NO139980B - Varmeveksler for kjoeling av varme gasser - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en varmeveksler for kjøling av varme gasser, omfattende et gasstilførselsrom forsynt med én eller flere gasstilførselsledninger, et kjølerom forsynt med én eller flere gassutløpsledninger, én eller flere kjølemiddeltilførselsledninger og én eller flere kjølemiddelutløpsledninger, en skilleplate som adskiller gasstilførselsrommet fra kjølerommet og gjennom hvilken det går ett eller flere gassrør hvis innløpsender er beliggende i gasstilførselsrommet og ved kjølerør i kjølerommet er forbundet med gassutløpsledningene i kjølerommet, idet hvert av gassrørene i gasstilførselsrommet er omgitt av en kjølekappe som er forbundet med skilleplaten slik at rommene mellom gassrørene og kjølekappene står i forbindelse med kjølerommet, mens endene av gassrørene i gasstilførselsrommet er forbundet med endene av kjølekappene, og de ringformede rom mellom gassrørene og kjølekappene nær forbindelsene mellom gassrørene og kjølekappene er forbundet med tilfør-selsledninger for kjølemiddel.

En varmeveksler av ovennevnte type er kjent fra norsk patent nr. 138.919. For oppnåelse av sikker drift under de meget store mekaniske påkjenninger som en sådan varmeveksler utsettes for, er kjølerommet i varmeveksleren ifølge det nevnte patent beliggende vertikalt over gasstilførselsrommet i en i hovedsaken sylindrisk beholder, og skilleplaten er i hovedsaken halvkule-formet, med den konvekse side vendende mot gasstilførselsrommet. Videre har de deler av kjølekappene som ligger nær gassrørenes innløpsender, større innerdiameter enn kjølekappenes midtre deler,

og de deler av kjølekappene som ligger nær skilleplaten, har mindre innerdiameter enn kjølekappenes midtre deler.

Da de ringformede rom mellom gassrørene og kjølekappene

nær forbindelsene mellom gassrørene og kjølekappene er forbundet med tilførselsledningene for kjølemiddel, kan hvert enkelt gass-

rør lett avkjøles med kjølemiddel nær gassrørens innløpsender,

hvilket er nødvendig da den innstrømmende gass har den høyeste temperatur her. I varmeveksleren ifølge ovennevnte patent er de deler av kjølekappene som ligger nær gassrørenes innløpsender, forsynt med aksiale, rørformede skilledeler som oppdeler hvert av de ringformede rom mellom kjølekappene og gassrørene i to deler som står i åpen forbindelse med hverandre nær forbindelsen mellom gassrørenes innløpsender og kjølekappene. Kjølemiddel som tilføres fra kjølemiddeltilførselsledningene, drives da til å strømme direkte langs gassrørenes innløpsender, for avkjøling av disse. Kjølemiddelet strømmmer imidlertid først nedover gjennom ytre ringformede rom mellom kjølekappene og de aksiale, rørform-ede skilledeler. Disse skilledeler kan iblant være ganske lange, og man oppnår da ikke optimal avkjøling, idet kjølemiddelet ikke lenger er kaldt når det når gassrørenes nedre ender.

Fra U.S. patent nr. 3.610.329 er det også kjent en varmeveksler som er av den inledningsvis angitte type og inneholder kjølemiddelavkjølte gassrør. For dette formål er gassinnløps-partiene av disse rør dobbeltveggede, og de to vegger er ring-formet forbundet ved innløpsenden. Hvert av de således dannede, ringformede, kappedannende kamre inneholder et koaksialt innført ledeveggrør. Kjølemiddelet innføres ved toppen av ytterveggen, passerer nedover gjennom det ytre, ringformede kammer til det når det punkt hvor de to vegger er innbyrdes forbundet, og pres-ses deretter oppover gjennom det indre, ringformede kammer.

På sin vei nedover gjennom den ytre, ringformede kappe oppvarmes kjølemiddelet på grunn av varme som passerer gjennom det koaksialt innførte ledeveggrør. Kjølemiddelet er derfor ikke lenger kaldt når det når det punkt hvor de to vegger er innbyrdes forbundet, hvilket er det varmeste punkt da den varme gass inn-føres her. På grunn av den lange vei som kjølemiddelet må strøm-me nedover langs den varme overflate av den koaksialt innførte ledevegg, blir gassrørenes innløpspartier heller ikke i denne varmeveksler optimalt avkjølt.

Formålet med oppfinnelsen er således å tilveiebringe en varmeveksler av den angitte type ved hvilken det oppnås optimal avkjøling av gassrørene.

Ifølge oppfinnelsen oppnås ovennevnte formål ved at aksiale, rørformede ledende legemer er forbundet med endene av kjølemiddeltilførselsledningene, hvilke ledende legemer deler den nedre del av de ringformede rom i to deler som står i åpen forbindelse med hverandre nær forbindelsene mellom gassrørenes inn-løpsender og kjølekappene, og hvilke ledende legemer inneholder aksiale, ringformede kamre og utløpsåpninger fra kamrene anordnet på regelmessig måte rundt den indre omkrets av de ledende legemer.

Ved hjelp av konstruksjonen ifølge oppfinnelsen blir kaldt kjølemiddel ført via tilførselsledningene, de ringformede kamre og disses utløpsåpninger direkte til gassrørenes vegger. Kjølemiddelet tilføres til gassrørene i en meget kort avstand

fra varmgassinnløpene. Gassrørenes innløpsender blir således av-kjølt på optimal måte da det kalde kjølemiddel bringes direkte til det sted hvor det skal benyttes, dvs. den ytre overflate av gassrørene på et sted meget nær gassinnløpene. Ved at utstrøm-ningsåpningene er anordnet regelmessig rundt omkretsen av gass-rørene, fremmes god kjøling av gassrørene. Kjølemiddeltilførsels-ledningene kan med fordel være tilkoplet tangentialt til de rør-formede, ledende legemer, slik at kjølemiddelet i de ringformede kamre tvinges til å utføre en roterende bevegelse som har gunstig virkning på regelmessigheten av kjølemiddelfordelingen blant de aksiale, ringformede kamre.

De rørformede, ledende legemer er fortrinnsvis slik konstruert at det er smale, ringformede, aksiale spalter mellom/ toppen av de nevnte ledende legemer og det ytre av gassrørene.' På denne måte kan en liten del av kjølemediet tvinges til å strøm-me direkte oppover mellom de ledende legemer og gassrørene, og derved forhindre lokal overopphetning av gassrørene nær toppen av de ledende legemer. En slik overopphetning av gassrørene kan meget vel inntre dersom toppen av de ledende legemer var forbundet med gassrørene uten en passasje for kjølemiddel. Dersom på den annen side passasjene mellom toppen av de ledende legemer og gassrørene er for vide, tillates for mye kjølemiddel å strømme bort oppover med den følge at den nedre del av gassrørene ville bli utilstrekkelig avkjølt: De smale, ringformede spalter mellom toppen av de ledende legemer og gassrørene har fortrinnsvis en tykkelse i området fra 0,10 til 5 mm.

Forskjellen mellom den indre diameter av den del av en kjølekappe som ligger nær en innløpsende av et gassrør, og den ytre diameter av et gassrør velges fortrinnsvis i området fra 8 til 80 mm. Hvis tykkelsen av det ringformede rom mellom kjøle-kappen og gassrøret er mindre enn 8 mm, er det vanskelig å feste et aksialt, rørformet ledende legeme til kjølemiddeltilførsels-ledningen. Hvis tykkelsen av dette rom er større enn 80 mm, blir de utvendige diametre av kjølekappene så store at bare et lite antall gassrør kan anordnes i gasstilførselsrommet.

De aksiale, ringformede spalter som er beliggende på hver side av de ledende legemer mellom sistnevnte og hhv. gass-rørene og kjølekappene, har en tykkelse i området fra 1 til 15 mm.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til teg-ningene, der fig. 1 viser et skjematisk riss av en varmeveksler av den type hvor oppfinnelsen kommer til anvendelse, og fig. 2 viser en detalj på fig. 1 i forstørret målestokk.

På fig. 1 er vist en sylindrisk varmeveksler bestående av et gasstilførselsrom 1 og et kjølerom 2.

Gasstilførselsrommets metallkappe er betegnet med 3 og kjølerommets metallkappe med 4. Kjølerommet er anordnet vertikalt over gasstilførselsrommet. De to metallkapper er forbundet ved en flens 5. Gasstilførselsrommet er foret med et ildfast materi-ale 6 og forsynt med en gasstilførselsledning 7. Kjølerommet er forsynt med fire gassutløpsledninger 8, en tilførselsledning 9 for kjølemiddel og en utløpsledning 10 for kjølemiddel. Gasstil-førselsrommet og kjølerommet er adskilt ved en skilleplate 11 gjennom hvilken der går fire gassrør 12 som er forbundet med gass-utløpsledningene 8 i kjølerommet 2 via fire skruelinjeformede kjølerør 13 som strekker seg gjennom det indre av kjølerommet. Bare ett av de fire kjølerør 13 er vist fullstendig på fig. 1,

et annet er bare vist delvis, og de gjenværende to er helt sløy-fet. ' Innløpsendene 14 av gassrørene 12 er anbrakt i gasstilfør-selsrommet 1. Hvert av gassrørene 12 er omgitt av en kjølekappe 15 som fører gjennom skilleplaten 11. Rommene 16 mellom gass-rørene 12 og kjølekappene 15 står i forbindelse med kjølerommet 2, slik som vist på fig. 2. Endene 14 av gassrørene 12 er forbundet med endene av kjølekappene 15. Rommene 16 mellom gass-rørene 12 og kjølekappene 15 er forbundet med tilførselsledninger 17 for kjølemiddel. I kjølerommet 2 er anordnet et konsentrisk

indre rør 18 rundt hvilket kjølerørene 13 er viklet skruelinje-formet. Kjølemiddeltilførselsledningen 9 munner ut i den nedre ende av det konsentriske indre rør 18 som er festet til skilleplaten 11 ved hjelp av fire støtter 19, hvorav to er vist på

f i<g>." 1. Aksiale, rørformede ledéhdé" legemer 20 er forbundet med de deler av kjølemiddeltilførselsledningene 17 som er beliggende nær innløpsendene 14 av gassrørene 12. Disse ledende legemer deler de.nedre deler av de ringformede rom 16 i to deler som står i åpen forbindelse med hverandre nær forbindelsene mellom gassrørenes 12 innløpsender 14 og kjølekappene 15. De ledende legemer 20 inneholder aksiale, ringformede kamre 21 og utløpsåp-ninger 22 fra kamrene 21 anordnet på regelmessig måte•rundt den indre omkrets av de ledende legemer 20.

Kjølemiddel strømmer inn i varmeveksleren gjennom kjøle-mediumtilførseisledningene 17. Størstedelen av kjølemiddelet strømmer først inn i de ringformede kamre 21, deretter gjennom ut-løpsåpningene 22 mellom de ledende legemer 20 og gassrørene 12, nedad-langs forbindelsene mellom gassrørenes 12 innløpsender 14'

og kjølekappene 15 og deretter oppad langs det ytre av de ring formede ledende legemer 20. Gjennom de ringformede rom 16 strøi mer kjølemiddelet inn i kjølerommet 2 som det forlater gjennom kjølemiddelutløpsledningen 10.

En liten del av kjølemiddelet strømmer direkte oppover... gjennom smale aksiale, ringformede slisser eller spalter 23 inn i de ringformede rom 16 og deretter sammen med resten av kjøle-middelet inn i kjølerommet 2.

Strømmen av kaldt kjølemiddel langs innløpsendene 14 av gassrørene 12 sikrer at gjennomsnittstemperaturen av innløps-endene 14 holdes på en lav verdi i den periode som varme gasse strømmer gjennom varmeveksleren. Gassrørene 12 er tilsvarende forsterket, og varmeveksleren kan arbeide sikkert ved meget hø^ trykkforskjeller mellom de varme gasser og kjølemiddelet. Oppfinnelsen tillater en varmeveksler med en innvendig diameter i området fra 0,5 til 10 m å arbeide sikkert og på en enkel måte ved en trykkforskjell på opptil 226 bar abs.

Claims (1)

1. Varmeveksler for kjøling av varme gasser, omfattende et gasstilførselsrom (1) forsynt med én eller flere gasstilførsels-ledninger (7), et kjølerom (2) forsynt med én eller flere gass-utløpsledninger (8), én eller flere kjølemiddeltilførselsledninger (9) og én eller flere kjølemiddelutløpsledninger (10), en skille-late (11) som adskiller gasstilførselsrommet (1) fra kjølerommet 2) og gjennom hvilken det går ett eller flere gassrør (12) hvis

innløpsender (14) er beliggende i gasstilførselsrommet (1) og ved kjølerør (13) i kjølerommet (2) er forbundet med gassutløps-Tedningene (8) i kjølerommet, idet hvert av gassrørene (12) i gasstilførselsrommet Cl) er omgitt av en kjølekappe (15) som er forbundet med skilleplaten slik at rommene (16) mellom gassrørene (12) og kjølekappene (15).står i forbindelse med.kjølerommet (2), mens endene (14) av gassrørene (12) i gasstilførselsrommet (.1) er forbundet med endene av kjølekappene (15), og de ringformede rom (16) mellom gassrørene (12) og kjølekappene (15) nær forbindelsene -nellom gassrørene (12) og kjølekappene (15) er forbundet med. til-

ørselsledninger (17) for kjølemiddel, karakterisert ved at aksiale, rørformede.ledende legemer (20) er . forbundet med endene av kjølemiddeltilfØrselsledningene (17), hvilke ledende

legemer (20)- deler den nedre del av de ringformede rom (16) i to deler som står i åpen forbindelse med hverandre nær forbindelsene mellom gassrørenes (12) innløpsender (14) og kjølekappene (15),

og hvilke ledende legemer (20) inneholder aksiale, ringformede

kamre (21) og utløpsåpninger (22) fra kamrene (21) anordnet på regelmessig måte rundt den indre omkrets av de ledende legemer (20) .

Varmeveksler ifølge krav 1, karakterisert

i at smale, ringformede,.. aksiale spalter (23) er anordnet mellom jppen av de rørformede, ledende legemer (20) og gassrørene (12).