NL8004805A

NL8004805A - Warmtewisselaar voor een gasvormig en een vloeibaar medium.

Info

Publication number: NL8004805A
Application number: NL8004805A
Authority: NL
Original assignee: Bronswerk Ketel Apparatenbouw
Priority date: 1980-08-26
Filing date: 1980-08-26
Publication date: 1982-04-01
Also published as: DE3163507D1; EP0046600B1; US4479536A; EP0046600A1

Description

W 1 SSi/wd/5 -1-

Warratewisselaar voor een gasvormig en een vloeibaar medium 4

De uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar voor een gasvormig en een vloeibaar medium, die êén of meer bundels pijpen omvat met op de pijpen aansluitende verzamelaars die van een toevoer- en van een afvoer voor de vloeistof zijn 5 voorzien en een de ruimte om de pijpen begrenzende mantel met een toevoer en een afvoer voor het gasvormige medium.

De uitvinding beoogt een dergelijke warmtewisselaar te verschaffen die geschikt is voor een gasvormig medium dat stof bevat, zonder dat een ontoelaatbare slijtage en ver-TO vuiling van de warmtewisselaar optreedt.

Volgens de uitvinding kan de warmtewisselaar bestaan uit een aantal blokken die elk zijn opgebouwd uit een aantal naast elkaar liggende pijpschermen, elk gevormd door een rij dicht naast elkaar liggende pijpen die aan de onderzijde en 15 aan de bovenzijde aansluiten op een verzamelaar, van welke schermen de uiterste zijn uitgevoerd als membraanwanden met behulp van tussen de pijpen liggende verbindingsstrippen, zijn aan de randen van de pijpschermen randschermen gelegen, die eveneens als membraanwanden zijn uitgevoerd en elk worden 20 gevormd door een rij verticale op tussenverzamelaars aansluitende pijpen, waarbij elke membraanwand aan de verticale randen afdichtend is verbonden met de loodrecht daarop staande aangrenzende membraanwanden^ en zijn de verzamelaars en de tussenverzamelaars door verbindingspijpen verbonden met hoofd-25 verzamelaars. De gassen stromen hier in verticale richting, de langsrichting van de pijpen, waardoor de kans op erosie en vervuiling minimaal wordt, De opbouw is eenvoudig dankzij de toegepaste pijpschermen. De doorstroomcapaciteit kan men aanpassen door keuze van het aantal pijpschermen, die bovendien gemakke-30 lijk kunnen worden gestandariseerd doordat ze identiek kunnen worden uitgevoerd, Dankzij de begrenzing van de blokken door membraanwanden, nemen deze wanden eveneens deel aan de warmte-wisseling.

Volgens de uitvinding kunnen de aan de onderzijde en de 35 aan de bovenzijde gelegen hoofdverzamelaars zijn verbonden door een buiten het blok gelegen valpijp. Hierdoor worden de 8004805 -2- valpijpen niet verwarmd en kan een natuurlijke circulatie van de vloeistof door de pijpen worden toegepast,

Volgens de uitvinding kan voor het vormen van inlaat-* en uitlaatopeningen voor het gasvormige medium het ene rand-5 scherm op een zodanige afstand van de bovenzijde en het andere randscherm op een zodanige afstand van de onderzijde eindigen, dat in een verticaal vlak liggende doorlaatopeningen worden gevormd, waarin de snelheid in de richting loodrecht op de pijpen voldoende klein is om geen slijtage te veroorzaken, 10 Hierdoor wordt het mogelijk dat aan de einden in horizontale richting het gas tussen de pijpschermen stroomt en de ruimte tussen de pijpschermen weer in dezelfde richting verlaat,

Hierdoor kan men gemakkelijk een aantal blokken achter elkaar schakelen. Om ook aan de onder- en aan de bovenzijde een 15 afsluiting van de ruimte tussen de pijpschermen te krijgen, kunnen volgens de uitvinding de aan de onderzijde en aan de bovenzijde gelegen verzamelaars van een blok met behulp van tussen die verzamelaars liggende strippen zijn uitgevoerd als membraanwanden.

20 Volgens de uitvinding kunnen nabij de onderzijde en nabij de bovenzijde van een blok tussen de schermen gebogen geleidingsplaten zijn aangebracht die met het ene eind horizontaal tot in de doorlaatopeningen reiken en met het andere eind verticaal zijn gericht. Hierdoor krijgt men een goede geleiding 25 van de stroming bij het intreden en verlaten van het blok.

Volgens de uitvinding kan de door de verzamelaars aan de onderzijde gevormde membraanwand een opening vertonen voor het doorlaten van gevangen stof. Wanneer bij het ombuigen van de stroming stof wordt afgescheiden, komt dit op de membraan-30 wand aan de onderzijde te liggen, Dankzij de beschreven opening kan men dit stof gemakkelijk verwijderen,

Volgens de uitvinding kunnen een aantal blokken zijn verenigd tot een stel, waarbij de aan de onderzijde gelegen opening van een eerste blok aansluit op de overeenkomstige 35 opening van het tweede blok en kan de aan de bovenzijde gelegen opening van dit tweede blok aansluiten op de aan de bovenzijde gelegen opening van een derde blok etc., waarbij de pijpschermen en de bijbehorende verzamelaars van de verschillende blokken in eikaars verlengde liggen. Hierdoor kan men een 8004805 ' JW Λ.

-3- bijzonder eenvoudige en goedkope opbouw van een warmtewisselaar krijgen, waarbij een grote mate van standaardisatie van de samenstellende delen mogelijk is.

Volgens de uitvinding kunnen een aantal stellen 5 blokken naast elkaar zijn gelegen, waarbij de schermwanden voor twee naast elkaar gelegen blokken gemeenschappelijk zijn en de randschermen van de naast elkaar liggende blokken in eikaars verlengde liggen en waarbij de uitlaat van het ene stel door een bochtstuk is verbonden met de inlaat van 10 het daarnaast liggende stel. Hierbij krijgt men een verdere vergroting van het warmtewisselende oppervlak waarbij de opbouw compact blijft.

In een doeltreffende uitvoeringsvorm volgens de uitvinding vertonen van een aantal naast elkaar liggende 15 stellen blokken, telkens de blokken van een volgend stel met behoud van de onderlinge afstand tussen de pijpschermen minder schermen dan de blokken van het voorgaande stel. Hierdoor bereikt men op bijzonder eenvoudige wijze dat de totale door-tocht van een volgend stel blokken kleiner is dan die van het 20 voorgaande stel, waardoor wordt voorkomen dat ten gevolge van de afkoeling van het gas de doorstromingssnelheid in een volgend stel zal verminderen met de daarvoor nadelige gevolgen voor de warmte-overdracht. Volgens de uitvinding bereikt men op eenvoudige wijze dat men de snelheid in de warmtewisse-25 laar tot het eind toe op een goed niveau kan handhaven.

Volgens de uitvinding kan een uit een aantal blokken bestaande warmtewisselaar zijn geplaatst in een drukvat. Hierdoor wordt het mogelijk met behulp van de eenvoudige constructie van de blokken een hoge gasdruk toe te passen. Het 30 drukverschil over de membraanwanden zal dan niet veel meer bedragen dan overeenkomt met het stromingsverlies door de blokken. In het vat kan de gemiddelde druk van het gas heersen. Bij toepassing van een dergelijk drukvat kunnen volgens de uitvinding de toevoerleiding en de afvoerleiding van 35 een vloeistof in eikaars onmiddellijke nabijheid door de wand van het vat zijn gevoerd. Men heeft dan geen problemen ten gevolge van verschillen in uitzetting,

De uitvinding zal nader worden toegelicht in de volgende beschrijving van een uitvoeringsvoorbeeld van een 8004805 « -4- wanntewisselaar volgens de uitvinding aan de hand van de tekeningt In de tekening toont: fig. 1 een verticale doorsnede door een warmtewisselaar volgens de uitvinding, 5 fig. 2 een doorsnede volgens de lijn II-II van de warmtewisselaar uit figuur 1, fig. 3 een doorsnede volgens de lijn III-III van de warmtewisselaar uit figuur 1, fig. 4 een doorsnede volgens de lijn IV-IV van de 10 warmtewisselaar uit figuur 1, fig, 5 schematisch in perspectief de opbouw van een warmtewisselaar uit een aantal blokken, fig. 6 een detail uit figuur 3 op grotere schaal, fig. 7 in perspectief een met VII aangeduid detail 15 uit figuur 1,

De afgebeelde warmtewisselaar bestaat uit in verticale schermen 1 opgestelde pijpen. Elk scherm bestaat uit pijpen 2 die dicht naast elkaar liggen en aan de onderzijde aansluiten op verzamelaars 3 en aan de bovenzijde op verzamelaars 4, 20 De uiterste schermwanden 5 en 6, zoals bijvoorbeeld in de figuren 3 en 6 is te zien, zijn uitgevoerd als membraanwanden met behulp van tussen de pijpen liggende verbindingstukken 7 die bijvoorbeeld kunnen zijn gevormd door strippen of door lassen. Aan de einden van de pijpschermen zijn randschermen 25 8 en 9 gelegen. Deze randschermen zijn eveneens uitgevoerd als rijen verticale pijpen die vlak naast elkaar zijn gelegen en waarbij de tussenruimten zijn afgedicht zodat ook hier membraanwanden worden gevormd. De pijpen van de randschermen 8 monden aan de onderzijde uit in een tussenverzamelaar 10 en 30 aan de bovenzijde in een tussenverzamelaar 11, De pijpen van de randschermen 9 monden aan de bovenzijde uit in een tussenverzamelaar 12 en aan de onderzijde in een tussenverzamelaar 13. De tussenverzamelaars 10 en 13 zijn door verbindingspijpen 14 en 15 verbonden met verzamelaars 3, De verzamelaars 3 zijn 35 door verbindingspijpen 17 doorverbonden met de hoofdverzamelaars 16. Aan de bovenzijde zijn op soortgelijke wijze de tussenverzamelaars 11 en 12 door verbindingspijpen 18 en 19 verbonden met verzamelaars 4, De verzamelaars 4 zijn door verbindingspi jpen 21 doorverbonden met de hoofdverzamelaars 20, De hoofd- 8004805 i~ ► -5- verzamelaars 16, 20 met drum 22 zijn door valpijpen 23 met elkaar verbonden. Aan de onderzijde zijn de verzamelaars 3 evenals de verzamelaars 4 aan de bovenzijde uitgevoerd als membraanwand.

5 Zoals figuur 3 laat zien, begrenzen telkens twee als membraanwanden 5 en 6 uitgevoerde pijpschermen en twee als membraanwanden uitgevoerde randschermen 8 en 9 een in de vorm van een blok uitgevoerde warmtewisselaar, die aan de onderzijde en aan de bovenzijde is begrensd door membraan-10 wanden die worden gevormd door de verzamelaars 3 resp. 4.

De membraanwanden zijn aan de randen afdichtend met elkaar verbonden. Daar het randscherm 8 aan de bovenzijde eindigt in de verzamelaar 11 die op enige afstand van de verzamelaars 4 ligt en het randscherm 9 aan de onderzijde eindigt in de ver-· 15 zamelaar 13 die op enige afstand boven de door de verzamelaars 3 gevormde membraanwand ligt, krijgt men een opening 24 aan de bovenzijde en een opening 25 aan de onderzijde, De afge-beelde warmtewisselaar is opgebouwd uit een aantal blokken die elk door wanden 5, 6, 8 en 9 zijn begrensd, In figuur 5 is 20 duidelijk te zien hoe men de blokken 26, 27 en 28 heeft met daarnaast een serie blokken 29, 30 en 31 en daarnaast weer een serie 32, 33 en 34. De aan de bovenzijde gelegen opening 24 van het blok 26 vormt de inlaat van de warmtewisselaar. De aan de onderzijde gelegen opening 25 van het blok 26 is door 25 middel van een kort verbindingsstuk met flenzen verbonden met de aan de onderzijde gelegen opening 25 van het blok 27, De opening 24 van het blok 27 is weer aangesloten op de opening 24 van het blok 28. De opening 25 van het blok 28 is door een bochtstuk aangesloten op de aan de onderzijde gelegen 30 opening 25 van het blok 31. Op overeenkomstige wijze is het blok 31 weer verbonden met het blok 30 en dit weer met het blok 29. De uitlaatopening 24 van het blok 29 is door een bochtstuk 35 aangesloten op de opening 24 van het blok 32,

De blokken 32, 33 en 34 zijn op dezelfde wijze weer verbonden, 35 waarbij de uitlaatopening 25 van het blok 34 tenslotte de uitlaatopening van de warmtewisselaar als geheel vormt.

Zoals in de figuren 3 en 4 duidelijk is te zien, liggen van de stellen blokken pijpschermen in eikaars verlengde, .Hierdoor krijgt men een goede overgang van de stroming van het 8004805 -6— ene blok naar het andere. Bij de naast elkaar gelegen stellen blokken 26, 21, 28 en 29, 30, 31 en 32, 33, 34 liggentde randschermen in eikaars verlengde, terwijl de schennen 6 gemeenschappelijk zijn voor de aan elkaar grenzende blokken, 5 Men krijgt op deze wijze een compact geheel en men kan de capaciteit van de blokken aanpassen door het kiezen van het aantal schermen. Het is duidelijk dat men met een beperkt aantal typen van pijpschermen gecombineerd met verzamelaars en randschermen door de keuze van het aantal een groot aantal 10 warmtewisselaars met verschillende capaciteit kan ontwerpen,

In de tekening is te zien hoe het stel blokken 26, 27, 28 meer pijpschermen 1 bevat dan het stel blokken 29, 30, 31 terwijl het stel blokken 32, 33·, 34 het minste aantal schermen vertoont. Hierdoor wordt de doortocht van de 15 verschillende stellen blokken geleidelijk minder. Dit betekent dat ondanks de afkoeling van de gassen toch een goede stromingssnelheid kan worden gehandhaafd. Zoals duidelijk is te zien in figuur 2 kunnen ter plaatse van de in- en uitlaat-openingen geleidingsplaten 37 zijn aangebracht. Deze gelei-20 dingsplaten zijn loodrecht op de pijpschermen 1 gericht en liggen met hun randen enerzijds horizontaal in de verbindings-opening en met de andere randen verticaal binnen de pijpschermen. De aan de onderzijde van elk blok liggende membraan-wanden die worden gevormd door de verzamelaars 3, kunnen 25 een opening vertonen. Eventueel naar beneden vallend stof uit de gassen kan dan gemakkelijk worden verwijderd. Men kan hiervoor een op z.ichzelf bekende gasdichte afvoerinrichting toepassen. De afgeheelde, uit een aantal blokken bestaande warmtewisselaar is ondergebracht in een drukvat 36, Dit heeft 30 het voordeel dat wanneer men een hoge gasdruk toepast, de membraanwanden niet sterk behoeven te zijn om'deze druk te kunnen weerstaan. Tot een druk van circa 3 bar zou de warmtewisselaar ook vrij in de ruimte kunnen staan. Men behoeft dan slechts enkele versterkingsribben rondom de blokken aan te 35 brengen om de krachten op te vangen.

Wanneer men hogere drukken wil toepassen, kan het drukvat worden gebruikt, waarbij^e gehele warmtewisselaar aan de bovenliggende hoofdverzamelaars kan ophangen. De toevoer-leidingen voor het door de pijpen stromende medium kunnen 8004805 -7- vlak bij elkaar door de wand worden gevoerd ont problemen veroorzaakt door uitzettingsverschillen tussen drukva.t en warmtewisselaar te voorkomen. Men kan bijvoorbeeld de uitlaat voor het gasvormige medium in open verbinding met de ruimte 5 binnen het vat laten. Bij de constructie van de blokken behoeft dan slechts rekening te worden gehouden met het drukverschil, dat ontstaat door stromingsverliezen, waarbij men een zekere veiligheidsmarge in acht kan nemen.

8004805

Claims

1. Warmtewisselaar voor een gasvormig en een vloeibaar medium, die êén of meer bundels pijpen omvat met op de pijpen aansluitende verzamelaars die van een toevoer- en van een afvoer voor de vloeistof zijn voorzien, en een de 5 ruimte om de pijpen begrenzende mantel met een toevoer en een afvoer voor het gasvormige medium, met het kenmerk, dat de warmtewisselaar bestaat uit êên of meer blokken die elk zijn opgebouwd uit een aantal naast elkaar liggende pijp-schermen, elk gevormd door een rij dicht naast elkaar liggende 10 verticale pijpen die aan de onderzijde en aan de bovenzijde aansluiten op een verzamelaar, van welke schermen de uiterste zijn uitgevoerd als membraanwanden met behulp van tussen de pijpen liggende strippen, dat aan de randen van de pijpschermen randschermen zijn gelegen die eveneens als membraanwanden 15 zijn uitgevoerd en elk worden gevormd door een rij verticale, op tussenverzamelaars aansluitende pijpen, waarbij elke membr aanwand aan de verticale randen afdichtend is verbonden met de loodrecht daarop staande aangrenzende membraanwanden, en dat de verzamelaars en de tussenverzamelaars door verbindinsstrippen 20 zijn verbonden met hoofdverzamelaars.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat aan de onderzijde en aan de bovenzijde gelegen hoofdverzamelaars zijn verbonden door een buiten het blok gelegen valpijp.

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat voor het vormen van inlaat- en uitlaatopenin-gen voor het gasvormige medium het ene randscherm op een zodanige afstand van de bovenzijde en het andere randscherm op een zodanige afstand van de onderzijde eindigt, dat in 30een verticaal vlak liggende doorlaatopeningaiworden gevormd, waarin de snelheid in de richting loodrecht op de pijpen voldoende klein is om geen slijtage te veroorzaken.

4. Warmtewisselaar volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de aan de onderzijde en aan de bovenzijde gelegen 35verzamelaars van een blok met behulp van tussen die verzame- 8004805 t .. -9- laars liggende strippen zijn uitgevoerd als membraanwanden,

5. Warmtewisselaar volgens conclusie 3 of 4, met « het kenmerk, dat nabij de onderzijde en nabij de bovenzijde van een blok tussen de schermen gebogen geleidingsplaten zijn 5 aangebracht die met het ene eind horizontaal tot in de door-laatopening reiken en met het andere eind verticaal zijn gericht.

6. Warmtewisselaar volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de door de verzamelaars aan de onderzijde 10 gevormde membraanwand een opening vertoont voor het doorlaten van gevangen stof.

7. Warmtewisselaar volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een aantal blokken zijn verenigd tot een stel, waarbij de aan de onderzijde gelegen 15 opening van een eerste blok aansluit op de overeenkomstige opening van een tweede blok en dat de aan de bovenzijde gelegen opening van dit tweede blok aansluit op de aan de bovenzijde gelegen opening van een derde blok, etc, waarbij de pijpschermen en de bijbehorende verzamelaars van de verschillende 20 blokken in eikaars verlengde liggen.

8. Warmtewisselaar volgens'conclusie 7, met het kenmerk, dat een aantal stellen blokken naast elkaar zijn gelegen, waarbij de schermwanden voor twee naast elkaar gelegen blokken gemeenschappelijk zijn en randschermen en hoofdverzamelaars 25 van de naast elkaar liggende blokken in eikaars verlengde liggen en waarbij de uitlaat van het ene stel door een bochtstuk is verbonden met de inlaat van het daarnaast liggende stel.

9. Warmtewisselaar volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat van een aantal naast elkaar liggende stellen blokken 30 telkens de blokken van een volgende stel met behoud van de onderlinge afstand tussen de pijpschermen, minder schermen vertonen dan de blokken van het voorgaande stel,

10. Warmtewisselaar volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een uit een aantal blokken 35 bestaande warmtewisselaar is geplaatst in een drukvat.

11. Warmtewisselaar volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de toevoerleiding en de afvoerleiding voor de vloeistof in eikaars onmiddellijke nabijheid door de wand van het vat zijn gevoerd, 8004805