NO860353L

NO860353L - HEAT EXCHANGE ELEMENT AND USE OF IT.

Info

Publication number: NO860353L
Application number: NO860353A
Authority: NO
Inventors: Frank Soerensen
Original assignee: Atlas As
Priority date: 1984-06-13
Filing date: 1986-02-03
Publication date: 1986-02-24
Also published as: SE8600593L; DK153909C; SE8600593D0; EP0182884A1; DK289084A; GB2171788A; DE3590256T1; GB2171788B; GB8602684D0; FI860661A; FI860661A0; DK153909B; JPS61502411A; DK289084D0; WO1986000126A1; AU4493185A

Description

Oppfinnelsen vedrører et varemevekslerelement med en samling parallelle rør som ligger i ett eller flere plan, hvilke rør er anbrakt i en ramme. The invention relates to a product exchanger element with a collection of parallel pipes which lie in one or more planes, which pipes are placed in a frame.

Varmevekslere kan konstrueres på mange forskjellige måter, alt avhengig av anvendelsen. I forbindelse med noen anvendelser bygges en varmeveksler fullstendig opp av enkeltdeler, mens den i tilknytning til andre anvendelser konstrueres av en rekke ferdige elementdeler som bygges sammen. Heat exchangers can be constructed in many different ways, all depending on the application. In connection with some applications, a heat exchanger is completely built up from individual parts, while in connection with other applications it is constructed from a number of ready-made element parts that are built together.

Fra DE-PS 144.700 er det kjent et varmevekslerelement som omfatter en ramme med en samling rør som er stort sett parallelle. Alt avhengig av størrelsen av den varmeveksler man har behov for, setter man sammen et passende antall elementer hvortil koplingsrør og forbindelsesrør fastgjøres ved sveising, slik at det medium som løper i rørene strømmer på ønsket måte. Det er dessuten nødvendig enten å sørge for et vanntett og trykktett hus rundt de sammensatte elementer, eller å forbinde samtlige rør med hverandre i den korrekte rekkefølge for å oppnå en fullstendig og ferdig varmeveksler . From DE-PS 144,700, a heat exchanger element is known which comprises a frame with a collection of tubes which are largely parallel. All depending on the size of the heat exchanger you need, you put together a suitable number of elements to which connecting pipes and connecting pipes are attached by welding, so that the medium running in the pipes flows in the desired way. It is also necessary either to provide a waterproof and pressure-tight housing around the composite elements, or to connect all the pipes to each other in the correct order to achieve a complete and finished heat exchanger.

Formålet med oppfinnelsen er å frembringe et varmevekslerelement som er fullstendig ferdig, det vil si at man kan sette sammen et antall elementer mellom en øvre og en nedre plate, hvoretter man har en ferdig, komplett varmeveksler. The purpose of the invention is to produce a heat exchanger element that is completely finished, that is to say that you can assemble a number of elements between an upper and a lower plate, after which you have a finished, complete heat exchanger.

Dette formål oppnås ved å utforme varmeveksleren i overensstemmelse med oppfinnelsen som angitt ogkarakteriserti patentkrav 1. Dersom man setter sammen et antall av disse elementer med et pakningsmateriale mellom de parallelle pakningsflater ved hjelp av en øvre og en nedre plate, oppnås en fullstendig ferdig varmeveksler. Samtlige innløp og utløp kan innføres i den øvre eller i den nedre plate. Mediet som strømmer i rørene er fullstendig atskilt fra det medium som loper mellom rørene, og kammerne ved rørendene benyttes til å lede mediet til og fra rørene. Skilleplater kan være satt inn mellom rørene på vanlig måte, slik at mediet som løper på tvers av og rundt rørene kan styres i en sikksakk-bevegclsc rundt disse rør. This purpose is achieved by designing the heat exchanger in accordance with the invention as stated and characterized in patent claim 1. If you assemble a number of these elements with a gasket material between the parallel gasket surfaces using an upper and a lower plate, a completely finished heat exchanger is obtained. All inlets and outlets can be introduced into the upper or lower plate. The medium that flows in the pipes is completely separated from the medium that runs between the pipes, and the chambers at the ends of the pipes are used to guide the medium to and from the pipes. Separating plates can be inserted between the pipes in the usual way, so that the medium which runs across and around the pipes can be controlled in a zigzag movement around these pipes.

Ved å utforme varmevekslerelementet ifølge oppfinnelsen som angitt i patentkrav 2, kan man dele samlingen av rør i to eller flere grupper, slik at mediet først løper gjennom den ene gruppe og deretter gjennom den annen, eller slik at det ikke er det samme medium som løper gjennom gruppene. Man oppnår således mange anvendelsesmuligheter for varmevekslerelementet . By designing the heat exchanger element according to the invention as stated in patent claim 2, the collection of pipes can be divided into two or more groups, so that the medium first runs through one group and then through the other, or so that it is not the same medium that runs through the groups. One thus achieves many application possibilities for the heat exchanger element.

Dersom varmevekslerelementet ifølge oppfinnelsen ytterligere utformes som angitt i patentkrav 3, deles elementet faktisk i to elementdeler som er fullstendig atskilt fra hverandre, If the heat exchanger element according to the invention is further designed as stated in patent claim 3, the element is actually divided into two element parts which are completely separated from each other,

hvorved varmeveksleren har enda flere anvendelsesmuligheter. For eksempel kan den ene elementdel benyttes som koker eller forstøver i en ferskvannsgenerator, mens den annen elementdel benyttes som kondensator, idet det i én rørgruppe løper spillvarme fra en skipsmotor, mens det i den annen rørgruppe løper kjølevann, for eksempel sjøvann, slik at dampene'kondenseres på rørene. whereby the heat exchanger has even more application possibilities. For example, one element part can be used as a boiler or atomizer in a fresh water generator, while the other element part is used as a condenser, as waste heat from a ship's engine runs in one pipe group, while cooling water, for example seawater, runs in the other pipe group, so that the vapors 'condenses on the pipes.

Man kan også utforme varmevekslerelementet ifølge oppfinnelsen som angitt i patentkrav 4. Ved å sette inn et antall vende- eller dreiekammere kan rørene i rørgruppen eller rørgruppene bringes til å løpe i serie, hvilket er formålstjenlig for mange anvendelser, for eksempel dersom mediet i rørene skal avkjøles ved hjelp av kjølevann rundt røre ne. One can also design the heat exchanger element according to the invention as stated in patent claim 4. By inserting a number of turning or turning chambers, the pipes in the pipe group or pipe groups can be made to run in series, which is expedient for many applications, for example if the medium in the pipes is to cooled using cooling water around the stirrer.

Oppfinnelsen vedrører også anvendelsen av et antall varmevekslerelementer såsom angitt i patentkrav 5. Det herved oppnådde resultat består i at man kan konstruere og dimensjonere en varmeveksler på en enkel måte, for eksempel en ferskvannsgenerator, idet det nødvendige antall elementer kan bygges sammen. Dessuten er det ikke nødvendig å sørge for en massiv vanntett og trykktett yttervegg rundt ferskvannsgeneratoren, idet årsaken til dette er at denne yttervegg allerede er dannet av varmevekslerelementets ramme. Dersom man enn videre benytter den ene halvdel av elementene som kjele og den annen halvdel av elementene som kondensator, er den oppnådde byggehøyde bare halvdelen sammenlignet med trandisjonelle ferskvannsgeneratorer. The invention also relates to the use of a number of heat exchanger elements as stated in patent claim 5. The result obtained here consists in that one can construct and dimension a heat exchanger in a simple way, for example a fresh water generator, as the required number of elements can be built together. Furthermore, it is not necessary to provide a massive waterproof and pressure-tight outer wall around the fresh water generator, as the reason for this is that this outer wall is already formed by the frame of the heat exchanger element. If one still uses one half of the elements as a boiler and the other half of the elements as a condenser, the achieved building height is only half compared to traditional fresh water generators.

Ferskvannsgeneratoren ifølge oppfinnelsen er særlig velegnet til skipsbruk såsom angitt i patentkrav 6, idet man her trenger å være i stand til å fremby en komplett og ferdig ferskvannsgenerator som er klar for installasjon, og ikke som de fleste av de kjente som ikke bygges opp og settes sammen på plassen. Særlig i forbindelse med de skipskon-struksjoner som benyttes i dag har man et stort behov for en ferskvannsgenerator med stor kapasitet og lav byggehøyde. The fresh water generator according to the invention is particularly suitable for ship use as stated in patent claim 6, since here one needs to be able to offer a complete and finished fresh water generator that is ready for installation, and not like most of the known ones that are not built up and installed together in the square. Especially in connection with the ship constructions used today, there is a great need for a fresh water generator with a large capacity and a low construction height.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet mer detaljert under hen-visning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et varmevekslerelement ifølge oppfinnelsen sett ovenfra; Fig. 2 viser et snittriss av elementet i fig. 1, sett i retningen II-II; Fig. 3 viser et element uten varmevekslerrør; The invention will now be described in more detail with reference to the drawings, where: Fig. 1 shows a heat exchanger element according to the invention seen from above; Fig. 2 shows a sectional view of the element in fig. 1, seen in the direction II-II; Fig. 3 shows an element without heat exchanger tubes;

Fig. 4 viser en skilleplate; og Fig. 4 shows a partition plate; and

Fig. 5 viser, skjematisk og i mindre målestokk, en ferskvannsgenerator ifølge oppfinnelsen bygget opp av varmevekslere lementer. Fig. 5 shows, schematically and on a smaller scale, a fresh water generator according to the invention built up of heat exchanger elements.

Tegningenes fig. 1 og 2 viser et todelt varmevekslerelement ifølge oppfinnelsen. En profilert metall- eller jernramme 3 med pakningsflater 6 inneslutter en samling parallelle rør 1, her vist med samtlige rør i ett og samme plan 2, men man kan også utforme elementet med flere rørplan. Samtlige rør er festet til tverrgående vegger eller veggdeler 7, slik at det ved hver ende av rørene dannes kammere 4, i det viste tilfelle to kammere 4 ved hver ende. Alle deler og kammere er innesluttet bak rammen 3. Samtlige rør munner ut mot kammerne 4. Det er åpenbart at varmevekslerelementet er åpent, det vil si at kammerne4og mellomrommene 5 mellom rørene 1 er åpne til begge sider av tegningsplanet. The drawings' fig. 1 and 2 show a two-part heat exchanger element according to the invention. A profiled metal or iron frame 3 with sealing surfaces 6 encloses a collection of parallel pipes 1, here shown with all pipes in one and the same plane 2, but the element can also be designed with several pipe planes. All pipes are attached to transverse walls or wall parts 7, so that chambers 4 are formed at each end of the pipes, in the case shown two chambers 4 at each end. All parts and chambers are enclosed behind the frame 3. All pipes open towards the chambers 4. It is obvious that the heat exchanger element is open, that is to say that the chambers 4 and the spaces 5 between the pipes 1 are open to both sides of the drawing plane.

I kammerne 4 kan det være anordnet ett eller flere dreiende kammere 20 som inneslutter to eller flere røråpninger, slik at det medium som løper i rørene kan vendes, hvorved rørene blir seriekoplede. Strømmen inne i rørene er illustrert ved pilene, som angir mediets bevegelsesretning. In the chambers 4, one or more rotating chambers 20 can be arranged which enclose two or more pipe openings, so that the medium running in the pipes can be reversed, whereby the pipes are connected in series. The flow inside the pipes is illustrated by the arrows, which indicate the direction of the medium's movement.

Endekammerne 4 er delt i to kammere ved hjelp av en veggdel 8, som er tildannet av det samme profiljern som rammen. Veggdelen 8 kan være fullstendig gjennomgående, slik at samlingen av rør 1 også deles i to grupper med to atskilte områder mellom rørene. I fig. 1 er veggdelen 8 bare vist i kammerne 4, men den kan strekke seg like gjennom det midtre område med rørene 1. Rørene kan således være delt i flere grupper, men det er ikke nødvendig at de enkelte grupper har ens størrelse. The end chambers 4 are divided into two chambers by means of a wall part 8, which is made of the same profile iron as the frame. The wall part 8 can be completely continuous, so that the collection of pipes 1 is also divided into two groups with two separate areas between the pipes. In fig. 1, the wall part 8 is only shown in the chambers 4, but it can extend right through the middle area with the pipes 1. The pipes can thus be divided into several groups, but it is not necessary that the individual groups have the same size.

Fig. 3 viser et "tomt" element, det vil si et element uten rør. Elementet er tomt i området 11, hvor rørene skulle ha vært. Dessuten er det kammere 4 bare ved én ende av elementet, mens det andre endeområde 10 er lukket av en vanntett og trykksikker plate som er festet til rammen, for eksempel ved sveising eller lodding. Elementets dimensjoner er for øvrig de samme som for elementet i fig. 1. Ved inn-setting av elementet som vist i fig. 3 mellom elementer som vist i fig. 1 deles endekammerne 4 i flere kammere ved hjelp skillevegger 10 i tegningsplanet. Mediet i rørene kan herved strømme i den ene retning i et rørplan som ligger på den annen side av et tomt element. Det medium som løper i mellomrommene 5 mellom rørene 1 kan uendret passere det tomme element i området 11. For andre anvendelser kan et tomt element utformes uten skillevegg 10 eller med en skillevegg i begge endeområder, og det midtre område 11 kan deles ved hjelp av en midtvegg som svarer til en midtvegg i fig. 1. Fig. 3 shows an "empty" element, i.e. an element without tubes. The element is empty in area 11, where the pipes should have been. Moreover, there are chambers 4 only at one end of the element, while the other end area 10 is closed by a waterproof and pressure-proof plate which is attached to the frame, for example by welding or soldering. The element's dimensions are otherwise the same as for the element in fig. 1. When inserting the element as shown in fig. 3 between elements as shown in fig. 1, the end chambers 4 are divided into several chambers by means of partitions 10 in the drawing plane. The medium in the pipes can thereby flow in one direction in a pipe plane that lies on the other side of an empty element. The medium running in the spaces 5 between the pipes 1 can pass unchanged through the empty element in the area 11. For other applications, an empty element can be designed without a partition wall 10 or with a partition wall in both end areas, and the middle area 11 can be divided by means of a middle wall which corresponds to a middle wall in fig. 1.

Fig. 4 viser et skilleplateelement 9 som kan plasseres mellom rørene 1 slik at området 5 mellom rørene 1 blokkeres. Mediet som løper på tvers av rørene i mellomrommene 5 kan således bringes til å strømme i siksak. Fig. 5 viser anvendelsen av varmevekslerelementet ifølge oppfinnelsen som en ferskvannsgenerator. En rekke elementer 16 av samme type som vist i fig. 1, på tegningene seks elementer, er boltet sammen mellom en nedre plate 14 og en øvre plate 13 ved hjelp av stagbolter 15. Over elementene er det i det viste eksempel plassert et tomt element 17 av den type som er vist i fig. 3, men med en gjennomgående vegg 8. Elementet 17 behøver dessuten ikke å ha noen skillevegg 10 som vist i fig. 3. Over elementgruppen og under den øvre plate 13 er det plassert en allment kjent dryppseparator 19. Det egentlige arbeidsaggregat 12 er anordnet under fersk-vannsgeneratorens nedre plate. Den høyre halvdel av ferskvannsgeneratoren omfatter kjelen eller forstøveren, idet det gjennom rørene - som er vist som fire rørplan i hvert element - strømmer kjølevann eller annet spillvann med høy temperatur fra et skips dieselmotor. Det filtrerte sjøvann hvorfra ferskvannet skal fremstilles, sprøytes ut over rørene gjennom munnstykket eller dysen 18. Ferskvannsdamper fra kjelen passerer dryppseparatoren 19 og mates ned i den venstre side av ferskvannsgeneratoren, hvor rørene i varmevekslerelementene gjennomstrømmes av vann ved lav temperatur, for eksempel sjøvann, og ferskvannsd ampene blir således til væske og kondense reer på rørene, idet: ferskvann kan samles opp ved den nedre ende av elementgruppen. De to høyre og venstre halvdeler av elementene er fullstendig atskilt fra hverandre, og den ene halvpart benyttes som forstøver og den annen som kondensator. Det oppnås således en svært lav byggehøyde for ferskvannsgeneratoren. Fig. 4 shows a separating plate element 9 which can be placed between the pipes 1 so that the area 5 between the pipes 1 is blocked. The medium that runs across the pipes in the spaces 5 can thus be made to flow in a zigzag pattern. Fig. 5 shows the use of the heat exchanger element according to the invention as a fresh water generator. A number of elements 16 of the same type as shown in fig. 1, in the drawings six elements are bolted together between a lower plate 14 and an upper plate 13 by means of stay bolts 15. Above the elements, in the example shown, an empty element 17 of the type shown in fig. 3, but with a continuous wall 8. The element 17 also does not need to have a dividing wall 10 as shown in fig. 3. Above the element group and below the upper plate 13, a commonly known drip separator 19 is placed. The actual work unit 12 is arranged below the fresh water generator's lower plate. The right half of the fresh water generator comprises the boiler or atomizer, as cooling water or other high-temperature waste water from a ship's diesel engine flows through the pipes - which are shown as four pipe planes in each element. The filtered seawater from which the fresh water is to be produced is sprayed over the pipes through the nozzle or nozzle 18. Fresh water vapor from the boiler passes the drip separator 19 and is fed down into the left side of the fresh water generator, where the pipes in the heat exchanger elements are flowed through by water at a low temperature, for example sea water, and The fresh water steam thus turns into liquid and condenses on the pipes, as: fresh water can be collected at the lower end of the element group. The two right and left halves of the elements are completely separated from each other, and one half is used as an atomizer and the other as a condenser. A very low construction height is thus achieved for the fresh water generator.

Det vil være innlysende for gjennomsnittsfagmannen at varmevekslerelementet ifølge oppfinnelsen kan benyttes for varmevekslere av tallrike utforminger og utførelser, enten disse er varmevekslere for oppvarming eller for avkjøling av et medium. Den i fig. 5 viste ferskvannsgenerator kan fremstilles helt ferdig fra verkstedene, idet aggregatet 12 under generatoren rommer alt nødvendig utstyr og samtlige innløps- og ut løpsledninger . Ferskvannsgeneratoren kan drives ved hjelp av mange ulike drivanordninger, for eksempel varmt vann eller damp fra et kjeleanlegg eller spillvarme av nesten ethvert slag, for eksempel avgassvarme fra en motor. It will be obvious to the average person skilled in the art that the heat exchanger element according to the invention can be used for heat exchangers of numerous designs and executions, whether these are heat exchangers for heating or for cooling a medium. The one in fig. The fresh water generator shown in 5 can be manufactured completely ready from the workshops, as the unit 12 below the generator accommodates all the necessary equipment and all inlet and outlet lines. The fresh water generator can be powered by many different drive devices, for example hot water or steam from a boiler plant or waste heat of almost any kind, for example exhaust gas heat from an engine.

Claims

1. Heat exchanger element with a collection of parallel tubes (1) which lie in one or more parallel planes (2), which tubes are placed in a frame (3), characterized in that at each end of the tubes there is at least one chamber (4) which is separated from the area (5) which can be found between the pipes, but which lies within the frame (3), and where the upper and lower edges (6) of the frame are designed so that the edges form a sealing surface, and that the pipes are attached by both ends in a wall part (7) which comprises a wall in each chamber (4), and where this wall part is made in the same way as the frame.

2. Heat exchanger element in accordance with patent claim 1, characterized in that each chamber (4) is divided into two or more chambers by means of one or more wall parts (8) which are designed with an upper and lower edge (6), so that it forms a sealing surface.

3. Heat exchanger element in accordance with patent claim 2, characterized in that a wall part extends all the way through the element, so that the assembly of pipes (1) is also divided, the area between the pipes being divided into two separate areas.

4. Heat exchanger element in accordance with any one of patent claims 1-3, characterized in that turning or turning chambers (20) for the medium in the pipes (1) are placed in the chambers (4), which turning or turning chambers extend over two or several pipe openings.

5. Use of a number of bolted together heat exchanger elements in accordance with patent claims 1-4 as a heat exchanger, for example as a fresh water generator, with a part of each element used as a boiler, while the remaining part of each element is used as a condenser.

6. Application of a number of heat exchanger elements in accordance with patent claim 5, where the boiler part is supplied with a propellant in the form of hot water or steam, exhaust gas heat from an internal combustion engine, in particular from a ship's diesel engine.