NL7909170A

NL7909170A - Warmteoverdrachtinrichting.

Info

Publication number: NL7909170A
Application number: NL7909170A
Authority: NL
Original assignee: Alfa Laval Agrar Gmbh
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1980-06-24
Also published as: DE2854999A1; DK543479A; DE7837686U1; JPS55123986A; US4438806A; FR2444915A1; IT7928064A0; GB2037975A; IT1127725B; US4305454A; GB2037975B

Description

¥0/8857 - 1 - * \ >

Warmteoverdrachtinrichting.

De uitvinding betreft een warmteoverdrachtinrichting voor het overdragen van warmte van een warmer medium op een te verwarmen vloeistof, met -een in hoofdzaak overeindstaande geïsoleerde buitenmantel en een, de stroming van de te verwarmen vloeistof geleidend warmtegeiei-5 dings'! i rjhftain, dat zich uit strekt binnen een door de buitenmantel omslopen , inwendige ruimte.

Dergelijke warmteoverdrachtinrichtingen zijn speciaal bestemd voor het terugwinnen van warmte uit opgewarmde koelmedia, afvalwater en van nature warme media. De warmte hiervan kon tot dusverre slechts moei-10 lijk benut werden. Pogingen tot het terugwinnen van deze warmte zijn slechts aarzelend in de praktij omgezet, aangezien de investeringskosten, vergeleken met de teruggewonnen warmte, zeer hoog waren. Met het oog op het betrekkelijk geringe temperatuurverval moest gewoonlijk met grote verwarmingscppervlakken worden gewerkt. De laatste tijd zijn de over-15 wegingen voor de constructie van warmteoverdrachtinrichtingen welke voor dit doel geschikt zijn, gezien de stijgende energiekosten en de hogere eisen wat betreft milieubescherming, weer belangrijker geworden.

Doel van de uitvinding is nu, een warmteoverdrachtinrichting van de in de aanhef vermelde soort zodanig te verbeteren, dat bij gering tem-20 peratuurverschil en betrekkelijk geringe passerende hoeveelheden van het warmere medium een goed rendement wordt behaald, bij eenvoudige constructie.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bij een warmteoverdrachtinrichting van de in de aanhef bedoelde soort bereikt, doordat het warmte-05 geieidingslichaam een door het warmere medium doorstroömd verwarmings-lichaam omgeeft en is uitgevoerd als een scheidingswand, welke de aan het vervarmingslichaam opgewarmde koelvloeistof scheidt van de overige inhoud van de buitenmantel, welke scheidingswand overeenkomstig de, op grond van zijn verwarming, er in opstijgende, te verwarmen vloeistof 2C aan zijn ondereinde is voorzien van een instroomepening en aan zijn boveneinde van een uitlaatopening.

Met behulp van het warmtegeleidingslichaam wordt uit het totale volume van de op te warmen vloeistof een betrekkelijk gering aandeel afgescheiden en in rechtstreeks contact met het vervarmingslichaam gebracht.

25 Dit deel van de, door het warmtegeleidingslichaam omsloten vloeistof 7909170 .

- 2 - τ wordt derhalve intensief aan het verwarmingslichaam opgewarmd, aangezien zijn vermenging met de overige, te verwarmen vloeistof wordt verhinderd door het warmtegeleidingslichaam. Als gevolg van de opwarming stijgt de te verwarmen vloeistof opwaarts, zodat koelere vloeistof van onderen af 5 in de warmtegeleidingscilinder kan nastromen. Op deze wijze ontstaat er in het warmtegeleidingslichaam een stroming,, welke, .er toe leidt, dat uit het bovenste deel van. het warmtegeleidingslichaam de verwarmde vloeistof uittreedt en laagsgewijs terecht komt op' de in het onderste deel van de warmteoverdrachtinrichting aanwezige,, koelere vloeistof. De temperatuur 10 van de warmere vloeistof maakt economisch gebruik hiervan mogelijk. Deze wordt uit het bovenste deel van de warmtewisselaar afgetapt, zonder dat deze zich, op grond van de betrekkelijk nauwkeurig gevormde scheidings-laag, kan vermengen met de aan het onderste deel. van de houder toegevoerde, koude vloeistof.

15 Overeenkomstig een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvin ding is de uitlaatopening als smoorplaats uitgevoerd. Hierdoor wordt verhinderd, dat de natuurlijke stroming in het warmtegeleidingslichaam zo heftig verloopt, dat de uittreetemperatuur ter plaatse van de uitlaatope-ning voor gebruiksdoeleinden niet hoog genoeg is. Door keuze van de 20 smooropening kan de stroming in het warmtegeleidingslichaam zodanig bepaald worden, dat de temperatuur ter plaatse van de uitlaatopening, in het kader van de thermodynamische mogelijkheden van de warmteoverdracht, in verregaande mate bepaald kan worden.

Nadere bijzonderheden overeenkomstig de uitvinding zullen thans 25 blijken uit de hieronder volgende, uitvoerige beschrijving van een, uitsluitend bij wijze van voorbeeld voor de uitvinding in de tekening weergegeven uitvoeringsvorm overeenkomstig de uitvinding.

Fig. 1 is een langsdoorsnede van een warmteoverdrachtinrichting volgens de uitvinding met een in zijn bovenste deel geopend warmtegelei-30 dingslichaam; en l fig. 2 is een langsdoorsnede van een warmteoverdrachtinrichting met een, het warmtegeleidingslichaam boven afsluitende stijgbuis.

Een warmteoverdrachtinrichting bestaat in hoofdzaak uit een buitenmantel 1, een warmtegeleidingslichaam 2 en een als warmtewisselaar 35 uitgevoerd verwarmingslichaam. De buitenmantel 1 staat in hoofdzaak, met zijn langshartiLjn rechtop, op poten 15, welke zijn bevestigd aan een onderste buitenbodem 16 van de buitenmantel 1. In de onderste bodem 16 be- 7909170 r - 3 - vindt zich een opening 17, waarvan het dwarsprofiel zó groot is, dat het warmtegeleidingslichaam 2 met het verwarmingslichaam 3 door de opening 17 in het inwendige 18 van de buitenmantel 1 kan worden ingebracht. Deze opening 17 is door middel van een bodemplaat 12 waterdicht afgesloten.

5 Cp de bodemplaat 12 is het verwarmingslichaaa 3 bevestigd, zodat de tce-voerleiding lp voor het, door het verwarmingslichaam stromende, warmere medium d66r de bodemplaat 12 heen reiken. Het verwarmingslichaam 3 is als wikkeling uitgevoerd, waarvan de diameter ongeveer correspondeert met de binnendiameter van het, als cilinder uitgevoerde, warmtegeleidingsli-10 chaam 2. Daarbij is het verwarmingslichaam, wat betreft zijn afmetingen, zodanig uitgevoerd, dat de windingen van de wikkeling de binnenwanden van hen warmtegeleidingslichaam 2 niet rakenAldus kan er tussen de wikkeling en de binnenwanden van het warmtegeleidingslichaam 2 nog een stroming van de vloeistof, welke het warmtegeleidingslichaam 2 vult, optrs-15 den.

In het onderste deel van de buitenmantel 1 bevindt zich een toe-strocmopening 6 voor koude vloeistof. Deze ligt rechtstreeks boven de ronding van een binnenste bodem 10, doch kan ook in het onderste deel van de bodem 10, rechtstreeks naast de bodemplaat 12 aangebracht zijn. Aan-20 gezien de te verwarmen vloeistof van alle zijden van het dwarsprofiel in de instroomopening 21 van het warmtegeleidingslichaam 2 dient in te treden, is de concentrische wijze van plaatsing van het warmtegeleidingslichaam 2 ten opzichte van de buitenmantel 1 voordelig.

Het warmtegeleidingslichaam 2 is aan zijn boveneinde voorzien van 25 een uitgangsopening 22, waaruit de opgewarmde vloeistof in de richting naar het inwendige IS van de buitenmantel 1 kan uittreden. Bij gelijkmatige verdeling van de stroming in het inwendige van het warmtegeleidingslichaam 2 treedt de opgewarmde vloeistof naar alle zijden in het inwendige 18 binnen en komt laagsgewijs terecht op de zich in het onderste 30 deel van de buitenmantel 1 bevindende, koude vloeistof. Ter plaatse van het hoogste punt van een gewelfde bovenste bodem 11 bevindt zich een uit-stroomopening J. waaruit de warme vloeistof uit het inwendige 18 afgezapt kan worden. De temperatuur die in de warme vloeistof heerst wordt aangegeven door een thermometer 9· 35 Het warmtemedium, bijvoorbeeld de opgewarmde koelvloeistof van een, in de tekening niet nader weergegeven kringloop, wordt aan de toevoerlet ding 20 in de wikkeling van het verwarmingslichaam ingeleid en ter plaatse van de afvoer 1 weer af gevoerd. Het medium acorstrocmz de 79C81 7 0 7

'V

- k - wikkeling en geeft daarbij zijn warmte af aan de te verwarmen vloeistof welke, in het inwendige van het warmtegeleidingslichaam 2, het vërwar-mingslichaam 3 omgeeft. Op grond van deze verwarming stijgt de zich in het inwendige van het verwarmde geleidingslichaam bevindende vloeistof 5 in dat lichaam 2 op en er vormt zich een in de richting naar de bovenste bodem 11 verlopende, natuurlijke stroming. Hierbij doorloopt de in het onderste' deel van het verwarmingslichaam 3 reeds voorverwarmde vloeistof in het bovenste deel verdere windingen van de verwarmingslichaamwikkeling 3, zodat die vloeistof, overeenkomstig de door het warmere medium be-10 schikbaar komende warmte en afhankelijk van het betrokken temperatuurni-veau bij langer verblijf in toenemende mate in het warmtegeleidingslichaam 2 warmer wordt. De aldus opgewarmde vloeistof treedt uit de uitlaat-opening 23 uit het warmtegeleidingslichaam 2 en wordt in alle richtingen uitgestort op de zich in het onderste deel van het inwendige 18 bevinden-15 de koude vloeistof, zodat de opgewarmde vloeistof laagsgewijs op de koude vloeistof terecht komt. Naar beheofte kan uit de uitstroomopening 7 de opgewarmde vloeistof worden afgetapt. De temperatuur hiervan kan worden afgelezen aan de thermometer 9·

Een besturingsmogelijkheid voor de temperatuur van de op te war-20 men vloeistof wordt gerealiseerd met behulp van een smoorplaats 5· Deze wordt aan de uitlaatopening 22 van het warmtegeleidingslichaam 2 gevormd, doordat deze op de telkens gewenste smoorplaats 5 door middel van een plaat 1; wordt gesloten. Door juiste keuze van de smoorplaats 5 wordt de warmere vloeistof z6 lang belemmerd, uit het warmtegeleidingslichaam 2 25 te treden, tot die vloeistof de gewenste temperatuur bereikt heeft. Voor het geval, dat wisselende temperaturen aan de uitstroomopening 7 van de warmteoverbrenginrichting beschikbaar moeten zijn, is het mogelijk de smoorplaats 5 variabel instelbaar uit te voeren.

Op voordeel biedende wijze kan daarenboven de smoorplaats 5 zijn 30 uit gevoerd als stijgbuis, die de gelijkmatige verdeling van de opgewarmde vloeistof bevordert. Deze stijgbuis kan daarenboven excentrisch ten opzichte van het cilindrische warmtegeleidingslichaam 2 aangebracht zijn, om aldus te verhinderen, dat de in de stijgbuis opstijgende, warmer wordende vloeistof rechtstreeks via de uitstroomopening 7 weggezogen wordt.

35 Het warmtegeleidingslichaam 2 kan met behulp van steunribben 13 in het inwendige van de buitenmantel 1 bevestigd zijn. Deze ribben 13 zijn zodanig uitgevoerd, dat zij de zich in het inwendige van de warmte-overdrachtinrichting vormende vloeistofstromen zo min mogelijk belemmeren.

7909170 V' - 5 -

Zij doen dienst voor beveiliging van het transport en ter verhindering van verbuiging van het verwarmingslichaam 3 en het vararfcegeléidingsli-chaam tijdens dat transport.

Aanvullend op de bevestiging van het verwarmingslichaam 3 op de 5 bodemplaat 12 is het doelmatig, dit lichaam ook nog in het inwendige van het warmtegeleidingslichaam 2 ten opzichte van hiervan te laten steun nemen. Op deze wijze is de wikkeling in het warmtegeleidingslichaam 2 zodanig gejusteerd, dat die wikkeling ook bij het transport van de warmteoverdracht inrichting niet beschadigd kan raken.

10 Bijzonder belangrijk is het, dat het warmtegeleidingslichaam 2 wat betreft zijn volume zo klein wordt gedimensioneerd, dat het verwar-ningslichaam er nog juist in past. Op deze wijze wordt het volume van het warmtegeleidingslichaam 2 gering gehouden, zodat de er in aanwezige, op te warmen vloeistof snel warmer wordt. Daardoor wordt een krachtige op-15 waartse stroming teweeggebracht, die tot gunstige warmteoverdracht aan het vervarmingslichaam 3 leidt. Wanneer het voor opwarming van de vloeistof beoogde medium niet in voldoende hoeveelheid of met de gewenste temperatuur beschikbaar is, kan ter ondersteuning van-de in het warmtegeleidingslichaam 2 optredende stroming, een pomp toegepast worden, welke voor 20 de nocdzakelijke circulatiesnelheid zorg draagt en daardoor tot verbetering van de warmteoverdracht. Daarenboven is het mogelijk, in het inwendige 13 van de varmteoverdrachtinrichting een electrische verwarming aan te brengen. Deze wordt, ter ondersteuning van het gehele systeem, ingeschakeld, wanneer van het af te koelen medium niet voldoende warmte be-25 schikbaar komt. Met behulp hiervan is het mogelijk, op economische wijze, voortdurend een constant varmteaanbod in het bovenste deel van de warmte-overdrachtinrichting beschikbaar te stellen.

Het warmtegeleidingslichaam 2 kan uit metalen of ander materiaal bestaan. Bij metaal dient langs het warmtegeleidingslichaam 2 te worden 30 gerekend op warmteoverdracht naar de zich buiten het warmtegeleidingslichaam 2 bevindende koelvloeistof. Daarentegen hebben anders materialen, zoals bijvoorbeeld kunststoffen en keramisch materiaal, isolerende eigenschappen, zodat ook bij een kleine temperatuursprcng mag werden gerekend cp goede opwarming van de te verwarmen vloeistof in het inwendige 35 van het warmtegeleidingslichaam 2. Speciaal in deze gevallen komt het er op aan, de warmte in het inwendige van het warmtegeleidingslichaam 2 zodanig bijeen ze houden, dat zich in het inwendige van het warmtegeleidingslichaam 2 een natuurlijke stroming van de zich opwarmende vloeistof Ί 9 0 S 1 7 0 - 6 -

F

kan vormen. Derhalve is het in dergelijke gevallen zaak,het warmtegelei-dingslichaam 2 te vervaardigen nit materiaal dat slechte warmtegeleiden-de eigenschappen heeft.

De werking van de uitgevonden warmteoverdrachtinrichting is onaf-5 haneklijk van de constructieve wijze van aanbrengen van de bodemplaat 12. Het warmtegeleidingslichaam 2 kan met het er in verlopende verwarmings-lichaam 3 ook op andere wijze in de buitenmantel 1 ingébracht worden. Zo kan er bijvoorbeeld aan worden gedacht, het warmtegeleidingslichaam 2 en het verwarmingslichaam 3 van boven af in de buitenmantel 1 aan te bren-10 gen. In dat geval dient in de bovenste bodem een sluitplaat te worden toegepast, waarmee zowel het wanategeleidingslichaam 2 als het verwarmingslichaam 3 verbonden zijn.

7909170

Claims

1. Varmteoverdrachtinrichting voor het overdragen van -warmte van. een warm medium op een te verwarmen vloeistof, met een in hoofdzaak. rechtop staande, isolerende buitenmantel en met een, de stroming van de koel- 5 vloeistof geleidend warmtegeleidingslichaam, dat zich uitstrekt in het inwendige van een door de huitenmantel omsloten inwendige ruimte, met het kenmerk, dat het warmtegeleidingslichaam (2) een door het warme medium doorstróomd vervarmingslichaam (3) omgeeft en is uitgevoerd als een scheidingswand, welke de zich aan het verwarmde lichaam (3) opwarmende, 10 te verwarmen vloeistof van de rest van de ihhoud van de inwendige ruimte gescheiden houdt, welke scheidingswand overeenkomstig de, op grond van de verwarming, daarin opstijgende, te verwarmen vloeistof aan hen ondereinde is voorzien van een instroomopening (21) en aan het hoveneinde van een uitlaatopening (22).

2. Varmteoverdrachtinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de uitlaatopening (22) als smoorplaats (5) uitgevoerd is. 3. w'amueoverdrachtinrichting volgens conclusie 1 en 2, met het kenmerk, dat het dwarsprofiel van de smoorplaats (5) qua grootte instelbaar is. 20 -. Varmteoverdrachtinrichting volgens tenminste een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat als smoorplaats (5) is voorzien in een stijghuis, welke uit een, de uitlaatopening (2) afsluitende plaat (U) uitsteekt. • 5. Varmteoverdrachtinrichting volgens tenminste een der voorgaande 25 conclusies, met het kenmerk, dat de stijghuis excentrisch ten opzichte van het warmtegeleidingslichaam (2) aangebracht is.

6. Varmteoverdrachtinrichting volgens tenminste een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de te verwarmen vloeistof in het onderste deel van de buitenmantel (1) koud toegevoerd en in het bovenste deel 30 warm afgeveerd wordt.

7. Varmteoverdrachtinrichting volgens tenminste een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in het bovenste deel van de huitenmantel (l) een in de te verwarmen vloeistof reikende thermometer (9) is aangebraeht.

3. Varmteoverdrachtinrichting volgens tenminste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het warmtegeleidingslichaam (2) uitgevoerd is als cilinder, waar een tot wikkeling gewonden verwarmingslichaam 7909170 * - 8 - (3) in reikt.

9. Warmteoverdrachtinrichting volgens tenminste êén der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het volume van het warmtegeleidingsli-chaarn (2) in slechts onbelangrijke mate groter is, dan het volume van 5 het verwarmingslichaam (3).

10. Warmteoverdrachtinrichting volgens tenminste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het warmtegeleidingslichaam (2) concentrisch in een als cilinder uitgevoerde buitenmantel (1) bevestigd is.

11. Warmteoverbrengingsinrichting volgens tenminste één der voor-10 gaande conclusies, met het kenmerk, dat het warmtegeleidingslichaam (2) in het verwarmingslichaam (3) zijn bevestigd op een, de buitenmantel (1) aan zijn onderste plaats afsluitende bodemplaat (12).

12. Warmteoverdrachtinrichting volgens tenminste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het warmtegeleidingslichaam (2) door 15 steunribben (13) in de buitenmantel (1) steun neemt.

13. Warmteoverbrengingsinrichting volgens tenminste één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het verwarmingslichaam (3) in het warmtegeleidingslichaam (2) steun neemt. lh. Warmteoverdrachtinrichting volgens tenminste één der voorgaan- 20 de conclusies, met het kenmerk, dat ter bevordering van de natuurlijke stroming van de te verwarmen vloeistof een pomp is aangebracht.

15· Warmteoverdrachtinrichting volgens tenminste één der voorgaan de conclusies, met het kenmerk, dat voor constante opwarming van de te verwarmen vloeistof op een bepaalde temperatuur bij wisselend warmteaan-25 bod is voorzien in een electrische verwarming.

16. Warmteoverdrachtinrichting volgens tenminste één der voorgaan de conclusies, met het kenmerk, dat het warmtegeleidingslichaam uit staal bestaat.

17· Warmteoverdrachtinrichting volgens tenminste één der conclusies 30 1-15, met het kenmerk, dat het warmtegeleidingslichaam (2) uit materi aal bestaat, dat de warmte slecht geleidt.

18. Warmteoverdrachtinrichting volgens tenminste één der conclusies 1 - 15, met het kenmerk, dat het warmtegeleidingslichaam (2) uit keramisch materiaal bestaat. 7909170