NO142825B - Roervarmeveksler av luft-roer-typen. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en rørvarmeveksler av luft-rør-typen, for anvendelse i forbindelse med et tørrkjøletårn,

særlig av typen med naturlig trekk, hvor et tilbakekjølende varmeoverføringsmiddel som har en i forhold til luft høy varmeovergangskoeffisient, f.eks. vann, utvendig bespyler parallelle, rette rør, mens kjøleluften gjennomstrømmer røre-ne.

Det er kjent å sende tilbakekjølende vann gjennom kjølerørsett eller kjølerørknipper hvor luft strømmer mot rørene på tvers av disse. Den luftberørte flate av rørene blir vanligvis forøket ved hjelp av ribber eller lameller,

for derved i størst mulig grad å tilpasse produktet (aL . A^)

av varmeovergangskoeffisient og tilhørende, for varmeover-føringen bestemmende flate på luftsiden til det tilsvarende produkt (av . Av) på vannsiden. Det er imidlertid satt" grenser for tilnærmingen av de nevnte produkter, da avstanden mellom ribbene må reduseres og/eller høyden av ribbene må

økes med økende forhold AL/AV (A = flate), hvorved både strøm-ningstapene på luftsiden og tapene på grunn av varmeledning gjennom ribbene til kjernerøret blir større. Begge.delér nedsetter rørenes kvalitetsgrad og dermed deres varmeytelse.

For å kunne overføre like varmemengder, fremkommer

det f.eks. for tørrkjøletårn større dimensjoner enn for våt-kjøletårn. Disse dimensjoner kunne riktignok reduseres ved hjelp av den forannevnte overflateøkning på luftsiden, men di-mensjonene er imidlertid likevel alltid betydelige.

For tvangsluftede og for med naturlig trekk arbei-dende tørrkjøletårn er det videre kjent rørvarmevekslere av luft-rør-typen ved hvilke de parallelle, rette rør utvendig bespyles av tilbakekjølende fluidum, mens kjøleTuften gjen-nomstrømmer rørene. De kjente rør oppviser imidlertid inn-vendige, langsgående ribber, og rørenes ender, som har samme diameter som den midtre del av rørene, er festet i rørbunner. Ved disse kjente varmevekslere er imidlertid trykktapet for luften, forutsatt like varmeovergangskoeffisienter på luftsiden, lik lufthastighet og lik rørlengde, forholdsvis høyt.

Med rør som er festet i rørbunner, kan det dessuten ikke oppnås maksimal varmeoverføringsflate (referert til motstrøm-ningsflaten).

Det er dessuten kjent rørvarmevekslere av luft-rør-typen som anvendes som kjølere for biler eller som oljekjøle-re, ved hvilke de parallelle, rette, ribbeløse rør ved endene er utvidet til sekskant, idet kantene eller sideflatene av innbyrdes tilstøtende sekskanter er varmeoverføringsmiddeltett forbundet med hverandre. Disse kjente varmevekslere fører imidlertid, forutsatt lik lufthastighet, lik rørlengde og likt trykktap, til forholdsvis lave varmeovergangskoeffisienter aL.

Det er videre kjent en rørvarmeveksler hvis parallelle, rette og ribbeløse rør ved endene er utvidet til sekskant, idet kantene eller sideflatene av innbyrdes tilstøtende sekskanter er sammensveiset med hverandre. Det dreier seg her imidlertid ikke om en varmeveksler av luft-rør-typen, da luften ved denne kjente varmeveksler bespyler rørenes ytter-vegger mens varm gass strømmer gjennom rørene.

I forbindelse med rør for varmevekslere er det også kjent å øke varmeovergangen til rørveggene ved hjelp av tur-bulensfrembringende midler.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en rørvarmeveksler med hvilken det .- sammenliknet med de kjente rørvarmevekslere av luft-rør-typen - kan overføres en forut-bestemt varmemengde med en minst mulig motstand på luftsiden og minst mulige omkostninger, henholdsvis med hvilken det med en gitt motstand på luftsiden kan overføres en størst mulig varmemengde pr. tidsenhet med minst mulige omkostninger. Sammenliknet med rørvarmevekslere med utvendig ribbeforsynte, luftomstrømte rør. skal varmeveksleren ifølge oppfinnelsen være enkel å fremstille, medføre en minst mulig motstand på luftsiden og dessuten gi mulighet for oppnåelse av et guns-tigst mulig forhold (AVQ . aVQ)/(AL . aL) , hvor A^q og A^ betegner varmeoverførings flatene på varmeoverføringsmiddel-siden og luftsiden, og a. V , O og betegner de tilhørende varmeovergangskoeffisienter.

Ovennevnte formål oppnås med en rørvarmeveksler av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved kombinasjonen av følgende i og for seg kjente teknikk,

a) at rørene ved endene er utvidet til sekskant, idet kantene eller sideflatene av innbyrdes tilstøtende sekskanter er varmeoverføringsmiddeltett forbundet med hverandre , b) at det i rørene er anordnet (over hele rørlengden fordelte) turbulensfrembringere, såsom spiraler, i rørveg-gene inntrykte, tynne ringer, fremspring på rørinnerveg-gen eller liknende midler som tjener til partiell ødeleggelse av det laminære grensesjikt, og c) at rørene er ribbeløse, bortsett fra eventuelle, forholdsvis små overflateforstørrelser som er tetinget av

bestemte turbulensfrembringere.

Ved hjelp av foranstaltningene ifølge oppfinnelsen oppnås for det første en maksimal varmeoverføringsflate (referert til motstrømningsflaten) med minst mulig støttap for luften ved innstrømning i varmevekslerelementene (trekk

a), deretter økes varmeytelsen (trekk b), og til slutt oppnås et forholdsvis lite trykktap for luften ved gjennomstrømnin-

gen gjennom rørene (trekk c).

Slik eksperimentelle undersøkelser har vist, ved sam-menlikning av rørvarmevekslere av luft-rør-typen med glatte rør hhv. innvendig ribbeforsynte rør, utmerker rørvarmeveks-leren ifølge oppfinnelsen seg på fordelaktig måte.ved at det med denne - forutsatt lik rørlengde, lik lufthastighet og likt trykktap på luftsiden - kan oppnås de høyeste varmeovergangstall på luftsiden, henholdsvis at - forutsatt iik rør-lengde, lik lufthastighet og like varmeovergangstall - det minste trykktap opptrer på luftsiden.

Sammenliknet med rørvarmevekslere med utvendig ribbeforsynte, luftomstrømte rør, slik de i praksis hittil alltid er blitt benyttet i forbindelse med tørrkjøletårn, kan den luftberørte flate ved varmeveksleren ifølge oppfinnelsen økes vilkårlig med rørlengden uten at ribber benyttes. Til-leggstap for varmeledningen opptrer ikke, men disse blir til og med redusert da den spesifikke varmebelastning går tilbake med tiltagende rørlengde pr. flateenhet. Med samme luftbe-rørte flate og samme strømningsmotstand på luftsiden - på

den ene side for det utvendig ribbef orsynte rør og p'å den annen side for varmeveksleren ifølge oppfinnelsen - oppstår det på grunn av de angitte fysikalske forskjeller en vesent-

lig høyere varmeoverføringsytelse for varmeveksleren ifølge oppfinnelsen. Hertil kommer at økningen av den luftberørte flate også i full utstrekning innvirker på den vannberørte flate. Dette og muligheten til en bedre utnyttelse av tårn-tverrsnittet gir en ytterligere stigning av varmeoverførings-ytelsen.

I forbindelse med tørrkjøletårn av typen med naturlig trekk oppnås det ved anvendelse av varmevekslerelementene ifølge oppfinnelsen at slike kjøletårn - forutsatt samme byggeomkostninger - enten kan bygges forholdsvis lave, eller at - forutsatt samme byggeomkostninger - forholdsvis høye varmeytelser er mulig, hvilket til slutt, som følge av det forholdsvis lave kondensatortrykk, fører til forholdsvis lave strøm-selvkostpriser.

Ved en varmeveksler med et for trekkfrembringelse tjenende tårnskall for kjøletårnet består en fordelaktig ut-førelse av oppfinnelsen i at for kjøletårnets dimensjonering i j _ , . , , , T 0,48 ,„ Yl - Y2 0,53 gjelder forbindelsen k A = 382 • L (H • 0,1) '

og at rørets lengde L skal velges større eller lik 0,8 meter. I det angitte uttrykk betyr:

L = rørets lengde i meter

H = tårnskallhøyden (tårnmantelhøyden) i meter

Y^ = luftens spesifikke vekt i kg/m 3 umiddelbart før innstrøm-ning i varmeveksleren

Y2 = luftens spesifikke vekt i kg/m 3 i høyde med tårnskalloverkanten

kA = spesifikk varmeytelse i W/m 9 K (watt pr. kvadratmeter motstrømningsflate og grader Kelvin), hvor man med "mot-strømningsflate" skal forstå varmevekslerens projek-sjonsflate sett i retning av den motstrømmende luft umiddelbart foran varmeveksleren.

Et på denne måte dimensjonert kjøletårn (varmeveksler) oppviser fordeler sammenliknet med visse kjente konstruksjoner med ribberør, særlig med hensyn til tårndimensjo-nene eller varmeytelsen.

Ifølge et ytterligere kjennetegn ved oppfinnelsen kan særlig gunstige forhold oppnås ved at den frie avstand mellom rørene ved flytende varmeoverføringsmiddel ligger mellom 0,5 mm og 2 mm. Ved kondensasjonen fra dampformet varme-overf øringsmiddel ligger den frie avstand mellom rørene utenfor de nødvendige, rørløse dampgasser hensiktsmessig mellom 2 mm og 5 mm.

For å frembringe en for varmeoverføringen gunstig strømning i varmevekslerens varmevekslerelement eller varmevekslerelementer, er det inne i varmeveksleren ved hjelp av mellomvegger dannet kanaler for ledning av et flytende varme-overf øringsmiddel , slik at varmeoverføringsmiddelet ledes slik som i kjøleslanger.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene der det skjematisk er vist flere utførelseseksempler på varmeveksleren ifølge .oppfinnelsen, delvis i forbindelse med et tørrkjøletårn for avledning av kondensasjonsvarmen fra større kraftverk til luft, og der fig. 1 viser et grunnriss av et tørrkjøletårn med innebygget varmeveksleranlegg, fig. 2 viser ett av varmevekslerelementene i tverrsnitt etter linjen I - I på fig. lj men i større måle-stokk, fig. 3 viser et utsnitt av et lengdesnitt gjennom et varmevekslerelement, fig. 4 viser et grunnriss av varmeveks-lerelementdelen ifølge fig. 3, fig. 5 viser et utsnitt av et lengdesnitt gjennom et i forhold til fig. 3 modifisert varmevekslerelement, fig. 6 viser et lengdesnitt gjennom et tørr-kjøletårn-, og fig. 7 viser et lengdesnitt gjennom et tørr-kjøletårn med en i forhold til fig. 6 avvikende rør-anordning for luften; fig..8 viser en del av et varmevekslerelement ifølge oppfinnelsen i grunnriss, fig. 9 viser et snitt etter linjen a - a på fig. 8, fig. 10 viser et vannrett snitt gjennom kjøletårnet i et plan. like over varmevekslerelementene, fig. 11 viser et utsnitt av et sentralt lengdesnitt gjennom kjøletårnet, fig. 12 viser et utsnitt av et vannrett snitt gjennom kjøletårnet i et plan like over varmevekslerelementene, fig. 13 viser et karakteristisk diagram for varmeveksleren ifølge oppfinnelsen og fig. 14 viser et ytterligere diagram for varmeveksleren ifølge oppfinnelsen.

Et tørrkjøletårn 1 for avledning av kondensasjonsvarmen fra større dampkraftverk oppviser - på bakgrunn av transporterbarheten og håndteringen av varmevekslerelementene

- i tårnets indre et større antall varmevekslerelementer 2

som er forbundet med en tilløpsledning og en avløpsledning. Varmevekslerelementene 2 har alle de samme bestanddeler, og

i det følgende er derfor bare ett av varmevekslerelementene utførlig beskrevet.

Hvert varmevekslerelement 2 oppviser to plater 3 som er anordnet på avstand fra hverandre og over hverandre. Platene 3 kan ligge vannrett eller være skråttstilt. De to plater 3 danner sammen med sidevegger 4 en kanal gjennom hvilken det fortrinnsvis tilbakekjølende varmeoverføringsmid-del med i forhold til luft høy varmeovergangskoeffisient, fortrinnsvis vann, ledes. Varmeoverføringsmiddelet strømmer inn i kanalen ved den ene gavlside og forlater kanalen ved den andre gavlside. Platene 3 er forsynt med åpninger gjennom hvilke det er ført loddrette rør 5 av et godt varmeleden-de materiale, f.eks. aluminium, og gjennom hvilke luften ledes nedenfra og oppover. Rørene 5, som oppviser en glatt ytterflate, og åpningene i platen 3 berører hverandre og danner der en tett forbindelse, slik at det ikke kan trenge ut noe varmeoverføringsmiddel. Rørene 5 rager utenfor den øvre og den nedre plate 3. Den for forholdet (AVq • tfy )(A^ gunstigste avstand for den av plater 3 og sidevegger 4 bestående kanal fra luftens-inntrengning i rørene 5 fremkommer av enkle optimaliseringsberegninger. Den gunstigste avstand er her forskjellig ved forskjellige materialer for rørene 5.

Mellom platene 3 kan det være anordnet i forhold til disse parallelle mellomplater 6 som tjener til ledning av varmeoverføringsmiddelet. Ifølge fig. 3 er det anordnet tre mellomplater 6 som er slik anordnet at det oppstår fire like tverrsnitt for det gjennomstrømmende varmeoverføringsmiddel. Varmeoverføringsmiddelet strømmer ved 7 inn i den øvre kanal, blir deretter inne i varmevekslerelementet omledet ved kanal-endene, slik at det ledes som i en kjøleslange, og forlater den nedre kanal ved 8.

I stedet for som på fig. 3 å oppdele en kanal med større høyde i flere kanaler med mindre høyde ved hjelp av mellomplater 6, kan man også, slik det er vist på fig. 5, anordne flere adskilte (mellomplateløse) kanaler med mindre høyde i avstand fra hverandre. Ifølge fig. 5 er tre kanaler anordnet over hverandre. Varmeoverføringsmiddelet strømmer ved 9 inn i den øvre kanal, blir ved enden av denne kanal omledet og strømmer ved 10 inn i den midlere kanal, blir ved enden av denne kanal omledet på nytt, strømmer ved 11 inn i den nedre kanal og forlater den nedre kanal ved 13.

Varmeoverføringsflaten- pr. kanalelement på varme-overf øringsmiddelsiden er:

AVo = da • II • b • z med d& = rørytterdiameter

b = plateavstand

z = antall rør

n = 3,14159.

Varmeoverføringsflaten pr. kanalelement på luftsi-

den er ved rør uten innerribber:

AT = d. • II • 1 • z med d. = rørinnerdiameter

1 = rørlengde

z = antall rør

n = 3,14159.

En omkostningsreduksjon fremkommer når man ifølge

fig. 7 lar den over varmevekslerelementene liggende del av rørene 5 tilta i høyde fra tårnets indre i retning utover på

en slik måte at den ytterste rørrekke er en del av kjøletår-nets mantel. De ytterste rør blir enten bragt til gjensidig berøring eller er anordnet i avstand fra hverandre, og mellomrommene blir av tetthets- og fasthetsgrunner forsynt med passende brooverspennende midler. Rørrekkene understøttes gjensidig da disse litt etter litt tiltar i høyde innenfra og utover.

For å skaffe bedre innstrømningsforhold for luften, tiltar avstanden mellom rørunderkanter og kjøletårnbunn med tiltagende avstand fra midten av tårnet (se fig. 6 og 7).

Dersom kjøletårnet eksempelvis oppviser. e.t kvadra-

tisk tverrsnitt, og dersom fire varmevekslerelementer 2a, 2b,

2c, 2d er anordnet etter hverandre, sett i varmevekslerelementenes lengderetning, skjer tilførselen av det varmeover-føringsmiddel som skal avkjøles, eksempelvis over to lednin-

ger 14a, 14b som forløper loddrett på varmevekslerelemente-

nes lengdeakser. De to ledninger 14a, 14b forløper hver mel-

lom to motstående gavlsider og mater samtlige elementer i de fire rekker A, B, C, D. Ledningen 14a mater de to rekker A

og B, og ledningen 14b mater rekkene C og D. Bortførelsen

av varmeoverføringsmiddelet fra varmevekslerelementene skjer over ledninger 15a, 15b, 15c og 15d som også forløper på tvers av varmevekslerelementenes lengdeakser, men imidlertid ved de gavlsider som vender bort fra innløpssiden. Ledninge-ne 15a til 15d er forbundet med utløpsåpningene for samtlige varmevekslerelementer 2.

Ved vannrett liggende plater 3 blir platene fortrinnsvis dannet ved at rørenes 5 ender er utvidet til en sekskant 5a, og at sekskantenes kanter er sammensveiset, sam-menloddet, sammenklebet eller på annen måte tett forbundet med hverandre. På fig. 8 er et utsnitt av et på denne måte utformet varmevekslerelement vist i grunnriss. Pilene 21 an-tyder strømningsretningen for varmeoverføringsmiddelet.

I sin grunnflate (lengde x bredde) blir varmevekslerelementene 2 hensiktsmessig tilpasset til transportmulig-hetene. Varmevekslerelementenes høyde gis ut fra varmetek-nisk nødvendighet. Som materiale for varmevekslerelementene 2 kan det f.eks. benyttes aluminium, messing, edelstål og carbonstål.

Når luften strømmer gjennom rørene 5, blir det i rørene - etter en viss innløpsstrekning - dannet grensesjikt med en tykkelse som tiltar med tiltagende avstand fra rørinn-strømningsåpningen. For forbedring av varmeovergangen blir det i rørene benyttet spirallegemer, inntrykte tynne tråder i form av ringer eller liknende, i og for seg kjente midler.

De nevnte midler tjener til påvirkning av grensesjiktet og virker som turbulensfrembringere. På fig. 9 er turbulensfrembringere vist og betegnet med henvisningstallet 16.

Sideveggene 4 av de kasseformede varmevekslerelemen- . ter 2 - dvs. alle vegger med unntagelse av de av platene 3 dannede over- og undersider - kan være bøyemykt utført. I dette tilfelle må på den ene side varmevekslerelementene være anordnet med mellomrom i forhold til hverandre og inntil kjøletårninnerveggen, og på den annen side må kjøletårnets rammekonstruksjon 18 (fig. 11) i den sone i hvilken varmevekslerelementene er anordnet, være bøyestivt utført. Den bøye-stive rammekonstruksjon 18 tjener til anlegg og sideveis understøttelse av varmevekslerelementene. Rammekonstruksjonen kan f.eks. være dannet av betong. Mellomrommene mellom varmevekslerelementenes sidevegger og de tilsvarende sidevegger av varmevekslerelementene og kjøletårninnerveggen er fylt med en trykkfast fyllmasse 17, f.eks. en passende skumplast.

Dersom det gjennom varmevekslerelementene 2 strøm-mer et varmeoverføringsmiddel med et trykk som er mindre enn det utenfra på grunn av luften på varmevekslerelementene ut-øvede trykk, er varmevekslerelementenes 2 sidevegger 4 anordnet med mellomrom 2 0a i forhold til hverandre og med mellomrom 20b i forhold til kjøletårnets innervegg, og forsynt med vertikale, gjennomgående profiler 19 som f.eks. er forbundet med de tilsvarende sidevegger 4 ved hjelp av sveisesømmer. Som profiler kommer f.eks. profiler med [- eller ]-formet tverrsnitt på tale, slik som vist på fig. 12. Disse nevnte profiler 19 oppviser to i forhold til varmevekslerelementenes sidevegg 4 parallelle ben 19a, 19b som ved den ene side er forbundet med hverandre ved hjelp av et vinkelrett på benene stående tverrsteg 19c. Over disse profiler 19 er innbyrdes tilgrensende varmevekslerelementer 2 forbundet kraftsluttende på en slik måte at de krefter som oppstår på grunn av undertrykket i varmevekslerelementenes tilsvarende sideflater, ut-liknes mot hverandre. Den f.eks. av betong bestående ramme-konstruks jon 18, som også her må være bøyestivt utformet, oppviser også sådanne profiler 19' ([- eller ]-profiler). Disse profiler 19' er kraftsluttende forbundet med de tilsvarende profiler 19 av varmevekslerelementenes tilgrensende sidevegger på en slik måte at de på grunn av undertrykket oppståen-de trekkrefter opptas av rammekonstruksjonen 18. Mellomrommene 20a mellom tilgrensende varmevekslerelementers 2 sidevegger 4 henholdsvis mellomrommene 20b mellom de ytre, til rammekonstruksjonen grensende sidevegger og kjøletårninner-veggen kan, slik som foran allerede nevnt, være fylt av en egnet fyllmasse, f.eks. en egnet skumplast. Det siste har den fordel at også krefter som oppstår på grunn av overtrykk i elementene, kan opptas. Ved en sådan utførelse kan varmevekslerelementene drives valgfritt med overtrykk eller med undertrykk. Utfyllingen av hulrommene 2 0a, 2 0b med fyllmasse sørger dessuten for en god avtetting, slik at gjennom-strømning av falskluft unngås. Kjøletårnets tverrsnitt er i det område hvor varmevekslerelementene 2 er anordnet slik at de nesten utfyller tverrsnittet, fortrinnsvis kvadratisk. Tverrsnittet kan imidlertid også være f.eks. rektangulært eller liknende.

I det foretrukne utførelseseksempel ifølge fig. 9 er ikke flere varmevekslerelementer 2 koplet etter hverandre, men hvert varmevekslerelement er innkoplet separat i varmeut-vekslingsmiddel-kretsløpet. For å skaffe gunstige varmeut-vekslingsbetingelser for varmeutvekslingsmiddelet i form av et flytende fluidum, er det inne i et varmevekslerelement for ledning åv varmeutvekslingsmiddelstrømmen anordnet vannrette eller tilnærmet vannrette mellomvegger, av hvilke én er betegnet med 6' på fig. 9. Mellomveggene er også nødvendige når varmeutvekslingsmiddelet i form av en gass skal kjøles. Disse mellomvegger 6' bortfaller når varmeutvekslingsmiddelet ankommer til varmevekslerelementet i dampform og deretter kon-denseres der.

På fig. 13 er karakteristikken for varmevekslerelementer ifølge oppfinnelsen fremstilt i et rettvinklet, karte-sisk- diagram. Disse varmevekslerelementer ble prøvd ved for-søk. De i denne forbindelse viktigste data var: Høyde

(= lengden av rørene 5): 0,5 til 4 m; bredde og lengde vilkårlig; ribbeløse rør med en innerdiameter på 20 mm samt tråd-spiraler som turbulensfrembringere med 0,6 mm tråddiameter og 50 mm stigning for trådspiralene.

Langs diagrammets abscisse er motstrømningshastig-heten w. for luften umiddelbart før innstrømning i kjølerøre-ne angitt i m/s (meter pr. sekund). Langs diagrammets ordi-nat er den til 1 kvadratmeter motstrømningsflate refererte, spesifikke varmeytelse kA angitt i. kcal/m 2hK (kilokalorier pr. kvadratmeter, time og grader Kelvin).

Derved fremkommer kurvene a-^, c^, CI3, a^, a 5 og a g for forskjellige lengder L av luftføringsrørene 5. Kurven a-, fremkom ved rør med 0,5 m lengde, kurven a2 fremkom ved L = 1,0 m, a3 ved L = 1,5 m, (X4 ved L = 2,0 m, a 5 ved L =

3,0 m og ag ved L = 4,0 m.

I diagrammet er også vist kurver 3^ til 3-^g. Her gjengir kurvene 3 trykktapet Ap i mm VS (VS = vannsøyle), målt som differansetrykk mellom luftinnløp og luftutløp. Kurvene 3^ til er kurvene ved Ap fra 1 mm vannsøyle til 10 mm vannsøyle.

For forklaring av fremskrittet ved varmevekslerelementene ifølge oppfinnelsen er det i dette diagram innført en verdi - representert ved o - som stammer fra en kjent konstruksjon av ribberør-varmevekslerelementer hvis ribberør gjennomstrømmes av kjølemiddel og mot hvilke det strømmer luft på tvers av rørene. De kjente varmevekslerelementer stammer fra taunett-tørrkjøletårnet i det tyske kjernekraftverk Schmehausen. Ut fra de der benyttede data ble det beregnet en kA~verdi på 3340 kcal/m 2hK og en Ap-verdi på 8,3 mm vann-søyle og inntegnet i diagrammet. Dersom man fra dette punkt o går mot venstre på en i forhold til abscissen parallell, rett linje g^, fremkommer det at man ved samme varmeytelse med varmevekslerelementet ifølge oppfinnelsen f.eks. kan oppnå et trykktap på ca. 2 mm vannsøyle når varmevekslerelementets høyde velges lik 3 m og man velger en motstrømningshastighet på ca. lm/s. Dette innebærer at det med varmevekslerelement-konstruksjonen ifølge oppfinnelsen kan bortledes den samme varmemengde pr. tidsenhet ved en Ap-verdi som er ca. 4 ganger mindre enn ved den kjente konstruksjon. Da Ap-verdien på sin side er utslagsgivende for kjøletårnets høyde, kan det med varmevekslerelementet ifølge oppfinnelsen ved tilsvarende gunstig valg av kjølerørenes lengde (= varmevekslerelementenes høyde) og av luftmotstrømningshastigheten, oppnåes kjøletårn-høyder som f.eks. er ca. 4 ganger mindre enn kjøletårnhøyden for det kjente kjøletårn ,i Schmehausen-kjernekraftverket.

Det er åpenbart at mindre kjøletårnhøyder er fordelaktige på grunn av den lavere arbeidsinnsats og den lavere pris. Dessuten føles lavere kjøletårnhøyder mindre forstyrrende i land-skapet .

På den annen side kan man også tolke diagrammet slik at man - forutsatt samme kjøletårndimensjoner og samme Ap-verdi - når man utgår fra punktet o og beveger seg på den tilsvarende Ap-kurve 3g oppover i pilretningen, kan frembringe et varmevekslerelement som for eksempel med en høyde på 3 m gir en vesentlig høyere kA~verdi på ca. 7400 kcal/m ohK. Dette innebærer at når man i det kjente kjøletårn (300 mega-watt-kraftverket Uentrop-Schmehausen) innbygger varmevekslerelementer med en høyde på 3 m og påvirker disse med en luftmotstrømningshastighet på 2,4 m/s, kan man med varmeveksleren ifølge oppfinnelsen bortlede en varmeytelse som er øket med en faktor på ca. 2,2. Også dette anskueliggjør hvilken stor fordel som muliggjøres ved hjelp av varmeveksleren ifølge oppfinnelsen.

Et ytterligere eksempel på et kjent dampkraftverk med konvensjonell varmevekslerutrustning er symbolisert ved x på fig. 13. Det dreier seg her om anlegget Grootvlei i Syd-Afrika.

På fig. 14 er den spesifikke varmeytelses kA avhen-gighet av' tårnskallhøyden (tårnmantelhøyden) ved forskjellige V rørlengder L = 0,5 m til L = 4 m fremstilt i et rettvinklet, ■kartesisk diagram. Langs ordinaten i dette diagram er den til 1 kvadratmeter motstrømningsflate refererte, spesifikke varmeytelse kA angitt i W/m K (watt pr. kvadfåtmeter og ■ °Kelvin), og langs abscissen er tårnskallhøyden (tårnmantel-1 høyden angitt i m (meter). For forskjellige rørlengder fra L,.,= 0,5 m til L = 3 m ér det i diagrammet fremstilt kurver kA; = f (H) . Disse kurver er betegnet med 6± til 6g. Kurven ;..<$! gjelder for rørlengden L = 0,5 m. Tilsvarende gjelder kurven & 2 for rørlengden L = 1,0 m, &^ gjelder rørlengden jfL = 1,5 m, 64 gjelder rørlengden L = 2,0 m, 65 gjelder rør-lengden L=3,0mog6g gjelder rørlengden L = 4,0 m.

Det ble empirisk funnet at kurvene 6 i det minste tilnærmet tilfredsstiller likningen kA = 382 • L °'48.

Y1"Y2

• (—Q——)]. I denne likning skal rørenes lengde L i meter, tårnskallhøyden H i meter og luftens spesifikke vekt f i kg/m innsettes. For regneresultatets størrelse k, skal enheten W/m 2K (watt pr. kvadratmeter og grader Kelvin) .innsettes .

Diagrammet ifølge fig. 14 er oppstått ut fra det på fig. 13 fremstilte diagram, idet kA~verdier og Ap-verdier som hører til de tilsvarende a-kurver, er blitt overført i det nye diagram. I denne forbindelse ble kun k, -verdiene multi-plisert med faktoren 1,163 for omregning til W/m 2K, og de tilsvarende Ap-verdier ble omregnet til tårnskallhøyder i overensstemmelse med den kjente formel Ap = g • H • (y ^ - y 2)-

(I denne formel betyr g tyngdeakslerasjonen, H tårnskallhøy-den, og Y-jy Y2 den spesifikke vekt av luften umiddelbart før innstrømning i varmeveksleren og i høyde med tårnskalloverkanten) . For forenkling av beregningen ble størrelsen (y-^ - Y 2) approksimert til verdien 0,1 kg/m<3>.

Også i dette diagram ble de kjente varmevekslere med ribberør innprojisert i analogi med fig. 13 (kraftverket Schmehausen o, Grootvlei x), hvorved størrelsen (y^ - Y 2^ også da ble approksimert til 0,1 kg/m^.

Diagrammet viser at varmeveksleren ifølge oppfinnelsen er overlegen i forhold til disse kjente konstruksjoner med hensyn til tårndimensjoner eller varmeytelse når rørenes lengde er 0,8 meter og mer.

Anvendelsen av den forannevnte likning kA = f(H) i forbindelse med de kjente (for en fagmann på varmevekslerom-rådet familiære) likninger skal forklares i det følgende.

En omforming eller oppløsning av likningen

med henblikk på tårnmantelhøyden H fører til likningen: H = e 1'89 ln [ ^ ] (1)

382-L°'4 Vl -* 2 )°'53 j 0,1

hvor e og ln har den fra matematikken kjente betydning (ln er tegnet for den naturlige logaritme og e er tegnet for en eks-ponentialfunksjon).

Videre gjelder:

hvor

A^ = motstrømningsflaten i kvadratmeter før

luftens innstrømning i rørene D = diameteren av tårnmantelen i høyde med

dets underkant i meter t Q = varmeytelsen i W

A'v m= den midlere logaritmiske temperaturdifferanse mellom mediet som skal avkjøles, og luften i grader Kelvin

kA = den spesifikke varmeytelse i W/m 2K, og 7T = 3,1415 9 ...

Dersom likning (3) innsettes i likning (2) , og ut-trykket løses med henblikk på kA, fremkommer:

Dersom likning (4) innsettes i likning (1), får man:

I denne likning har størrelsene Q, D, H, L, Avm, y^, Y2 den samme betydning og de samme enheter som foran angitt.

Dersom man for dimensjoneringen av en varmeveksler antar at størrelsene Q, <y>^» <Y>2 °9 Avm er gitt (f.eks. o =

438 • IO<6> W; y-l = 1,233 kg/m<3>; y2 = 1,152 kg/m<3> og Avm = 10,55°K), gir likning (5) for forskjellige verdier av D og L tilsvarende verdier av H. Ut fra de således oppnådde angi-velser, som mest hensiktsmessig oppfattes tabellarisk, velger man ut den av økonomiske og omkostningsmessige grunner gunstigste verdikombinasjon av H, D og L. Dersom man legger til grunn de foran angitte, bare som eksempel bedømbare tallver-

dier for Q, y, Avm/ fremkommer den i det minste tilnærmet gunstigste løsning når man velger D = 140 m, L = 180 m og H = 30 m.

Varmeveksleren ifølge oppfinnelsen er ikke begrenset til de angitte og foran beskrevne utførelseseksempler. Således kan gavlveggene (f.eks. platene 3) også forløpe i det minste tilnærmet loddrett, idet rørene 5 da vil ligge tilsvaren-

de vannrett eller tilnærmet vannrett.

Ved vannrett eller tilnærmet vannrett liggende gavlvegger (tak- og bunnvegg) kan også et eneste, i hovedsaken av gavlvegger, sidevegger og rør bestående varmevekslerelement være anordnet i kjøletårnet eller et liknende hus.

Varmeoverføringsmiddelet kan også være avgående

damp fra turbiner.

Varmeveksleren kan luftes både ved hjelp av natur-

lig trekk og ved tvangslufting.

Mellomveggene kan også være dannet på annen måte enn ved hjelp av de nevnte mellomplater 6.

Med det i beskrivelsen benyttede uttrykk "indirekte" tilbakekjøling av et varmeoverføringsmiddel ved hjelp av luft skal det forståes at varmeoverføringsmiddelet avgir varme til luften gjennom rørveggene, dvs. ikke kommer i direkte berø-

ring med luften.

Begrepet "varmeveksler" skal omfatte såvel varmevekslerelementet eller varmevekslerelementené som også kjøle-tårnkonstruksjonen eller liknende.

Claims (6)

1. Rørvarmeveksler av luft-rør-typen, for anvendelse i forbindelse med et tørrkjøletårn, særlig av typen med naturlig trekk, hvor et tilbakekjølende varmeoverføringsmiddel som har en i forhold til luft høy varmeovergangskoeffisient, f.eks. vann, utvendig bespyler de parallelle, rette rør) méns kjøleluften gjennomstrømmer rørene, karakterisert ved kombinasjonen av følgende i og for seg kjente trekk, a) at rørene (5) ved endene er utvidet til sekskant (5a), idet kantene eller sideflatene av innbyrdes'tilstøtende sekskanter er varmeoverføringsmiddeltett forbundet med hverandre, b) at det i rørene (5) er anordnet (over ,hele rørlengden fordelte) turbulensfrembringere (16), såsom spiraler, i rørveggene inntrykte, tynne ringer, fremspring'pårør-innerveggen eller liknende midler som tjener til partiell ødeleggelse av det laminære grensesjikt, og c) at rørene er ribbeløse, bortsett fra eventuelle, forholdsvis små overflateforstørrelser som er betinget av bestemte turbulensfrembringere.

2. Varmeveksler ifølge krav 1, med for trekkfrembringelse tjenende tårnskall for kjøletårnet, karakterisert ved-at for kjøletårnets dimensjonering gjelder forbindelsen ka = 382 L<0>'<48> (H Y 1 — .Y.,2 )0,53, hvor L er rørenes (5) lengde i meter, H er tårnskallhøyden (tårnmantel-høyden) i meter, er den spesifikke vekt av luften umiddelbart før innstrømning i varmeveksleren i kg/m , y2 er ^en spesifikke vekt av luften i høyde med tårnskalloverkanten i kg/m 3 , og kA er den spesifikke varmeytelse i W/m 2K (watt pr. kvadratmeter motstrømningsflate og grader Kelvin), og at L skal velges større eller lik 0,8 meter.

3. Varmeveksler ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at ved flytende varmeoverføringsmiddel ligger den frie avstand mellom rørene (5) mellom 0,5 og 2 mm.

4. Varmeveksler ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at ved kondensasjonen fra dampformet varmeoverføringsmiddel ligger den frie avstand mellom rørene (5) utenfor de nødvendige, fra rør befridde dampgasser mellom 2 og 5 mm.

5. Varmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at det inne i varmeveksleren (3, 4, 5) ved hjelp av mellomvegger (6, 6') er dannet kanaler for ledning av et flytende varmeoverføringsmiddel, slik at varmeoverføringsmid-delet ledes slik som i kjøleslanger.

6. Varmeveksler ifølge ett av de foregående krav, med i avstand over kjøletårnets bunn anordnede varmevekslerelementer som gjennomstrømmes av varmeoverføringsmiddelet, karakterisert ved at sideveggene (4) av varmevekslerelementene (2), som er kasseformet utformet og i hovedsaken oppviser to i det minste tilnærmet vannrette, over hverandre liggende gavlvegger (tak- og bunnvegger), fire sidevegger (4) og i forhold til gavlveggene vinkelrette før (5), er bøyemykt utformet, at kjøletårnets rammekonstruksjon (18) er bøyestiv i området for varmevekslerelementene, at varmevekslerelementene (2) er anordnet med tilsvarende mellomrom i forhold til hverandre og i forhold til kjøletårnet, at mellomrommene er fylt av en (trykkfast eller strekkfast) fyllmasse (17), og/eller at varmevekslerelementenes (2) motstående sidevegger (4) er forbundet med hverandre over profiler (19), og over ytterligere profiler (19, 19') er forbundet med rammekonstruksjonens (18) innervegg.