SE469242B - Vaermevaexlare med gemensam undre och uppdelad oevre samlingskammare, samt kraftanlaeggning och foerfarande med dylik vaermevaexlare - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 å i 69,; 'H32 i dess rör i beröring med den övre, inre delen av varje rör, och kondensat, bildat av värmeväxlingen mellan ångan och luften utanför röret strömmar nedåt i beröring med den undre, inre delen av varje rör. Icke-kondenserbara gaser i ångan införda i kondensorn, som är lättare än den förångade organiska arbetsfluiden vid samma temperatur och tryck uppsam- las vid överdelen av samlingsröret som är beläget vid den högsta punkten i systemet. Dessa icke-kondenserbara gaser kan ventileras bort från uppsamlingsröret, men skillnaderna i tryck i varje uppsättning tenderar att inverka på flödet av de icke-kondenserbara gaserna med resultatet att inte alla icke- -kondenserbara gaser ventileras bort och vissa dras tillbaka in i systmet eller påverkar menligt värmeöverföringsegen- skaperna hos kondensorn.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkom- ma en ny och förbättrad värmeväxlare som övervinner de ovan- nämnda nackdelarna med tidigare värmeväxlare av det beskrivna slaget.

En värmeväxlare enligt föreliggande uppfinning för kondensering av ånga innehållande icke-kondenserbara gaser innefattar ett inloppssamlingsrör för mottagande av ångan och de icke-kondenserbara gaserna, och ett flertal värmeväxlings- rör anordnade lämpligen i ett flertal på inbördes vertikalt avstånd anordnade uppsättningar. Ena änden av-varje rör är ansluten till inloppssamlingsröret för mottagande av ångan och de icke-kondenserbara gaserna parallellt med varandra, och den andra änden av varje rör i en uppsättning är lämpligen anslut- en till ett separat samlingsrör.förbundet med varje uppsätt- ning pä en höjd liggande över höjden på vilken änden av rören är anslutna till inloppssamlingsröret. Ett kondensatutlopp är anordnat i inloppssamlingsröret. Ventilationsorgan är anordna- de i varje separat samlingsrör för att ventilera bort icke- -kondenserbara gaser däri till atmosfären. Uppsättningarna rör är således lämpligen lutande mot det horsiontella och de separata samlingsrören ligger på en nivå högre än inloppssam- lingsröret.

Anordnandet av separata samlingsrör för varje uppsätt- ning rör förhindrar utjämningen av tryck mellan uppsättningar- na för att därigenom förhindra backflöde och alstrandet av fickor av icke-kondenserbara gaser i rören i en uppsättning. 10 15 20 25 30 35 3 š4e9 242 Där uppsättningarna av rör är lutande mot det horisontella, och separata samlingsrör är belägna på en nivå över inlopps- samlingsröret, strömmar de icke-kondenserbara gaserna i en uppsättning snabbt uppàt in i det separata samlingsrör med vilket uppsättningen är förbunden, speciellt när gaserna är lättare än àngan. Detta tillåter de icke-kondenserbara gaserna att lätt ventileras bort när kondensatet strömmar nerat in i inloppssamlingsrört.

När rören är luftkylda kan organ vara anordnade för att öka överföringen av värme mellan luften utanför rören och àngan och de icke-kondenserbara gaserna inuti. Organet kan innefatta flänsar pà utsidan av rören, och/eller blàsorgan för att blàsa luft över rören, lämpligen i en riktning uppàt med början fràn under rören i den understa uppsättningen rör.

Lämpligtvis är inloppssamlingsröret vertikalt orienterat och uppsättningarna är anslutna vid vertikalt förskjutna lägen. Alternativt, eller dessutom, är de separata samlings- rören staplade det ena pà det andra, och är bildade av ett yttre hölje och inre uppdelare.

Uppfinningen avser också en kraftanläggning innefattande en kokare för att förànga flytande arbetsfluid och alstra föràngad arbetsfluid, en turbogenerator svarande pä den för- ángade arbetsfluiden för att alstra kraft och värmeàderlàten förangad arbetsfluid, och en kondensor ansluten till den värmeàderlätna föràngade arbetsfluiden för att kondensera densamma och alstra kondenserad arbetsfluid som aterföres till kokaren. Kondensorn har ett inloppssamlingsrör för att mottaga den värmeáderlàtna värmefluiden och eventuella'icke-kondenser- bara gaser däri, ett flertal värmeväxlingsrör lutande mot det horisontella och lämpligen anordnade i ett flertal vertikalt inbördes förskjutna uppsättningar, och lämpligen ett separat samlingsrör förbundet med varje uppsättning. Ena änden av varje rör är ansluten till inloppssamlingsröret för att mot- taga den värmeàderlàtna arbetsfluiden (ånga och icke-konden- serbara gaser) i parallell, och den andra änden av varje rör i en uppsättning är lämpligen ansluten till det separata sam- lingsröret med vilket uppsättningen är förbunden pa en nivà belägen över nivan för änden av rören anslutna till inlopps- samlingsröret. Ett kondensatutlopp är anordnat i inloppssam- lingsröret. Ventilationsorgan är anordnade i varje separat 469 21-12 10 15 20 25 30 35 40 samlingsrör för att ventilera bort icke-kondenserbara gaser däri till atmosfären.

Slutligen innefattar uppfinningen ett förfarande för att separera icke-kondenserbara gaser fràn en föràngad arbets- fluid. Förfarandet innefattar tillförsel av den förangade arbetsfluiden och de icke-kondenserbara gaserna till ett inloppssamlingsrör till vilket är anslutet ett flertal värme- växlingsrör lutande mot det horisontella och anordnade i ett flertal vertikalt inbördes förskjutna uppsättningar, varvid ena änden av varje rör är ansluten till inloppssamlingsröret för att mottaga angan och de icke-kondenserbara gaserna i parallell. Förfarandet enligt föreliggande uppfinning inne- fattar också lämpligen anslutning av den andra änden av varje rör i en uppsättning till ett separat samlingsrör förbundet med varje uppsättning pà en nivà över nivàn för änden av rören ansluten till inloppssamlingsröret, och ventilering av varje separat samlingsrör till atmosfären.

En utformning av.föreliggande uppfinning visas pà de åtföljande ritningarna, där fig. 1 visar en schematisk vy av föreliggande uppfinning visande en kraftanläggning för en organisk fluid för Rankine-cykeln och en sidovy, delvis i snitt, av en kondensor enligt föreliggande uppfinning, och fig. 2 visar en planvy av kondensorn i fig. 1.

Med hänvisning nu till fig. 1 pà ritningen anger hänvis- ningssiffran 10 en kraftanläggning för Rankine-cykeln arbetan- de med en organisk fluid såsom en Freon eller liknande. Kraft- anläggningen 10 innefattar en kokare 11 innehållande flytande arbetsfluid som upphettas av en yttre källa schematiskt visad vid 12 för att alstra förangad arbetsfluid som överföres via röret 13 till inloppsmunstyckena (icke visade).hos turbinen 14 i turbogeneratorn 15 som innefattar en generator 16 driven av turbinen 14.~Som svar pà expansionen av den föràngade arbets- fluiden i turbinen 14 avger generatorn 18 kraft till en be- lastning (icke visad), och turbinen alstrar värmeàderlaten arbetsfluid som avges till kondensorn 17 via ledningen 18.

Säsom beskrives nedan kondenseras den värmeàderlàtna arbets- fluiden i kondensorn 17 och kondensatet àterföres, antingen genom gravitationen eller av en pump, till kokaren 11 och cykeln àterupprepas.

Kondensorn 17 är konstruerad i enlighet med föreliggande 10 15 20 25 30 35 40 5 . 4469 242 uppfinning och innefattar ett inloppssamlingsrör 19, ett flertal uppsättningar 20A, 20B... av värmeväxlingsrör 21, och övre samlingsrör 22. Samlingsröret 19 innefattar en inloppsan- slutning 23 till vilken ledningen 18 är ansluten för att därigenom åstadkomma införseln i samlingsröret av den föranga- de värmeàderlatna arbetsfluiden utmatad fràn turbinen, och av eventuella icke-kondenserbara gaser sàsom luft eller andra gaser. Samlingsröret 19 är làngsträckt i horisontell riktning (se fig. 2) och innehåller, i en sida därav belägen motsatt mot sidan innehållande anslutningen 23, ett flertal angutlopp- sanslutningar 24 anordnade i rader och kolumner. Dvs. anslut- ningarna 24 är horisontellt separerade fràn varandra såsom visas i fig. 2, och är vertikalt separerade fran varandra, såsom visas i fig. 1, för mottagande av ena änden av resp. rör 21. Slutligen är bottnen av samlingsröret 19 försedd med en vätskeutloppsanslutning 25 som leder till ledningen 26 och transporterar kondensatet tillbaka till kokaren 11.

Ena änden 27 av varje rör 21 är ansluten till en ut- loppsanslutning 24 i samlingsröret 19, och andra änden av varje rör är ansluten till en inloppsanslutning 29 till det övre samlingsröret 22 som är i form av ett yttre hölje 30 som innefattar ett flertal inre uppdelare 31 som delar upp höljet i ett flertal separata kamrar 32. Antalet kamrar är detsamma som antalet uppsättningar rör. Fig. 1 visar tre vertikalt inbördes förskjutna uppsättningarï'och i sadant fall är tre "" kamrar 32 bildade i det övre samlingsröret 22. Fler eller färre än tre uppsättningar kan användas beroende pà egen- skaperna hos kondensorn. Slutligen är varje kammare 32 venti- lerad av ett utloppsmunstycke 33.

Såsom visas pà ritningen är-kondensorn~luftkyld och- organ är anordnade för att öka värmeöverföringen fràn àngan inuti rören 21. Organet kan innefatta flänsar 34 pà utsidan av rören 21 för att öka värmeöverföringsytan hos rören. Lämpligt- vis kan organet innefatta blàsorgan 35 belägna under uppsätt- ningarna rör. Blàsorganet 35 kan innefatta en propeller 36 monterad för rotation kring en vertikal axel och belägen i ett venturi-liknande hölje 37 för att alstra en uppätriktad ström av luft in i uppsättningarna rör. Som ett resultat strömmar luften uppàt kring de individuella rören och genom de succes- siva uppsättningarna av rör kylande àngan belägen däri. 10 15 20 25 30 35 40 I I a 9 242 I drift kommer värmeåderlåten arbetsfluid och icke-kon- denserbara gaser in i inloppssamlingsröret 19 genom anslut- ningen 23. Alla utloppsanslutningar 24 är öppna mot det inre av samlingsröret, och som en följd tillföres ånga och icke- -kondenserbara gaser parallellt in i uppsättningarna rör 20A, 20B,..... Ångan och de icke-kondenserbara gaserna strömmar in i de olika rören där ångan kyls av luften strömmande utanför rören och kondensation sker. Kondensatet uppsamlas inuti rören och strömmar nedåt mot samlingsröret 19 såsom schematiskt indikeras av droppar 38 som uppsamlas i samlingsrörets nedre sump 39. Lättare icke-kondenserbara gaser stiger i rören och kommer in i de separata kamrarna 32 i enlighet med uppsätt- ningen aktuella rör. Var och en av dessa kamrar är separat ventilerad vid 33 tillåtande icke~kondenserbara gaser att ventileras bort från systemet.

Observera att den separata naturen pà kamrarna 32 undan- röjer tryckutjämning mellan uppsättningarna och tillåter varje uppsättning att nå en jämviktstemperatur och tryckfördelning kring rören däri oberoende av fördelningen av någon av de andra uppsättningarna. Vidare, eftersom uppsättningarna är lutande mot det horisontella och kamrarna 32 är belägna över inloppssamlingsröret 19 underlättas separering av konden- seringsångorna från de lättare icke-kondenserbara gaserna och bortventileringen av dessa gaser eftersom de lättare icke-kon- denserbara gaserna snabbt strömmar uppåt och uppsamlas i kamrarna 32 förbundna med varje uppsättning där de ventileras bort, medan det flytande kondensatet som alstrats strömmar nedåt mot inloppssamlingsröret 19 och uppsamlas i den nedre sumpen 39 i samlingsröret. Fastän i föreliggande utformning kamrarna 32 är belägnï"på en nivå över inloppssamlingsröret 19 är det tillräckligt för ändarna 28 att vara pà en höjd över ändarna 27 för att genomföra processen enligt föreliggande uppfinning, dvs. att separera kondenserbara ångor från lättare icke-kondenserbara gaser. Medan ritningen visar ett kondensor- arrangemang med påtvingad kylning är uppfinningen också an- vändbar vid naturliga kylningsarrangemang. Beslutet på om man ska utnyttja pàtvingad eller naturlig kylning beror på stor- leken av kraftanläggning som avses. T.ex. i ett lägre effekt- område av 400 - 2000 W användes vanligen naturlig kylning, medan i högre effektområden, vanligen 300 - 1000 KW det är 7 S446? 242 sannolikt att pàtvingad kondensorkylning användes. Vidare är uppfinningen användbar vid andra typer av värmeväxlare, och är speciellt användbar i samband med kolvätekylare använda i petroleumraffinaderier.

Claims (18)

1» G\ 10 15 20 25 30 35 40 \D NJ 2 Patentkrav

1. Värmeväxlare för att kondensera änga innehållande icke-kondenserbara gaser, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar a) ett inloppssamlingsrör (19) för mottagande av àngan av de icke kondenserbara gaserna, b) ett flertal värmeväxlingsrör (21) anordnade i ett flertal vertikalt inbördes åtskilda uppsättningar (20A, 2GB), där ena änden (27) av varje rör (21) är ansluten till inlopps- samlingsröret (19) för att mottaga ångan och de icke-konden- serbara gaserna parallellt, c) ett separat samlingsrör (32) förbundet med varje uppsättning (ZÛA, 2GB), där den andra änden (28) av varje rör (21) i en uppsättning är ansluten till det separata samlings- rör (32) med vilket uppsättningen (ZÛA, 20B) är förbunden, d) ventilationsorgan (33) i varje separat samlingsrör (32) för att ventilera bort icke-kondenserbara gaser däri till atmosfären, och e) rören (21) är lutande mot det horisontella och delar av de separata samlingsrören (32) är belägna vertikalt högre än inloppssamlingsröret (19).

2. Värmeväxlare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att värmeväxlingsrören (21) är luftkylda, och pàdrivnings- organ (34, 38) är anordnade för att öka överföringen av värme mellan luften utanför rören (21) och ängan och de icke-konden- serbara gaserna inuti.

3. Värmeväxlare enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att pàdrivningsorganen innefattar flänsar (34) pà utsidan av rören (21).

4. Värmeväxlare enligt krav 2, k ä.n n e t e c k n a d av att pàdrivningsorganen innefattar blasorgan (36) för att blàsa luft över rören (21)r

5. Värmeväxlare enligt.krav.4,a .k-ä n n.e t e c k n a d av att blàsorganen (36) bläser luft uppàt fràn undersidan av rören (21) genom uppsättningarna (20A, 2GB) av rör.

6. Värmeväxlare enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att rören (21) är försedda med flänsar (34).

7. Värmeväxlare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att ängen är en organisk fluid.

8. Värmeväxlare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d (71 10 15 20 25 30 35 40 av att inloppssamlingsröret (19) är vertikalt orienterat och uppsättningarna (ZOA, 20B) är anslutna i vertikalt inbördes förskjutna lägen.

9. Värmeväxlare enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att de separata samlingsrören (32) är staplade pà varandra.

10. Värmeväxlare enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att de separata samlingsrören (32) är bildade av ett yttre hölje (30) och inre uppdelare (31). av att

11. Kraftanläggning, k ä n n e t e c k n a d den innefattar a) en kokare (11) för att förànga flytande arbetsfluid och framställa föràngad arbetsfluid, b) en turbogenerator (14, 16) mottagande den föràngade arbetsfluiden för att framställa kraft och värmeàderlàten föràngad arbetsfluid och c) en kondensor (17) mottagande den värmeàderlàtna föràngade arbetsfluiden för att kondensera densamma och alstra kondenserad arbetsfluid som àterföres (26) till kokaren (11), d) vilken kondensor har ett inloppssamlingsrör (19) för mottagande av àngan och eventuella icke-kondenserbara gaser, ett flertal värmeväxlingsrör (21) lutande mot det horisontella och anordnade i ett flertal vertikalt inbördes àtskilda upp- sättningar (20A, 20B), varvid en ände (27) av varje rör (21) är ansluten till inloppssamlingsröret (19) för att mottaga ängan och de icke-kondenserbara gaserna parallellt, ett separat samlingsrör (32) förbundet med varje uppsättning (20A, 2OB), där den andra änden (28) av varje rör (21) i en uppsätt- ning (20A, 20B) är ansluten till dethseparata samlingsröret (32) med vilket uppsättningen är förbunden pà en nivà liggande över nivan för änden (27) av rören (21) ansluten till inlopps- samlingsröret (19), och ventilationsorgan (33) i varje separat samlingsrör (32) för att ventilera bort icke-kondenserbara gaser däri till atmosfären.a

12. Kraftanläggning enligt krav 11, k ä n n e- t e c k n a d av att värmeväxlingsrören (21) är luftkylda, och pàdrivningsorgan (34, 36) är anordnade för att öka över- föringen av värme mellan luften utanför rören (21) och angan och de icke-kondenserbara gaserna inuti.

13. Kraftanläggning enligt krav 12, k ä n n e- t e o k n a d av att pàdrivningsorganet innefattar flänsar :469 2423 10 469 (34) pà utsidan av rören (21).

14. Kraftanläggning enligt krav 12, k ä n n e- t e c k n a d av att pàdrivningsorganen innefattar blàsorgan (36) för att blasa luft över rören (21).

15. Kraftanläggning enligt krav 14, k ä n n e- t e c k n a d av att blàsorganen (36) blåser luft uppàt fràn under rören (21) genom uppsättningarna av rör.

16. Kraftanläggning enligt krav 15, k ä n n e- t e c k n a d av att rören (21) är försedda med flänsar (34).

17. Kraftanläggning enligt krav 15, k ä n n e- t e c k n a d av att arbetsfluiden är en organisk fluid.

18. Förfarande för att separera icke-kondenserbara gaser fràn en föràngad arbetsfluid, k ä n n e t e c k n a t av att det innefattar stegen att a) tillföra den förangade arbetsfluiden och de icke-kon- denserbara gaserna till ett inloppssamlingsrör (19) till vilket är anslutet ett flertal värmeväxlingsrör (21) lutande mot det horisontella och anordnade i ett flertal vertikalt inbördes förskjutna uppsättningar (ZOA, 205), där ena änden (27) av varje rör (21) är ansluten till inloppssamlingsröret (19) för att mottaga àngan och de icke-kondenserbara gaserna parallellt, b) ansluta andra änden (28) av varje rör (21) i en uppsättning (ZÛA, 2GB) till ett separat samlingsrör (32) förbundet med varje uppsättning, och c) ventilera varje separat samlingsrör (32) mot atmos-