FI93774C - Vaippa- ja putkilämmönvaihdin - Google Patents

Description

93774

Vaippa- ja putkilämmönvaihdin - Tubvärmeväxlare Tämä keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa 5 määriteltyä vaippa- ja putkilämmönvaihdinta. Tällaisella vaippa- ja putkilämmönvaihtimella on parannetut putkilevyn ja etupään päätyjen muotoilut.

Teollisuudessa lämmönvaihtomenetelmät muodostavat tärkeän 10 osan melkein kaikissa kemiallisissa prosesseissa. Eräs yleisimmin käytetty lämmönvaihdin on vaippa- ja putkiläm-mönvaihdin. Kuvauksia eri lämmönvaihdintyypeistä on yhdistetty hyvin tunnettuihin julkaisuihin, katso pääasiassa. 1 Perry's Chemical Engineers' Handbook, luku 11, 3-21 (Green, 15 6 painos 1984), eikä niitä tässä tarvitse kuvata kokonaan.

Pääasiassa tämän tyyppinen lämmönvaihdin koostuu putkini-pusta ja päädystä, jossa on sisääntulosuutin, joka on nes-tevirtausyhteydessä ulosmenosuuttimeen. Putkinippu on suljettu vaippaan, joka sallii yhden nesteen virtauksen put-20 kinipun ympärillä ja joka neste voi siirtää lämpöä toiseen nesteeseen tai pois siitä, joka toinen neste virtaa put-kinipun putkien sisällä.

Vaippa- ja putkilämmönvaihtimia voidaan käyttää olennai-25 sesti kaikissa eri toiminnallisissa käytöissä, kuten ; lauhdutuksessa, jäähdytyksessä, höyrystämisessä, evapo- raatiossa ja pelkässä lämmönvaihdossa kahden eri nesteen välillä. Edelleen, vaippa- ja putkilämmönvaihtimet voivat käyttää käytännöllisesti katsoen mitä tahansa kemiallista 30 yhdistettä mukaan lukien esimerkiksi vesi, höyry, hiilivedyt, hapot, ja emäkset. Vaippa- ja putkilämmönvaihtimen suunnittelussa on otettava huomioon suuri määrä mekaanisia ja prosessitekijöitä, jotta voitaisiin aikaansaada taloudellisesti edullinen lämmönvaihdintyyppi. Useilla näil-35 lä halutuilla tekijöillä on kuitenkin myös haitallisia vaikutuksia, mikä rajoittaa näiden tekijöiden käyttömahdollisuutta. Esimerkiksi on yleensä tavoite maksimoida 2 93774 siirtyvää lämmön määrää lämmönvaihtimessa ja, saavuttaakseen tämän, suunnittelija pyrkii kasvattamaan lämmönsiir-topinta-alaa ja maksimoimaan nesteen virtausnopeutta läm-5 mönvaihtimessa sekä putkissa että putkien ympärillä. Mutta lisäämällä lämmönvaihtimen pinta-alaa ja nesteiden virtausnopeuksia, kasvaa vaihtimen materiaalikustannukset ja kulut nesteen pumppauksesta vaihtimen läpi kasvavat. Johtuen näistä ristiriitaisista tavoitteista suunnittelijan on op-10 timoitava lämmönvaihtimen suunnittelu vertailemalla lisääntynyt arvo lisääntyneestä lämmöstä siihen lisääntyneeseen kustannukseen, jonka lisääntynyt lämpö aiheuttaa. Piste, jossa lisääntynyt hyöty vastaa lisääntyneitä kustannuksia, antaa taloudellisesti optimin vaihtimen konstruktion.

15

Toinen suunnittelunäkökohta on käytettyjen nesteiden laatu ja luonne ja niiden vaikutus korroosioon, likaantumiseen ja vaihtimen pintojen kulumiseen. Likaantuminen on aineiden saostumista lämmönvaihtimen lämmönvaihtopintoihin. Näillä 20 saostuneilla aineilla on yleensä huono lämmönjohtavuus, mikä johtaa suureen lämmönvastukseen, mikä alentaa lämmön-siirtokerrointa. Pinta, jolla on korkea lämmönjohtavuusker-roin, on hyödyllinen siinä, että se sallii suuremman läm-mönsiirtonopeuden ja mahdollistaa taloudellisempien lämmön -25 vaihtimen varusteiden suunnittelun.

Eräs tapa minimoida likaantumisnopeutta lämmönvaihtimessa on suunnitella se suuria neste- tai kaasunopeuksia varten. Haitta, kun suunnitellaan suuria nopeuksia varten on, että 30 paineen vähentyminen lämmönvaihtimen läpi kasvaa eksponen tiaalisesti nopeuden lisäyksen mukaan, mikä johtaa lisään-. tyneisiin pumppauskuluihin. Lisäksi lisääntynyt nopeus ai heuttaa lisääntyneitä eroosiovahinkoja vaihtimen pintoihin. Johtuen näistä negatiivisista seurauksista lämmönvaihtimien 35 suunnitteluspesifikaatiot edellyttävät sekä minimaalisen nesteen virtausnopeuden että maksimaalisen hyväksyttävän virtausnopeuden.

3 93774

Kun käytetään vaippa- ja putkilämmönvaihdinta joko höyris-timenä tai lauhduttimena, toinen tai molemmat nesteet, jotka virtaavat lämmönvaihtimen läpi, käyvät läpi tilamuutok-5 sen. Johtuen tästä tilamuutoksesta, tilavuuden virtausnopeus muuttuu, kun kaasu tai neste virtaa lämmönvaihtimen läpi. Tämä tilavuuden virtausnopeuden muutos johtaa nesteen virtausnopeuden muutokseen; ja kondensoivan nesteen tapauksessa sen nopeus laskee, kun se kulkee vaihtimen läpi, 10 mikä johtaa suurempiin likaantumis-, kulumis-, tai korroosio-ongelmiin, jotka liittyvät alhaisiin putkipuolen virtausnopeuksiin. Tapauksessa, jossa nestettä höyryste-tään, sen tilavuuksellinen virtausnopeus kasvaa, kun se kulkee vaihtimen läpi, mikä johtaa suurempaan eroosion mah-15 dollisuuteen.

Eräs tapa kohdata ongelma liittyen alhaisiin putkipuolen nesteen virtausnopeuksiin on käyttää useita putken läpime-noja. Tämä moniputkiläpimenotyyppinen lämmönvaihdinrakenne 20 johtaa parempaan lämmönsiirtokertoimeen johtuen lisäänty neestä nesteen virtausnopeudesta, mikä johtuu virtauspolun pienennetystä poikkipinta-alasta. Moniläpimenolämmönvaih-din konstruoidaan rakentamalla suuntauslevyjä lämmönvaihtimen päätyyn ja takaisinpaluupäihin, jotka ohjaavat nestettä 25 putkien läpi niiden oikeisiin suhteellisiin positioihin.

Tavallisin moniläpimenolämmönvaihtimen rakenne on järjestää sama määrä putkia jokaista läpimenoa varten; kuitenkin jos fyysiset muutokset nesteen volyymissä vaihtelevat, lämmön-30 vaihdin voidaan suunnitella niin, että siinä on eri määrä putkia per läpimeno. Käyttämällä lämmövaihdinta, jossa on /, eri määrä putkia läpimenoa kohden, voidaan suunnitella läm- mönvaihdin niin, että siinä on suurin piirtein tasainen virtausnopeusjakautuma koko lämmönvaihtimen putkipituuden 35 yli# vaikka esiintyy tilamuutos nesteessä, kun se kulkee putkien läpi. Kontrolloimalla nesteen virtausnopeutta lämmönvaihtimen putkipuolella voidaan optimoida kaikki 5 4 93774 suunnittelutekijät, kuten likaantuminen, kuluminen, korroosio, eroosio, lämmönsiirtokertoimet ja paineen alentuminen.

Huolimatta niistä eri hyödyistä, joita voidaan saavuttaa käyttämällä moniputkiläpimenovaihtimia, on olemassa eräitä haittoja, joita ei olla pystytty kompensoimaan, kun käytetään tämän tyyppisiä lämmönvaihtimia niiden ollessa sitä 10 tyyppiä, jossa on irrotettavat putkiniput. On joskus toivottavaa, että säännöllisesti kierretään lämmönvaihtimen putkinippua 180° sen pitkittäisen akselin ympäri, jotta putkien käyttöikä pidentyisi. Tämä menettely, jossa kierretään vaihtimen nippua, on jokseenkin analoginen siihen, kun 15 käännetään auton renkaat, jotta niiden käyttöikä pidentyisi tasaisemman kulutuksen ansiosta. Etenkin kun lämmönvaihdin-ta käytetään erittäin korrosiivisessä ja rasittavassa käytössä, on tärkeätä kääntää putkinippua, jotta saataisiin tasaisemman korroosion, eroosion ja muiden kuormien jakau-20 tuma. Jos kuitenkin lämmönvaihtimellä on sama tai eri määrä putkia läpimenoa kohden, putkinippua ei voida kääntää halutuet i johtuen epäsymmetrisestä virtauskuviosta.

Tämän keksinnön tarkoitus on aikaansaada laitteisto, joka 25 mahdollistaa vaippa- ja putkilämmönvaihtimen optimaalisen suunnittelun, jota vaihdinta käytetään kondensoimaan höyryjä ja höyrystämään nesteitä. Tämä on toteutunut keksinnön mukaisella vaippa- ja putkilämmönvaihtimellä, jolla on patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa määritellyt tunnus-30 merkit.

. Tämän keksinnön toinen tarkoitus on aikaansaada laitteisto, joka pidentää vaippa- ja putkilämmönvaihtimen käyttöikää.

35 Edelleen tämän keksinnön toinen tarkoitus on aikaansaada vaippa- ja putkilämmönvaihdin, jolla on sama tai eri määrä 5 93774 putkia per putkipuolen läpimeno, mutta, joka myös sallii putkinipun jaksottaisen kiertämisen säilyttäen saman nestevirtausjakautuman putkien läpi kiertämisen jälkeen.

5 Esillä oleva keksintö on parannus tavallisesta vaippa- ja putkilämmönvaihtimesta tyyppiä, jolla on irrotettava put-kinippu. Parannus koostuu vääristä erotusurista, jotka on muodostettu vaihtimen putkilevyn pintaan, mikä sallii vaih-timen, jolla on moniputkiläpimenoja ja jolla on sama tai 10 eri määrä putkija läpimenoa kohden, putkinipun jaksottaisen kiertämisen.

Tämän keksinnön muut näkökohdat, tarkoitukset ja edut selviävät tästä selityksestä, liitteenä olevista patenttivaa-15 timuksista ja piirrustuksista, joissa kuvio 1 on pystyleikkauskuvio vaippa- ja putkilämmönvaihtimesta, josta osia on leikattu kuvataakseen esillä olevan keksinnön määrättyjä piirteitä.

kuvio 2 on isometrinen räjähdyskuvio kuvion 1 lämnönvaihti-20 mesta esittäen putkinippua, putkivaippaa ja etupään päätyä, jotka sisältävät esillä olevan keksinnön piirteitä, kuvio 3 on leikkauskuvio pitkin vivaa 3-3 kuviossa 1. kuvio 4 on leikkauskuvio pitkin viivaa 4-4 kuviossa 1 esittäen putkilevyn rakennetta ja muotoa, joka on esillä 25 olevan keksinnön piirre.

kuvio 5 on pystyleikkauskuvio vaippa- ja putkilämmönvaihtimesta, josta osuuksia on leikattu pois esittääkseen esillä olevan keksinnön määrättyjä piirteitä.

kuvio 6 on leikkauskuvio kuvion 5 viivaa 6-6 pitkin 30 esittäen putkilevyn rakennetta ja muotoa, joka on esillä olevan keksinnön piirre.

kuvio 7 on leikkauskuvio kuvion 5 viivaa 7-7 pitkin, joka esittää esillä olevan keksinnön vaippa- ja putkilämmönvaih-timen kelluvan päädyn sisäpuolta.

35 kuvio 8 on pystyleikkauskuvio tyypillisestä kuuden läpime-non vaippa- ja putkilämmönvaihtimen putkilevystä, joka 6 93774 aikaansaa olennaisesti tasaisen määrän putkia läpimenoa kohden.

Kuvio 1 esittää vaippa- ja putkilämmönvaihdinta 10, joka 5 koostuu vaipasta 12 ja putkinipusta 14. Putkinippu 14 koostuu monista U-muotoisista putkista 15, jotak ovat kiinnitetty putkilevyyn 16 millä tahansa yleisesti käytettävällä menetelmällä, jolla pyöritetään putkia porattuihin putkireikiin tai aukkoihin. Putkinipun 14 putket 15 ja 10 putkilevy 16 voidaan järjestää mihin tahansa yleiseen säännönmukaiseen kuvioon, kuten kolmio- tai neliömuotoon ja niitä voidaan valmistaa useista aineista, kuten esimerkiksi teräksestä, kuparista, monelista, amiraliteetin pronssista, 70-30 kupari-nikkelistä, alumiinipronssista, 15 alumiinistä ja ruostumattomista teräksistä. Edullinen suoritusmuoto on kuitenkin järjestää putket 15 neliönmuotoiseen kuvioon ja valmistaa putket moneliaineesta. Kuten esitetään kuviossa 1, putkinippu 14 on irrotettavaa, U-tuubi tyyppiä, jolla on yksi ainoa putkilevy 16, mutta 20 tämä keksintö ei ole rajoitettu U-tuubi tyypin konstruktioihin, vaan voi olla mitä tahansa konstruktiota, joka sallii putkinipun irrottamisen vaipasta, mukaanlukien nippuja, jossa on kelluvia päätyjä. Putkilevy 16 pidetään paikoillaan vaippalaipalla 18 ja kanavalaipalla 20, jotka 25 ovat sopivasti kiinnitetty yhteen useilla kierteisillä pulteilla (ei näytetä).

Vaippa 12 on varustettu suuttimilla 22 ja 24, jotka ovat sijoitettu kuvan mukaan indusoidakseen vaipan puolisen 30 nesteen virtausta yli ja pitkin putkinipun 14 putkien pituuden. Tämä yhden läpimenon, vaippapuolinen nestevirtaus on tämän keksinnön edullisen suoritusmuodon järjestelyn mukainen, ja yleensä se on tavallisin järjestely nestevir-tauksessa tyypillisesti suunnitelluissa vaippa- ja putki-35 läromönvaihtimissa. Muut vaipan puoliset virtaus järjestelyt ovat mahdollisia, kuten erotettu virtaus, kaksinkertainen 7 93774 erotettu virtaus, jaettu virtaus ja ristivirtaus, jotka vaativat joko lisäsuuttimia tai eri suutinjärjestelyjä tai molempia. Putkinippu 14 on varustettu segmentin tyyppisillä välilevyillä 26, jotka ovat sopivalla etäisyy-5 dellä toisistaan, jotka aikaansaavat turbulenttisen nestevirtauksen ja saavat vaipanpuolisen nesteen virtaamaan kohtisuoraan putkinipun 14 putkien 15 akseleita vastaan ja parantavat täten lämmönsiirtoa. Segmentteihin jaetut välilevyt 26 ovat valmistettu ympyrämäisten porattu-10 jen levyjen segmenteistä, jotka sallivat vaihtimen putkien sisääntyönnön. Segmentteihin jaettujen välilevyjen 26 halkaisija lähestyy vaipan 12 sisähalkaisijaa ja noin 25% jokaisesta välilevystä 26 on leikattu ulos ja siirretty pois poratusta levystä. Välilevyjen 26 ulosleikatut osuudet 15 kierretään vuorottelevasti 180° putkilevyn 12 pitkittäisen akselin ympäri, saadakseen aikaan ylös-ja-alas, sivulta-sivulle tai zig-zag tyyppisiä nestevirtauskuvioita putkinipun 14 yli. Vaikka tämän keksinnön edullinen suoritusmuoto käyttää 25% leikattuja segmentoituja välilevyjä, on 20 olemassa muita tyyppejä, joita voidaan käyttää kuten kiekko- ja rinkelivälilevyjä, tankovälilevyjä, reijällisiä välilevyjä, kaksoissegmentti välilevyjä ja kolmoissegmentti välilevyjä.

25 Paikallaan oleva etupään kupupääty tai etupään pääty 28, jossa on sisääntulosuutin 30, ulosmenosuutin 32, kaksi vaakasuorasti orientoitunutta läpimeno väliseinää 34 ja 36, ja yksi pystysuoraan orientoitunut läpimeno väliseinä 38, on varustettu kanavalaipalla 20 kokoonpantavaksi 30 vaippaan 12 pulteilla (ei näytetä), jotka kulkevat kanava-laipan 20 ja vastakkaisen vaippalaipan 18 läpi. Vaikka on pääasiassa suotavaa käyttää pultteja ja laippoja kiinni-tyseliminä, mitkä tahansa muut sopivat elimet kuten puristimet ja salpat voidaan käyttää, joilla yhdistetään 35 paikallaan oleva etupään kupupääty 28 ja vaippa 12 putkile-vyyn 16. Laipat 18 ja 20 puristuvat kiinni putkilevyyn 8 93774 16, joka on suunniteltu tämän keksinnön mukaisesti, suljettuun asentoon. Liitokset läpimenovälilevyjen ja välilevyurien, jotka sijaitsevat putkilevyssä, välillä aikaansaadaan työntämällä vaakasuoran läpimenovälilevyn 5 34 ulkoreuna vakasuoraan välilevyuraan 52, työntämällä vaakasuoran läpimenovälilevyn 36 ulkoreuna vakasuoraan välilevyuraan 50, työntämällä pystysuoran läpimenovälilevyn 38 ulkoreuna pystysuoraan välilevyuraan 54, kuten parhaiten näkyy kuviossa 2, 3 ja 4. Liitokset suljetaan tiivisteellä 10 (ei näytetä) ja voimalla, joka aikaansaadaan kierteisillä pulteilla, jotka yhdistävät kanavalaipan 20 ja vaippalaipan 18. Kupupääty 28 sovitetaan nostokorvalla 40. Vaippa 12 varustetaan tukijaloilla 42 ja 44, jolla se tuetaan ja kiinnitetään perustaan.

15

Kuvio 2 esittää putkilevyn 16 kokoonpanoa, jossa on rajareuna ja ryhmä, jossa on viisi välilevyuraa 46, 48, 50, 52 ja 54 muodostettu siihen ja esittää kupupäätyä 28, jossa on läpimenovälilevyt 34, 36 ja 38 sekä sisääntulosuu-20 tin 30 ja ulosmenosuutin 32. Vaakasuorat läpimenourat 46 ja 48 eivät ole aitoja uria siinä mielessä, että ne on muodostettu putkilevyn 16 pintaan ainoastaan, jotta putkinipun 14 kiertäminen 180° sen keski tai pitkittäisen akselin ympäri olisi mahdollista, mikä leikkaa putkilevyn 25 16 vertikaalisen keskiviivan säilyttäen kuitenkinn saman nestevirtausjakautuman putkien läpi.

Putkilevyn 16 keski tai pitkittäinen akseli on kuviteltu linja, joka kulkee kohtisuorasti putkilevyn 16 pintaa vastaan, joka kulkee aksiaalisesti tämän läpi ja on 30 yhdensuuntainen putkien 15 kanssa, jotka ovat kiinnitetty putkilevyyn 16 ja joka yhdistyy putkilevyn 16 pystysuoran keskiviivan. Putkilevyn 16 pystysuora keskiviiva määritellään kuviteltuna linjana, joka on yhdensuuntainen putkilevyn 16 pintojen kanssa, joka jakaa putkilevyn 16 pinnat 35 kahteen symmetriseen puolikkaaseen ja joka yhdistyy keski tai pitkittäisakseliin. Putkilevyn 16 pintaan on muodostet- 9 93774 tu pystysuora välilevyura 54, joka ulottuu pystysuorasti putkilevyn 16 pinnan yli yhdensuuntaisesti pystysuoran keskiviivan kanssa, jossa pystysuoran välilevyuran 54 molemmat päät leikkaavat putkilevyn 16 ulkoreunaa. Molemmat 5 vaakasuorat välilevyurat 50 ja 52 ja vaakasuorat tekoväli-levyurat 46 ja 48 ulottuvat normaalisti pystysuorasta keskiviivasta putkilevyn 16 ulkoreunaanm asti.

Välilevyt 34, 36 ja 38 ovat kiinnitetty kupupäädyn 28 10 sisään hitsaamalla tai valaamalla paikoilleen tai millä tahansa muulla sopivalla keinolla. Nämä välilevyt ohjaavat nestevirtausta putkien läpi määrätyllä tavalla, kuten esimerkiksi, kun muuttuva nesteen olotila sen vaatii nesteen kulkiessa lämmönvaihtimen putkien 15 läpi. Kuvio 15 2 esittää tämän keksinnön edullista suoritusmuotoa, jossa on kuuden läpimenon lämmönvaihdin, jossa on erimäärä putkia per läpimeno. Tämä keksintö voidaan kuitenkin myös soveltaa lämmönvaihtimiin, joilla on mikä tahansa tasainen määrä putkenpuolisia läpimeno ja, joissa on sama tai eri 20 määrä putkia läpimenoa kohden. Edelleen, tämä keksintö voidaan soveltaa lämmönvaihtimiin, jotka käyttävät kelluvien päätyjen tyyppisiä putkinippuja kuten alla selostetaan.

Kuvio 2 ja kuvioiden 3 ja 4 poikkileikkausnäkymät kuvaavat 25 nesteen virtausta lämmönvaihtimen putkien läpi, keksinnön laitteistoa ja sen toimintaa. Lämmönvaihtimen 10 käytön aikana, höyry, jota on tarkoitus kondensoida tulee vaihti-meen sisään sisääntulosuuttimesta 30 esimmäiseen kammioon 56 kupupäädyn 28 sisällä, johon höyry kerääntyy ja sen 30 jälkeen kulkee putken 15 siihen osaan, joka on putkilevyn 16 sisällä, joka muodostaa ensimmäisen putkiläpimenon. Koska putket ovat U-putken muotoisia, sisääntuleva höyry kulkee ensimmäisen putkiläpimenon putken 15 läpi ja palaa toisen putkiläpimenon kautta kupupäädyn 28 toiseen kammioon 35 58. Toisen kammion 58 sisällä, neste tekee silmukan ja tulee kolmanteen putkiläpimenoon, jossa neste kulkee 10 93774 aksiaalisesti kolmannen putkiläpimenon putkien 15 yli ja palaa takaisin, josta se menee sisään kupupäädyn 28 kolmanteen kammioon 60 neljännen putkiläpimenon kautta. Kolmannen kammion 60 sisällä, neste tekee toisen silmukan 5 ja tulee viidenteen putkiläpimenoon, jossa neste kulkee aksiaalisesti putkien 15 yli ja palaa takaisin kuudennen putkiläpimenon kautta, josta se menee sisään kupupäädyn 28 neljänteen kammioon 62. Neljännestä kammiosta 62, kondensoitunut neste poistuu kammiosta ulosmenosuuttimen 10 32 kautta. Kun höyry kulkeutuu vaihtimen 10 ja putkinipun 14 putkien 15 läpi se läpikäy kondensaatioprosessin, jossa missä tahansa kohdassa nesteen virtauskulun aikanan esiintyy jonkun verran neste- ja höyrysekoitusta. Johtuen tästä kondensaatioprosessista, nesteen tilavuuksillinen 15 virtausnopeus muuttuu kun se kulkeutuu lämmönvaihtimen läpi, mikä vähentää nesteen virtausnopeutta. Käyttämällä epäsymmetristä ja eri määrää putkia putkiläpimenoa kohden, voidaan säätää ja optimoida putkipuolen nesteen virtausnopeudet .

20

Molemmat nk. vaakasuorat teko-läpimenourat 46 ja 48, jotka sijaitsevat putkilevyssä 16, mahdollistavat sen, että put-kinippua 14 kierretään jaksottaisesti 180° oman keskiakse-linsa ympäri niin kuin aikaisemmin todettiin. Käytettäessä 25 tätä keksintöä, sopivan käyttöajan jälkeen putkinippu 14 poistetaan vaipasta 12 ja kierretään 180° oman keskiakselin ympäri ja asetetaan takaisin paikalleen uuteen käännettyyn asentoon. Kn putkinippua kierretään 180° keskiakselinsa ympäri, vaakasuora teko-välilevyura 46 joutuu paikkaan, 30 jossa aikaisemmin oli vaakasuora välilevyura 50 ja välile-vyura 48 joutuu paikkaan, jossa aikaisemmin oli vaakasuora välilevyura 52. Täten kiertämisen jälkeen, vaakasuorat välilevyurat 50 ja 52 muuttuvat vaakasuoriksi teko-välile-vyuriksi ja vaakasuorat teko-välilevyurat 46 ja 48 muuttu-35 vat niiksi uriksi, joita tarvitaan muodostamaan liitoksen ja tiivistyksen välilevyjen 34 ja 36 kanssa. Läpimeno 11 93774 välilevyura 54 muodostaa yhdistysliitoksen välilevyn 38 päädyn kanssa sekä putkinipun 14 alkuperäisessä että kierretyssä asennossa.

5 Kuviossa 5 on kuvattuna keksinnön eräs suoritusmuoto, jossa on kuvattu takapään päätyosa kelluvan päädyn tyyppisestä lämmönvaihtimesta 100, verrattuna U-putkityypin lämmönvaihtimeen 10 kuvassa 1, johon aikaisemmin viitattiin. Kaikki elementit lämmönvaihtimessa 10, joita on merkitty kuvaan 10 1, ovat olennaisesti samanlaisia lämmönvaihtimen 100 vastaavien kanssa, mutta useilla poikkeuksilla. Vaippa 12 on varustettu peräpäästään vaippalaipalla 102. Putkinippu on kelluva päätytyyppinen, jossa on kelluva pääty kokoonpano 104. On olemassa vaippakuori 106, joka on varustettu 15 vaippakuorilaipalla 108, joka yhdistetään vaippaan 12 pulteilla (ei näytetä), jotka menevät läpi vaippakuorilai-pan 108 ja vastakkaisen vaippalaipan 102.

Kelluva päätykokoonpano 104 koostuu kelluvasta päätykuores-20 ta 110, jolla on kelluva päätylaippa 112 ja kaksi vaakasuoraa välilevyä 114 ja 116. Edelleen kelluvassa päätyko-koonpanossa 104 on kelluva päätytukielin 118. Kelluva päätytukielin 118 käytetään yhdessä kelluvan päätylaipan 112 kanssa, jotta ne kytkisivät ja kiinnittäisivät paikal-25 leen putkivaippaa 120 vasten kelluvaa päätykuorta 110 ja tuodakseen vaakasuorat välilevyt 114 ja 116 kontaktiin putkivaipan 120 kanssa. Kelluva päätykuori 110 toimii takaisinpaluusuojana putkipuolen nesteelle. Vaikka yleensä on suotavaa käyttää kiinnityselimenä tukirengasta, kuten 30 kelluva päätytukielin 118 pulteilla kiinnittääkseen putkivaipan 120 ja kelluvan päätykuoren 110 paikoilleen, on mahdollista käyttää mitä tahansa muuta sopivaa keinoa. Esimerkiksi, kelluva päätykuori 110 voidaan pultata suoraan putkivaippaan 120 ilman tukirenkaan avustusta.

Kuvio 6 on on leikkaus pitkin kuvion 5 linjaa 6-6, esittäen 35 12 93774 putkilevyn 120 yhtä pintaa. Putket 15 ovat kiinnitetty putki levyyn 120 olennaisesti samalla tekniikalla, jota käytettiin kiinnittämään putket putkilevyyn 16, joka esitetään kuvissa 1, 2 ja 4. Muodostettuna putkilevyyn 5 120 on neljä vakasuoraa välilevyuraa 122, 124, 126 ja 128, jotka ulottuvat vaakasuorasti yli putkilevyn 120 pinnan, yhdensuuntaisesti vaakasuoran keskiviivan kanssa, jossa jokaisen vaakasuoran välilevyn molemmat päät leikkaa-vat putkilevyn 120 ulkoreunaa. Putkilevyllä 120 on kuvitel-10 tu pystysuora keskiviiva, kuviteltu vaakasuora keskiviiva ja keski- tai pitkittäisakseli. Nämä kuvitellut keskiviivat määritellään viivoina, jotka ovat yhdensuuntaisia putkilevyn 120 pinnan kanssa ja jotka jakavat putkilevyn 120 pinnat symmetrisiin puolikkaisiin. Kuviteltu vaakasuora 15 keskiviiva jakaa putkilevyn 120 vaakasuorassa suunnassa ja kuviteltu pystysuora keskiviiva jakaa putkilevyn 120 pystysuorassa suunnassa. Näiden kahden linjojen yhtymäkohta on myös keskiakselin yhtymäkohta, joka on kuviteltu viiva, joka on kohtisuorassa vastaan ja joka kulkee 20 putkilevyn 120 pinnan läpi. Keskiakseli kulkee yhdensuuntaisesti putkien 15 kanssa, jotka ovat kiinnitetty sekä putkilevyyn 120 että putkilevyyn 16. Putkilevyn 120 keskiakseli on olennaisesti sama kuin putkilevyn 16 keskiakseli.

25

Putkilevyn 120 neljästä välilevyurasta, vaakasuorat välilevyurat 122 ja 124 muodostetaan putkilevyssä 120 paikkaan, joka on yhdensuuntainen kuviteltuun vaakasuoraan keskiviivaan siten, että kun kelluva päätykuori 110 30 kiinnitetään paikoilleen kelluvan päätyelimen 118 avulla ja jossa putkilevy 120 on niiden välissä, voidaan muodostaa liitoksia vaakasuorien välilevyjen ulkoreunojen kanssa ja vaakasuorat välilevyurat voidaan muodostaa työntämällä vaakasuorien välilevyjen 114 ja 116 ulkoreunat sisään 35 välilevyuriin 124 ja 122, vastaavasti. Liitokset voidaan yleensä sulkea tiivisteellä (ei näytetä) ja voimalla, 13 93774 joka syntyy kierteisten pulttien (ei näytetä) avulla, jotka pultit kulkevat kelluvan päätylaipan 112 ja kelluvan päätytukielimen 118 läpi. Tämä kokoonpano muodostaa kolme nesteen takaisintulokammiota 130, 132 ja 134. Jäljelle 5 jäävät vaakasuorat välilevyurat ovat teko-välilevyuria, koska ne ovat muodostettu putkilevyn 120 pintaan ainoastaan salliakseen putkinipun 14 kiertämisen 180° sen keskiakselin ympäri, kuten aiemmin määriteltiin, säilyttäen samalla saman nestevirtausjakautuman läpi putkien.

10

Kuvio 7 on leikkauskuvio pitkin viivaa 7-7 kuviossa 5, esittäen pystyleikkausnäkymän kelluvan päätykuoren 110 sisältä. Vaakasuorat välilevyt 114 ja 116 ovat kiinnitetty kupupäädyn 110 sisään hitsaamalla tai valaamalla paikoil-15 leen tai millä tahansa muulla sopivalla keinolla. Nämä välilevyt ohjaavat nestevirtausta putkien läpi määrätyllä tavalla, minkä määrää etupään parallaan oleva päätymuoto. Vaakasuorat välilevyt 114 ja 116 ovat asetettu siten, että ne ovat vaakasuorasti kohdistettu vaakasuorien 20 läpimeno välilevyjen 34 ja 36 kanssa, joita näytetään kuvioissa 1, 2 ja 3. Kuten esitetään kuvioissa 5, 6 ja 7, edullinen suoritusmuoto edellyttää vaihdinta, jossa on kuusi läpimenoa, jossa on eri määrä putkia läpimenoa kohden. Tämä keksintö voidaan kuitenkin laajentaa käsittämään 25 myös lämmönvaihtimia, joilla on mikä tahansa tasainen määrä putkipuolen läpimeno ja, joilla on sama tai eri määrä putkia läpimenoa kohden.

Lämmönvaihtimen 100 käytön aikana, putkipuolen neste virtaa 30 etupään päädyn 28 ensimmäisestä kammiosta 56, kuten kuvista 1, 2 ja 3 näkyy, läpi yhdistävien putkien sisään kammioon 130. Kammion 130 sisällä nesteen virtaussuunta käännetään vastakkaiseksi siten, että neste palaa putkiin ja syötetään neste putkia pitkin etupään päädyn 28 toiseen kammioon 58. 35 Toisessa kammiossa 58 nesteen virtaussuunta muuttuu ja menee sisään putkiin, jolloin neste virtaa kammioon 132, 14 93774 josta neste palautetaan putkiin, josta se virtaa putkien avulla kolmanteen kammioon 60. Kolmannessa kammiossa 60, neste tekee toisen suunnanmuutoksen ja virtaa putkiin, jolloin neste virtaa eteenpäin kammioon 134, jossa neste 5 taas palautetaan putkiin tehdäkseen viimeisen läpimenon neljänteen kammioon 62. Neljännestä kammiosta 62 kondensoitunut neste poistuu kammiosta ulosmenosuuttimen 32 kautta.

Kuten aikaisemmin selostettiin ja kuvattiin kuviossa 5, 10 putkilevyssä 120 on kaksi nk. vaakasuoraa teko-välilevyuraa 126 ja 128. Nämä urat mahdollistavat jaksottaisen put-kinipun kiertämisen 180e oman keskiakselinsa ympäri, kuten aikaisemmin määritettiin. Käytettäessä tätä keksintöä, sopivan käyttöajan kuluttua, putkinippu 14 siirretään 15 pois vaipasta 12 ennen nipun kiertämistä. Tämä poissiirtä-minen aikaansaadaan poistamalla ensin vaippakuori 106, jonka jälkeen seuraa kelluvan päädun kuori 110, jotta putkinippu 14 putkivaippansa 120 kanssa voisi liukua vaipan 12 sisäpuolen läpi, kun putkinippua vedetään 20 ulospäin lämpövaihtimen 100 etupäästä. Tapauksessa, jossa tämän keksinnön suoritusmuoto koostuu läpivedettävän tyyppisestä kelluvapääty lämmönvaihtimesta, jossa kelluva päätykuori 110 on kiinnitetty suoraan putkilevyyn 120, ilman samantyyppisen tukielimen käyttöä kun kelluvan päädyn 25 tukielin 118, putkinippu voidaan vetää ulos vaipasta 12 siirtämättä pois vaippakuorta 106 tai kelluvaa päätykuorta 110.

Esimerkki 30 Taulukko I esitetään näyttääkseen niitä etuja, joita voidaan saavuttaa käyttämällä esillä olevaa keksintöä. Taulukossa I on esitetty laskettuja lämmönvaihdinarvoja määrätylle virtausnopeudelle putkipuolen sisällä tyypillisessä läämmönvaihtimessa, jossa on kuusi läpimenoa, jonka 35 putkivaippa on esitetty kuviossa 8 (esitetty "ennen" sarakkeessa) ja lämmönvaihtimelle, jolla on eri määrä n 15 93774 putkia läpimenoa kohden kuten on esitetty kuvissa 1, 2 ja 4 (esitetty "jälkeen" sarakkeessa), jossa molempia tyyppejä käytetään höyryn lauhdittimina. Lasketut arvot, joita esitetään taulukossa I liittyvät BEU-tyyppiseen vaihtimeen 5 (t.s. kupupääty, yksi läpimeno vaippa, U-tyypin nippu lämmönvaihdin), jolla on 58 U-putkea, jossa jokainen putki koostuu kahdesta olennaisesti suorasta putkesta, jolla on säde osuus, joka yhdistää jokaisen putken. Putket ovat yhden tuuman O.D. x 12 BWG (Birmingham Wire Gauge) 10 U-putkia, jotka ovat sijoitettu 1 1/4 tuuman neliömuotoiseen kuvioon, jossa "ennen" vaihtimella on 20 putkenpituut-ta ensimmäisessä ja toisessa läpimenossa, 18 putkenpituutta kolmannessa ja neljännessä läpimenossa ja 20 putkenpituutta viidennessä ja kuudennessa läpimenossa. "Jälkeeen” vaihti-15 mella on 38 putkenpituutta kukin läpimenoissa yksi ja kaksi, 12 putkenpituutta kukin läpimenoissa kolme ja neljä ja 8 putkenpituutta kukin läpimenoissa viisi ja kuusi. Kuten nähdään taulukosta I, sisääntulevan höyryn virtausnopeus on huomattavasti suurempi kuin ulosmenevän 20 kondensoituneen nesteen. Järjestämällä nesteen virtaus vaihtimen putkien sisällä toisella tavalla, voidaan aikaansaada toivottavampi nopeusjakautuma putkien sisällä. Höyryn nopeus lasketaan ja nesteen nopeus nostetaan, mikä vähentää korkean höyrynopeuden aiheuttamaa eroosiota ja 25 vähentää likaantumista johtuen alhaisesta nesteen virtausnopeudesta. Edelleen, yhteenlaskettu lämmönjohtokerroin paranee johtuen parannetusta nopeusjakautumasta. Koska on olemassa mahdollisuus kiertää putkinippua esillä olevan keksinnön mukaisesti sopivin aikavälein, lämmönvaihtimen 30 putkien käyttöikä pitenee, mikä johtaa lämmönvaihtimen vähennettyihin pääoma ja käyttökustannuksiin.

16 Ο 1ΊΊ Λ s ο / / H·

Taulukko I (Laskettu)

Tyypillisiä laskettuja arvoja tyypilliselle tavanomaiselle symmetriselle kuuden läpimenon lämmönvaihtimelle ja epäsym-5 metriselle kuuden läpimenon lämmönvaihtimelle, jossa putki- levyssä on keinotekoinen tai teko-läpimenovälilevyura esillä olevan keksinnön mukaisesti.

Ennen Jälkeen 10 Keks innöl1inen Keksinnöllinen piirre piirre Höyry sisään (lb/h)

Tilavuusvirta sisään 15 (ft3/sek) Höyryn nopeus sisään (ft/sek)

Neste ulos (lb/h) 20 Tilavuusvirta ulos (ft3/sek)

Nesteen nopeus sisään (ft/sek) 25 Arvioitu kokonais- lämmönsiirtokerroin (BTU/h/ft/°F)

Putken käyttöiän 30 pidennys kiertämällä nippua (vuosia) 2-3 4-6

Vaikka keksintöä on selostettu yksityiskohtaisesti kuvatakseen sitä, keksintöä ei pidä rajoittaa tähän kuvaukseen, 35 vaan sen tarkoitus on kattaa kaikki muutokset ja modifikaa tiot, jotka sisältyvät sen henkeen ja tarkoitukseen.

tl

Claims (4)

93774

1. Vaippa- ja putkilämmönvaihdin (10), jolla siirretään lämpöenergiaa yhdestä nesteestä toiseen nesteeseen, joka lämmönvaihdin koostuu vaipasta (12); irrotettavasta put-5 kinipusta (14), jota käytetään vaippa- ja putkilämmönvaih-timessa (10) ja joka käsittää ensimmäisen putkilevyn (16), jossa on ensimmäinen pinta, toinen pinta ja kehäreuna sekä pystysuora keskiviiva; pystysuorasta välilevyurasta (54) , joka on muodostettu ensimmäiseen pintaan mainittua pysty-10 suoraa keskiviivaa pitkin ja leikkaa kehäreunaa pystysuoran välilevyuran (54) molemmissa päissä, pystysuoran välilevy-uran jakaessa ensimmäisen pinnan ensimmäiseen ja toiseen symmetriseen puolikkaaseen; vaakasuorasta välilevyurasta (50) , joka on muodostettu ensimmäisen pinnan ensimmäiseen 15 symmetriseen puolikkaaseen ja asetettu kohtisuoraan mainittua pystysuoraa keskiviivaa vastaan ja ulottuen pystysuorasta välilevyurasta (54) kehäreunaan, jota se leikkaa; useista aukoista, jotka on muodostettu ensimmäiseen putki -levyyn (16) symmetrisessä kuviossa, jossa jokainen aukko on 20 yhteydessä ensimmäisen pinnan ja toisen pinnan kanssa; ja useista putkista (15), jotka on yhdistetty nestevirtauksel-la vastaavasti useisiin aukkoihin ja jotka ulottuvat pois ensimmäisestä pinnasta; ensimmäisestä päädystä (28), jossa on seinämä, jossa on sisäpinta ja ulkopinta ja sisääntu-25 losuutin (30), joka suutin on yhteydessä mainitun sisäpinnan ja ulkopinnan kanssa vastaanottaakseen nesteen; pystysuorasta välilevystä (38), joka on kiinnitetty ensimmäisen päädyn (28) ensimmäiseen sisäpintaan nesteen ohjaamiseksi irrotettavan nipun (14) useiden putkien (15) läpi; 30 vaakasuorasta välilevystä (36) , joka on kiinnitetty sekä ensimmäisen päädyn (28) sisäpintaan että pystysuoraan vä-lilevyyn (38) nesteen ohjaamiseksi irrotettavan nipun (14) useiden putkien (15) läpi; ja seinämässä olevasta ulosmeno-suuttimesta (32), joka on yhteydessä ensimmäisen päädyn 35 (28) sisäpinnan ja ulkopinnan kanssa sekä nesteyhteydessä sisääntulosuuttimeen (30) mainittujen useiden putkien (15) kautta; ja ensimmäisestä kiinnityselimestä, jolla ensimmäinen pääty (28) kiinnitetään vaippaan (12) ja jolla pysty- 93774 suora välilevy kiinnitetään ensimmäisen pinnan pystysuoran välilevyuran (54) kohdalle ja jolla vaakasuora välilevy (36) kiinnitetään ensimmäisen pinnan ensimmäisen symmetrisen puolikkaan vaakasuoran välilevyuran (50) kohdalle, tun-5 nettu siitä, että vaakasuora tekovälilevyura (46), joka on muodostettu ensimmäisen pinnan toiseen puolikkaaseen kohtisuorasta pystysuoraa keskiviivaa vastaan ja joka ulottuu pystysuorasta välilevyurasta (54) kehäreunaan, jonka se leikkaa, jolloin vaakasuora tekovälilevyura (46) on sovi-10 tettu ensimmäisen pinnan toiseen puolikkaaseen siten, että kun ensimmäistä putkilevyä (16) kierretään 180° keskiakse-lin ympäri, joka on kohtisuorassa ensimmäistä pintaa vastaan ja joka leikkaa pystysuoraa keskiviivaa, vaakasuora tekovälilevyura (46) sijaitsee samassa kohdassa kuin mai-15 nittu vaakasuora välilevyura (50) ennen kuin ensimmäistä putkilevyä (16) on kierretty keskiakselin ympäri 180°.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vaippa- ja putkilämmön-vaihdin (10), tunnettu siitä, että vaakasuoralla välilevy- 20 uralla (50, 52) ja vaakasuoralla tekovälilevyuralla (48, 46. ei ole yhteistä akselia.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vaippa- ja putkilämmön-vaihdin (10) , tunnettu siitä, että irrotettava putkinippu 25 (14) käsittää toisen putkilevyn (120), jossa on ensimmäinen - pinta, toinen pinta, kehäreuna, pystysuora keskiviiva, joka on yhdensuuntainen ensimmäisen putkilevyn (16) pystysuoran keskiviivan kanssa; vaakasuora keskiviiva, joka jakaa toisen putkilevyn (120) ensimmäiseen symmetriseen puo-30 likkaaseen ja toiseen symmetriseen puolikkaaseen; toisen vaakasuoran välilevyuran (122), joka on muodostettu toisen : putkilevyn (120) ensimmäisen pinnan ensimmäiseen symmetri seen puolikkaaseen yhdensuuntaiseksi ensimmäisen putkilevyn (16) vaakasuoran välilevyuran (124) kanssa ja ulottuen ko-35 konaan toisen putkilevyn (120) ensimmäisen pinnan poikki ja leikaten toisen putkilevyn kehäreunan kahdesta kohdasta; toisen vaakasuoran tekovälilevyuran (128), joka on muodostettu toisen putkilevyn (120) ensimmäisen pinnan toiseen 93774 symmetriseen puolikkaaseen yhdensuuntaiseksi toisen putki-levyn (120) ensimmäisen pinnan ensimmäisen symmetrisen puolikkaan vaakasuoran välilevyuran (124) kanssa ja ulottuen kokonaan toisen putkilevyn (120) ensimmäisen pinnan yli ja 5 leikaten toisen putkilevyn (120) kehäreunan kahdesta kohdasta, jolloin toinen vaakasuora tekovälilevyura (128) on sovitettu toisen putkilevyn (120) ensimmäisen pinnan toiseen symmetriseen puolikkaaseen siten, että kun toista put-kilevyä (120) kierretään 180° keskiakselin ympäri, joka on 10 kohtisuorassa ensimmäistä pintaa vastaan ja joka leikkaa mainittua pystysuoraa keskiviivaa, toinen vaakasuora tekovälilevyura (128) sijaitsee samassa kohdassa kuin toisen putkilevyn (120) toinen vaakasuora välilevyura (122) ennen kuin toista putkilevyä (120) kierretään keskiakselin ympäri 15 180°; ja useita aukkoja, jotka on muodostettu toiseen put- kilevyyn (120) symmetrisenä kuviona, jossa jokainen aukko on yhteydessä ensimmäiseen pintaan ja toiseen pintaan; ja että mainitut useat putket (15) ovat nesteyhteydessä mainitun toisen putkilevyn (120) vastaaviin useisiin aukkoihin 20 ja ulottuvat pois toisen putkilevyn (120) toisesta pinnasta.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen vaippa- ja putkilämmön-vaihdin (10), tunnettu siitä, että se käsittää toisen pää-25 dyn (104) , jossa on seinämä, jolla on sisäpinta, joka pääty käsittää toisen vaakasuoran välilevyn (116), joka on kiinnitetty toisen päädyn (104) sisäpintaan nesteen ohjaamiseksi irrotettavan putkinipun (14) useiden putkien (15) läpi; ja toisen kiinnityselimen, jolla toinen pääty (104) yhdis-30 tetään toiseen putkilevyyn (120) ja toisen päädyn (104) toisen vaakasuoran välilevyn (116) kiinnittämiseksi siten, että se on toisen putkilevyn (120) toisen vaakasuoran välilevyuran (122) kohdalla. 20 ^3774