan kierukoiden ja virtausta ohjaavien kartiolevyjen välisten spiraalimaisten kanavien kautta nuolien 15, 16, 17 ja 18 kuvaamalla tavalla.

Mainittu kartiomainen välilevy 14 voi olla peltiä, muovia tai jotain muuta elastista ainetta hyvän rakotiiveyden saavuttamiseksi.

Kolmas piiri voidaan muodostaa myös sovittamalla vaippaputken 5 päälle toinen vaippaputki kuviossa 2 pistekatkoviivoin esitetyllä tavalla. Vaippaputkien taivutuksessa tulee käyttää sopivaa väliainetta estämään putkien puristuminen vastakkain.

Claims (3)

6 74805

1. Putkirakenteinen lämmönvaihdin, jossa yksinkertaisen tai kaksinkertaisen vaippaputken (5) sisässä on yksi tai useampi putki (1), jolloin soikeaksi litistetyt tai pyöreät sisäput-ket (1) on taivutettu aaltomaiseksi ja sovitettu poikkileikkaukseltaan suunnikkaan muotoiseen vaippaputkeen (5), tunnettu siitä, että sisäputkien aaltojen harjat koskettavat (7) vaippaputken (5) vastakkaisia seinämiä jakaen vaippaputken (5) virtaustilan (6) virtaussuunnassa jatkuviin, virtaussuuntaisiin osastoihin (6a), jotka kunkin aallonharjan jälkeen vaippaputkeen nähden vinossa olevan sisä-putken osan kohdalta ovat virtaussuuntaan nähden poikittaisessa yhteydessä toisiinsa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että vaippaputki (5) sisäputkineen (1) on taivutettu spiraalimaiselle kierukalle suunnassa, jossa sisäputkien aaltomaisten taivutusten suuntainen taso on oleellisesti yhdensuuntainen spiraalin nousukulmaa vastaavan tason ja taivutussäteen suuntaisen tason kanssa, jolloin sisäputkien aaltomaisen taivutuksen toiset harjat tukeutuvat spiraalikierukan vaipan sisäpuoliseen seinään ja vastakkaiset harjat ulkopuoliseen seinään.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että vaihdinkierukat on sijoitettu säiliön sisään ja kierukoiden sisätilaan on sovitettu lieriömäinen vaippa (12), joka on päädyistä kiinni säiliön ylä- ja alavaipassa ja jossa lieriö-vaipassa (12) on pitkänomainen reikä (13), joka ulottuu alimman ja ylimmän kierukan väliseltä pi- 7 74805 tuudelta ja jonka reiän (13) kautta kulkevat kierukoita yhdistävät liitosputket lieriövaipan (12) sisätilaan, ja että vaihdinkierukoiden ylä- ja alapinnan kanssa kosketuksissa on välilevy (14), joka on yläosastaan sisälieriön (12) ulkopintaan kosketussovitteella ja välilevyn (14) ulompi kehä ulottuu vaihdinkierukan ulkohalkaisijän tasolle ja välilevyt (14) ovat asettuneet niin, että alemman välilevyn alareuna nojaa säiliön pohjaan ja yläreuna asettuu kierukoiden sisässä olevassa lieriövaipassa (12) olevan reiän (13) alareunan alapuolelle ja vastaavasti ylimmän välilevyn (14) yläreuna mainitun reiän (13) yläreunan yläpuolelle, ja että säiliössä nestettä kierrättävän piirin (17, 18) liitosputket on sovitettu niin, että toinen putki on kierukoiden sisällä olevan lieriövaipan (12) sisäalueella ja toinen putki sen ulkopuolella. ‘ 7 4 fi η ς Patentkrav ' *+ υ u