NL8102777A - Warmte-uitwisselaar. - Google Patents

Description

’ N.0. 30.215 χ,

Warmte-uitwisselaar.

De uitvinding heeft "betrekking op een warmte-uitwisselaar, waarvan de warmte-uitwisselende oppervlakken "bestaan uit een serpentijn met een wisselende hellingshoek en uit een secundair oppervlak dat werkzaam is verbonden daarmee.

5 Bij een groep warmte-uitwisselaars die is opgebouwd uit buizen, stroomt in het inwendige van de buizen een condenserend medium, bijvoorbeeld waterdamp, terwijl er aan het buitenoppervlak van de buizen een ander medium, bijvoorbeeld een vloeistof of omgevingslucht stroomt. Bij deze warmte-uitwisselaars wordt, ter besparing ; 10 van water, tegenwoordig meestal lucht gebruikt voor koeldoeleinden.

De warmte-overdrachtscoëfficiënt tussen de lucht en de buis is. echter een orde van grootte kleiner dan de warmte-overdrachtscoëfficiënt van de condensatie in de buis, en daarom wordt op het buitenoppervlak van de buis een kleine hoeveelheid water gespoten, 15 terwijl een kunstmatige luchtstroom wordt opgewekt tussen de buizen.

Een deel van het water verdampt en oefent de koelwerking uit op het buisoppervlak. Het overige deel van het water stroomt naar de ruimte onder de warmte-uitwisselaar, vanwaar het via de pomp opnieuw wordt gecirculeerd naar de ruimte boven de spiraalbuis. Op deze 20 wijze vereist het koelproces aanzienlijk minder water; tussen de buis en de lucht kan een verdampings- en convectie-verschijnsel worden opgemerkt, zodat er sprake is van een gecombineerd warmte-overdrachtsproces.

Bij de bekende constructies die voor dit proces worden ge-25 bruikt wordt of één rij buizen aangebracht of worden verscheidene, ! ongeveer horizontaal aangebrachte evenwijdige buizen in serie met elkaar verbonden voor het vormen van een serpentijn. Het conden-! serend medium, bijvoorbeeld ammoniadamp wordt in de bovenste rij van de serpentijn geleid, waarbij in de buisrijen die onder elkaar 30! liggen het medium in toenemende mate condenseert en het gevormde f condensaat naar de onderste buis stroomt. De serpentijn is aange-; bracht in een huis, terwijl de ventilators zijn aangebracht aan de ‘ bovenzijde of aan de onderzijde daarvan welke de koellucht in be-] weging zetten.

;35 Het gemeenschappelijke nadeel van de bekende oplossingen ligt in het feit dat het condensaat dat zich heeft verzameld in een ; continu toenemende hoeveelheid in de onder elkaar liggende buizen ; de dwarsdoorsnede van de onderste buis geheel vult, waardoor hier 8102777 2 geen condensatie kan plaats hebben.

Een verder nadeel van de bekende oplossingen is dat in vergelijking met de uiterst voordelige warmte-overdrachtscoëfficiënt binnen de buizen er een aanzienlijk verschil bestaat tussen de 5 warmte-overdrachtscoëfficiënt van de buitenste convectie en de verdamping resp. waardoor betrekkelijk grote warmte-oppervlakken moeten worden toegepast.

Om de hierboven genoemde nadelen te vermijden moet of de buitenste warmte-overdrachtscoëfficiënt worden vergroot door de luchtsnel-10 heid en het vermogen van de ventilator te vergroten, of moet het temperatuurverschil tussen de buiswand en het sproeiwater worden vergroot door kouder water óp het buisoppervlak te sproeien.

De oplossing volgens de uitvinding is gebaseerd op deze verschijnselen; volgens de uitvinding wordt de helling van de buizen ; 15 gewijzigd in overeenstemming met de heersende condensatie-omstan-digheden, d.w.z. dat de hellingshoek wordt vergroot naar mate de buizen verder naar onderen liggen.

Verdere middelen die dienen voor het verbeteren van de warmteoverdracht worden verschaft door de aanvullende oppervlakken. Deze 20 laatste oplossing is gebaseerd op het inzicht, dat sproeiwater niet uitsluitend op het oppervlak van de buizen moet worden verdampt* welke zijn vervaardigd met een grote wanddikte tengevolge van de inwendige drukken welke dus dure onderdelen vertegenwoordigen, maar dat het water kan worden afgekoeld op een gemakkelijker en goedkope-25 re wijze aan de extra oppervlakken die zijn verbonden met de buizen op een voordelige wijze met het oog op fluïdum mechanica.

Volgens de uitvinding moeten de extra oppervlakken zodanig zijn gevormd dat zij dé baan van de luchtstroming in bovenwaartse richting niet beperken terwijl tegelijkertijd water moet worden ver-50zameld van de buizen en worden gesproeid op de oppervlakken. Om deze reden moeten de extra oppervlakken worden gevormd met een lage weerstand; dat betekent dat de afmeting die loodrecht ligt op de stroom !zo klein mogelijk moet zijn, bij voorkeur kleiner dan een tiende van de buisdiameter. Voor de grootte van de extra oppervlakken zou 55;een optimale verhouding tussen de oppervlakte van de buis f en het

ê D

extra oppervlak f kunnen worden bepaald, bijvoorbeeld f /f =2.

s s p

Om de stroomweerstand te kunnen verkleinen, moet bij voorkeur de steek van de extra oppervlakken worden gecoördineerd met de diameter van de buizen, d.w.z. dat de 0-steek moet worden gekozen als 8102777 3 een veelvoud van een kwart van de buisdiameter, d/4.

Bij de constructie volgens de uitvinding kan de optimale helling van de buizen worden verkregen op de volgende wijze: van de onder elkaar liggende buizen ligt de hellingshoek van de onderste 5 buis in het gebied tussen 0° en 30° in afhankelijkheid van de dwarsdoorsnede van de buis, terwijl de hellingshoek van de volgende buis met 3° tot 5° moet worden verkleind, dus bijvoorbeeld zodanig dat de hellingshoek van de onderste buis 30° bedraagt,, de tweede buis van onderen af 25°, de derde buis van onder af 20°, de vierde buis 10 van onder af 15° enz. tot de bovenste buis een hellingshoek van 5 bezit.

Be uitvinding zal thans nader worden uiteengezet aan de hand van de tekening waarin bij wijze van voorbeeld een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is weergegeven.

15 Fig. 1 geeft de constructie van de warmte-uitwisselaar weer.

Fig. 2 geeft de hellingen weer van de serpentijn van de warmte-uitwisselaar volgens fig. 1.

Fig. 3 geeft de doorsnede weer van de serpentijn van de warmte-uitwisselaar en de extra oppervlakken in de constructie met één 20 enkele rij buizen.

Fig. 4 geeft een doorsnede weer van de serpentijn van de warmte-uitwisselaar en de extra oppervlakken met twee rijen buizen die ten opzichte van elkaar zijn verplaatst.

Fig. 5 geeft een gedeeltelijke doorsnede weer van de serpentijn I ; 25 van de warmte-uitwisselaar met drie rijen buizen die ten opzichte van elkaar zijn verplaatst.

Fig. 6 geeft één van de mogelijke uitvoeringen weer voor de constructie van de extra oppervlakken die zijn verbonden met de serpentijn van de warmte-uitwisselaar.

|30 Fig. 7 geeft een verdere mogelijke uitvoeringsvorm weer van de extra oppervlakken die zijn verbonden met de serpentijn van de warmte-uitwisselaar.

Fig. 1 geeft een mogelijke uitvoeringsvorm weer van de warmte-uitwisselaar volgens de uitvinding; condensatie van één van de 35 media, welke deelneemt in de warmte-uitwisselaar, vindt plaats in de ononderbroken serpentijn 1; langs het buitenoppervlak van de serpentijn stroomt de luchtstroom - die wordt opgewekt door de ventilatoren 2a, 2b - gedeeltelijk in bovenwaartse richting, terwijl het water - dat door middel van de sproeier 3 op de buizen 40 wordt gesproeid - gedeeltelijk naar beneden stroomt. Het water dat 81 0 2 7 7 7 4 op de buizen is gesproeid en daar vanf stroomt wordt verzameld in de druippan 4» van waaraf het water opnieuw wordt gecirculeerd nqar de sproeier 3 via de pomp 5* De constructie is voorzien van het huis 6. De extra oppervlakken 7 volgens de uitvinding zijn aange-5 bracht tussen de warmte-uitwisselaarsbuizen. Uit de figuren is het duidelijk, dat de hellingshoek van de warmte-uitwisselaarsbuizen toeneemt naar mate de buizen verder naar onderen liggen.

In fig. 2 is de verandering van de hellingshoeken Van de ser-pentijn 1 weergegeven. De helling van de onderste rij 11 van de 10 buizen is het grootste, waarbij bijvoorbeeld de hellingshoek sz^ 30° bedraagt, de hellingshoek sz^ van de volgende rij 12 25°, de hellingshoeken van de volgende rijen 13, 14, 15, 16 in deze volgorde 20°, 15°> 10°, 5° bedragen, terwijl de hellingshoek van de verdere rijen 17, 18 constant blijft, bijvoorbeeld 5^· 15 In fig· 3 is de serpentijn volgens de uitvinding te zien, waarbij evenals bij de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm de ventilator 2, de sproeier 3» de druippan 4» het huis 6, en tegelijkertijd de dwarsdoorsnede van de extra oppervlakken ook zijn weergege-;ven. Goed kan worden gezien dat de extra oppervlakken een organische 20: eenheid vormen met de serpentijn met betrekking tot fluïdum mecha nica, zij beperken de baan van de lucht die naar boven stroomt niet., terwijl zij tegelijkertijd zorgen voor het verzamelen van het water dat daarop is gesproeid en dit leiden naar de volgende rij buizen.

Fig, 4 kan de constructie, welke twee evenwijdige rijen ser-25 pentijnen, die ten opzichte van elkaar zijn verplaatst, worden ge-:zien, waarbij twee mogelijke uitvoeringsvormen van de extra oppervlakken 7a» 7b zijn weergegeven, let gemeenschappelijk kenmerk ligt in het feit dat in beide gevallen de oppervlakken direkt zijn aangebracht onder de buizen. Het extra oppervlak 7a kan worden aange-30 bracht tussen twee aangrenzende buizen van de serpentijn die ten ;opzichte van elkaar zijn verplaatst, terwijl het extra oppervlak i 7b de ruimte opvult tussen twee buizen die onder elkaar zijn aan-:gebracht.

In fig. 5 kan een andere mogelijke constructie van de extra 35 ioppervlakken worden gezien; de oppervlakken 7c lopen in horizontale ; richting en staan niet in direkte aanraking met de buizen, waarbij zelfs hun onderflens niet in aanraking staat met de daaronder liggende buizen. De extra oppervlakken zijn door middel van keggen 9 van de vereiste afmeting bevetsigd, welke keggen zijn aangebracht ^ ! tussen de bevestigingslatten 8 en de buizen. Op deze wijze kunnen 8102777 5 de extra oppervlakken zijn gevormd met identieke hoogten ondanks het feit dat volgens de uitvinding de hellingshoeken van de buizen - in het bijzonder aan de onderzijde - verschillend zijn en dientengevolge de spleet daartussen ook verandert.

5 In fig. 6 is een uitvoeringsvorm van de extra oppervlakken te zien, waarbij de oppervlakken 7d niet alleen onder de onderrand van de buizen kunnen zijn aangebracht, maar ook onder de buitenranden daarvan. Een dergelijke oplossing moet worden gebruikt in gevallen als een grote hoeveelheid water wordt gesproeid op de 10 buizen en het kan voorkomen dat de waterfilm van de buitenranden van de buizen wordt afgescheurd.

Tenslotte kunnen in fig. 7 de mogelijke uitvoeringen van de dwarsdoorsneden van de extra oppervlakken 7 worden gezien. Bij het oppervlak 7e - dat in directe aanraking staat met de buis - zijn de :15 bovenste boog 71 en de onderste boog 72 identiek met de straal van de buis.

In het geval van het extra oppervlak Jf loopt het bovengedeel-te van het oppervlak evenwijdig met de raaklijn aan de buis die daar boven ligt.

20 De zijde van het extra oppervlak 7E is voorzien van de comple mentaire oppervlakken 73 voor het verzamelen van het water. De extra oppervlakken 7h raken alleen de buizen die liggen onder en boven deze oppervlakken.

Uit de figuren wordt het zeer duidelijk, dat de warmte-uitwis-25 selaar volgens de uitvinding is voorzien van serpent! jnen met verschillende hellingshoeken en extra oppervlakken die zijn gevormd en verbonden met de buizen in overeenstemming met fluïdum mechanica.

8102777

Claims (6)

1. Warmte-uitwisselaar, in het bijzonder voor het condenseren van dampen, welke een op zichzelf bekende serpentijn bevat, een,, ventilator die een luchtstroom opwekt loodrecht op de serpentijn alsmede een sproeier voor het sproeien van water op de serpentijn, 5 met het kenmerk dat de serpentijn is gevormd met een continu, toenemende hellingshoek terwijl tussen de buizen van de serpentijn extra oppervlakken verbonden met de buizen zijn aangebracht waarbij de afmeting van de extra oppervlakken of gelijk is aan het dubbele van het buisoppervlak of groter.

2. Warmte-uitwisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hellingshoek van de onderste rij van de spiraalbuizen ligt in het gebied tussen 0° en 30°, terwijl de hellingshoek van de volgende, de overliggende buizen continu met 3° tot 5° wordt verkleind, waarbij echter hellingshoeken kleiner 15 dan 3° tot 5° niet aanwezig zijn.

3· Warmte-uitwisselaar volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de steek(D )van de extra oppervlakken overeenkomt met het vierde gedeelte van de buisdiameter (d/4) of het veelvoud daarvan, terwijl de dikte kleiner is dan het tiende gedeelte 20 van de buisdiameter.

4· Warmte-uitwisselaar volgens één der conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk, dat de onder- en boveneinde van de extra oppervlakken in vorm overeenkomen met de buizen die daaronder en daar. boven liggen. 25

5* Warmte-uitwisselaar volgens één der conclusies 1 t/m 3» met het kenmerk, dat de bovenrand van de extra oppervlakken horizontaal is terwijl tussen de onderrand en de buis die daar onder ligt de positie van deze oppervlakken wordt gewaarborgd door middel van keggen met variabele afmeting.

6. Warmte-uitwisselaar volgens één der conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat de dwarsdoorsnede van het extra oppervlak zodanig is gevormd, dat de boog overeenkomt met de straal van de buis, of het bovengedeelte van het extra oppervlak evenwijdig loopt met de raaklijn van de buis die ligt boven dat oppervlak of 35 de zijde van het extra oppervlak is voorzien van randen voor het verzamelen van het water of het extra oppervlak nauwpassend is aangebracht tussen twee aangrenzende buizen. ---Oooo---Oooo--- 8102777