NL8700503A - Warmtewisselaar. - Google Patents

Description

f -1- 26282 /CV/tl

Korte Aanduiding: Warmtewisselaar -

De uitvinding betreft een warmtewisselaar met meerdere in serie naast elkaar aangebrachte kamers met in- en uitstroomopeningen voor in warrate-5 wisseling staande media's ,waarbij telkens naburige kamers een gemeeschap-pelijke scheidingswand bezitten en door een ander van de in warmtewis-seling staande media doorstroomt zijn,waarbij meerdere de kamers vormende evenwijdig aan elkaar geleide sleufvorraige stromingskanalen over de gehele lengte van het blok zijn geleid,waarbij de stromingskanalen aan 10 aan elkaar tegengestelde oppervlakken van het blok afwisselend zodanig ten opzichte van elkaar zijn verprongen,dat ieder stromingskanaal over zijn gehele lengte voorbij de direct naast hem liggende kanalen uitsteekt, terwijl de aan de eindzijden gelegen openingen van de kanalen zijn afgesloten en de telkens aan de oppervlakte liggende langszijden van de 15 stromingskanalen althans in de nabijheid van de eindzijden van het blok opengehouden zijn.

Met de uitvinding wordt beoogd een warmtewisselaar te verkrijgen, welke in verhouding tot grootte en gewicht een gunstige warmtewissel capaciteit heeft, goedkoop te vervaardigen is en tevens bestendig is 20 tegen in de verschillende kanalen eventueel heersende drukverschillen.

Volgens de uitvinding kan dit worden bereikt doordat de stromingskanalen binnen een uit een stuk bestaand blok uit keramisch materiaal verlopen en althans in een deel van de stromingskanalen afsteuningen tussen de scheidingswanden zijn aangebracht.

25 De uitvinding zal hieronder nader worden uiteengezet aan de hand van enige in bijgaande figuren schematisch weergegeven uit-voeringsvoorbeelden van de konstruktie volgens de uitvinding.

Fig. 1 toont schematisch in perspektief een recuperatieve warmteoverdrager, welke is vervaardigd volgens een strenjperswerkwijze.

30

Fig. 2 toont schematisch in perspektief een warmteoverdrager met gefreesde stromingskanalen.

Fig. 5 toont in perspektief een warmteoverdrager met schaal-voraig gekromde afdekvlakken, 35 Fig, 4 toont verschillende afsteuningen tussen scheidings wanden van de stromingskanalen, .

--------- 8700503 Τ ί -2- 26282/CV/tl

Fig. 5 toont eon extru3iemondstuk voor de vervaardiging van keramische warmteoverdragers met kernstukken.

Zoals uit de figuren blijkt, omvat de recuperatieve warmte-overdrager uit keramisch materiaal meerdere, in serie naast elkaar 5 aangebrachta stromingskanalen 1, 2 voor twee in waratewisseling staande media. De stroraingskanalen 1, 2 zijn in fig. 1 en 2 in een uitsnijding in het gebied van een van de eindzijden 3» 4 van de warmteoverdrager zichtbaar gemaakt, De warmteoverdrager wordt aan toe- en afvoerleidingen voor de media bij voorkeur zodanig aangesloten, dat de in warmte-10 wisseling staande media de warmteoverdrager in tegenstroom,doorstromen. De toe- en afvoerleidingen zijn in de figuron niet weergegeven, maar in de fig. 1, 2 en 3 zijn stromingslijnen voor de media aangëgeven.

Het hete af te koelen medium stroomt volgens de getrokken stromings-lijnen naar de stromingskanalen 1 via toestroomopeningen 5 en verlaat 15 de stroraingskanalen 1 via uit3troomopeningen 6, In de stromingskanalen 2 stroomt het te verwarmen medium zoals met stippellijnen aangeduid in tegenstroom. In de perspektivische weergave van de warmteoverdragers volgens fig. 1, 2 en 3 bevinden de toe- en afvoeropeningen van de stroraingskanalen 2 zich aan de van de toe— en afvoeropeningen 5,6 20 afgekeerde onderste zijden van de warmteoverdrager. Opstelling en vorm van de toe- en afvoeropeningen van de stromingskanalen 2 komt overeen met de vorm en opstelling van de toe- en afvoeropeningen 5 en 6.

De stromingskanalen 1, 2 zijn telkens naburig opgesteld en evenwijdig aan elkaar geleid. Zij vormen de afzonderlijke kamers van 25 de warrateuitwi33elmatrix. De warmteovergang vindt plaats via scheidingswanden 7 tussen naburige stromingskanalen. De eindzijden 3, 4 van de stromingskanalen zijn gasdicht afgesloten. In hun lengterichting worden de stromingskanalen 1, 2 aan weerszijden van de warmteoverdracht-raatrix door afdekwanden 8, 9 (fig. O en 10, 11 (fig. -2) afgedekt, 30 van welke afdekwanden de afzonderlijke deelstukken zijn aangeduid met 8a, 8b, 8c; 9a,9b, 9c respektievelijk 10a, 10b, 10c; 11a, 11b, 11c. Tussen de deelstukken van de afdekwanden 8, 9 respektievelijk 10, 11 bevinden zich de toe-en afvoeropeningen van de stroraingskanalen 1 en 2.

8700503

* X

-3- 26282/CV/tl «

De stromingskanalen 1, 2 zijn paarsgewijs ten opzichte van elkaar versprongen opgesteld. Daarbij strekken de stromingskanalen 1 zich over hun gehele lengte voorbij de naburige stromingskanalen 2 in de richting van de afdekwand 8 respektievelijk 10 uit, terwijl de stromingskanalen 5 2 in de richting van de afdekwand 9 respektievelijk 11 voorbij de stromingskanalen 1 uitsteken. Het bedrag, waarover de stromingskanalen voorbij elkaar uitsteken, komt althans overeen met de dikte 12 van de scheidingswanden 7* Door deze uitvoering verlopen de wanden tussen de stromingskanalen 1, 2 in een doorsnede evenwijdig aan de eind-10 zijden 3» 4 ongeveer meandervormig, hetgeen bijzonder duidelijk uit fig. 2 blijkt.

De afdekwanden 8, 9 en 10, 11 zijn op die plaatsen, waar de toe- en afvoeropeningen voor de media zijn gedacht, zo 'ver teruggezet, dat telkens die stromingskanalen zijn geopend, die in de richting van 15 de teruggezette afdekwand voorbij de naburige stromingskanalen uitsteken. In het uitvoeringsvoorbeeld volgens fig. 1 worden de afdekwanden 8, 9 door frenen gedeeltelijk verwijderd, terwijl in het uitvoerings-voorbeeld volgens fig. 2 de stromingskanalen met deelstukken van de afdekwand 10a, 10b, 10c respektievelijk 11a, 11b, 11c zodanig af gedekt 20 worden, dat aan weerszijden van de warmteoverdrager uitsparingen voor de toe- en afvoeropeningen achterblijven.

In de uitvoeringsvoorbeelden volgens fig. 1 en 2 zijn de toe- en afvoeropeningen slechts in de nabijheid van de eindzijden 3» 4 van de warmteoverdrager aangebracht, De hete zijde van de warmteover-25 drager vormt het gebied, waar het hete, af te koelen medium via de toestroomopeningen 5 naar de stromingskanalen 1 toestroomt en het opgewarmde medium na het doorstromen van de stromingskanalen 2 de warm-teoverdrager verlaat. In het gebied van de koude zijde van de warmte-overdrager stroomt uit de stromingskanalen 1 het afgekoelde medium via 30 de afstroomopeningen 6 weg, terwijl het koude medium aan de stromingskanalen 2 wordt toegevoerd. 3ij tegenstroom-warmteoverdragers volgens fig· 3 bevindt zich de warme zijde van de warmteoverdrager in het middelste gedeelte van de/warmteuitwisselmatrix. Het af te koelen medium 870 0 5 0 3 J '5 -4- 26282/CV/tl stroomt door de stromingskanalen 1 in twee tegengesteld gerichte deelstromen en verlaat de warmteuitwisselmatrix via de afvoeropeningen 6 in de nabijheid van de eindzijden 3, 4. De eindzijden vormen zo telkens koude zijden van de warmteoverdrager. Bij dit uitvoeringsvoorbeeld 5 worden daardoor warmtespanningen in de warmteoverdrager vereffend.

De stromingskanalen 1, 2 bezitten een sleufvormig gevormde doorsnede, waarvan de breedte 13 klein is ten opzichte van de hoogte 14 van de sleuf. Zij zijn zo aangebracht, dat telkens de grootste vlakken van naburige sleuven tegenover elkaar liggen; In de warmte-10 overdrager ontstaan op deze wijze grote warmteuitwisselvlakken voor de in warmteuitwisseling staande media.

In fig. 4' ia een doorsnede van meandervormig verlopende scheidingswanden 7 op sterk vergrote schaal weergegeven. Tussen de scheidingswanden 7 zijn in de stromingskanalen 1 zoals schematisch * 15 weergegeven verschillende afsteuningen 15 ingezet. Afsteuningen tussen de scheidingswanden 7 zijn dan gewenst, indien de beide in warmteuitwisseling ataanda media een verschillende druk bezitten. De afsteuningen 15 worden in die stromingskanalen aangebracht, waardoorheen het medium met de lagere druk stroomt. Als afsteuningen 15 zijn verschil-20 lend gevormde lichamen en verschillende materialen toepasbaar. In fig. 4 zijn kogels 15a, geschuimde materialen 15b, korrels 15c, golf-vormige delen 15d en met elkaar verknoopte delen 15e bijvoorbeeld tussen de scheidingswanden 7 geplaatst. Daarbij zijn kogels en korrels in de stromingskanalen statistisch verdeeld opgesteld. Als materiaal 25 voor de afsteuningen 15 komen in het bijzonder keramische grondstoffen, maar ook grafiet in aanmerking. Uit grafiet bestaan bijvoorbeeld de korrels 15c.

In fig· 3 is een uitvoeringsvoorbeeld van een warmteoverdrager met schaalvorraig gekromde afdekwanden 16 afgebeeld. De schaal-30 vorm van de afdekwanden wordt aangepast aan de voor de warmteuitwisseling ter beschikking staande ruimtes. Om meerdere warmteoverdragers aan elkaar te kunnen voegen, omvat de warmteoverdrager volgens fig. 3 op een van zijn zijwanden 17 en op de eindzijde 3 groeven 18, op de 8700503 -a- < -5- 26282/CV/tl

•I

andere zijwand 19 en op de eindzijde 4 ruggen 20. In deze groeven 18 en ruggen 20 kunnen ruggen of groeven van verdere warmteoverdragers met speling ingepast worden. In fig. 3 ia slechte een warmteoverdrager 21 met stippellijnen aangeduid* Van voordeel is het in het bijzonder 5 de warmteoverdragers in parallelle schakeling tot een hol lichaam met elkaar te verbinden en de toe- en afvoerleiding voor de in warmte-uitwisseling staande media coaxiaal aan de warmteoverdrager aan te sluiten. Ter verstijving van de door de stroraingskanalen 1 en 2 gevormde warmteuitwi3selmatrix zijn de zijwanden 17* 19 en de zijwanden 10 22,' 23 van de warmteoverdrager volgens fig. 1 en 2 dikker uitgevoerd dan de scheidingswanden 7 tussen de stromingskanalen.

Aan de legerplaatsen tussen aan elkaar gevoegde warmteoverdragers en tussen warmteoverdragers en aangrenzende, niet keramische bouwdelen bevinden zich elastische tussenlagen 24, die de warmteover-15 drager zowel tegen onderlinge mechanische beschadiging beschermen als ook verschillende warmteuitzettingen tussen warmteoverdragers en niet ♦ keramische bouwdelen vereffenen. De elastische tussenlagen 24 bestaan bij voorkeur uit gasdicht keramisch yezelmateriaal.

Xerami.jche warmteoverdragers volgens fig. 1 of 3 worden doel-20 matig door strengpersen van keramische massa’s met behulp van extruders vervaardigd» ?ig. 5 toont een uitvoerinjsvoorbeeld van een extruder-mondstuk voor een keramische warmteoverdrager volgens fig» 1. De uit-trededoorsnede van het extrudermondstuk met breedte 25 en hoogte 26 i3 aan de gewenste uitwendige afmetingen van de einddoorsnede van een 25 warmteoverdrager aangepast. De uittrededoorsnede is kleiner bemeten dan de doorsnede van het extrudermondstuk aan de achterste intredezijde voor de keramische massa. Binnen de uittrededoorsnede zijn meerdere kemlichamen 27 opgesteld, in het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld volgens fig* 5 ia doorsnede rechthoekige kemlichamen, waarvan de 30 hoogte 28 overeenkomt met een veelvoud van de breedte 29. De kernlicha-men 27 zijn op een afstand 30 in een rij naast elkaar aangebracht en zo opgeateld, dat de grote vlakken van het kernliehaam naar elkaar toe gekeerd zijn. De hoogte 28 en de breedte 29 van de kemlichamen bepalen . — . ——aaÉ 8700503 I * -6- 26282/CV/tl de latere doorsnede van <le stromingskanalen 1 en 2 van de keramische warmteoverdrager.

De kernlichamen 27 zijn aan de intredezijde van het extruder-mo nd3 tuk bevestigd· Zij steken vrijstaand in de uittrededoorsnede en 5 zijn paarsgewijs zodanig ten opzichte van elkaar versprongen, dat ieder kernlichaara voorbij de naburige kernlichamen in de richting van een van de beide telkens afdekwanden van de warmteoverdrager vormende mondstukwanden 31, 32 uitsteekt. De afzonderlijke kernlichamen steken voorbij de naburige kernlichamen uit over een afstand 33, welke althans 10 aet de afstand 30 tussen, naast elkaar aangebrachte kernlichamen overeenkomt.

De vervaardiging van de warmteoverdrager geschiedt zodanig, dat een geschikte keramische massa door een in fig. 5 niet nader weergegeven extruder door de uittrededoorsnede van het extrudermondstuk 15 wordt geperst, waarbij een streng van uitgangsmateriaal mat stromings-kanalen ontstaat. De streng uitgangsmateriaal wordt op lengte afgesneden en voorgebrand. Daarna worden de afdekwanden op die plaatsen weggefreesd, waar toe- en afvoeropeningen voor de stroraingskanalen ♦ zijn te vormen. Daarbij worden de afdekwanden zo ver verwijderd, tot-20 dat de stroming3kannlen, die voorbij de naburige stromingskanalen in de richting van de te verwijderen afdekwand uitsteken, zijn geopend. Aan de eindzijden worden de stromingskanalen 1, 2 met een keramische raas3a afgedicht. Aansluitend wordt de warmteoverdrager gereed gebrand.

In het extrusiemondstuk 25 zijn verschillend gevormde kern-25 lichamen 28 in te zetten. In fig. 5 zijn naast de in doorsnede rechthoekige kernlichamen 27 als voorbeeld ook boogvormig gekromde kernlichamen 27a en golfvormig uitgevoerde kernlichamen 27b weergegeven.

3ij het persen van een keramische massa met dergelijke kernlichamen ontstaan warmteoverdragers met gekromde of golfvormige stromingskana-30 len, die in het bijzonder dan, indien tussen de in warrateuitwis3eling 3taande media hoge drukverschillen bestaan, in verband met hun grotere stijfheid ten opzichte van stromingskanalen met rechthoekig gevormde 8700503 -7- 26282/CV/tl doorsneden bij voorkeur worden toegepast.

Warrateoverdragers volgens fig, 2 worden doelmatig uit vcor-gebrande keramische lichamen vervaardigd. Daarbij worden uitgaande van twee planparallelle zijvlakken paarsgewijs versprongen ten opzichte 5 van elkaar sleufvormige uitsparingen voor de stromingskanalen van de warrateoverdrager in het keramische lichaam telkens zo diep ingefreesd, dat naar het bodemvlak van het lichaam toe nog een laagdikte overblijft, die althans overeenkomt met de dikte van de scheidingswanden, die tussen de door de beide zijvlakken van het lichaam heen ingefreesde stroraings-10 kanalen blijven staan. Daarna worden de stromingskanalen afgedekt met afdekwanden, waarbij de afzonderlijke delen van de afdekwanden zijn aangepast aan de gewenste afmetingen voor de toe- en afvoeropeningen van de stromingskanalen, De na het fresen open eindzijden van de stromingskanalen worden opgevuld met een keramische massa. Na het gereed-15 branden zijn de warmteoverdragers dan ook aan de eindzijden gasdicht afgesloten.

Warmteoverdragers van de soort volgens de uitvinding zijn in het bijzonder geschikt voor de warmteuitwisseling tussen media bij hoge temperatuur. De uitvoering van de warmteoverdrager is voor de 20 massavervaardiging van keramische bouwdelen volgens een strengperswerkwijze geschikt. De warmteoverdragers kenmerken zich verder daardoor, dat op zeer eenvoudige wijze uit afzonderlijke bouwdelen-voor’warmteoverdragers grotere warmteuitwisseleenheden voor hogere warmteoverdracht-vermogen3 volgens het bouwkastenprincipe samen te stellen zijn.

8700503

Claims (3)

1. Warmtewisselaar uit keramisch materiaal met meerdere in serie naast elkaar aangebrachte kamers met'· in-ên uitstroom-openingen voor in warmtewisseling staande media ' s , waarb’ij <· telkens naburige kamers een gemeenschappelijke scheidings-5 wand bezitten en door een ander van de in warmtewisseling staande media doorstroomd zijn,waarbij meerdere de kamers vormende evenwijdig· aan elkaar geleide 3leufvormige stromingskanalen (1,2) over de gehele lengte van het blok zijn geleid(Waarbij de stromingskanalen (1,2) aan aan elkaar 10 tegengestelde oppervlakken (&,9,10r11} van het blok afwisselend zodanig ten opzichte van elkaar zijn versprongen,dat ieder stromingskanaal (1) over zijn gehele lengte voorbij de direct naast hem liggende kanalen (2) uitsteekt,terwij1 de aan de eindzijden gelegen openingen (3,4) van de kanalen 15 zijn afgesloten, en de telkens aan de oppervlakte liggende langszijden van de stromingskanalen (1,2) althans in de nabijheid van de eindzijden (3,4) van het blok opengehouden zijn,met het kenmerk,dat de stromingskanalen binnen een uit een stuk bestaand blok uit keramisch materiaal verlopen en 20 althans in een deel van de stromingskanalen (1,2) afsteuningen (15) tussen de scheidingswanden (7) zijn aangebracht.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1 ’ met het kenmerk, dat op legerplaatsen van de warmtewisselaar elastische tussenlagen (24) zijn aangebracht. 25

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 2,met het kenmerk,dat de elastische tussenlagen (24) uit keramisch vezelmateriaal bestaan. 8700503