NL1037544C2

NL1037544C2 - HEAT TRANSFER COMPANY.

Info

Publication number: NL1037544C2
Application number: NL1037544A
Authority: NL
Inventors: Onno Pieter Wolters
Original assignee: Onno Pieter Wolters
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-14

Description

-1 --1 -

WarmteoverdrachtsorgaanHeat transfer device

De uitvinding heeft betrekking op een warmteoverdrachtsorgaan uitgevoerd als balg.The invention relates to a heat transfer member designed as a bellows.

De warmtewisselaar voorzien van een balg als warmteoverdrachtsorgaan heeft een gering gewicht en geringe afmetingen, bij een naar verhouding grote warmteoverdrachtscapaciteit. 5 Deze warmtewisselaar is behalve voor gassen en vloeistoffen ook geschikt te maken voor vloeibare mengsels van fijnkorrelige vaste stoffen.The heat exchanger provided with a bellows as a heat transfer member has a small weight and small dimensions, with a relatively large heat transfer capacity. In addition to gases and liquids, this heat exchanger can also be made suitable for liquid mixtures of fine-grained solids.

De efficiëntste warmteoverdracht tussen twee stoffen vindt plaats in volledige tegenstroom, waarvoor een lange uïtwïsselingsweg in een omvangrijk apparaat nodig is. Een compactere 10 warmtewisselaar kan weliswaar verkregen worden door de uitwisselingsweg op te vouwen, maar door de daarmee samengaande vele bochten met een kleine kromtestraal neemt de stromingsweerstand aanzienlijk toe, terwijl de vernauwingen in de verbindingselementen tussen de verschillende losse onderdelen de stromingsweerstand verhogen met een lager rendement als gevolg. Eventuele soldeer- en lasnaden vormen ook warmtebarrières en 15 veroorzaken een lager thermisch rendement. Dagelijke ingewikkelde apparaten zijn duur in aanschaf en duur in onderhoud door de dure onderdelen, terwijl het onderhoud door gespecialiseerd personeel met speciaal gereedschap uitgevoerd moet worden.The most efficient heat transfer between two substances takes place in full countercurrent, which requires a long exchange path in a large device. A more compact heat exchanger can indeed be obtained by folding the exchange path, but due to the many curves with a small radius of curvature associated therewith, the flow resistance increases considerably, while the constrictions in the connecting elements between the various individual components increase the flow resistance with a lower efficiency as a result. Any solder and weld seams also form heat barriers and cause a lower thermal efficiency. Complex daily devices are expensive to purchase and expensive to maintain due to the expensive parts, while maintenance must be carried out by specialized personnel with special tools.

De onderhavige uitvinding betreft een compacte warmtewisselaar, die alle boven genoemde 20 bezwaren voorkomt en bestaat uit een energïeuïtwisseHngsweg, die is opgedeeld in een aantal kortere stukken, die vervolgens met een gemeenschappelijke aan- en afvoer parallel ten opzichte van elkaar zijn geplaatst. Nu is de totale weerstand van een aantal parallel aan elkaar geschakelde weerstanden beduidend lager dan datzelfde aantal weerstanden in serie geschakeld. De parallelschakeling van de verschillende korte wegdelen heeft bovendien het 25 voordeel dat hij een gelijk temperatuurverschil de teanpaatuurgradiënt groter is dan bij serieschakeling van die wegdelen, wat het rendement verhoogt.The present invention relates to a compact heat exchanger, which avoids all the above-mentioned drawbacks and consists of an energy exchange path, which is divided into a number of shorter pieces, which are then placed parallel to each other with a common supply and discharge. Now the total resistance of a number of resistors connected in parallel is significantly lower than the same number of resistors connected in series. The parallel connection of the various short road sections also has the advantage that it is an equal temperature difference and the teat hour gradient is greater than in the case of series connection of those road sections, which increases the efficiency.

Een ander gevolg van deze parallel schakeling is, dat het doorlaatoppervlak van het warmteoverdrachtsorgaan ten opzichte van het oppervlak van de aan- en afvoerleïdingen toeneemt met als gevolg een lagere doorstroomsnelheid door het warmteoverdrachtsorgaan en 30 dus een langere uitwïsseUhgstijd.Another consequence of this parallel circuit is that the passage surface of the heat transfer device relative to the surface of the supply and discharge lines increases, resulting in a lower flow rate through the heat transfer device and thus a longer expiry time.

Een langere uitwisseüngstijd met een lagere stroomweerstand bij een kortere verblijfsduur verhoogt het rendement van de warmtewisselaar.A longer exchange time with a lower current resistance with a shorter residence time increases the efficiency of the heat exchanger.

1037544 -2-1037544 -2-

Door een balg in een geschikte behuizing te monteren ontstaat, gelet op de constructieve eigenschappen van een balg, een warmtewisselaar zonder de eerder beschreven bezwaren. De balg bestaat uit zeer dun plaatmateriaal, bij voorkeur met een dikte van slechts enkele tienden van millimeters, waardoor de warmteoverdracht over een geringe afstand plaats vindt. Dit in 5 tegenstelling tot de enkele tientallen nun's van de inwendige en uitwendige vinnen van de cilinder, die als warmteoverdrachtsorgaan toegepast wordt. Het aanbrengen van de in- en uitwendige vinnen in een dikwandige buis is bovendien een nauwkeurige tijdrovende en dus dure bewerking.By mounting a bellows in a suitable housing, given the structural properties of a bellows, a heat exchanger is created without the drawbacks described earlier. The bellows consists of very thin plate material, preferably with a thickness of only a few tenths of millimeters, so that the heat transfer takes place over a small distance. This is in contrast to the few tens of nuns of the internal and external fins of the cylinder, which is used as a heat transfer member. The fitting of the internal and external fins in a thick-walled tube is moreover an accurate time-consuming and therefore expensive operation.

Overigens kan de balg tegen verhoudingsgewijs geringe kosten bestand tegen uiteenlopende 10 mechanische belastingen gemaakt worden. Aangezien de balg uit weinig materiaal bestaat, blijft er weinig warmte in de balg achter, waardoor het rendement toeneemt en de responstijd van het systeem afneemt. Dankzij de eenvoudige vormgeving van de balg ais warmteoverdrachtsorgaan van de warmtewisselaar kunnen de belangrijkst eigenschappen met eenvoudige formules worden beschreven, waardoor de kans op fouten afneemt Aan de hand 15 van de volgende tekeningen zal de werking van de warmtewisselaar met het onderhavige warmteoverdrachtsorgaan nader worden toegelicht:Incidentally, the bellows can be made resistant to various mechanical loads against relatively low costs. Since the bellows consists of little material, little heat remains in the bellows, which increases the efficiency and reduces the response time of the system. Thanks to the simple design of the bellows heat transfer member of the heat exchanger, the most important properties can be described with simple formulas, which reduces the risk of errors. The operation of the heat exchanger with the present heat transfer member will be explained in more detail with reference to the following drawings:

Figuur 1 toont de lengtedoorsnede van de behuizing;Figure 1 shows the longitudinal section of the housing;

Figuur 2 toont het zijaanzicht en de lengtedoorsnede C-C' van de balg;Figure 2 shows the side view and the longitudinal section C-C 'of the bellows;

Figuur 3 toont de lengtedoorsnede van de warmtewisselaar; 20 Figuur 4 toont de dwarsdoorsnede A-A' van de warmtewisselaar;Figure 3 shows the longitudinal section of the heat exchanger; Figure 4 shows the cross-section A-A 'of the heat exchanger;

Figuur 5 toont de dwarsdoorsnede B-B' van de warmtewisselaar,Figure 5 shows the cross-section B-B 'of the heat exchanger,

Figuur 6 toont de lengtedoorsnede van de warmtewisselaar met in- en afvoerstromenscheïder. De behuizing 50 van de warmtewanntewisselaar, die is weergegeven in figuur 1 bestaat uit een buitenmantel 1 afgesloten door het deksel 3 met aansluiting 5 en het deksel 4 met de 25 aansluiting 6. In het midden van de behuizing 50 bevindt zich de kem 2 met daarin het langskanaal 14 met de aansluiting 8 en recht daar tegenover het Iangskanaal 15 met de aansluiting 7. De balg 29 bestaat uit de plooien 21 met tussen de plooien 21 de dalen 16.Figure 6 shows the longitudinal section of the heat exchanger with inlet and outlet flow separator. The heat exchanger housing 50, which is shown in Figure 1, consists of an outer casing 1 closed by the cover 3 with connection 5 and the cover 4 with the connection 6. In the middle of the housing 50 is the core 2 with therein the longitudinal channel 14 with the connection 8 and directly opposite the longitudinal channel 15 with the connection 7. The bellows 29 consists of the creases 21 with the valleys 16 between the creases 21.

De plooien 21 zijn over de twee recht tegenover elkaar gelegen stroken 13 en 23 afgeplat. Van binnenuit gezien vormen de plooien 21 de dalen 17. In figuur 2 is de balg 29 gedeeltelijk 30 in doorsnee getekend en gedeeltelijk in zijaanzicht rechts van lijn C-C'. De buïtenmantel 1 sluit de bovenzijden van de dalen 16 af behalve ter hoogte van de afplattingen 13 en 23, zoals wordt getoond in figuur 3 De plooidalen 16 zijn nu de rmgkanalen 9 geworden. De ruimte tussen de afplatting 13 en de builenmante! 1 vormt nu het aanvoerkanaal 11 roet de aansluiting 6. De ruimte tussen de afplatting 23 en de buitenmantel 1 vormt het afvoerkanaal -3- 12 met de aansluiting 5. De stof X die bijvoorbeeld door aansluiting 6 het aanvoerkanaal 11 binnen stroomt, verdeelt zich over de verschillende parallel aan elkaar geplaatste ringkanalen 9. Na het doorstromen van de ringkanalen 9 stroomt de stof X het afvoerkanaal 12 binnen en verlaat via de aansluiting 5 de warmtewisselaar.The pleats 21 are flattened over the two strips 13 and 23 located opposite each other. Viewed from the inside, the folds 21 form the valleys 17. In Figure 2, the bellows 29 is partly drawn in section and partly in side view to the right of line C-C '. The outer jacket 1 closes the upper sides of the valleys 16 except at the level of the flattenings 13 and 23, as is shown in Fig. 3. The pleated valleys 16 have now become the channel channels 9. The space between the flattening 13 and the bump! 1, the supply channel 11 now forms the connection 6. The space between the flattening 23 and the outer jacket 1 forms the discharge channel -3-12 with the connection 5. The substance X which, for example, flows into the supply channel 11 through connection 6, is distributed over the different ring channels 9 placed parallel to each other. After flowing through the ring channels 9, the substance X flows into the discharge channel 12 and leaves the heat exchanger via the connection 5.

5 De kom 2 stuit de open zijden van de dalen 17 af. behalve ter hoogte van de iangskanalen 14 en 15. De dalen 17 vormen daardoor de ringkanalen 10 met ieder hun eigen aan- en afvoeropeningen ter hoogte van resp. het aanvoerkanaal 15 en het afvoerkanaal 14. De stof Y stroomt door de aansluiting 7 het aanvoerkanaal 15 binnen en verdeelt zich over de verschillende ringkanalen 10. Na het doorstromen van de ringkanalen 10 stroomt de stof Y 10 het afvoerkanaal 14 in en verlaat door de aansluiting 8 de warmtewisselaar.5 The bowl 2 repels the open sides of the valleys 17. except at the level of the longitudinal channels 14 and 15. The valleys 17 thereby form the ring channels 10, each with their own supply and discharge openings at the level of resp. the supply channel 15 and the discharge channel 14. The substance Y flows through the connection 7 into the supply channel 15 and divides itself over the different ring channels 10. After flowing through the ring channels 10, the substance Y 10 flows into the discharge channel 14 and leaves through the connection 8 the heat exchanger.

Door stof X aan te voeren door aansluiting 6 en stof Y aan te voeren door aansluiting 7 stroomt stof X dus in de tegengestelde richting van stof Y langs de plooienwand 27 zoals aangegeven met behulp van de richtingssymbolen 18 en 19.By supplying fabric X through connection 6 and supplying fabric Y through connection 7, fabric X thus flows in the opposite direction from fabric Y along the pleat wall 27 as indicated by the direction symbols 18 and 19.

Het symbool voor de vloeistof-/gasstroom van de kijker af is 18.The symbol for the liquid / gas flow away from the viewer is 18.

15 Het symbool voor de vloeistof/gasstroom naar de kijker toe is 19.15 The symbol for the liquid / gas flow towards the viewer is 19.

Zoals wordt weergegeven in figuur 4 stroomt stof X vanuit het aanvoerkanaal 11 het ringkanaal 9 in en verdeelt zich ia twee deelstromen, die de warmtewisselaar in de getekende richtingen weer te verlaten Stof Y stroomt vanuit het aanvoerkanaal 15 het ringkanaal 10 in en verdeelt zich in twee deelstromen, die in de getekende richtingen maar tegengesteld aan de 20 stromingsrichtingen van de stof X door de ringkanalen 10 stromen om tenslotte tegelijk via het afvoerkanaal 14 de warmtewisselaar weer te verlaten. Het een en ander wordt getoond in figuur 5.As shown in Fig. 4, substance X flows into the annular channel 9 from the supply channel 11 and divides itself into two subflows which the heat exchanger can again leave in the directions shown. Material Y flows from the supply channel 15 into the annular channel 10 and divides into two partial flows, which flow through the ring channels 10 in the directions shown but opposite to the directions of flow of the substance X, in order to finally leave the heat exchanger again simultaneously via the discharge channel 14. All this is shown in Figure 5.

Het aanvoerkanaal 15 en het afvoerkanaal 14 in de kern 2 zijn door hun beperkte afmetingen ongeschikt om gassen naar de ringkanalen 10 resp. aan te voeren en vervolgens af te voeren.The supply channel 15 and the discharge channel 14 in the core 2 are, due to their limited dimensions, unsuitable for transferring gases to the ring channels 10 and 10 respectively. and then to dispose of.

25 De aan- en afVoerstromeascheider 40 uit de figuur 6 heeft zulke name afmetingen, dat gassen nauwelijks samengeperst hoeven te worden om deze door de ringkanalen 10 te kunnen voeren. De stof Y stroomt de aanvoerruimte 37 binnen. Het schot 34 buigt de stroom Y af en dwingt stof Y via de sleuf 35 de ringkanalen 10 in te stromen. Op de hier boven geschetste wijze stroomt de stof Y door het ringkanaal 10 langs de plooienwand 27 en stroomt 30 vervolgens door de sleuf 36 in het afvoerkanaal 38.The supply and discharge flow separator 40 of Figure 6 has such particular dimensions that gases hardly need to be compressed in order to be able to pass them through the ring channels 10. The substance Y flows into the supply space 37. The baffle 34 deflects the flow Y and forces material Y to flow into the ring channels 10 via the slot 35. In the manner outlined above, the fabric Y flows through the annular channel 10 along the pleat wall 27 and then flows through the slot 36 into the discharge channel 38.

Door de scheve stand van het schot 34 neemt bij afhemende voiumestroom de aanvoerruimte 37 evenredig af, waardoor ongewenste wervelingen en drukverhogingen en de daarbij optredende energieverliezen worden beperkt. Na de behandeling komt de stof Y via de sleuf -4- 36 in het afvoerkanaal 38 dat naar het einde toe eet groter inhoud krijgt, waardoor de kans op ongewenste wervelingen ai bijbehorende energieverliezen afneemt.Due to the oblique position of the partition 34, the flow space 37 decreases proportionally with decreasing volume flow, as a result of which undesired swirls and pressure increases and the energy losses occurring thereby are limited. After the treatment, the substance Y enters the outlet channel 38, which eats towards the end, via the slit -4- 36, which increases its content, reducing the risk of unwanted swirls in the associated energy losses.

Een tweede mogelijkheid om ruimte voor de aanvoer- en afvoerkanalen 11 en 12 te 5 verkrijgen, is het aanbrengen in de buitenmantel 1 van twee recht tegenover elkaar gelegen langwopige uitstulpingen. In dit geval kan een ongewijzigde balg 29 als warmteoverdrachtsorgaan toegepast wordenA second possibility of obtaining space for the supply and discharge channels 11 and 12 is the provision in the outer casing 1 of two right-angled elongated protrusions. In this case, an unchanged bellows 29 can be used as a heat transfer member

De ronde dwarsdoorsnede van de ringkanalen 9 biedt de mogelijkheid om mengsels van 10 fijnkorrelige vaste stoffen door de ringkanalen 9 te laten vloden. Als dode uitvoeringsvorm van de aan- en afvoerkanalen 11 en 12 moeten daarvoor twee recht tegenover elkaar liggende sleuven in de buitaimantel 1 aangebracht worden Ha mengsel van de fijnkorrelige vaste stof moet in dat geva! door middel van een daarop aansluitende trechtervormige invoer in het aanvoerkanaal 11 ingevoerd worden en stroomt na de behandeling vanuit afvoerkanaal 12 in 15 een daarop aansluitende trechtervormige afvoer voor verder transport.The round cross-section of the ring channels 9 offers the possibility of blending mixtures of fine-grained solids through the ring channels 9. As a dead embodiment of the supply and discharge channels 11 and 12, two slots located opposite each other must be provided in the outer casing 1. The mixture of the fine-grained solid material must in that case! are fed into the supply channel 11 by means of a subsequent funnel-shaped input and after treatment flows from discharge channel 12 into a funnel-shaped outlet connected thereto for further transport.

Li dat geval hoeft de vorm van de balg 29 nia gewijzigd te worden.In that case, the shape of the bellows 29 has to be changed.

1037544 *}1037544 *}

Claims

A heat transfer member for a heat exchanger, characterized in that the heat transfer takes place between two fabrics through the pleat wall (27) of the bellows (29).

A heat transfer member according to claim 1, characterized in that the pleats (16) in the pleat wall (27) of the bellows (29) divide fabric X into parallel subflows of a few millimeters thick and the pleat valleys (17) also divide fabric Y into parallel subflows a few millimeters thick.

A heat transfer device according to claim 1 or 2, characterized in that the feed channel (11) distributes dust X over the ring channels (9) and the exhaust channel (12) collects dust X for the discharge, while the feed channel (15) collects dust Y over the divides the ring channels (10) and the drain channel (14) collects dust Y for the drain.

Heat transfer device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the energy exchange of substance X with substance Y takes place in full countercurrent.

5. A heat transfer member as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that, due to the small thickness of a few tenths of millimeters, the pleated wall (27) has a low heat resistance and a low heat content.

6. A heat transfer member according to any one of the preceding claims, characterized in that a simple built-in heat exchanger of limited dimensions is obtained by incorporating the bellows (29) in the housing (50), which has a limited weight due to the low use of materials. , but with a relatively large heat transfer capacity. 30 1037544