NO843335L - Roerformet varmeveksler med koaksiale finner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en varmeveksler med koaksiale

finner.

Varmevekslere av denne type omfatter et hult skall

og et eller flere glatte rør anordnet i skallets indre. Generelt strømmer et varme / eller kjølefluid gjennom

rørene, mens fluid som skal oppvarmes eller avkjøles strømmer gjennom skallet og treffer rørenes utside. Ved varmevekslere som har flere rør er vanligvis ledeplater anordnet på innsiden av skallet for å endre retningen av fluidstrømmen som skal oppvarmes eller avkjøles, for å forbedre varmeoverføringen.

Den foreliggende oppfinnelse angår en spesiell

type varmevekslere for oppvarming eller kjøling av viskøse fluider og gasser og benyttes især ved oppvarming eller av-kjøling av varmeoverførende oljer, hydrauliske oljer og smøre-oljer, samt oppvarmings / eller kjølegasser, som luft, nitro-gen e.l. Oljer og gasser har dårlige varmeoverførings-. karakteristika iforhold til eksempelvis vann. Dette komp-enseres generelt ved bruk av større varmeoverføringsflate noe som normalt betyr større og kostbarere varmevekslere. Konvensionellevarmevekslere med skall og flere glatte rør

har et relativt lavt kapasitetsnivå med hensyn til varme-overf øringsoverflaten. Forholdet mellom totalt varmeover-føringsareal til totalt volum overstiger generelt ikke 30,48m<2>/m<3>.

Det er derfor den foreliggende oppfinnelses mål

å frembringe en varmeveksler for oljer og gasser med et større forhold mellom varmeoverføringsarealet og det totale volum.

Den koaksiale varmeveksler ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter et hult skall, et rør montert koaksialt i skallet og radialt utad ragende ytre finner med forholdsvis stor radial dimensjon i forhold til rørets diameter, anordninger for å føre et første varmevekslerfluid i røret, anordninger for å føre et andre varmevekslerfluid gjennom skallet, flere segmentformede lederplater montert mellom tilstøtende finner i en fastlagt avstand i skallet for således å oppnå et kryss-strømningsmønster for det annet fluid mellom rørenes finner og et par blokkeringsanordninger for forbistrømming montert i lengderetningen på spissen av finnene for å blokkere det annet fluids perifere strømning mellom skallet og spissen av finnene og å tvinge fluidstrømmen mellom finnene.

Lederplatene er anordnet i avstand fra hverandre med fastlagte intervaller i henhold til bruken av varmeoverføringen. Avstanden mellom skallet og spissen av finnene er også i henhold til bruken.

, Strømningsblokeringsanordningene er fortrinnsvis

et par stenger eller strimler festet til finnenes spisser med ledeplatenes endepunkter.

Røret har fortrinnsvis indre finner eller andre indre opphøyde systemer i røret, men kan også være glatt på innsiden. Et andre rør kan være innsatt på innsiden av røret med finner og egnede spor eller fremspring anordnet på innsiden av røret med finner eller på utsiden av det andre rør for å hindre lekkasje. Et slikt andre rør kan ha indre forhøyelsessystemer i røret.

Oppfinnelsen beskrives eksempelvis på grunnlag av tegningen hvor fig.1 skjematisk viser et riss av en varmeveksler i henhold til oppfinnelsen, fig.2 viser et snitt langs 2-2 på fig.1, fig.3 viser et perspektivriss av varmevekslerens rør i henhold til oppfinnelsen, fig.4 og 5 viser resultatene ved tester utført for avkjøling av Brayco 880 olje og en 50% blanding av glykol og vann, med varmeveksleren i henhold til oppfinnelsen og fig.6 viser en varmeveksler i henhold til oppfinnelsen, med beskyttelse mot lekkasje.

Fig. 1 viser skjematisk en utførelse av en varmeveksler i henhold til oppfinnelsen. Varmeveksleren omfatter et hult skall 10 som er lukket i begge ender og har et fluid-inntak 12 i en ende og et ikke vist fluiduttak i den annen ende. Et rør 14 med radialt utadragende ytre finner 16 med en forholdsvis stor radial utstrekning i forhold til rør-diameteren, fortrinnsvis i området 2:1 og 3:1, er innsatt på innsiden av varmvekslerens skall før endene lukkes. Røret 14 er anordnet for å overføre oppvarmings - eller kjølefluider gjennom varmeveksleren. Segmentformede ledeplater 18a,18b,

18c osv., med en diameter som er noe mindre enn skallets indre diameter, er anordnet i skallet mellom finnene med fastlagte avstander. De segmentformede ledeplater er anordnet for å

danne et kryss-strøm-mønster for fluidet som skal oppvarmes eller avkjøles, slik det er vist med pilene 20 på fig.1.

En slik strøm strekker seg fra fluidinntaket i skallet til rommet mellom finnenes spisser og skallet og ned mellom finnene til det tilsvarende motsatte rom mellom finnenes spisser og skallet. Fluidet strømmer deretter langs skallet og opp mellom finnene mellom lederplatene 18a og 18b og videre på denne måte mot skallets fluiduttak. For å hindre at en vesentlig del av fluidet trenger forbi finnene er strømningsstengsler 22 festet til finnenes spisser på det sted ledeplatene er av-skåret, slik det er vist på fig. 2. Ved monteringen festes strømningsstengslene til finnenes spisser i lengderetningen, ledeplatene innsettes mellom finnene i fastlagte avstander og festes således også til strømningsstengslene og finnene, slik det er vist på fig.3. Anordningen innsettes deretter i skallet og korvensionelle endekapper plasseres på skallets ender for å danne et lukket hus bortsett fra f luidinntaket og/

-uttaket.

To varmevekslere av den ovenfor beskrevne type ble testet for å avkjøle Brayco 888 olje og på fig.4 er varme-overf øringen Ug og trykkfallet P1so vist på fig. 4 ved 43,3°C (110°F .) . Varmevekslerene ble bygget av et skall med indre diameter på 50,8mm og et koaksialt rør med finmer, med en ytre diameter på 19,1mm og en ytre finne-diameter på 44,5mm. Til rørene ble montert 50% avkuttede ledeplater med 76,2 og 152,4mm avstand. I skallet gjensto et ringformet tomt rom mellom finnenes spiss og skallet, på 3,2mm. To 3,2mm tykke stenger ble festet til finnenes spisser ved stengslenes ender for å minimece forbipassering og å presse oljen inn i et kryss-strømningsmønster i forhold til røret, slik det er vist på fig.1. Oljen strømmet inn ved en temperatur på 5 7,2°C. Vannstrømmen i røret var på 17TJ/min ved 35°C.

De resultater som ble oppnådd ble sammenlignet med tilsvarende resultater fra en varmeveksler med en indre skalldiameter på 26mm og et koaksialt rør montert i skallet-med en ytre diameter på 19,1mm og ytre flatefremspring fremstilt ved en rifleringsoperasjon, eksempelvis slik den er beskrevet i US patentsøknad 187 413 fra 15. september 1980. Det skal bemerkes at rørene i de tre varmevekslere hadde samme geometri bortsett fra den ytre forhøyelse. Varmeoverføringen og trykkfallet i varmeveksleren er også vist på fig.4. Gevinstene ved varmeoverføringen er vesentlige i forhold til trykkfallene. Derfor ville det for samme bruk kreves en kortere rørlengde og trykktapet vil bli enda mindre. En annen vesentlig fordel ved konstruksjonen i.henhold til oppfinnelsen er at

varmegverføringen ikke svekkes så sterkt som den omtalte varmeveksler ved lavere oljestrømningshastigheter (5,7 til 11/3 l/min j . Denne relativt svake karakteristikk gir mang-sidighet for variable driftsbetingelser og systemkonstruksjoner.

Tester ble også gjennomført med de samme rør ved bruk av mindre viskøs 50% blanding av glykol / vann og resultatervist på fig.5. Gevinstene ved varmeoverføringen er mindre vesentlige, men fremdeles betydelige.

De ovenfor beskrevne testede varmevekslere hadde et forhold mellom varmeoverføringsareal og totalt volum på 49,1m 2 /m 3, som er vesentlig høyere enn konvensionelle varmevekslere med flere rør. I tillegg til det ovenfor anførte antas at arbeidskostnadensdelen av totalkostnadene vil bli mindre med oppfinnelsen enn med en enhet med flere rør og et skall. Dette baseres på maskineringen av de mange hull i ledeplater og endeplater med etterfølgende oppgjenging °9 festing av rørene til endeplatene. I den nye varmeveksler foreligger kun et hull i hver ende.

Som vist på fig. 6 kan et andre rør 24 innsettes

på innsiden av røret 14 med finner og egnede spor 26 kan anordnes på innsiden av røret 14 for å påvise lekkasje.

Et slikt andre rør 24 kan utstyres med indre finner 28 eller andre typer fremspring.

Claims (8)

1. Koaksial rørvarmeveksler med finner, omfattende et hult skall, et rør montert koaksialt i skallet og med radialt ragende ytre finner som er vesentlig større enn rørdiame-teren, anordninger for å overføre et første fluid i røret og anordninger for å overføre et andre fluid gjennom skallet, karakterisert ved at den har flere segmentformede ledeplater montert mellom tilstøtende finner i fastlagt avstand i skallet for å oppnå et krysstrømmønster for det annet fluid mellom rørets finner, og at et par strømningsstengs-ler er montert i lengderetningen på finnenes spisser for å hindre perifer strømning av det annet fluid mellom skallet og finnenes spisser og således tvinge fluidstrømmen mellom finnene .

2. Varmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at strømningsstengslene er et par stenger eller strimler festet til finnenes spisser ved ledeplatenes endepunkter.

3. Varmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at røret har indre finner.

4. Varmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at røret har en glatt innside.

5. Varmeveksler ifølge krav 4, karakterisert ved at et andre rør er anordnet på innsiden av røret med finner og har egnede spor på innsiden av røret med finner eller på utsiden av det andre rør for å oppdage lekkasje i røret med finner.

6. Varmeveksler ifølge krav 5, karakterisert ved at det andre rør har indre finner.

7. Varmeveksler ifølge krav 5, karakterisert ved at det andre rør har en glatt innside.

8. Varmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom finnenes høyde og rørdiameteren ligger i området 2:1 til 3:1.