NO20140389A1

NO20140389A1 - Underwater heat exchanger device and method for improving the rate of heat transfer in an underwater heat exchanger

Info

Publication number: NO20140389A1
Application number: NO20140389A
Authority: NO
Inventors: Rajeev Pandit; William Joseph Antel
Original assignee: Vetco Gray Scandinavia As
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-09-28
Also published as: WO2015144693A1

Description

Uhdarajøisk vannavakslarinnretning og an fraagangamat* for å forbedr* gradart av vanaaovarføring i an undarajaiak varawrakslar Uhdarajøic water shaft installation and an fraagangamat* to improve* the degree of water aaowarning in an undarajaiak varawrakslar

Oppfinnelsens område Field of the invention

Foreliggende oppfinnelse vedrører en undersjøisk varmevekslerinnretning som omfatter en varmeoverføringsanordning, plassert nedsenket i sjøvann, der sjøvannet blir satt i bevegelse for å forbedre varmeoverføringen ved hjelp av tvangsstyrt konveksjon.Foreliggende oppfinnelse vedrører videre en fremgangsmåte for å sørge for tvangsstyrt konveksjon til en varmeoverføringsanordning som er anordnet for overføring av varme fra et prosessmedium for hydrokarbonproduksjon til det omgivende sjøvannet. The present invention relates to an underwater heat exchanger device which comprises a heat transfer device, placed submerged in seawater, where the seawater is set in motion to improve heat transfer by means of forced convection. The present invention further relates to a method for providing forced convection to a heat transfer device that is arranged for the transfer of heat from a process medium for hydrocarbon production to the surrounding seawater.

Bakgrunn for oppfinnelsen og tidligere kjent teknikk Background to the invention and prior art

Ved produksjon av hydrokarbonprodukter offshore brukes varmevekslere i ulike sammenhenger for avkjølingsformål eller for varmegjenvinning. For eksempel når det gjelder å lette gjenvinning av hydrokarbonprodukter og transport av produksjonsfluid, kan varmevekslere nyttes til å regulere temperaturen i hydrokarbonene som gjenvinnes. For å sikre stabil og effektiv drift av undersjøisk produksjonsutstyr, slik som pumper og kompressorer, kan varmevekslere brukes til å regulere temperaturen i smøre- og barrierefluider. For å forklare oppfinnelsen vil de ulike fluidene som kan vare en del i hydrokarbonproduksjonsprosesser bli kalt prosessmedium i denne patentsøknaden. In the production of hydrocarbon products offshore, heat exchangers are used in various contexts for cooling purposes or for heat recovery. For example, when it comes to facilitating the recovery of hydrocarbon products and the transport of production fluid, heat exchangers can be used to regulate the temperature of the hydrocarbons that are recovered. To ensure stable and efficient operation of subsea production equipment, such as pumps and compressors, heat exchangers can be used to regulate the temperature of lubricating and barrier fluids. In order to explain the invention, the various fluids that can last a part in hydrocarbon production processes will be called process medium in this patent application.

Overføring av varme fra et prosessmedium til det omgivende sjøvannet kan finne sted i varmevekslerutstyr i form av naturlig konveksjon eller tvangsstyrt konveksjon. Undersjøisk bruk av varmeveksler med tvangsstyrt konveksjon er tidligere kjent teknikk. Ett eksempel finnes i WO 2008/147219 som beskriver en undersjøisk kjøleenhet der et antall konveksjonsspoler er eksponert til sjøvann inne i en trakt som er åpen for sjøvann i toppen og i bunnen, og der en vifte eller impeller i bunnen av trakten kjøres slik at det dannes en stigende strømning av sjøvann gjennom trakten. Andre eksempler kan finnes i WO 2013/004277 og WO 2010/002272, som begge beskriver konveksjonsspoler innrettet innenfor en tett kapsling som sjøvann ved hjelp av pumper kan tvangsstyres til å passere gjennom. Transfer of heat from a process medium to the surrounding seawater can take place in heat exchanger equipment in the form of natural convection or forced convection. Subsea use of heat exchangers with forced convection is a previously known technique. One example can be found in WO 2008/147219 which describes an underwater cooling unit where a number of convection coils are exposed to seawater inside a funnel which is open to seawater at the top and bottom, and where a fan or impeller at the bottom of the funnel is driven so that a rising flow of seawater through the funnel is formed. Other examples can be found in WO 2013/004277 and WO 2010/002272, both of which describe convection coils arranged within a tight enclosure through which seawater can be forced by means of pumps to pass.

Sammenfatning av oppfinnelsen Summary of the Invention

I søk etter mer effektive løsninger vil foreliggende oppfinnelse tilby et alternativ til kjente varmevekslere for undersjøisk bruk. In the search for more efficient solutions, the present invention will offer an alternative to known heat exchangers for underwater use.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er derfor å skaffe en varmevekslerinnretning og en fremgangsmåte for undersjøisk bruk som sørger for tvangsstyrt konveksjon ved hjelp av en ukomplisert og pålitelig konstruksjon, som resulterer i en billig men effektiv varmeoverføring fra et prosessmedium til det omgivende sjøvannet. One purpose of the present invention is therefore to provide a heat exchanger device and a method for underwater use which ensures forced convection by means of an uncomplicated and reliable construction, which results in a cheap but effective heat transfer from a process medium to the surrounding seawater.

Andre hensikter inkluderer å oppnå redusert tilgroing av varmevekslerrør på grunn av sedimenter og marinevekster f.eks., så vel som reduserte krav til krafttilførsel til den tvangsstyrte konveksjonen. Other purposes include achieving reduced fouling of heat exchanger tubes due to sediments and marine growth, for example, as well as reduced power supply requirements for the forced convection.

I det minste blir en første hensikt oppfylt i en At least a first purpose is fulfilled in one

varmevekslerinnretning der en varmeoverføringsanordning blir eksponert for sjøvann inne i en tank som omfatter en tankvegg som strekker seg fra et tankbunnområde til en tanktopp som er åpen mot sjøvann, et utløp for sjøvann innrettet i bunnregionen av tanken, et resirkuleringsrørsystem som forbinder utløpet med minst én innløpsåpning som er dannet gjennom tankveggen, og en pumpe innrettet i resirkuleringsrørsystemet, idet den minst ene innløpsåpningen for resirkuleringsrørsystemet er innrettet i hovedsak tangensielt i forhold til tankveggen. heat exchange device in which a heat transfer device is exposed to sea water inside a tank comprising a tank wall extending from a tank bottom area to a tank top open to sea water, an outlet for sea water arranged in the bottom region of the tank, a recirculation pipe system connecting the outlet to at least one inlet opening which is formed through the tank wall, and a pump arranged in the recirculation pipe system, the at least one inlet opening for the recirculation pipe system being arranged essentially tangentially in relation to the tank wall.

En varmevekslerinnretning som er konfigurert slik, vil tillate bruk av en fremgangsmåte for å forbedre virkningsgraden av varmeoverføring i en undersjøisk varmeveksler, idet fremgangsmåten således omfatter: nedsenking av en varmeoverføringsanordning i et definert volum av sjøvann, dannelse av en nedadgående bevegelse i det definerte sjøvannsvolumet ved å trekke sjøvann ut fra et bunnområde i det definerte volumet av sjøvann, og generering av en strømningsvirvel i det definerte volumet av sjøvann ved å resirkulere en andel av det uttrukne sjøvannet. A heat exchanger device configured as such will allow the use of a method for improving the efficiency of heat transfer in a subsea heat exchanger, the method thus comprising: immersing a heat transfer device in a defined volume of seawater, creating a downward movement in the defined volume of seawater by extracting seawater from a bottom area in the defined volume of seawater, and generating a flow vortex in the defined volume of seawater by recycling a portion of the extracted seawater.

Følgelig blir strømningsvirvelbevegelsen generert ved hjelp av en pumpe som gir tangensiell hastighet til det resirkulerende vannet når det returneres til det definerte sjøvannsvolumet. Ved å trekke ut vann fra et bunnområde i tanken vil pumpen samtidig tilføre vertikal hastighet og nedadgående bevegelse til volumet av sjøvann i tanken. Accordingly, the flow vortex is generated by means of a pump which imparts tangential velocity to the recirculating water as it is returned to the defined seawater volume. By extracting water from a bottom area in the tank, the pump will simultaneously add vertical velocity and downward movement to the volume of seawater in the tank.

I henhold til én utførelse av varmevekslerinnretningen kan resirkuleringsrørsystemet være innrettet for å gi en åpning inn til tanken via to eller flere innløpsåpninger jevnt fordelt rundt omkretsen av tanken. På denne måten kan den tangensielle hastigheten opprettholdes og strømningvirvel-bevegelsen vil være sikret i hele den indre omkretsen av tanken. According to one embodiment of the heat exchanger device, the recirculation pipe system may be arranged to provide an opening into the tank via two or more inlet openings evenly spaced around the circumference of the tank. In this way, the tangential speed can be maintained and the flow vortex movement will be ensured throughout the inner circumference of the tank.

Resirkuleringsrørsystemet kan videre være innrettet til å gi en åpning inn til tanken via to eller flere innløpsåpninger fordelt på to eller flere nivåer mellom topp- og bunnområde i tanken.Strømningsvirvelbevegelsen kan dermed opprettholdes eller til og med akselereres mot bunnområdet i tanken. The recirculation pipe system can further be designed to provide an opening into the tank via two or more inlet openings distributed on two or more levels between the top and bottom area of the tank. The flow vortex movement can thus be maintained or even accelerated towards the bottom area of the tank.

I varmevekslerinnretningen er en første ventil eller strømningsåpning integrert i resirkuleringsrørsystemet og tjener til å støte ut en del av det resirkulerende vannet til det omgivende sjøvannet på utsiden av tanken. Nærmere bestemt kan første ventil eller strømningsåpning med fordel være innrettet til å støte ut en mengde på 25-75 %, og minst en mengde på 40-60 % eller om lag 50 % av resirkuleringavann til det omgivende sjøvannet på utsiden av tanken. In the heat exchanger device, a first valve or flow opening is integrated into the recirculation pipe system and serves to eject part of the recirculating water to the surrounding seawater on the outside of the tank. More specifically, the first valve or flow opening can advantageously be arranged to eject an amount of 25-75%, and at least an amount of 40-60% or about 50% of recycling water to the surrounding seawater on the outside of the tank.

Fremgangsmåten omfatter på liknende måte et trinn med å støte en del av det resirkulerende vannet ut til det omgivende sjøvannet, idet fortrinnsvis en mengde på 25-75 %, og minst en mengde på 40-60 % eller om lag 50 % av det resirkulerende vannet blir støtt ut samtidig som en lik mengde av det omgivende sjøvannet blir sluppet inn i tanken via den åpne toppen på tanken. The method similarly comprises a step of ejecting part of the recirculating water to the surrounding seawater, preferably an amount of 25-75%, and at least an amount of 40-60% or about 50% of the recirculating water is pushed out at the same time as an equal amount of the surrounding seawater is let into the tank via the open top of the tank.

En andre ventil eller strømningsåpning kan være installert i resirkuleringsrørsystemet og innrettet justerbar i forhold til den første ventilen eller åpningen, for å innstille strømningsmengden som blir resirkulert til tanken i forhold til mengden av vann som blir støtt ut til det omgivende sjøvannet. A second valve or flow orifice may be installed in the recirculation piping system and arranged adjustable relative to the first valve or orifice, to adjust the amount of flow that is recycled to the tank relative to the amount of water that is ejected to the surrounding seawater.

I én utførelse av varmevekslerinnretningen omfatter resirkuleringsrørsystemet en stigerørseksjon som mater ett eller flere fordelingsrør som omgir tanken på ett eller flere nivåer. In one embodiment of the heat exchanger device, the recirculation pipe system comprises a riser pipe section that feeds one or more distribution pipes surrounding the tank at one or more levels.

I én utførelse av varmevekslerinnretningen er tanken, eller i det minste en nedre del av tanken, traktformet og skråner inn mot utløpet i bunnområdet av tanken. In one embodiment of the heat exchanger device, the tank, or at least a lower part of the tank, is funnel-shaped and slopes towards the outlet in the bottom area of the tank.

I denne utførelsen kan fremgangsmåten inkludere trinnet med å akselerere nedadbevegelsen ved å presse sjøvannet gjennom en innsnevrende passasje under uttrekking. In this embodiment, the method may include the step of accelerating the downward movement by forcing the seawater through a narrowing passage during extraction.

Den innsnevrende delen av tankveggen kan være utformet som en rett konus, eller kan i andre utførelser ha en parabolsk, konveks eller konkav form. The narrowing part of the tank wall can be designed as a straight cone, or in other designs can have a parabolic, convex or concave shape.

I én utførelse omfatter utløpet fra tanken en perforert rørseksjon som går oppover fra tankens bunn mot varmeoverføringsinnretningen, i et sentralt område av tanken. Varmeoverføringsanordningen kan omfatte et spiralformet eller serpentinformet rør eller rørsamling, som konvensjonellt. In one embodiment, the outlet from the tank comprises a perforated pipe section which runs upwards from the bottom of the tank towards the heat transfer device, in a central area of the tank. The heat transfer device may comprise a helical or serpentine tube or tube assembly, as conventional.

Kort beskrivelse av teqninqsfiqurene Brief description of the teqninqsfiqurs

Utførelser av oppfinnelsen vil bli nærmere forklart nedenfor med henvisning til de vedlagte tegningsfigurene, som er skjematiske og ikke i målestokk, der: Figur 1 er en planskisse av en varmevekslerinnretning i henhold til oppfinnelsen. Figur 2 viser en utførelse av varmevekslerinnretningen illustrert på figur 1, sett fra siden. Figur 3 er en forenklet skjematisk skisse som viser en alternativ utførelse av varmevekslerinnretningen, Figur 4 er en tilsvarende forenklet skjematisk skisse som viser en annen alternativ utførelse av varmevekslerinnretningen, og Figur 5 er en tilsvarende forenklet skjematisk skisse som viser enda en annen utførelse av varmevekslerinnretningen. Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to the attached drawings, which are schematic and not to scale, where: Figure 1 is a plan sketch of a heat exchanger device according to the invention. Figure 2 shows an embodiment of the heat exchanger device illustrated in Figure 1, seen from the side. Figure 3 is a simplified schematic sketch showing an alternative embodiment of the heat exchanger device, Figure 4 is a corresponding simplified schematic sketch showing another alternative embodiment of the heat exchanger device, and Figure 5 is a corresponding simplified schematic sketch showing yet another embodiment of the heat exchanger device.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser Med henvisning til tegningsfigurene omfatter en undersjøisk varmevekslerinnretning en varmeoverføringsanordning 1 nedsenket i et volum av sjøvann definert og atskilt fra den omgivende sjøen ved vegger og bunn i en tank 2. Detailed description of preferred embodiments With reference to the drawings, an underwater heat exchanger device comprises a heat transfer device 1 immersed in a volume of seawater defined and separated from the surrounding sea by the walls and bottom of a tank 2.

Varmeoverføringsanordningen 1 kan omfatte en gruppe med spiralformete eller serpentinformete rør eller rørsamling som har et innløp 3 og et utløp 4 for et varmt medium M som blir sendt gjennom rørene i varmeoverføringsanordningen for avkjøling ved overføring av varme til sjøvannet i tanken. Tanken 2, som har et sirkulært tverrsnitt, har en tanktopp 5 som er åpent for sjøvannet ovenfor tanken. Tanktoppen er definert ved en øvre kant 5 av en omgivende tankvegg 6 som stiger fra et bunnområde 7 til tanktoppen. I bunnområdet av tanken er det dannet et utløp 8 som tillater uttak av sjøvann fra tanken ved hjelp av en pumpe 9 tilkoblet utløpet 8. The heat transfer device 1 may comprise a group of spiral-shaped or serpentine-shaped tubes or tube assembly which has an inlet 3 and an outlet 4 for a hot medium M which is sent through the tubes in the heat transfer device for cooling by transferring heat to the seawater in the tank. The tank 2, which has a circular cross-section, has a tank top 5 which is open to the seawater above the tank. The tank top is defined by an upper edge 5 of a surrounding tank wall 6 which rises from a bottom area 7 to the tank top. In the bottom area of the tank, an outlet 8 has been formed which allows the withdrawal of seawater from the tank by means of a pump 9 connected to the outlet 8.

Pumpen 9 er installert i et rørsystem 10 for resirkulering av sjøvann, og fører uttatt sjøvann til et fordelingsrør 11. Nærmere bestemt er en rekke fordelingsrør 11, 11', 11'' osv. innrettet på ulike nivåer rundt tanken 2 og kan på denne måten få tilført uttatt vann via en stigerørseksjon 12 som utgjør en del av resirkuleringsrørsystemet. Hvert fordelingsrør 11 er koblet til sjøvannsvolumet i tanken via et eller flere innløpsrør 13, 13', 13'' osv., og injiserer strømning gjennom tankveggen 6 via tilsvarende innløpsåpninger 14, 14', 14'' osv. The pump 9 is installed in a piping system 10 for recycling seawater, and leads extracted seawater to a distribution pipe 11. More specifically, a number of distribution pipes 11, 11', 11'' etc. are arranged at different levels around the tank 2 and can in this way be supplied with extracted water via a riser section 12 which forms part of the recirculation pipe system. Each distribution pipe 11 is connected to the seawater volume in the tank via one or more inlet pipes 13, 13', 13'', etc., and injects flow through the tank wall 6 via corresponding inlet openings 14, 14', 14'', etc.

Innløpsrørene 13 strekker seg i en vinkel i forhold til tankveggen 6 og i forhold til en radius fra senter av tanken til innløpsåpningen 14. Nærmere bestemt er åpningen på innløpsrørene 13 tilnærmet tangensiell i forhold til tankveggen. The inlet pipes 13 extend at an angle in relation to the tank wall 6 and in relation to a radius from the center of the tank to the inlet opening 14. More precisely, the opening of the inlet pipes 13 is approximately tangential in relation to the tank wall.

Slik uttrykket er brukt her, skal uttrykket «tilnærmet tangensiell» forstås slik at det gjelder en retning som er parallell eller nær parallell med en sann tangent eller en nesten sann tangent til den sirkulære omkretsen av tanken. As used herein, the term "approximately tangential" shall be understood to refer to a direction that is parallel or nearly parallel to a true tangent or an almost true tangent to the circular circumference of the tank.

Resultatet er at ved injeksjon inn i tanken via innløpsåpningene 14 blir det resirkulerte vannet innført i retning av omkretsen i tanken, og gir derved tangensiell hastighet og strømningsvirvelbevegelse til en periferisk andel av volumet av sjøvann i tanken (se strømningsvirvel-pilene V på figur 1). Strømningsvirvelbevegelsen går etter hvert inn til de mer sentrale delene av sjøvannsvolumet og passerer rørene i varmeoverføringanordningen 1 før strømning går til utløpet 8. The result is that upon injection into the tank via the inlet openings 14, the recycled water is introduced in the direction of the circumference of the tank, thereby giving tangential velocity and flow vorticity to a peripheral portion of the volume of seawater in the tank (see the flow vorticity arrows V in figure 1) . The flow vortex movement gradually enters the more central parts of the seawater volume and passes the pipes in the heat transfer device 1 before flow goes to the outlet 8.

En andel av det uttrukne vannet, som er noe varmere enn det omgivende sjøvannet ved å ha absorbert varme som er ledet gjennom rørveggene i varmeoverføringsanordningen, blir støtt ut i den omgivende sjøen via en første ventil eller strømningsåpning 15 installert i resirkuleringsrørsystemet 10. A portion of the extracted water, which is somewhat warmer than the surrounding seawater by having absorbed heat that has been conducted through the pipe walls of the heat transfer device, is pushed out into the surrounding sea via a first valve or flow opening 15 installed in the recirculation pipe system 10.

En andre ventil eller strømningsåpning 16 er installert i resirkuleringsrørsystemet som vist på tegningsfigurene. Den andre ventilen eller strømningsåpningen 16 er innstillbar i forhold til første ventil eller strømningsåpning 15, for å kunne innstille strømningsmengden som blir resirkulert til tanken versus mengden av vann som blir støtt ut til det omgivende sjøvannet. A second valve or flow opening 16 is installed in the recirculation piping system as shown in the drawings. The second valve or flow opening 16 is adjustable in relation to the first valve or flow opening 15, in order to be able to set the amount of flow that is recycled to the tank versus the amount of water that is pushed out to the surrounding seawater.

En del av vannet som blir tatt ut fra tanken blir på denne måten støtt ut i den omgivende sjøen via den første ventilen eller strømningsåpningen 15. Ventilen eller strømningsåpningen 15 kan ha fast eller innstillbar åpningsdiameter og dimensjonert eller regulert til å støte ut fra om lag 25 % til om lag 75 % av det uttrukne vannet til den omgivende sjøen. Fortrinnsvis blir minst 40-60 % eller om lag 50 % av det resirkulerende vannet støtt ut. Part of the water that is taken out of the tank is in this way ejected into the surrounding sea via the first valve or flow opening 15. The valve or flow opening 15 can have a fixed or adjustable opening diameter and dimensioned or regulated to eject from about 25 % to about 75% of the extracted water to the surrounding sea. Preferably, at least 40-60% or about 50% of the recirculating water is ejected.

I alle fall er nettovolumet av resirkulert vann mindre enn volumet som er trukket ut fra tanken, slik at det blir rom for å ta inn en viss mengde friskt sjøvann via den åpne toppen av tanken. In any case, the net volume of recycled water is less than the volume withdrawn from the tank, so that there is room to take in a certain amount of fresh seawater via the open top of the tank.

I alle tilfeller vil uttrekking av vann fra tanken til resirkuleringssystemet danne en nedadgående bevegelse i sjøvannet som befinner seg i tanken. In all cases, the withdrawal of water from the tank to the recirculation system will create a downward movement in the seawater that is in the tank.

En akselerert nedadgående bevegelse i volumet av sjøvann som finnes i tanken kan bli oppnådd dersom tankveggen eller i det minste en nedre del av tankveggen, eller til og med bunnen av tanken, har form som en trakt som snevres inn mot utløpet 8. En innsnevrende tankbunn kan utføres som en rett konus, slik det er vist i utførelsen på figur 2. An accelerated downward movement of the volume of seawater contained in the tank can be achieved if the tank wall or at least a lower part of the tank wall, or even the bottom of the tank, has the shape of a funnel that narrows towards the outlet 8. A narrowing tank bottom can be designed as a straight cone, as shown in the design in Figure 2.

En innsnevrende tankbunn kan alternativt være konstruert med en konveks eller parabolsk form eller en konkav form som vist ved utførelsen på figur 3, som ellers tilsvarer varmeanordningen på figur 2 bortsett fra installasjonen av resirkuleringsrørsystemet 10. Nærmere bestemt er i utførelsen på figur 3 fordelingsrørene 11 integrert i tankveggen slik at innløpsrørene fra den foregående utførelsen kan utelates ved å utforme innløpsåpningene 14 som tangensielt rettede munninger eller dyser som åpner direkte i veggen til fordelingsrørene. A narrowing tank bottom can alternatively be constructed with a convex or parabolic shape or a concave shape as shown in the embodiment in Figure 3, which otherwise corresponds to the heating device in Figure 2 except for the installation of the recirculation piping system 10. More specifically, in the embodiment in Figure 3, the distribution pipes 11 are integrated in the tank wall so that the inlet pipes from the previous embodiment can be omitted by designing the inlet openings 14 as tangentially directed mouths or nozzles which open directly into the wall of the distribution pipes.

En annen utførelse av varmevekslerinnretningen er vist på figur 4. Utførelsen på figur 4 skiller seg fra de foregående utførelsene når det gjelder strukturen av utløpet 8. Nærmere bestemt omfatter utløpet i utførelsen på figur 4 en rørseksjon 17 som stiger opp mot varmeoverføringsanordningen 1 i et sentralt område av tanken. Et antall hull 18 danner en perforert rørvegg som sjøvann kan bli trukket ut fra på en rekke nivåer nedenfor toppen av tanken. I forskjellige utførelser av oppfinnelsen kan den perforerte rørseksjonen 17 være forlenget inn i varmeoverføringsanordningen, som illustrert. Another embodiment of the heat exchanger device is shown in Figure 4. The embodiment in Figure 4 differs from the previous embodiments in terms of the structure of the outlet 8. More specifically, the outlet in the embodiment in Figure 4 comprises a pipe section 17 which rises towards the heat transfer device 1 in a central area of the tank. A number of holes 18 form a perforated pipe wall from which seawater can be extracted at a number of levels below the top of the tank. In various embodiments of the invention, the perforated tube section 17 may be extended into the heat transfer device, as illustrated.

Enda en annen utførelse av varmevekslerinnretningen er vist i den forenklede skissen på figur 5. Utførelsen på figur 5 tilsvarer de foregående, bortsett fra formen på tanken 2, som i dette tilfellet er formet helt som en trakt. Nærmere bestemt er tankveggen 6 kontinuerlig skrånende fra kanten 5 ved den åpne toppen av tanken til bunnområdet 7, hvor utløpet 8 fører til resirkuleringsrørsystemet 10. I utførelsen på figur 5 er tankveggen bueformet eller konveks eller parabolsk i tverrsnitt. Når vann beveger seg nedover inne i tanken, vil den innsnevrende formen akselerere denne bevegelsen. I tillegg kan en unngå tap som følge av resirkuleringsmønstre av vann i hjørnesoner i bunnen, takket være den jevnt innsnevrende formen. Yet another embodiment of the heat exchanger device is shown in the simplified sketch in Figure 5. The embodiment in Figure 5 corresponds to the previous ones, except for the shape of the tank 2, which in this case is shaped entirely like a funnel. More specifically, the tank wall 6 is continuously sloping from the edge 5 at the open top of the tank to the bottom area 7, where the outlet 8 leads to the recirculation pipe system 10. In the embodiment in Figure 5, the tank wall is arched or convex or parabolic in cross-section. As water moves downwards inside the tank, the narrowing shape will accelerate this movement. In addition, losses due to recirculation patterns of water in corner zones at the bottom can be avoided, thanks to the evenly narrowing shape.

Legg merke til at formålet med uttrekkingen og resirkulering av vann er å generere tangensiell hastighet og strømningsvirveldannelse omkring varmevekslerrør som er nedsenket i et definert og begrenset volum av sjøvann, og på denne måten fremme tvangsstyrt konveksjon og forsterket overføring av varme og forbedret virkningsgrad for varmeveksling. Note that the purpose of the extraction and recirculation of water is to generate tangential velocity and flow vorticity around heat exchanger tubes immersed in a defined and limited volume of seawater, thus promoting forced convection and enhanced heat transfer and improved heat exchange efficiency.

Det begrensede volumet av sjøvann omkring varmevekslerrørene fører til reduserte krav når det gjelder rørdiametre og pumpestørrelse sammenliknet med det som kreves for å opprettholde samme sjøvannshastighet f.eks. i en åpen innretning (dvs. uten en omsluttende tank). The limited volume of seawater around the heat exchanger tubes leads to reduced requirements in terms of tube diameters and pump size compared to what is required to maintain the same seawater velocity, e.g. in an open facility (ie without an enclosing tank).

Som en illustrasjon kan det nevnes at i følge det som er funnet ved beregning og forsøk, kan en pumpestørrelse på om lag 100-125 kW bli kjørt for å generere en dysehastighet på om lag 10-12 m/s ved utløp fra hvert av ni (3 x 3) innløpsrør med 50 mm diameter innrettet på en tank som har en radius på om lag 1000-1250 mm. I denne oppstillingen av varmevekslerinnretningen kan diameteren av utløpet fra tanken være i størrelsesorden 500 mm, massestrømmen gjennom tanken kan være i størrelsesorden 800-900 kg/s, og strømningshastigheten ved utløpet av de ni innløpsrørene kan være om lag 40 l/s. De tallene som er angitt her, er selvsagt ikke-begrensende eksempler. By way of illustration it may be mentioned that according to what has been found by calculation and experiment, a pump size of about 100-125 kW can be run to generate a nozzle velocity of about 10-12 m/s at the discharge from each of nine (3 x 3) inlet pipes of 50 mm diameter arranged on a tank having a radius of approximately 1000-1250 mm. In this arrangement of the heat exchanger device, the diameter of the outlet from the tank can be in the order of 500 mm, the mass flow through the tank can be in the order of 800-900 kg/s, and the flow rate at the outlet of the nine inlet pipes can be about 40 l/s. The figures given here are, of course, non-limiting examples.

Det er alminnelig kjent at overføring av varme via veggene på rørene i en varmeveksler som er nedsenket i sjøvann er proporsjonal med graden av kontinuerlig tilført kaldt sjøvann over varmevekslerrørene og nivået av forstyrrelse/turbulens som blir dannet i vannet ved passasje av varmevekslerrørene. Merk dessuten at den tangensielle hastigheten og strømningsvirvelbevegelsen som blir påført volumet av sjøvann i tanken som er åpen for sjøvann i tillegg forhindrer tilgroing av varmevekslerrør som et resultat av turbulensen som dannes i vannet rundt rørene. Det antas at disse tilstandene i høy grad er oppfylt i alle beskrevne utførelser av oppfinnelsen slik den er definert med særtrekkene og begrensningene i de vedlagte patentkravene. It is common knowledge that the transfer of heat via the walls of the tubes in a heat exchanger immersed in seawater is proportional to the degree of continuously supplied cold seawater over the heat exchanger tubes and the level of disturbance/turbulence that is created in the water when passing through the heat exchanger tubes. Note also that the tangential velocity and flow eddy imparted to the volume of seawater in the tank open to seawater additionally prevents fouling of heat exchanger tubes as a result of the turbulence created in the water around the tubes. It is assumed that these conditions are largely met in all described embodiments of the invention as defined by the features and limitations in the attached patent claims.

Claims

1. Subsea heat exchanger device in that a heat transfer device (1) is exposed to seawater inside a tank (2) comprising: a tank wall (6) extending from a tank bottom area (7) to a tank top (5) which is open to seawater, an outlet (8) for seawater arranged in the bottom area of the tank, a recirculation pipe system) (10) which connects the outlet (8) with at least one inlet opening (14) formed through the tank wall, as well as a pump (9) arranged in the recirculation pipe system, the at least one the inlet opening is arranged approximately tangentially in relation to the tank wall.

2. Heat exchanger device according to claim 1, in that the recirculation pipe system (10) enters the tank via two or more inlet openings (14, 14', 14") which are evenly distributed around the circumference of the tank.

3. Heat exchanger device according to claim 1 or 2, in that the recirculation pipe system (10) enters the tank via two or more inlet openings (14, 14', 14'') which are distributed in two or more levels between the top and the bottom of the tank.

4. Heat exchanger device according to any preceding claim, in that a first valve or flow opening (15, 16) is integrated into the recirculation piping system (10) and serves to eject a portion of the recirculating water to the surrounding seawater on the outside of the tank .

5. Heat exchanger device according to claim 4, in that the first valve or flow opening (15, 16) is arranged to expel an amount of 25-75%, and at least an amount of 40-60% or about 50% of the recirculating the water to the surrounding seawater on the outside of the tank.

6. Heat exchanger device according to claim 4 or 5, in that a second valve or flow opening (16) is installed in the recirculation pipe system (10) and arranged adjustable in relation to the first valve or opening (15) so that the amount of flow that is recycled can be set to the tank compared to the amount of water that is ejected into the surrounding seawater.

7. Heat exchanger device according to any preceding claim, the recirculation piping system (10) comprising a riser section (12) feeding one or more distribution pipes (11, 11', 11") surrounding the tank at one or more levels.

8. Heat exchanger device according to any preceding claim, the tank or at least a lower part thereof being funnel-shaped, sloping towards the outlet at the bottom of the tank.

9. Heat exchanger device according to claim 8, in that the tank wall has a parabolic shape.

10. Heat exchanger device of any one of the preceding claims, the outlet from the tank comprising a perforated pipe section (17) which goes upwards from the tank bottom towards the heat transfer device (1) in a central area of the tank (2).

11. Heat exchanger device according to any of the preceding claims, the heat transfer device (1) comprising a spiral or serpentine tube or tube assembly.

12. Method for improving the heat transfer effect in an underwater heat exchanger, the method comprising: immersing a heat transfer device in a defined volume of seawater. forming a downward movement in the defined volume of seawater by extracting seawater from a bottom area in the defined volume of seawater, and generating a flow vortex in the defined volume of seawater by recirculating a portion of the extracted seawater.

13. Method according to claim 12, in that the flow vortex is generated by means of a pump which adds tangential velocity to the recirculating water as it returns to the defined volume of seawater.

14. A method according to any one of claims 12 and 13, comprising discharging a portion of the recirculating water to the surrounding sea.

15. Method according to claim 14, wherein an amount of 25-75%, and at least an amount of 40-60% or about 50% of the recirculating water is ejected.

16. A method according to any one of claims 12-15, the method comprising accelerating the downward movement by forcing the seawater through an inclined/narrowing passage on extraction.