NL1019777C1 - Buisvormig warmtewisselaar-element en werkwijze voor het vormen daarvan. - Google Patents

Description

BUISVORMIG WARMTEWISSELAAR-ELEMENT EN WERKWIJZE VOOR HET VORMEN DAARVAN

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar-element, bestaande uit een buis en tenminste één althans ten dele rond de buis aangebrachte vin. Een dergelijke warmtewisselaar-element is algemeen 5 bekend.

Bij het bekende warmtewisselaar-element is een doorlopende vin spiraalvormig om de buis gewikkeld. Het vlak van de vin staat daarbij op elk punt nagenoeg loodrecht op het oppervlak van de buis. De vin is daarbij 10 verder door middel van klemmen, solderen of lassen warmtegeleidend verbonden met de buis.

Hoewel het bekende warmtewisselaar-element een goede warmte-overdracht en een behoorlijk rendement vertoont, heeft deze toch enkele nadelen.

15 Zo is de loodrechte stand van de vinnen ten opzichte van de buis in feite uitsluitend gunstig wanneer het warmtewisselaar-element loodrecht wordt aangestroomd door een te verwarmen of te koelen medium. In de praktijk komen echter zeer veel andere opstellingen van 20 warmtewisselaar-elementen voor, waarbij de stroming rond de wisselaar-elementen door de loodrechte vinnen wordt afgebogen, hetgeen gepaard gaat met het ontstaan van turbulentie, en dus extra weerstand oplevert. Daarnaast is voor het vervaardigen van een warmtewisselaar-element 25 met een spiraalvormig daaromheen gewikkelde vin zeer gespecialiseerde en kostbare apparatuur nodig, die in de praktijk slechts bij enkele grote bedrijven voorhanden is. Hierdoor zijn de productiekosten van warmtewisselaar-elementen relatief hoog, terwijl de door de 30 afhankelijkheid van slechts enkele aanbieders de beschikbaarheid van dergelijke elementen beperkt kan worden.

De uitvinding heeft nu tot doel een warmtewisselaar-element te verschaffen van de hiervoor 35 beschreven soort, waarbij deze nadelen zich niet 1; 7 7 l 2 voordoen. Volgens de uitvinding wordt dit bij een dergelijke warmtewisselaar bereikt, doordat de tenminste ene vin in hoofdzaak vlak is. Door de vlakke vorm van de vin(nen) kan/kunnen deze relatief eenvoudig gevormd en 5 met de buis verbonden worden.

Bij voorkeur sluit de tenminste ene vin met de langsrichting van de buizen niet-loodrechte hoek in. Door de niet-loodrechte hoek tussen de vin(nen) en de buis kan het warmtewisselaar-element aangepast worden aan 10 verschillende aanstroomrichtingen van de warmtewisselaar waarin het element gebruikt wordt.

De uitvinding betreft ook een warmtewisselaar die is voorzien van een aantal in de ruimte opgenomen, in hoofdzaak evenwijdige warmtewisselaar-elementen als 15 hiervoor beschreven.

Tenslotte betreft de uitvinding een werkwijze voor het vormen van een warmtewisselaar-element dat bestaat uit een buis en althans ten dele rond de buis aangebrachte vin. De werkwijze volgens de uitvinding 20 wordt gekenmerkt door het vormen van de tenminste ene vin, het daarin vormen van een opening waarvan de afmetingen ten minste gelijk zijn aan die van de buis, het om de buis schuiven van de tenminste ene vin tot een gewenste bevestigingslocatie daarvan, en het op die 25 locatie aan de buis bevestigen van de vin. Zo kan/kunnen de vin(nen) eenvoudig rond de buis geschoven en bevestigd worden, waardoor een eenvoudige en weinig kostbare productiewijze wordt verkregen.

Volgens een bij voorkeur toegepaste variant van 30 de werkwijze zijn de afmetingen van de opening in de ten minste ene vin in althans één richting groter dan die van de buis, en wordt de vin tijdens het schuiven in hoofdzaak loodrecht op de buis gehouden en op de bevestigingslocatie zodanig gekanteld, dat althans een 35 deel van de rand van de opening contact maakt met de buis. Op deze wijze kan eenvoudig een niet-loodrechte stand van de vin(nen) worden bereikt. Daarbij kan de buis in hoofdzaak rond of ovaal en de opening in de tenminste 1 0 ί 1i V· 3 ene vin in hoofdzaak ovaal zijn. De tenminste ene vin kan dan door solderen of lassen aan de buis bevestigd worden.

Voor het verkrijgen van een relatief groot warmtewisselend oppervlak wordt bij voorkeur een aantal 5 vinnen met regelmatige tussenruimte op de buis aangebracht. Om de tussenruimte constant te houden en de evenwijdige stand van de vinnen te waarborgen, kunnen deze voor het om de buis schuiven daarvan met elkaar verbonden worden, en gelijktijdig worden gekanteld.

10 De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van een voorbeeld, waarbij wordt verwezen naar de bij gevoegde tekening waarin:

Fig. 1 een schematisch perspectivisch aanzicht is van een warmtewisselaar waarin warmtewisselaar-15 elementen volgens de uitvinding toegepast kunnen worden, Fig. 2 een schematisch zijaanzicht is van een warmtewisselaar-element volgens de stand van de techniek, met een doorlopende, spiraalvormig gewikkelde vin,

Fig. 3 een met fig. 2 overeenkomend aanzicht is 20 van een warmtewisselaar-element volgens de uitvinding, met een aantal evenwijdige vlakke vinnen,

Fig. 4 een langsdoorsnede is door een warmtewisselaar-element volgens de uitvinding tijdens het daar omheen schuiven van een aantal vinnen, 25 Fig. 5 een met fig. 4 overeenkomende doorsnede is waarin het warmtewisselaar-element getoond wordt na het kantelen van de vinnen,

Fig. 5A een detailaanzicht toont van een variant van het warmtewisselaar-element van fig. 5, 30 Fig. 6 een doorsnede is langs de lijn VI-VI in fig. 4, en

Fig. 7 een doorsnede is langs de lijn VII-VII

in fig. 5.

Een warmtewisselaarinstallatie 1 (fig. 1), in 35 dit geval voor het afkoelen en doen condenseren van stoom die vrij komt tijdens het opwekken van elektriciteit met behulp van een stoomturbine, omvat een aanvoerleiding 2 voor uit de turbine afkomstige stoom S, die uitmondt in 4 een tweetal bovenste verdeelstukken 3. Elk verdeelstuk 3 is in het getoonde voorbeeld verbonden met vier (schematisch weergegeven) warmtewisselaars 4, die paarsgewijs in een omgekeerde V-vorm zijn opgesteld. Elke 5 warmtewisselaar 4 mondt aan de onderzijde uit in een verdeelstuk 5, dat tevens als opvanggoot voor condensaat C fungeert. Vanuit het onderste verdeelstuk 5 strekken zich nog twee warmtewisselaars 4 omhoog uit, die aan de bovenzijde uitmonden in een afvoerleiding 15 voor niet-10 condenseerbare bestanddelen NC van de stoom

Onder de omgekeerd V-vormig opgestelde warmtewisselaars 4 is een ventilator 6 geplaatst, waardoor koellucht A omhoog en door de warmtewisselaars 4 geblazen wordt. Doordat deze koellucht door de 15 warmtewisselaars 4 geblazen wordt, die een relatief groot omstroomd oppervlak vertonen in verhouding met hun doorstroomoppervlak, wordt een intensieve koeling van de stoom bereikt, waardoor deze in hoofdzaak zal condenseren. Het condensaat C wordt daarbij zoals gezegd 20 opgevangen in een opvanggoot 5 en afgevoerd naar een verzameltank 7.

Elke warmtewisselaar 4 bestaat uit een groot aantal evenwijdige warmtewisselaar-elementen 8, die elk bestaan uit een buis 9, ter verhoging van het 25 warmtewisselend oppervlak voorzien van een of meer koelvinnen 10.

Zou in de getoonde opstelling gekozen worden voor een conventioneel warmtewisselaar-element 108, met een enkele, spiraalvormig rond de buis 109 gewikkelde vin 30 110 (fig. 2), dan zou als gevolg van het feit dat deze vin op elk punt nagenoeg loodrecht op het vlak van de buis staat, de luchtstroom ter plaatse van de buis sterk van richting worden veranderd. Hierdoor ontstaat turbulentie, en wordt de weerstand van de warmtewisselaar 35 4 aanzienlijk verhoogd.

Om dit te voorkomen wordt volgens een aspect van de uitvinding voorgesteld de vinnen 10 onder een niet-loodrechte hoek ten opzichte van de buis 9 te 1019? 7 ’ 5 plaatsen, dus de hoek a tussen de vinnen 10 en de buis 9 aan te passen aan de oriëntatie van de buis 9 ten opzichte van de luchtstroom A (fig. 3). Een dergelijke opstelling is met een spiraalvormig gewikkelde enkele vin 5 nagenoeg niet te realiseren. Derhalve stelt de uitvinding ook voor om in plaats van een doorgaande, spiraalvormig gewikkelde vin 110 uit te gaan van een serie vlakke vinnen 10, die elk afzonderlijk aan de buis 9 bevestigd worden.

10 Een zeer eenvoudig op te bouwen wisselaar- element 8 wordt verkregen, wanneer voor de vinnen 10 wordt uitgegaan van vlakke platen 11, die in de gewenste vorm gesneden of gestanst worden. In elke vlakke plaat 11 wordt vervolgens een opening 12 gevormd, waarvan de 15 afmetingen in het getoonde voorbeeld althans één richting groter zijn dan die van de buis 9 waar de vin 10 omheen geschoven dient te worden. In het getoonde voorbeeld is uitgegaan van een ronde buis 9, en is de opening 12 ovaal of elliptisch uitgevoerd, waarbij de korte as x van de 20 ellips nagenoeg gelijk is aan de diameter D van de buis 9, en de lange as γ groter is. Elke vin 10 kan nu loodrecht op de buis 9 gericht daarlangs geschoven worden tot een gewenste locatie (fig. 4), en vervolgens worden gekanteld tot de einden van de lange as γ van de 25 ellipsvormige opening 12 contact maken met de buis 9 (fig. 5) . In deze stand kan vervolgens de vin 10 aan de buis 9 bevestigd worden door middel van lassen of solderen. De stand van de vin 10 ten opzichte van de langsrichting van de buis 9 wordt in dit geval dus 30 bepaald door de verhouding tussen de lengte van de lange as y van de ellipsvormige opening 12 in de vin 10 en de diameter D van de buis 9.

In plaats van rond zou de buis 9 ook een ovalen doorsnedevorm kunnen vertonen, waarbij dan de opening 12 35 in de vin 10 een nog grotere ovaliteit zou moeten vertonen.

Teneinde de verschillende vinnen 10 met de juiste tussenruimte s op de buis 9 te kunnen 6 positioneren, en een onderling evenwijdige stand daarvan te waarborgen, kunnen de vinnen 10 voordat zij op de buis 9 geschoven worden met elkaar verbonden worden, bijvoorbeeld door een draad of stang 13 waar de vinnen 10 5 met de gewenste tussenruimte s aan bevestigd worden. Eventueel kunnen de vinnen 10 op twee tegenover gelegen plaatsen 14 met elkaar verbonden worden, waardoor voor het kantelen van de vinnen 10 de verbindingsdraden of -stangen 13 in tegengestelde richting bewogen kunnen 10 worden (fig. 5).

Tussen aangrenzende vinnen 10 zouden ook afstandhouders 16 aangebracht kunnen worden, die bijvoorbeeld uit een vlakke plaat gestanst en in vorm gebogen of gezet kunnen zijn (fig. 5A) .

15 Overigens is het, wanneer de warmtewisselaar- elementen 8 toegepast moeten worden in een zuivere dwarsstroom- of kruisstroom-wisselaar, waarbij de elementen 8 loodrecht worden aangestroomd, ook mogelijk de opening 12 in elke vin 10 eenzelfde doorsnedevorm te 20 geven als de buis 9, en de vinnen 10 dus loodrecht op de buis 9 aan te brengen, met behoud van het voordeel van een in vergelijking met de spiraalvormige wikkeling vereenvoudigde productie.

Hoewel de uitvinding hiervoor is toegelicht aan 25 de hand van een voorbeeld, is deze daartoe niet beperkt, maar kan binnen de omvang van de bij gevoegde conclusies op verschillende wijzen worden gevarieerd. Zo kunnen buizen met andere doorsnedevorm worden toegepast, waardoor ook de vorm van de openingen in de vinnen anders 30 wordt, terwijl daarnaast de vorm van de opening in de vinnen ook niet op elk punt nauwkeurig hoeft aan te sluiten bij de omtreksvorm van de buis. De omtreksvorm van de vinnen kan eveneens op velerlei wijze worden gevarieerd, terwijl ook de vorm van de plaat waar de 35 vinnen uit gevormd worden aan modificaties onderhevig kan zijn. Zo zou gekozen kunnen worden voor een golvende of anderszins geprofileerde plaat ter verhoging van het 7 warmtewisselend oppervlak. De omvang van de uitvinding wordt dan ook uitsluitend bepaald door de conclusies.

1019777

Claims (13)

1. Warmtewisselaar-element, bestaande uit een buis en tenminste één althans ten dele rond de buis aangebrachte vin, met het kenmerk, dat de tenminste ene vin in hoofdzaak vlak is.

2. Warmtewisselaar-element volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tenminste ene vin met de langsrichting van de buis een niet-loodrechte hoek insluit.

3. Warmtewisselaar-element volgens conclusie 1 10 of 2, gekenmerkt door een aantal vinnen, die met tussenruimte om de buis zijn aangebracht.

4. Warmtewisselaar-element volgens conclusie 2 en 3, met het kenmerk, dat de vinnen in hoofdzaak evenwijdig aan elkaar om de buis zijn aangebracht.

5. Warmtewisselaar-element volgens conclusie 3 of 4, gekenmerkt door tussen aangrenzende vinnen aangebrachte afstandhouders.

6. Warmtewisselaar, voorzien van een aantal in een ruimte opgenomen, in hoofdzaak evenwijdige 20 warmtewisselaar-elementen volgens één der voorgaande conclusies.

7. Werkwijze voor het vormen van een warmtewisselaar-element, bestaande uit een buis en tenminste één althans ten dele rond de buis aangebrachte 25 vin, gekenmerkt door het vormen van de tenminste ene vin, het daarin vormen van een opening waarvan de afmetingen ten minste gelijk zijn aan die van de buis, het om de buis schuiven van de tenminste ene vin tot een gewenste bevestigingslocatie daarvan, en het op die locatie aan de 30 buis bevestigen van de vin.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de afmetingen van de opening in de ten minste ene vin in althans één richting groter zijn dan die van de buis, en de vin tijdens het schuiven in 35 hoofdzaak loodrecht op de buis gehouden wordt en op de bevestigingslocatie zodanig gekanteld wordt, dat althans < r- i ς./ , . een deel van de rand van de opening contact maakt met de buis.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de buis in hoofdzaak rond of ovaal en de 5 opening in de tenminste ene vin in hoofdzaak ovaal is.

10. Werkwijze volgens één der conclusies 7 tot 9, met het kenmerk, dat de tenminste ene vin door solderen of lassen aan de buis bevestigd wordt.

11. Werkwijze volgens één der conclusies 7 tot 10 10, met het kenmerk, dat een aantal vinnen met regelmatige tussenruimten op de buis aangebracht wordt.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de vinnen voor het om de buis schuiven daarvan met elkaar verbonden worden, en gelijktijdig 15 worden gekanteld.

13. Werkwijze volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk, dat tussen aangrenzende vinnen afstandhouders aangebracht worden.