NO141963B - Varmeveksler, omfattende et antall roer med rektangulaere ender - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en varmeveksler omfattende et antall rør med rektangulære ender hvor i det minste deler av endene strekker seg sideveis forbi tenkte forlengelser av rør-veggene og danner forbindelsesflater ved hjelp av hvilke endene av tilstøtende rør forbindes direkte med hverandre, hvorved det dannes gap mellom rørene, gjennom hvilke gap et første fluidum strømmer mens det gjennom rørene strømmer et andre fluidum, hvilken varmeveksler videre omfatter en ramme som strekker seg rundt rørendene, og temperaturutvidelseskompenserende elementer.

Ved den vanlige måte å samle endene av varmeledende ror i var-mevekslere, bores mange hull i endeplatene, endene av varme-vekslerrorene fores inn i hullene og rorendene sveises til endeplatene. Ved sveising av rorendene til endeplatene kan imidlertid termisk forlengelse på grunn av termisk ekspansjon i varmevekslerrorenes lengderetning ikke absorberes, og i verste fall brytes endeplatene i stykker på grunn av rorenes termiske forlengelse. På grunn av sveisingen som må utfores er det umulig å minske avstanden mellom tilstotende hull i endeplaten, og varmeveksleren kan derfor ikke gis en kompakt utformning. Når sveisingen utfores med avstand mellom tilstotende hull som er urimelig liten, kan den termiske forlengelse i tilstotende ror ikke absorberes, med det resultat at rorene brister eller endeplaten sprekker.

Det faktum at en minsteavstand må opprettholdes mellom hullene

i endeplaten betyr at avstanden mellom tilstotende ror heller ikke kan minskes under denne minsteavstanden. Derfor senkes hastigheten av det fluidum som strommer gjennom rommet som dannes rundt rorene, noe som gjor at laminær stromning utvikles rundt rorene, slik at varmevekslingen mellom fluidumet i de varmeledende rorene og fluidumet som passerer gjennom rommet

mellom rørene hemmes, med det resultat at varmeoverførings-effektiviteten synker.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å eliminere ovennevnte ulemper på en fordelaktig måte. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en varmeveksler av den innledningsvis nevnte type, hvor det karakteristiske er kombinasjonen av følgende trekk: a) at størrelsen av de laterale utvidelser av de tilstøtende flater av endene av rørene er fritt foranderbare for dannelse av forskjellige gap mellom tilstøtende rør, b) at flere rekker av rør som direkte er forbundet ved deres tilstøtende forbindelsesflater er monterbare i rammen i et gittermønster eller forskjøvet i forhold til hverandre, c) at rammen er konstruert av samme materiale som rørene og utgjøres av flere avlange elementer som er forbundet i endene, og d) at de temperaturutvidelseskompenserende elementer er anordnet langs endeflatene av rørrekkene.

Ytterligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives nærmere under henvisning til de utførelseseksempler som er vist på tegningene.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for samling av endene av varmeledningsror i en varmeveksler og et apparat som samler rorendene i en varmeveksler, karakterisert ved at endene av tilstotende varmeledende ror klemmes flate, slik at det dannes forbindelsesflater og at disse flater buttsveises.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en varmeveksler og en fremgangsmåte for samling av endene av de varmeledende ror i en varmeveksler, hvor gapet mellom de varmeledende ror gjores så trangt som mulig, og at strommen av fluidum som passerer gjennom rommet som dannes mellom de varmeledende ror gjores hurtig.

Flere andre formål med foreliggende oppfinnelse vil fremgå av folgende beskrivelse av de utforelseseksempler som er vist på tegningene. Fig. 1 viser et perspektivisk riss av et varmeledende ror som benyttes i et utforelseseksempel på foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er et enderiss av utforelseseksemplet på fig. 1.

Fig. 3 er et snitt langs linjen III - III på fig. 4.

Fig. 4 er en perspektivisk skisse som viser et utforelseseksempel på foreliggende oppfinnelse. Fig. 5 er et sideriss av et varmeledende ror benyttet i et andre utforelseseksempel på foreliggende oppfinnelse.

Fig. 6 er et enderiss tilsvarende fig. 5.

Fig. 7 er et snitt langs linjen VII - VII på fig. 8.

Fig. 8 er en perspektivisk skisse som viser et andre utforelseseksempel på foreliggende oppfinnelse. Fig. 9 er et sideriss av et varmeledende ror som benyttes i et tredje utforelseseksempel på foreliggende oppfinnelse.

Fig. 10 er et enderiss tilsvarende fig. 9.

Fig. 11 er et snitt langs linjen XI - XI på fig. 12..

Fig. 12 er en perspektivisk skisse av et tredje utforelseseksempel på foreliggende oppfinnelse. Fig. 13 er et oppriss av et varmeledningsror benyttet i et fjerde utforelseseksempel på foreliggende oppfinnelse.

Fig. 14 er et enderiss tilsvarende fig. 13.

Fig. 15 er et snitt langs linjen XV - XV på fig. 17.

Fig. 16 er et oppriss tilsvarende fig. 17.

Fig. 17 er en perspektivisk skisse som viser et fjerde utforelseseksempel på foreliggende oppfinnelse.

På figs. 1 og 2 er begge endene la og lb av det varmeledende ror

1, som har elliptisk tverrsnitt, klemt mot ellipsens lilleakse, slik at det dannes forbindelsesflater 2 som gir rektangulært tverrsnitt. Sideforbindelsesflåtene 2a, 2b rager like mye ut på begge sider av roret 1 langs forlengelsen av ellipsens lilleakse. Som det fremgår av figs. 3 og 4, anordnes flere slike ror 1 parallelt med hverandre i et gittermonster. Sideflatene 2a og 2b av rorene 1 som vender mot hverandre sideveis plasseres mot hverandre, slik at endene la, lb av rorene 1 samles, og disse flatene 2a, 2b sveises sammen. De motstående ender av rorene 1 sveises sammen på samme måte.

Ved å endre den grad i hvilken flatene 2a og 2b rager ut fra begge sider av rorene 1, kan gapene S, som dannes mellom tilstotende rbrl, bestemmes vilkårlig. Derfor kan hastigheten av fluidums-strommen i gapet S okes ved å endre flatenes 2a og 2b utrag-ningsgrad.

Forbindelsesflåtene 2 av de samlede ror 1 anordnes i en ramme

3, og rorene 1 bringes på plass ved bruk av rammen 3. Elastisk deformerbare avstandsstykker 4 og 5, som kompenserer for termisk utvidelse, er satt inn i rommene som dannes mellom endeflatene av rekkene av ror 1 plassert i rammen 3. Rorendenes forbindelsesflater 2, stykkene 4 og 5 og rammen 3 buttsveises. Termisk påkjenning på flatene 2 i sideveis retning i forhold

til rorendenes hovedakser (den vertikale retning på fig. 4) for-årsaket av termisk ekspansjon, kompenseres ved deformasjon av avstandsstykkene 4 og 5 som har krumt tverrsnitt. Termisk påkjenning i lengderetningen av de sveisede flatene 2 (den horisontale retning på fig. 4-) kompenseres av påkjenningen som skyldes rammens 3 termiske ekspansjon, hvilken ramme er fremstilt av samme materiale som varmeledningsrørene 1. Termisk påkjenning i lengderetningen av rørene 1 kompenseres ved at rørene slår seg eller bøyer seg i gapene som består mellom de varmeledende rør 1.

Et forste fluidum som skal varmes, strommer i roret 1, mens et andre fluidum som skal varme det forste fluidum, strommer gjennom gapene mellom varmeledningsrorene 1.

Et andre utforelseseksempel på foreliggende oppfinnelse skal beskrives i det folgende. I motsetning til det foregående eksempel hvor varmeledningsrorene har ovalt tverrsnitt, har varmeledningsrorene i dette eksempel sirkulært tverrsnitt. På fig. 5 og 6 er begge endene la, lb av roret 1 med sirkulært tverrsnitt klemt til rektangulær form. I ytterkantene av dette rektangel er det dannet et par flater 2a og 2b som rager like langt ut på begge sider av roret 1.

Som vist på figs.7 og 8 er et stort antall ror 1 anordnet parallelt med hverandre i et gittermonster. Flatene 2a og 2b på sideveis tilstotende ror 1 plasseres mot hverandre, og med endene la og lb av hvert ror 1 samlet, sveises disse flatene sammen.

Ved denne buttsveising dannes det gap S mellom tilstotende ror 1. Gjennom gapene S strommer et fluidum som varmer fluidumet i de varmeledende ror 1. Storrelsen av gapene S mellom tilstotende ror 1 kan varieres ved å variere hvor mye flatene 2a og 2b rager ut på begge sider av roret 1. Derfor kan hastigheten av fluidumet som strommer gjennom gapene S okes ved å minske gapet S ved justering av flatenes 2a og 2b innbyrdes avstand. Endene la og lb av rorene 1 samles og plasseres i rammen 3, og sveising av rorenes 1 ender 2 utfores under bruk av rammen 3.

Deretter innsettes elastisk deformerbare avstandsstykker 4 og 5

i rommene dannet mellom flatene 2 av tilstotende ror 1. Derved vil termisk påkjenning på grunn av termisk ekspansjon i sideveis retning (den vertikale retning på fig. 8) av flatene 2 kompenseres ved deformasjon av avstandsstykkene 4 og 5. Termisk påkjenning i lengderetningen (den horisontale retning på fig. 8) av de sveisede flater 2 kompenseres også ved deformasjon av avstandsstykkene 4 og 5. Og den termiske påkjenning i de sveisede fla-ters 2 lengderetning (den horisontale retning på fig. 4) kompenseres av påkjenningen på grunn av termisk ekspansjon av rammen 3 som er fremstilt av samme materiale som de varmeledende ror 1. Termisk påkjenning i lengderetningen av rorene 1 kompenseres av gapene S mellom de tilstotende ror 1.

I det folgende skal et tredje utforelseseksempel på oppfinnelsen beskrives. Mens rorene 1 i det andre eksempel er arrangert i et gittermonster, er de her anordnet forskjovet i forhold til hverandre.

Figs. 9 og 10 viser hvorledes begge ender la og lb av roret 1, som har ovalt tverrsnitt, er utvidet slik at det danner en rektangulær ende 2. Ved ytterkantene av denne ende 2 er det dannet forbindelsesflater 2a og 2b.

Et stort antall parallelle ror 1 er anordnet forskjovet i forhold til hverandre som vist på fig. 11. Flatene 2a og 2b av lengdeveis tilstotende ror 1 er plassert mot hverandre, og med endene la og lb av rorene 1 holdt samlet, sveises disse flater 2a, 2b sammen.

Avstandsstykker 6 innsettes mellom sideveis tilstotende ror 1 og sveises til de lange flater på endene 2, slik at det dannes gap S mellom rorene 1. Et fluidum som skal varme opp fluidumet i rørene 1, føres gjennom gapene S. I utførelseseksempelet på fig. 12 er gapene S dannet av avstandsstykker 6. Gapene kan dannes ved å forlenge flatene 2 mot sideveis tilstøtende rør 1 og buttsveise de utragende partier av flatene 2.

Endene la og lb av rørene 1 innpasses i en eleastisk formbar ramme 7 hvis elementer har krumt tverrsnitt og som holder endene la, lb av rørene 1 i stilling.

Rammen 7 bærer plater 8 som opptar belastninger i langsgående

og tversgående retning. Derved kompenseres den termiske belastning ved endene la og lb av rørene 1 ved deformasjon av rammen 7, mens termisk belastning i rørenes 1 lengderetning kompenseres i gapene S. Platene 8 er anordnet i hulrom som dannes av rammeelementenes krumme tverrsnitt.

I det folgende skal et fjerde utforelseseksempel på foreliggende oppfinnelse beskrives. I de foregående eksempler har de varmeledende ror ovalt eller sirkulært tverrsnitt, men i dette eksempel har rorene 9 rektangulært tverrsnitt.

Figs. 13 og 14 viser at begge ender 9a og 9b av et rektangulært ror 9 er utvidet fra den lange side 9', slik at det dannes en rektangulær ende 10, hvis lange side 10' rager ut fra begge sider av roret 9, og at et par flater 10a, lob er dannet i lengderetningen av enden 10.

Som vist på figs. 15, 16 og 17 er et stort antall ror 9 anordnet

i et gittermonster parallelt med hverandre. Flatene 10a, 10b av lengdeveis tilstotende ror 9 er plassert imot hverandre, og med endene 9a, 9b av rorene 9 holdt samlet, er flatene 10a, 10b snei-set sammen. Herved oppstår gap S mellom sideveis tilstotende ror 9 ved buttsveisingen av flatene 10' av sideveis tilstotende ror 9. Rombeformede områder ved rorendenes hjorner fylles med svei-semateriale. Labber 11 strekker seg ut fra enkelte av rorsidene og berorer siden av det tilstotende ror 9, slik at de forsterker hvert ror 9 og samtidig forsnevrer stromningsbanen for det fluidum som passerer gjennom gapene s og utvider det varmeledende areal.

Endene 9a, 9b av de samlede ror 9 er innpasset i en ramme 12,

ved hjelp av hvilken endene 9a, 9b av roret 9 innrettes. Termisk påkjenning ved endene 9a, 9b av roret 9 kompenseres av påkjenningen på grunn av termisk ekspansjon av rammen 12 som er fremstilt av samme materiale som roret 9. Termisk påkjenning i lengderetningen av roret 9 kompenseres av lengdeveis boyning av dette. Istedenfor å benytte rammen 12, kan det for plassering av endene 9a og 9b benyttes en boks 12' som angitt med strek-prikket linje.

I de viste eksempler er endene av rorene klemt til rektangulært tverrsnitt for å gi forbindelsesflater, men disse ender kan for-mes med polygonalt tverrsnitt i den grad forbindelsesflater kan dannes ved endene av tilstotende ror.

I de fleste eksempler er det benyttet en ramme, men det kan også benyttes en. boks slik det er illustrert i det fjerde eksempel for å plassere endene 9a, 9b.

Som beskrevet ovenfor, er det i foreliggende oppfinnelse til-veiebrakt forbindelsesflater ved endene av varmeledende ror, og endene av rorene samles ved å buttsveise disse flatene av ror som er anordnet parallelt med hverandre. Et resultat av dette er at endeplaten blir overflodig. Gapet mellom tilstotende ror kan lett varieres kun ved å endre storrelsen av forbindelsesflåtene, og varmeveksleren kan således gis en kompakt utformning. Samtidig gir muligheten av å minske gapet mellom rorene muligheten av å oke hastigheten av fluidumet som strommer gjennom gapene, noe som forhindrer utvikling av laminær stromning rundt rorene og resulterer i oket effektivitet av varmeoverfbringen mellom fluidumet i rorene og fluidumet i gapene mellom rorene.

Claims (5)

1.. Varmeveksler omfattende et antall rør med rektangulære ender hvor i det minste deler av endene strekker seg sideveis forbi tenkte forlengelser av rørveggene og danner forbindelsesflater ved hjelp av hvilke endene av tilstøtende rør forbindes direkte med hverandre, hvorved det dannes gap mellom rørene, gjennom hvilke gap et første fluidum strømmer mens det gjennom rørene strømmer et andre fluidum, hvilken varmeveksler videre omfatter en ramme som strekker seg rundt rørendene, og temperaturutvidelseskompenserende elementer, karakterisert ved kombinasjonen av følgende trekk: a) at størrelsen av de laterale utvidelser av de tilstøtende flater (2a, 2b) av endene (la, lb) av rørene er fritt foranderbare for dannelse av forskjellige gap (S) mellom tilstøtende rør (1) , b) at flere rekker av rør (1) som direkte er forbundet ved deres tilstøtende forbindelsesflater (2a, 2b) er monterbar i rammen (3, 7) i et gittermønster eller forskjøvet i forhold til hverandre, c) at rammen (3, 7) er konstruert av samme materiale som rørene (1) og utgjøres av flere avlange elementer som er forbundet i endene, og d) at de temperaturutvidelseskompenserende elementer (4, 5, 8) er anordnet langs endeflatene av rørrekkene.

2.. Varmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at de avlange elementer av rammen (7) har krum tverrsnitt.

3. Varmeveksler ifølge krav 2, karakterisert ved at temperaturutvidelseskompenserende elementer (8) er anordnet i hulrom dannet av rammeelementenes krumme tverrsnitt.

4. Varmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at de temperaturutvidelseskompenserende elementer (4,5) er langstrakte, har krum tverrsnitt og har langstrakte kanter som er forbundet med langstrakte flater på rørendene (la, lb).

5. Varmeveksler ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at rørene (1) på kjent måte har rundt tverrsnitt og at endene (la, lb) av rørene (1). er utformet som rektangler, idet langsidene er forbundet med temperaturutvidelseselementer (4, 5, 7) og rammeelementer (3, 6, 8) og kortsidene er forbundet med kortsider av andre rør eller rammedelene.