DK165652B - Modstroemsvarmeveksler - Google Patents

Description

Opfindelsen angår en modstrømsvarmeveksler med varmevekslingsflader, som er fremstillet af plader og er anbragt imellem indstrømningskanaler, som bliver smallere i indstrømsretningen, og udstrømningskanaler, som udvider sig 5 i udstrømningsretningen.

I varmevekslere, også i modstrømsvarmevekslere, opstår det problem, at varmevekslingen kun finder sted nær overfladerne af varmeveksleren. Derfor finder en varmeveks-10 ling kun sted indenfor et relativt lille område, nemlig indenfor grænselagstykkelsen. Mediet, som således er afkølet eller opvarmet, blandes så med mediet, som ikke er afkølet eller opvarmet. Eftersom denne blandingsvirkning er irreversibel, finder en signifikant forringelse af 15 virkningsgraden totalt sted. På grund af de konventionelle, relative store afstande imellem varmevekslingsfladerne har varmevekslerne så også en betragtelig størrelse, hvilket igen fører til stabili-tetsproblemer, hvis varmevekslerne skal anvendes ved høje 20 tryk.

En tidligere kendt varmeveksler, i hvilken afstandene imellem varmevekslingsfladerne er relativ lille (USA patent nr. 4 042 018), er fremstillet af plader, som er 25 foldet i en zigzag form. Denne varmeveksler er af relativ kompliceret konstruktion og har den ulempe, at fluiderne ikke strækker sig ensartet over varmevekslingsfladerne, men søger den korteste vej (brudte pile til venstre i fig. 1 i modholdet), således at der ikke finder optimal 30 varmeveksling sted.

Formålet med opfindelsen er at frembringe en varmeveksler af simpel konstruktion, som er meget effektiv.

35 Løsningen ifølge opfindelsen består i, at pladerne er an bragt i stabler af individuelle plader, at varmevekslingsfladerne er anbragt skråt i forhold til stabelret-

DK 165652B

2 ningen og at to tilstødende plader hver, på begge sider af -stablen, omslutter kanaler, som skiftevis på den ene side danner udstrømningskanaler og indstrømningskanaler og på den anden side i hvert tilfælde de tilsvarende 5 indstrømningskanaler og udstrømningskanaler.

Eftersom varmeveksleren er fremstillet af stabler af individuelle plader, kan den samles af disse individuelle plader efter behov. Eftersom varmevekslingsfladerne er 10 anbragt skråt i forhold til stabelretningen, har kanalerne hver en mindre bredde end svarende til afstanden mellem pladerne i stabelretningen. Der opnås herved bedre varmeveksling. Eftersom indstrømnings- og udstrømningskanalerne er anbragt på modstående sider af stablen, strøm-15 mer fluiderne fuldstændig gennem stablen fra den ene side til den anden, således at de samlede varmevekslingsflader bliver overstrømmet. Eftersom kanalerne bliver smallere i indstrømningsretningen eller udvider sig i udstrømningsretningen opnås optimale strømningsbetingelser. I den 20 bagerste del af kanalerne, hvor kun en ringe strømning finder sted, kan disse kanaler være mindre end i den forreste del, hvor større fluidummængder strømmer.

For at opnå en samme strømningsmodstand overalt har ind-25 strømning og udstrømningskanalerne på den ene side fortrinsvis et maksimalt tværsnit, som er lig med strømningstværsnittet af kanalerne imellem varmevekslingsfladerne, idet kanalerne på den modsatte side indsnævres til tværsnittet nul.

30

Fremstillingen er særlig rationel, hvis varmeveksleren består af plader, som er identiske, men skiftevis er samlet med forskellig orientering. Således behøver blot én presse at fremstilles til én pladetype, hvilke plader så 35 samles på en sådan måde, at de er skiftevis orienteret i forhold varmeveksleren. I en fordelagtig udførelsesform har kanalerne imellem varmevekslingsfladerne, set i ind- 3

UIS. ΙΟΌΌΟέ D

strømnings- eller udstrømningsretningen, et V-formet tværsnit. I dette tilfælde ligger en indstrømningskanal og den tilsvarende udstrømningskanal overfor hinanden på modstående sider af varmeveksleren.

5

Hvis varmevekslingsoverfladerne er korrugeret, forøges varmevekslingsfladerne på den ene side. Hvis korruge-ringerne yderligere berører hinanden, understøtter pladerne hinanden indbyrdes, hvorved den samlede størrel-10 se ligeledes kan reduceres og der kan vælges tyndere plader.

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå: 15 fig. 1 i tværsnit viser princippet ved driften af én konventionel varmeveksler, fig. 2 viser i tværsnit princippet ved driften af varme-20 veksleren ifølge opfindelsen, fig. 3 viser en særlig udførelsesform for varmevekslings-over f1aderne, 25 fig. 4 viser en udførelsesform for varmeveksleren ifølge opfindelsen i tværsnit langs linien E-E i fig. 5, fig. 5 viser varmeveksleren i fig. 4 i tværsnit langs linien A-A, 30 fig. 6 viser varmeveksleren i fig. 4 og 5 i plan billed, fig. 7 viser i et tværsnit langs linien B-B i fig. 8 den operationsklare varmeveksler, fig. 8 viser varmeveksleren i fig. 7 i snit langs linien C-C, 35

DK 165652 B

4 fig. 9 viser en anden udførelsesform for varmeveksleren i snit langs linien F-F i fig. 10, fig. 10 viser varmeveksleren i fig. 9 i snit langs linien 5 D-D, fig. 11 viser en yderligere udførelsesform for varmeveksleren i radialt tværsnit langs linien G-G i fig. 12, og 10 fig. 12 viser et radialt snit af varmeveksleren i fig.

10.

Fig. 1 viser en konventionel varmeveksler, imellem hvis 15 vægge 1 to medier 2 og 3 bevæger sig i modstrøm i retningen af pilene 4 og 5. Mediet 2 her har en oprindelig temperatur og mediet 3 har en oprindelig temperatur . Temperaturudbredelsen i radial retningen er vist i figuren med en kurve 6. Som det ses opretholder tempera-20 turen i begyndelsen den oprindelige værdi over størstedelen af bredden af passagerne. En temperaturveksling finder kun sted indenfor det relativt lille grænselag med bredden s. Som følge deraf skal de afkølede eller opvarmede grænseområder så kun blandes ved strømningen med 25 strømmens centrale områder, således at disse områder kun deltager indirekte i varmevekslingen, hvilket bevirker at virkningsgraden er lavere.

I udførelsesformen ifølge opfindelsen og i overensstem-30 melse med fig. 2 opstår disse problemer ikke længere. Alle dele af det strømmende medium deltager direkte i varmevekslingen, eftersom bredden a af strømningspassagerne ikke er væsentlig større end tykkelsen S af grænselaget.

Hvis der som vist i fig. 3, som viser strømningspassagerne i et plan billed, ikke anvendes parallelle vægge 1, 35 5

UK 10000*1 D

men vægge 1, som har en korrugeret form, forøges varmevekslingsoverfladen derved. Eftersom korrugeringerne berører hinanden, f.eks. ved linier 7, er arrangementet meget stabilt, selv om der anvendes tynde plademetalele-5 menter. Strømningspassagerne 8 er derved begrænset i sideretningen; en stor strømningspassage er på denne måde delt i et antal mindre passager.

I udførelsesformen i fig. 4-6 består varmeveksleren af 10 en stabel plademetalelementer 1, som i det væsentlige er V-formet. I dette arrangement ligger læberne af V'et relativt tæt sammen med det resultat, at bredden af strømningspassagerne 8 her er meget lille. Ved enderne af V’ets ben er der vinklede plademetalelementområder, som 15 begrænser tilførelsespassagerne 9 og udløbspassagerne 10.

I dette arrangement skifter en tilførelsespassage 9 og en udløbspassage 10 altid, den ene over den anden i snit-planet E-E, i midten af varmeveksleren. Imod siderne tilspidser disse passager imidlertid ned til tykkelsen nul, 20 således at kun tilførelsespassagerne i angivelsen i fig.

5 er åbne fra højre, mens kun udløbspassagerne 10 er åbne mod venstre.

Af denne grund kan et medium indføres på en endeflade ved 25 enden af et ben af V'et og fjernes igen på samme endeflade ved det andet ben af V’et. Det tilsvarende forekommer ved det andet medium. Her er strømningsvejen vist i plan billed i fig. 6.

30 Fig. 7 og 8 viser varmeveksleren i fig. 4-6, i hvilken de individuelle passager 9 og 10 desuden er forsynet med forbindelsesstykker 11. Varmeveksleren 12 er i sig selv omsluttet af en varmebestandig og trykbestandig isolationsmasse 13, som er omsluttet af et trykbestandigt hus 35 14. I dette arrangement er det indre rum af trykhuset 14 forbundet til det strømmende medium ved trykkompensationshuller, således at blot et meget ringe tryk hviler

DK 165652B

6 på de relativt tynde plademetalelementer 1 i varmeveksleren -12, selv i tilfælde, hvor begge medier har meget høje, men omtrent lige store tryk.

5 I udførelsesformen i fig. 9 og 10 er de faktiske varmevekslingsoverflader ikke skrå, men retliniede. Bortset fra dette er betingelsen imidlertid i det væsentlige iøvrigt de samme som i udførelsesformen i fig. 4-8, således at en detaljeret forklaring kan udelades. Her 10 skifter også tilførelsespassager 9 og udløbspassager 10 med hinanden i tværsnitsarealet F og tilspidser mod enderne, således at et medium strømmer ind eller strømmer ud i hvert tilfælde ved en af de fire ender.

15 Ved varmeveksleren i fig. 11 og 12 bliver plademetalele-menterne i udførelsesformen i fig. 9 og 10 i det væsentlig anvendt, selv om de ikke længere er stablet retliniede over hinanden, men i form af en cirkel. Dette frembringer de i fig. 12 viste strømningstilstande. Et 20 medium kan tilføres fra venstre ved den indre ring af tilførelsespassager 9 og fjernes igen på den sammen side ved den udvendige ring af udløbspassager 10'. Det andet medium indføres fra højre ved ydersiden gennem tilførelsespassagerne 9' og fjernes radialt ved indersiden fra 25 passagerne 10. I denne udførelsesform kan en radial kompressor meget hensigtmæssigt anvendes til at transportere mediet. Ved udførelseformen i fig. 11 og 12 er der også tilvejebragt en trykbestandig isolering 13 og et trykbestandigt hus 14.

30

Ved endefladerne, ved hvilke mediet kommer ind eller ud, er plademetalelementerne 1 i varmevekslerne hensigtmæssig svejst eller loddet til hinanden, eftersom en af passagerne her i hvert tilfælde tilspidser til bredden 35 nul, og de tilsvarende plademetalelementer således hviler direkte med den ene på toppen af den anden. På denne måde opnås en meget stabil basisstruktur, idet blot de øvrige

DK 165652 B

7 endeflader skal loddes sammen eller lukkes på en eller anden måde, hvilket imidlertid er enkelt at opnå som følge af korrugeringerne.

5 10 15 20 25 30 35

Claims (10)

1. Modstrømsvarmeveksler med varmevekslingsflader, som er 5 fremstillet af plader (1), og som er anbragt imellem indstrømningskanaler (9,9'), som tilspidser i indstrømnings-retningen, og udstrømningskanaler (10,10'), som udvider sig i udstrømningsretningen, kendetegnet ved, at pladerne (1) er anbragt i stabler af individuelle 10 plader, hvor varmevekslingsfladerne er anbragt skråt i forhold til stabelretningen, og hvor hver af to naboplader (1) på begge sider af stablen omslutter kanaler, som skiftevis på den ene side danner udstrømningskanaler (10,10') og indstrømningskanaler (9,9') og på den anden 15 side i hvert tilfælde danner de tilsvarende indstrømningskanaler (9,9') og udstrømningskanaler (10,10').

2. Varmeveksler ifølge krav 1, kendetegnet ved, at indstrømnings- og udstrømningskanalerne 20 (9,9',10,10') på den ene side har et maksimalt tværsnit, som er lig med strømningstværsnittet af kanalerne (8) imellem varmevekslingsoverfladerne og, på den modsatte side, tilspidser ned til tværsnittet nul.

3. Varmeveksler ifølge krav 2, kendetegnet ved, at den består af plader (1), som er identiske, men er samlet skiftevis med forskellig orientering.

4. Vameveksler ifølge ethvert af kravene 1-3, kende-30 tegnet ved, at kanalerne imellem varmevekslingsoverfladerne, set i indstrømnings- eller udstrømningsretningen, har et V-formet tværsnit.

5. Varmeveksler ifølge ethvert af kravene 1-4, k e n - 35 detegnet ved, at varmevekslingsoverfladerne, er korrugeret. DK TbbbOZ IS

6. Varmeveksler ifølge et af kravene 1-5, kendetegnet ved, at stablingen er cirkulær.

7. Varmeveksler ifølge ethvert af kravene 1-6, kende-5 tegnet ved, at pladerne (1) er svejst til hinanden.

8. Varmeveksler ifølge et af kravene 1-6, kendetegnet ved, at pladerne (1) er loddet til hinanden.

9. Varmeveksler ifølge et af kravene 1-8, kende tegnet ved, at den er dækket af et trykbestandigt og varmeisolerende lag (13).

10. Varmeveksler ifølge et af kravene 1-9, kende-15 tegnet ved, at den er anbragt i et tryktæt og trykbestandigt hus (14), hvis indre rum har samme tryk som det strømmende medium. 20 25 30 35