NL8200058A - Warmtewisselaar, werkwijze voor het vervaardigen daarvan, en van een dergelijke warmtewisselaar voorziene gasdroger. - Google Patents

Description

* K - * *·

Lx 5916

Warmtewisselaar, werkwijze voor het vervaardigen daarvan, en van een dergelijke warmtewisselaar voorziene gasdroger.

Gesloten warmtewisselaars zijn in vele vormen bekend.

Deze omvatten alle een de warmte geleidende scheidingswand tussen twee stromingsruimten, door de ene waarvan een warmte afgevende stof kan stromen, terwijl door de andere een warmte opne-3 mende stof kan worden gevoerd. Door de warmtegeleiding kan dan warmte van de ene naar de andere stof overgaan.

Om een doeltreffende overgang te verkrijgen moet ervoor worden gezorgd, dat warmte uit alle delen van de eerste stroom naar alle delen van de andere kan overgaan. Dit vereist, dat de 10 scheidingswand met alle delen van de beide stromen in aanraking kan komen.

Om dit te bereiken kunnen de stromen bijvoorbeeld zodanig wervelend worden gemaakt, dat door menging de warmte-over-dracht wordt versneld, en alle delen van de stroom afwisselend 13 met de scheidingswand in aanraking komen, doch dit vereist meestal een betrekkelijk lange stromingsweg door de warmtewisselaar. Anderzijds kan het warmtecontact met de scheidingswand worden verbeterd door het oppervlak van deze wand te vergroten, in het bijzonder door daarop in de aangrenzende stromingsruimte stekende 20 ribben of vinnen of dergelijke uit de warmte goed geleidend materiaal te bevestigen. Ben bijkomend voordeel daarvan is, dat door de wandwrijving plaatselijke wervelingen in de stroom worden veroorzaakt, die de warmte-overdracht bevorderen.

Het is reeds lang bekend, o.a. uit ÏÏS 877 252 (1908), 25 dat voor het laatstgenoemde doel draadlussen uit een metaal zoals koper met een groot warmtegeleidingsvermogen geschikt zijn, die op een metalen scheidingswand, in het bijzonder een koperen buis, zijn gesoldeerd, welke lussen in het bijzonder uit een doorlopende draad tot een lussenslang zijn gebogen, die schroeflijnvormig 30 op de buis wordt gewikkeld en vastgesoldeerd. Het voordeel daarvan is, dat de lussen in een doorgaande bewerking kunnen worden gevormd. Dergelijke lussen hebben een veel betere vormvastheid dan uitstekende pennen van vergelijkbare dikte. Een voordeel is verder, dat zulke lussen rondom kunnen worden omspoeld, en aldus een 35 groot overdrachtsoppervlak verschaffen, zonder dat de stromings-weerstand aanmerkelijk wordt vergroot. Een inrichting voor het 8200058 - 2 - aanbrengen van dergelijke draadlussen op een buis is in NL-C 145 738 beschreven.

Dergelijke warmtewisselaars worden veelal gebruikt voor cent rale-verwarmings doeleinden, waarbij warm water door de buis 5 stroomt, en de draadlussen met de omgevingslucht in aanraking zijn, waarbij de warmtewisselaar meestal binnen een kast is geplaatst, die met de te verwarmen ruimte in vrije verbinding staat, en waarbinnen door de verwarming van de lucht een langs de draadlussen strijkende luchtstroom ontstaat. Uit NL-C 153164 is een dergelij-10 ke voor luchtverwarming dienende warmtewisselaar bekend, waarbij de buis alleen als drager voor de draadlussen dienst doet, terwijl tussen deze lussen een elektrische verwarmingsdraad is aangebracht.

Bij een dergelijke water-lucht-warotewisselaar is in feite alleen de overdracht naar de lucht een voor de werking be-15 langrijke factor, daar de afmetingen van de-warmtewisselaars meestal zodanig zijn, dat de warmte-overdracht vanuit het door dè buis stromende water voor het beoogde doel voldoende is. Het is echter gebleken, dat er bij andere toepassingen behoefte bestaat aan een nog verdere verbetering van de warmte-overdracht, in het 20 bijzonder met het oog op een verkleining van de afmetingen van de warmtewisselaars en een aanpassing van de werking ervan aan sterk uiteenlopende werkingsomstandigheden.

De uitvinding verschaft een dergelijké warmtewisselaar onder toepassing van een de warmte goed geleidende scheidingswand 25 met aan een zijde daarvan vastgesoldeerde draadlussen uit een de warmte goed geleidend metaal, welke warmtewisselaar als kenmerk heeft, dat ook aan de andere zijde van de scheidingswand draadlussen zijn vastgesoldeerd.

In het bijzonder strekken de lussen zich tenminste aan 30 een zijde van de scheidingswand over althans nagenoeg de volle breedte van de desbetreffende stromingsruimte uit. In het geval van een vloeistof-gas-warmtewisselaar zal deze ruimte meestal de vloeistofstroomruimte zijn, teneinde ook aan verder van de scheidingswand verwijderde vloeistoflagen nog warmte te kunnen onttrek-35 ken, daar wegens de grotere viskositeit van een vloeistof een zeer grondige menging door wervelingen moeilijker bereikbaar is dan bij een gasstroom.

Wanneer de scheidingswand een buis is, kan deze buis door een buitenbuis worden omgeven, die met de scheidingsbuis een 8200058 ϊ Λ - 3 - buitenste stromingskanaal begrenst, waarbij de op de buitenwand van de scheidingsbuis vastgesoldeerde lussen zich althans nagenoeg tot aan deze buitenhuis uitstrekken. Binnen de scheidings-buis kan een binnenbuis zijn aangebracht, die met de scheidings-5 buis een binnenste stromingskanaal begrenst, waarbij de op de binnenwand van de scheidingsbuis gesoldeerde draadlussen zich tot aan de binnenbuis uitstrekken·

De in het binnenste kanaal gelegen draadlussen kunnen in het bijzonder aan de binnenbuis zijn vastgemaakt, hetgeen het 10 vervaardigen van een dergelijke warmtewisselaar vereenvoudigt, doordat dan de op de binnenbuis bevestigde draadlussen met de binnenbuis in de scheidingsbuis worden geschoven, waarna de buitenkanten van de draadlussen aan de scheidingsbuis worden vastgesoldeerd, hetgeen eventueel ook gelijktijdig met het vastsolderen 15 van de aan de buitenkant van de scheidingsbuis aangebrachte draadlussen kan geschieden.

Een dergelijke warmtewisselaar is in het bijzonder geschikt voor een inrichting voor het door afkoeling van damp ontdoen van een gas, bijvoorbeeld het drogen van samengeperste lucht, 20 welke inrichting een perspomp voor een koelmiddeldamp, een ont-spanningsklep voor het smorend ontspannen van de samengeperste damp, en een met deze klep verbonden verdamper omvat, waarin de zich ontspannende damp onder verdamping in wisselwerking kan komen met het te behandelen gas om daaraan warmte te onttrekken, 25 waarbij de uitgangszijde van deze verdamper weer met de zuigzijde van de pomp is verbonden, in welke kringloop voorts een koeler voor het afvoeren van de bij het samenpersen van de koelmiddeldamp gevormde warmte is opgenomen, welke inrichting volgens de uitvinding als kenmerk heeft, dat de verdamper wordt gevormd door een 30 warmtewisselaar van de voornoemde soort.

De koelmiddeldamp wordt daarbij in het bijzonder in gelijkstroom met het te behandelen gas door de warmtewisselaar gevoerd, en wel door het binnenste kanaal daarvan, waarbij de doorsnede van dit kanaal en de dichtheid van de draadlussen in dit ka-35 naai zodanig worden gekozen, dat de stromingsweerstand van de koelmiddeldamp zoveel ten opzichte van die van het vloeibare koelmid-del zal toenemen, dat bij toenemende verdamping tengevolge van een toenemende belasting de uitgangstemperatuur van de gasstroom althans nagenoeg steeds dezelfde waarde zal hebben.

8200058 - b -

Bij een dergelijke coaxiale uitvoering van de warmtewisselaar kan de binnenbuis ook worden gebruikt voor het terugvoeren van het uit het binnenste kanaal wegstromende koelmiddel.

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toe-5 gelicht aan de hand van een tekening; hierin toont: fig. 1 een zijaanzicht met weggebroken gedeelten van een uitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de uitvinding; fig. 2 een vooraanzicht van deze warmtewisselaar; fig. 3 een schematische voorstelling van èen deel van 10 een luchtdroger met een warmtewisselaar volgens fig. 1 en 2; en fig. b een grafische voorstelling van het verloop van de temperatuur in de warmtewisselaar volgens fig. 3·

De in fig. 1 en 2 afgebeelde warmtewisselaar volgens de uitvinding in in het bijzonder bestemd voor het drogen van samen-15 geperste lucht of dergelijke door afkoeling met behulp van een geschikt koelmiddel, zoals nog nader zal worden toegelicht· De uitvinding is echter niet tot een dergelijke toepassing beperkt.

Deze warmtewisselaar omvat een scheidingsbuis 1, die een kanaal 2 voor de te drogen lucht scheidt van een kanaal 3 voor het 20 koelmiddel, welke buis uit koper of een ander metaal met grote warmtegeleidendheid bestaat. Het kanaal 2 wordt anderzijds door een buitenbuis A·, en het kanaal 3 door een binnenbuis 5 begrensd. Deze buizen b en 5 nemen geen deel aan de warmte-overdracht, en kunnen uit elk gewenst materiaal worden vervaardigd.

25 Op de scheidingsbuis 1 zijn draadlussen 6 uit een de warmte goed geleidend metaal zoals koper door solderen bevestigd, zodat een goede warmtegeleiding van de lussen naar de buis 1 verzekerd is. Deze lussen zijn van de in IJS 877 252 beschreven soort. De vorm van deze lussen kan ook bijvoorbeeld rechthoekig of tra-30 peziumvormig of dergelijke zijn.

Deze lussen bestaan uit een doorlopende draad, en zijn volgens schroeflijnen rond de buis 1 aangebracht, waarbij, zoals afgeheeld, de lussen van aangrenzende schroefgangen in elkaar kunnen grijpen. Een wijze van vervaardigen van dergelijke lussenrijen 35 is in NL-C 15^ 738 beschreven.

Hoewel dit op zichzelf niet noodzakelijk is, strekken de lussen zich tot aan de buitenbuis b uit, teneinde aldus de scheidingsbuis 1 ten opzichte van de buitenbuis b te centreren. Het is op zichzelf niet vereist de lussen aan de buitenbuis 2 vast te 8200058 * ·*· «i - 5 - solderen.) doch de buitenbuis kan zonodig met enige soldeerpunten worden vastgezet·

Aan de binnenzijde van de buis 1 zijn in het kanaal 3 eveneens draadlussen 7 aangebracht, die eveneens aan de buis 1 5 zijn vastgesoldeerd. Deze lussen strekken zich daarbij tot aan de binnenbuis 5 uit,· waardoor deze wordt gecentreerd. De binnenbuis is op zichzelf niet nodig, doch het-· ia. eenvoudiger de lussen 7 eerst op de binnenbuis 5 vast te zetten, en dan op de scheidings-buis 1 vast te solderen. Zonodig kan in plaats van een binnenbuis 10 3 een hulpkern worden gebruikt, die eventueel later wordt verwijderd.

Fig. 3 toont een toepassing van deze warmtewisselaar voor het drogen van samengeperste lucht. De j.ucht wordt door een pomp 8 aangezogen en in een koeler 9 afgekoeld, en daarna aan het 15.buitenkanaal 2 van een warmtewisselaar volgens fig. 1 toegevoerd.

De in dit kanaal aangebrachte lussen 6 zorgen voor een goede warmte-afvoer naar de scheidingswand 1, terwijl tevens wervelingen in de luchtstroom worden gevormd, die eventueel gelaagde stromingen, die de warmte-afvoeroppervlakken zouden kunnen afschermen, door-20 breken. De samengeperste en door afkoeling gedroogde lucht wordt bij 10 naar een geschikte drukketel afgevoerd.

Het kanaal 3 binnen de scheidingsbuis 1 is in een leiding 11 opgenomen, die deel uitmaakt van een koelmiddelkringloop van de gangbare vorm, waarin een ontspanningsklep 12 met drukregeling 13 25 is opgenomen. De overige onderdelen van deze kringloop zijn niet afgebeeld. In deze kringloop kan een koelmiddel zoals freon worden rondgevoerd, dat onder hoge druk aan de klep 12 wordt toegevoerd, en dat zich daarin kan ontspannen, waarbij de druk aan de uitgangs-zijde van deze klep op een vaste waarde wordt gehouden, die met een 30 bepaalde gewenste temperatuur overeenkomt. De stroomzin in het bin-nenkanaal 3 is daarbij gelijk aan die in het buitenkanaal 2.

Aan de hand van fig. k zal de werking van deze warmtewisselaar nader worden toegelicht. Bij nullast, d.w.z. wanneer geen of zeer weinig lucht door de pomp 8 wordt afgegeven, zal er 33 nagenoeg geen warmte aan het door het binnenkanaal 3 stromende koelmiddel worden toegevoerd. Fr vindt dan nagenoeg geen verdamping van koelmiddel plaats, zodat dit als een vloeistof door het kanaal 3 stroomt, waarvan de uitgangstemperatuur ongeveer gelijk is aan de ingangstemperatuur, bijvoorbeeld +1 °C. Dit is door een horizontale 8200058 I ^ - 6 - onderbroken lijn in bet benedengedeelte van fig. k aangegeven. De door de draadlussen 7 in bet kanaal 3 on door de wanden 1 en 2 daarvan veroorzaakte stromingsveerstand beeft een bepaalde voor dit doel geschikte waarde.

5 De weinige lucht, die door bet kanaal 4 stroomt, en die bijvoorbeeld een temperatuur van 18 °C beeft, wordt snel tot iets boven de temperatuur van bet koelmiddel, bijvoorbeeld + 2°C>afge-koeld, bij welke temperatuur geen bevriezing van in de lucht aanwezige waterdamp zal plaatsvinden. De afkoeling bewerkstelligt 10 wel bet als water neerslaan van eventueel aanwezige waterdamp, welk water door middel van een geschikte aftapopening uit de > warmtewisselaar kan worden afgevoerd.

Bij vollast, wanneer de maximale hoeveelheid lucht door het kanaal 2 stroomt, moet de eindtemperatuur van de lucht onge-15 veer dezelfde zijn als in het geval van nullast. Er moet dan echter wel veel meer warmte worden afgevoerd, zodat in het kanaal 3 een aanmerkelijke verdamping zal optreden, waarbij ervoor moet worden gezorgd, dat de koelmiddeltoevoer aan de vollastbehoefte is aangepast. De verdamping leidt tot een inhoudsvergroting, en dus 20 tot een snelheidsvergroting van het gevormde mengsel, zodat ook de stromingsweerstand zal toenemen, hetgeen tot gevolg heeft, dat de uitgangsdruk, en dus de uitgangstemperatuur, afneemt. Dit is in fig. k met een doorgaande lijn aangegeven.

De draadlussen 7 zorgen niet alleen voor een gelijkmatig 25 verdeelde warmtetoevoer, doch dragen ook bij tot het turbulent worden van de stroming, hetgeen de warmte-overdracht bevordert, en de stromingsweerstand vergroot. Zoals uit fig. ^ volgt, neemt de uitgangstemperatuur van het koelmiddel bij vollast tot bijvoorbeeld - 2°C af, hetgeen voldoende is om de vollastluchtstroom weer met 30 een temperatuur van ongeveer 2 °C af te voeren.

Het verloop van de stromingsweerstand bij verschillende belastingswaarden blijkt door een geschikte keus van de breedte van het kanaal 3 en van de dichtheid van de draadlussen 7 zodanig te kunnen worden ingesteld, dat onder alle omstandigheden althans 35 ongeveer dezelfde uitgangstemperatuur van de lucht wordt verkregen. Doordat door de draadlussen 6 en 7 de warmte-overdracht aanmerkelijk wordt verbeterd, kunnen de afmetingen van een dergelijke warmtewisselaar dienovereenkomstig worden verkleind.

Bij een als voorbeeld dienende warmtewisselaar bedraagt 8200058

♦ JP

- 7 - de binnenmiddellijn van de buitenhuis 4 ongeveer 60 mm, en de buitenmiddellijn van de scbeidingsbuis ongeveer JQ mm, terwijl de breedte van h.et kanaal 3 bijvoorbeeld ongeveer 3·«5 mm bedraagt, afhankelijk van de capaciteit van de inrichting. De lengte van de 5 warmtewisselaar behoeft dan niet groter dan 1 000 .mm te zijn. Een dergelijke warmtewisselaar neemt derhalve zeer weinig ruimte in.

Het inwendige van de binnenbuis 5 kan bijvoorbeeld worden gebruikt om het koelmiddel weer terug te voeren, hetgeen soms met het oog op de ruimtebenutting en mogelijke warmteverliezen 10 gunstig kan zijn.

Het zal duidelijk zijn, dat de uitvinding niet tot de . beschreven uitvoeringsvoorbeelden beperkt is. Zo kan bijvoorbeeld een dergelijke warmtewisselaar ook uit buizen met een rechthoekige doorsnede worden vervaardigd. Het is ook mogelijk dergelijke draad-15 lussen toe te passen bij een enkelvoudige scheidingswand, die twee kanalen van elkaar scheidt. De vorm van de draadlussen kan verder aan de omstandigheden worden aangepast.

. » \ 8200058

Claims (9)

1. Warmtewisselaar, omvattende een de warnte goed geleidende schei-dingswanddie een stromingsruimte voor een warmte afgevende stof scheidt van een stromingsruimte voor een warmte opnemende stof, welke wand aan een zijde is voorzien van daaraan vastgesoldeerde ddaadlussen uit een 5 de warmte goed geleidend metaal, met het kenmerk, dat ook aan de andere zijde van de scheidingswand draadlussen zijn vastgesoldeerd.

2« Warmtewisselaar volgens conclusie 1, net het kenmerk, dat de draadlussen zich aan ten misnte een zijde van de scheidingswand over althans nagenoeg de volle breedte van de secbetreffebde stro— 10 mingsruimte uitstrekken*

3. Warmtewisselaar volgens co clusie 1 of 2, waarbij de scheidingswand een buis is, met het kenmerk, dat deze buis door een coaxiale buitenbuis is omgeven, die met de scheidingsbuis een buitenste stromingskanaal begrenst, waarbij de op de buitenwand van de scheidings- 15 buis vastgesoldeerde lussen zich althans nagenoeg tot aan de buitenbuis uitstrekken.

4. Warmtewisselaar volgens een van de conclusies 1..3» met het kenmerk, dat binnen de scheidingsbuis een coaxiale binnenbuis is aangebracht, die daarmede een binnenste stromingskanaal begrenst, 20 waarbij de op de binnenwand van de scheidingsbuis aangebrachte draadlussen zich althans nagenoeg tot aan de binnenbuis uitstrekken.

5* Warmtewisselaar volgens conclusie 4»me-t het kenmerk, dat de in het binnenste kanaal gelegen draadlussen aan de binnenbuis zijn vastgesoldeerd·

6. Werkwijze voor het vervaardigen van een warmtewisselaar volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de draadlussen eerst op de binnenbuis worden vast gesoldeerd, waarna het geheel in de scheidingsbuis wordt geschoven, en de lussen met hun buitenkant aan de scheidingsbuis worden vastgesoldeerd.

7. Gasdroger, omvattende een perspomp voor een koelmiddeldamp, een ontspanningsklep voor het smorend ontspannen van de samengeperste damp, en een met deze klep verbonden verdamper, waarin de zich ontspannende damp in wisselwerking kan komen met het te behandelen gas om daaraan warmte te onttrekken, waarbij de uitgangszijde van deze verdamper 35 weer met de zuigzijde van de pomp is verbonden, in welke kringloop voorts een koeler voor het afvoeren van de bij het samenpersen van de 8200058 V -9- -τ' bij het samenpersen van de koelmiddeldamp gevormde warmte, is opgenomen, met het kenmerk, dat de verdamper wordt gevormd door een warmtewisselaar volgens een van de conclusies 1..5·

8. Gasdroger volgens conclusie met het kenmerk, dat de 5 koelmiddeldamp door het binnenste kanaal wordt gevoerd, en wel in gelijkstroom ten opzicht van het door het buitenste kanaal gevoerde gas, waarbij de doorsnede van het binnenste kanaal en de draadlusdiohtheid daarin zodanig worden gekozen, dat de stromingsweerstand van de koelmiddeldamp zoveel ten opzichte van die van het in hoofdzaak vloeibare 10 koelmiddei zal toenemen, dat bij toenemende verdamping ten gevolge van een toenemende belasting de uitgangs.temperatuur van de gasstroom althans nagenoeg steeds dezelfde waarde zal hebben·

9# Gasdroger volgens conclusie 8, me t het kenmerk, dat de binnenbuis als terugvoerleiding voor het uit het binnenste kanaal 15 wegstromende koelmiddei wordt gebruikt. 8200058