NL1031002C2 - Pijpenwand voor een warmtewisselaar. - Google Patents

Description

Pijpenwand voor een warmtewisselaar

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een pijpenwand voor een warmtewisselaar.

In de techniek zijn pijpenwanden voor warmtewisselaars bekend uit bijvoorbeeld verbrandingsovens, vuilverbran-5 dingsovens enz. Deze pijpenwanden staan bekend als boilers en stoomverhitters of stoomoververhitters. De pijpenwanden staan als pijpen direct in contact met de hete verbrandingsgassen van het verbrandingsproces.

Het nadeel van dit directe contact is de hoge mate 10 van slijtage, de vervuiling en de beschadiging van de pijpen tijdens gebruik.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om een verbeterde pijpenwand te verschaffen.

Het is met name een doel van de uitvinding om een 15 goede bescherming van de pijpen te verschaffen waarbij de warmteoverdracht ten minste gelijk blijft.

Voorts is het een doel van de uitvinding om een verbeterde bescherming van de pijpen in een warmtewisselaar voor een verbrandingsoven te verschaffen, met name als boiler of 20 als stoomverhitter of stoomoververhitter, waarbij een uitstekende warmteoverdracht wordt gerealiseerd.

Ten minste één van de hiervoor genoemde doelen wordt verkregen door middel van een pijpenwand voor een warmtewisselaar, welke een plaatvormig element omvat waaraan pijpen, 25 gekozen uit ten minste één van intacte pijpen of delen daarvan, in hun lengterichting thermisch zijn gekoppeld. Daarbij staat de van de pijpen afgekeerde zijde van het plaatvormige element in contact met de hete verbrandingsgassen. Daardoor wordt een uitstekende bescherming van de pijpen zelf verkre-30 gen. Vanwege het thermische contact tussen het plaatvormige element en de pijpen, blijft de warmteoverdracht gewaarborgd.

De voorkeur gaat verder uit naar een pijpenwand waarbij de pijpen aan het plaatvormige element zijn verbonden 1031002

' J

2 door lassen. Bijvoorbeeld kan dit een doorgaande las zijn, maar puntlassen is eveneens mogelijk.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm hebben de pijpen ten minste één vlakke wand, die in thermisch con-5 tact staat met het plaatvormige element. Daardoor zal een groter oppervlak van de pijp thermisch zijn gekoppeld aan het plaatvormige element, waardoor de warmteoverdracht verder wordt verbeterd.

Voorts heeft het de voorkeur dat het plaatvormige 10 element een membraanwand voor een verbrandingsoven is.

De voorkeur gaat ook uit naar een uitvoeringsvorm, waarbij de pijpenwand ten minste twee pijpen omvat die in hoofdzaak parallel ten opzichte van elkaar met het plaatvormige element zijn gekoppeld. Op die wijze wordt het oppervlak 15 van het plaatvormige element efficiënt benut.

Het heeft in het bijzonder de voorkeur wanneer naast elkaar gelegen pijpen in thermisch contact met elkaar staan. Dat levert een dichte opeenstapeling van de pijpen op het plaatvormige element op, waarbij bovendien een goede warmte-20 uitwisseling wordt verkregen.

Teneinde de warmteoverdracht verder te verbeteren, heeft het de voorkeur dat een ruimte tussen twee naast elkaar gelegen pijpen ten minste gedeeltelijk is gevuld met een thermisch geleidend materiaal. Daardoor zijn de pijpen die 25 thermisch zijn gekoppeld aan het plaatvormige element over een groter deel van hun oppervlak met het plaatvormige element thermisch gekoppeld, terwijl tevens een onderlinge thermische koppeling tussen de pijpen mogelijk is. Dit zal hierna nader worden verduidelijkt aan de hand van de figuurbeschrij-3 0 ving.

In het bijzonder gaat de voorkeur uit naar een uitvoeringsvorm waarbij het thermisch geleidende materiaal wordt gekozen uit een anorganisch materiaal, bijvoorbeeld een metaal, bij voorkeur koper, aluminium, zilver of lood. Voorts 35 heeft het de voorkeur dat het plaatvormige element aan de van de pijpen afgekeerde zijde een corrosiebestendige laag omvat. Deze corrosiebestendige laag wordt bijvoorbeeld gekozen uit inconel, keramiek, nikkel, zilver, goud, platina en paladium.

1031002 ’ 3

Andere corrosiebestendige materialen, die bestand zijn tegen de verbrandingsgassen van een verbrandingsoven, bijvoorbeeld een huisvuilverbrandingsoven, zijn eveneens geschikt.

Voorts heeft het de voorkeur dat de pijpen aan hun 5 van het plaatvormige element afgekeerde zijde thermisch zijn gekoppeld aan een tweede plaatvormige element. Indien het eerste plaatvormige element beschadigd raakt tijdens het gebruik, kan de gehele pijpenwand worden omgekeerd, waardoor het andere plaatvormige element in contact zal komen te staan 10 met de verbrandingsgassen. Dit is met name voordelig omdat de pijpen zelf tijdens het gebruik niet beschadigd zullen raken door de rookgassen, waardoor de effectieve levensduur daarvan sterk wordt verlengd.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm heeft het de 15 voorkeur dat de beide plaatvormige elementen op in hoofdzaak identieke wijze met de pijpen zijn verbonden. Bijvoorbeeld kunnen beide plaatvormige elementen aan de pijpen worden ge-. last.

Tenslotte heeft het de voorkeur dat de ruimte die is 20 gelegen tussen de pijpen en de plaatvormige elementen geheel is gevuld met een thermisch geleidend materiaal. De voorkeur gaat uit naar een metaal, en in het bijzonder gaat de voorkeur uit naar koper, lood, aluminium of zilver.

Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm van de uit-25 vinding wordt deze gekenmerkt doordat de pijpen zijn gevormd als longitudinale boogvormige elementen die met langszijden ervan zijn verbonden aan ten minste één van het plaatvormig element en een aanliggend boogvormig element. Bijvoorbeeld vormen deze elementen delen van intacte pijpen. Deze boogvor-30 mige elementen kunnen worden opgevat als deel van een gebogen pijp, in een bijzondere uitvoeringsvorm als deel van een ronde pijp. Het is mogelijk dat een ronde pijp in de lengterichting wordt gedeeld onder oplevering van twee in hoofdzaak identieke boogvormige elementen die dan elk als boogvormig 35 element aan het plaatvormige element kunnen worden bevestigd.

Volgens een ander aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een pijpenwand volgens de uitvinding. Deze werkwijze omvat 1 0 3 1 0 02 4 • » het bekleden van het oppervlak van het plaatvormige element dat van de pijpen is a£gekeerd. Deze bekleding kan worden uitgevoerd door middel van een galvanische werkwijze, een sproeibekleding, overlaylassen, oxideren, explosiecladden of 5 rollen. De wijze van aanbrengen van de bekleding zal onder meer afhankelijk zijn van de corrosiebestendige laag die wordt aangebracht. Een deskundige in de techniek is eenvoudig in staat om met zijn algemene kennis een voor de betreffende corrosiebestendige laag geschikte wijze van bekleden te kie-10 zen.

indien de pijpenwand volgens de uitvinding aan de beide zijden een plaatvormig element omvat, heeft het uiteraard de voorkeur dat de beide plaatvormige elementen worden bekleed.

15 De uitvinding is hiervoor aan de hand van voordelige uitvoeringsvormen beschreven. De uitvinding zal hierna aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld worden uitgelegd, waarbij de figuren schematische uitvoeringsvormen van de uitvinding tonen.

20 Fig. 1 toont een schematisch perspectivisch aanzicht van een eerste variant van een pijpenwand volgens de uitvinding, in het bijzonder volgens Fig. 2.

Figuren 2-11 tonen bovenaanzichten van verschillende varianten van de pijpenwand volgens de uitvinding.

25 Figuur 12 toont een schematisch perspectivisch aan zicht van de variant volgens Fig. 10.

In de tekeningen zijn de verschillende onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid. De tekeningen tonen slechts de voor het begrip van de uitvinding noodzakelij-30 ke elementen. In de praktijk aanwezige onderdelen, zoals kleppen, regelmiddelen enzovoorts, worden in de tekening vanwege de duidelijkheid niet getoond. De figuren tonen slechts een beperkt aantal pijpen die aan het plaatvormige element zijn verbonden. In de praktijk kan een ander aantal pijpen 35 worden gebruikt.

Figuur 1 toont een schematisch, perspectivisch aanzicht van een pijpenwand 1 volgens de uitvinding. De pijpenwand omvat, zoals getoond, een plaatvormig element 2 en drie 1031002 5 ' .

pijpen 3, 3', 3". Deze drie pijpen 3# 3', 3" zijn in hoofdzaak identiek gevormd.

De pijpen zijn in hun lengterichting thermisch gekoppeld aan het plaatvormige element 2. Daartoe zijn de pij-5 pen over de lengte ervan nabij positie 4 verbonden aan het plaatvormige element 2. Deze verbinding kan worden verkregen door middel van puntlassen, maar een doorlopende verbinding, bijvoorbeeld een doorlopende las, over de lengte van de pijpen is eveneens mogelijk.

10 Uit figuur 1 blijkt voorts dat de ruimte tussen de pijpen 3, 3' respectievelijk 3', 3" gedeeltelijk is gevuld. Hiervoor is een thermisch geleidend materiaal gebruikt. Dit thermisch geleidende materiaal 5' is bij voorkeur een anorganisch materiaal, bijvoorbeeld een metaal, waarbij de voorkeur 15 uitgaat naar koper, lood, aluminium of zilver. De vulling van de ruimte tussen de pijpen 3, 3', respectievelijk 3', 3" is zodanig dat deze in hoofdzaak aansluitend op het oppervlak van de pijpen en het plaatvormige element 2 wordt uitgevoerd. Daardoor zal een zeer goed thermisch contact tussen het op-20 pervlak van de pijpen 3, 3', 3" onderling en tevens met het plaatvormige element 2 worden verkregen.

De figuren 2 tot en met 8 tonen bovenaanzichten van verschillende uitvoeringsvormen van de pijpenwand 1 volgens de uitvinding. De pijpenwand 1 zoals die in figuur 1 is ge-25 toond is in hoofdzaak overeenkomstig aan de pijpenwand zoals getoond in figuur 6. In deze beide uitvoeringsvormen, waarbij overigens in figuur 1 drie pijpen zijn getoond en in figuur 6 vier pijpen, is de ruimte tussen de pijpen ongeveer voor de helft met een thermisch geleidend materiaal gevuld. De pijpen 30 staan derhalve voor ongeveer de helft van hun omtreksoppervlak in contact met het thermisch geleidende materiaal 5 en het plaatvormige element.

Figuur 2 toont een uitvoeringsvorm waarbij de pijpen drie (de overige pijpen zijn niet genummerd) in hoofdzaak 35 volledig zijn ingebed in het thermisch geleidende materiaal 5.

Figuur 3 toont een speciale uitvoeringsvorm van de pijpenwand volgens de uitvinding, waarbij de pijpen 3 (de 1031002 * 1 6 overige pijpen zijn niet genummerd) aan een zijde met een eerste plaatvormig element 2 zijn verbonden en met hun van het eerste plaatvormige element 2 afgekeerde zijde tevens zijn verbonden aan een tweede plaatvormig element 2'. De 5 ruimte die wordt gedefinieerd tussen de pijpen en de beide plaatvormige elementen 2, 2' is in deze uitvoeringsvorm geheel gevuld met een thermisch geleidend materiaal 5. Daardoor wordt een pijpenwand verkregen die aan beide zijden in contact kan worden gebracht met verbrandingsgassen. De pijpen 10 zelf zullen hierdoor niet in contact komen met de verbrandingsgassen en worden derhalve goed afgeschermd.

Figuur 4 toont een speciale uitvoeringsvorm van de pijpenwand zoals getoond in figuur 3, waarbij de verschillende pijpen 3 (de overige pijpen zijn niet genummerd) in hoofd-15 zaak tegen elkaar aan zijn gelegen. Daardoor wordt een zeer grote ruimtelijke benutting van de ruimte tussen de beide plaatvormige elementen 2, 2' verkregen. De ruimte tussen de pijpen en de plaatvormige elementen in, is ook in deze uitvoeringsvorm geheel gevuld met een thermisch geleidend mate-20 riaal 5.

Een specifieke uitvoeringsvorm van de pijpenwand zoals getoond in figuur 2 is weergegeven in figuur 5. Het thermisch geleidende materiaal 5 dat tussen de pijpen in is gelegen heeft geen vlak oppervlak, maar vertoont een uitholling. 25 Deze uitholling is in hoofdzaak gericht in hetzelfde vlak als waarin de pijpen 3 en het plaatvormige element 2 zijn gelegen. Door een dergelijke uitvoeringsvorm wordt een goed thermisch contact met een groot oppervlak van de pijpen 3 onderling en met het plaatvormige element 2 verkregen, terwijl de 30 hoeveelheid thermisch geleidend materiaal 5 beperkt blijft.

In plaats van de in figuur 5 getoonde uitholling van het oppervlak van het thermisch geleidende materiaal 5 is het ook mogelijk om bijvoorbeeld een V-vorm toe te passen. In elk geval heeft het de voorkeur dat, wanneer een thermisch gelei-35 dend materiaal 5 wordt toegepast, het oppervlak van het plaatvormige element 2 overal wordt bekleed. De strikte noodzaak hiervoor is echter afhankelijk van zowel de dikte van het plaatvormige element 2 als de afstand en de afmeting van 1 0 3 1 0 02 t 7 » de pijpen ten opzichte van elkaar. Een deskundige in de techniek is in staat om een meest optimale vulling van de ruimte tussen de pijpen en het plaatvormige element te berekenen.

Figuren 7 en 8 tonen een specifieke uitvoeringsvorm 5 van de onderhavige uitvinding, waarbij de zijde van de pijpen 3 (de overige pijpen zijn niet genoemd) waar die in contact staan met het plaatvormige element 2, is afgeplat. Daardoor wordt een vergroot oppervlak van de pijpen met het plaatvormige element 2 verkregen. Ook in de uitvoeringsvorm volgens 10 figuur 7 is de ruimte tussen de pijpen onderling in hoofdzaak gevuld met een warmtegeleidend materiaal 5.

De uitvoeringsvorm volgens figuur 8 toont een verbijzondering van figuur 7, waarbij de beide zijden van de pijpen 3 (de overige pijpen zijn niet genummerd) zijn afge-15 dekt door een plaatvormig element 2, 2'. De ruimte tussen de pijpen is gevuld met een thermisch geleidend materiaal 5. De pijpen zijn aan de beide zijden, waar zij contact maken met de plaatvormige elementen 2, 2', afgeplat.

In de figuren 9-11 worden uitvoeringsvormen van de 20 uitvinding getoond, waarbij de pijpen bestaan uit zich longitudinaal uitstrekkende boogvormige elementen 103, 103', 103", et cetera. Ze strekken zich longitudinaal uit in de richting van de dubbele pijl A. Het boogvormige element 103 is in alle varianten volgens de figuren 9-11 met de beide langszijden 25 104 verbonden aan het plaatvormige element 102. Volgens de uitvoeringsvorm in Fig. 9 zijn alle delen 103, 103 ', 103" met de beide langszijden 104 verbonden aan het plaatvormige element 102, bijvoorkeur door lassen.

In de figuren 10-12 zijn de elementen 103', respec-30 tievelijk 103", met een eerste zijde 104 verbonden aan het plaatvormige element 102 en met de andere langszijde 107 verbonden aan het daarnaast gelegen boogvormige element 103, respectievelijk 103'. Dit geldt op overeenkomstige wijze voor alle boogvormige elementen die in de figuren 10-12 zijn ge-35 toond (niet alle elementen zijn genummerd) .

Fig. 11 toont een uitvoeringsvorm volgens Fig. 10 waarbij een extra plaatvormig element 102' is bevestigd aan de van het plaatvormig element 102 afgekeerde zijde van de 1 0 3 1 0 0 2 f , 8 elementen 103, 103', 103" et cetera. Daardoor wordt een verstevigde structuur verkregen. De ruimte tussen de boogvormige elementen is gevuld met een materiaal 105 met een goede warm-tegeleidbaarheid, zoals hiervoor genoemd met betrekking tot 5 het materiaal 5 in de figuren 1-8.

Ook zonder de aanwezigheid van de plaat 102' kan een materiaal 105 als vulling tussen de elementen 103, 103', 103" worden aangebracht.

De fig. 9-11 tonen een bekleding 106 op het plaat-10 vormige element 102 die kan bestaan uit een corrosiebestendi-ge laag. Deze corrosiebestendige laag wordt bijvoorbeeld gekozen uit inconel, keramiek, nikkel, zilver, goud, platina en paladium. Andere corrosiebestendige materialen, die bestand zijn tegen de verbrandingsgassen vein een verbrandingsoven, 15 bijvoorbeeld een huisvuilverbrandingsoven, zijn eveneens geschikt. Deze laag 106 kan op elk plaatvormig element 2; 102 in de figuren 1-8 en 12 zijn voorzien, hoewel niet specifiek getoond.

20 De uitvinding is niet beperkt tot de hiervoor be schreven en in de figuren getoonde uitvoeringsvormen. Deze dienen slechts als weergave van een voorkeursuitvoeringsvorm.

Het is in het bijzonder mogelijk om de verschillende uitvoeringsvormen die hiervoor in hoofdzaak onafhankelijk van 25 elkaar zijn beschreven, met elkaar te combineren. Bijvoorbeeld is het mogelijk om in de uitvoeringsvorm volgens figuur 8 de pijpen 3 in hoofdzaak tegen elkaar aan te positioneren. Ook is het mogelijk om in die uitvoeringsvorm vierkante pijpen te gebruiken in plaats van aan twee tegenoverliggende 30 zijden afgeplatte, oorspronkelijk ronde buizen.

Voorts is het mogelijk om, afhankelijk van de hechting die door het thermisch geleidende materiaal 5 met het plaatvormige element 2 wordt verkregen, de buizen los op het plaatvormige element te positioneren en vervolgens de ruimte 35 tussen de pijpen te vullen met het thermisch geleidende materiaal . Wanneer, de hechting van het thermisch geleidende materiaal met het plaatvormig element 2 voldoende sterk is kunnen de buizen 3 in dit thermisch geleidende materiaal worden op- 1031002 t 9 gesloten. Daartoe dient dan de hoeveelheid thermisch geleidend materiaal zodanig te zijn dat meer dan de helft van de pijpen 3 door het thermisch geleidende materiaal 5 wordt afgedekt .

5 Indien daarentegen tevens de hechting van het ther misch geleidende materiaal 5 met zowel het plaatvormige element 2 als de pijpen 3 voldoende stevig is, zal ook een verminderde hoeveelheid thermisch geleidend materiaal 5, zoals bijvoorbeeld getoond in de figuren 5 en 6 voldoende kunnen 10 zijn om de pijpen 3 te verbinden met het plaatvormige element 2. Een afzonderlijke koppeling van de pijpen 3 met het plaatvormige element 2 kan dan eventueel komen te vervallen.

Volgens de uitvoeringsvormen zoals getoond in figuren 7 en 8 is het in het bijzonder mogelijk dat het thermisch 15 geleidende materiaal 5 komt te vervallen. Ook alleen de koppeling van de buizen 3 met het plaatvormige element 2 (en 2', volgens de uitvoeringsvorm in fig. 8) kan reeds een geschikte warmteoverdracht verschaffen.

De uitvinding is niet beperkt tot de beschrijving.

20 Deze wordt slechts beperkt door de hierna volgende conclusies.

1031002

Claims (14)

1. 2. Pijpenwand volgens conclusie 1, waarbij de pijpen aan het plaatvormige element zijn verbonden door lassen.
2. 3. Pijpenwand volgens conclusie 1, waarbij de pijpen ten minste één vlakke wand hebben die in thermisch contact staat met het plaatvormige element.
3. 4. Pijpenwand volgens conclusie 1, waarbij het plaatvormige element een membraanwand voor een verbrandingsoven is.
4. 5. Pijpenwand volgens conclusie 1, waarbij ten minste twee pijpen in hoofdzaak parallel met het plaatvormige 15 element zijn gekoppeld.
5. 6. Pijpenwand volgens conclusie 5, waarbij naast elkaar gelegen pijpen in thermisch contact met elkaar staan.
6. 7. Pijpenwand volgens conclusie 5, waarbij een ruimte tussen twee naast elkaar gelegen pijpen ten minste gedeel- 20 telijk is gevuld met een thermisch geleidend materiaal.
7. 8. Pijpenwand volgens conclusie 7, waarbij het thermisch geleidend materiaal wordt gekozen uit een anorganisch materiaal, bijvoorbeeld een metaal, bijvoorbeeld Cu, Al, Ag, Pb.
8. 9. Pijpenwand volgens conclusie 1, waarbij het plaatvormige element aan de van de pijpen af gekeerde zijde een corrosiebestendige laag omvat, gekozen uit bijvoorbeeld inconel, keramiek, nikkel, zilver, goud, platina en palladium.
9. 10. Pijpenwand volgens conclusie 1, waarbij de pij pen aan hun van het plaatvormige element afgekeerde zijde thermisch zijn gekoppeld aan een tweede plaatvormig element. II. Pijpenwand volgens conclusie 10, waarbij de beide plaatvormige elementen op in hoofdzaak identieke wijze met 3. de pijpen zijn verbonden. 1031002
10. 12. Pijpenwand volgens conclusie 10, waarbij de ruimte die is gelegen tussen de pijpen én de plaatvormige elementen geheel is gevuld met een thermisch geleidend materiaal, bij voorkeur met een metaal, in het bijzonder Cu, Pb,
11. 5 Al, Ag.
12. 13. Pijpenwand volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de pijpen zijn gevormd als longitudinale boogvormige elementen die met langszijden ervan zijn verbonden aan ten minste één van het plaatvormig element en een aanlig- 10 gend boogvormig element.
13. 14. Werkwijze voor het vervaardigen van een pijpenwand volgens conclusie 9, omvattende het bekleden van de van de pijpen afgekeerde zijde van het plaatvormige element door middel van een galvanische werkwijze, sproeibekleden, overlay 15 lassen, oxideren, explosie cladden of rollen.
14. 15. Werkwijze volgens conclusie 14 voor het vervaardigen van een pijpenwand volgens conclusie 10, omvattende het bekleden van de beide plaatvormige elementen. 1031002