DK174417B1 - Varmeveksler - Google Patents

Description

DK 174417 B1 j

Den foreliggende opfindelse angår varmevekslere af den regenerative art.

En velkendt form for regenerativ varmeveksler er Ljungstrom typen, i hvilken et roterende element er stablet 5 med adskillige pakninger af i det væsentlige parallelle, adskilte varmeoverføringsplader, og to i det væsentlige halvcirkulaere områder af dette roterende element er adskilt i af såkaldte "sektorplader", og gassen, som skal opvarmes, fremføres sædvanligvis i én aksialretning gennem et af disse 10 halvcirkulære områder, og gassen, som skal afkøles, fremføres i den modsatte aksialretning gennem det andet halvcirkulære område, medens elementet drejes om sin akse.

Der er blevet foreslået forskellige former for plader til stabling i varmeveksleren.

15 Britisk patentskrift nr. 2 335 205 omhandler en særlig effektiv form for plader, ved hvilke en pakning af pladerne indbefatter over hinanden liggende, profilerede plader, som danner kanaler til varmevekslingsfluida. Hver plade indbefatter sammenhængende og parallelle kamme anbragt på hver 20 side af pladen, idet disse er adskilt af plane dele af en bredde større end højden af kammene betragtet fra pladens midterplan. Hver kam på den ene side af pladen er dannet grænsende til en kam på den anden side af pladen, så at kammene er anbragt på hver side af pladen dannende i det 25 væsentlige åbne S-formede dele set i tværsnit. Pladerne i pakningen er anbragt således, at kammene på én plade ligger på tværs af kammene på en tilgrænsende plade eller plader, så at tilgrænsende plader alene er i berøring med en anden ved punkter med mellemrum langs toppene af kammene. På denne 30 måde dannes kanaler, som indbefatter områder, der strækker sig ind i de åbne S-formede dele af kammene.

Det har vist sig, at der kan opnås en meget god varmeveksling med en sådan udformning, og selve pladerne kan fremstilles rimeligt økonomisk.

35 Ved brugen af denne art varmeveksler kan der imidler tid forekomme et forholdsvis stort trykfald hos gasserne, 2 DK 174417 B1 som strømmer derigennem. Gasserne bringes sædvanligvis til at strømme med blæsere, og hvis strømningsmodstanden gennem pakningerne af varmevekslerplader er stor, så forøges den energimængde, der kræves til at drive blæserne. Det kunne 5 være fordelagtigt at forøge anlæggets samlede virkningsgrad væsentligt.

Fra patentskrift GB 1 335 205 kendes ligeledes en varmeveksler med en opbygning som beskrevet i indledningen til krav 1, men her er formålet at løse et korrosionsproblem 10 i varmevekslerens kolde ende som følge af uens temperaturfordeling over kanalernes tværsnit. Det foreslås nu ifølge den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en varmeveksler omfattende et roterende element og organer til selektivt at fremføre varme og kolde gasser gennem varmeveksleren for at 15 tilvejebringe en varm ende og en kold ende hos varmeveksleren, idet der er et antal bundter af varmevekslerelementer monteret i varmeveksleren, hvor hvert af bundterne indbefatter over hinanden anbragte, profilerede plader, der danner kanaler for varmevekslingsfluidaene, idet hver plade ind-20 befatter sammenhængende og parallelle kamme anbragt på hver side af pladen og adskilt af plane pladedele med en bredde større end højden af kammene betragtet fra et middelplan for pladen, hvor hver kam på den ene side af en plade er dannet grænsende til en kam på den anden side af pladen på 25 en sådan måde, at kammene anbragt på hver side af pladen danner i det væsentlige åbne S-formede dele set i tværsnit, og hvor pladerne i bundtet er anbragt sådan, at kammene på én plade ligger på tværs af kammene på mindst én tilgrænsende plade, så at tilgrænsende plader alene er i berøring med 30 hinanden ved punkter med mellemrum langs toppene af kammene og derved danner kanaler, som indbefatter områder, der strækker sig ind i de åbne S-formede dele af kammene, og hvor højden (N) af kammene og således mellemrummet mellem pladerne ved den kolde ende af varmeveksleren er væsentlig større 35 end ved den varme ende af varmeveksleren; især mellem 1,25 og 2 gange.

3 DK 174417 B1

Med en sådan udformning kan den samlede virkningsgrad forbedres væsentligt, fordi fluidets strømningsmodstand gennem kanalerne er væsentligt mindre ved den kolde ende af varmeveksleren end ved den varme ende. Det er fordelagtigt 5 at have tværsnitsdimensionerne af kanalerne, som er dannet mellem pladerne, forholdsvis små ved den varme ende og derved bevirke en væsentlig mængde turbulent strømning, idet dette giver anledning til en god varmeveksling ved de dele af varmeveksleren, som har varm og middel temperatur. Det har 10 imidlertid vist sig, at ved den kolde ende af varmeveksleren er varmevekslingsbehovet ikke så stort, og at turbulensen af strømningen ikke behøver at være så stor. Det har således uventet vist sig, at den samlede virkningsgrad kan forøges ved formindskelse af strømningsmodstanden ved den kolde 15 ende af varmeveksleren, og at man derved kan reducere den nødvendige energitilførsel til blæserne, som driver både de varme og kolde gasser.

Det er ligeledes muligt at forøge kanalernes tværsnit ved at forøge afstanden mellem kammene ved den kolde ende i 20 sammenligning med afstanden mellem kammene ved den varme ende af varmeveksleren.

Ved et særligt foretrukkent arrangement er forholdet mellem afstanden af kammene og højden af kammene på pladerne ved den kolde ende mellem 3,5 og 5,25.

25 Yderligere fordele kan opnås ved at ændre vinkelen af kammene på pladerne, så at der kan opnås en mere direkte gennemstrømning for gasserne. Det har f.eks. vist sig, når pladerne er i det væsentlige rektangulære i facon, at akserne for kammene ved den kolde ende fortrinsvis er vinkelstillet 30 til de to over for hinanden liggende, langsgående kanter af pladen under en vinkel på mellem 15 og 20°, medens akserne for kammene ved den varme ende befinder sig ved en noget større vinkel sædvanligvis mindst 20°. Dette kan frembringe den samme virkning som eller forøge virkningen af at have 35 tværsnittet af kanalen forøget ved den kolde ende.

Ifølge en fordelagtig udførelsesform er der tilveje- 4 DK 174417 B1 bragt en pakning af varmevekslerplader til den kolde ende af en regenerativ varmeveksler hver indbefattende over hinanden anbragte, profilerede plader, som danner kanaler for varmevekslingsfluida, idet hver plade indbefatter sammen-5 hængende og parallelle kamme anbragt på hver side af pladen og adskilt af plane pladedele af en bredde, der er større end højden af kammene betragtet fra pladens midterplan, hvor hver kam på den ene side af pladen er dannet grænsende til en kam på den anden side af pladen på en sådan måde, at 10 kammene anbragt på hver side af pladen danner i det væsentlige åbne S-formede dele set i tværsnit, hvor pladerne i pakningen er anbragt således, at kammene på én plade ligger på tværs af kammene på mindst én tilgrænsende plade, så at tilgrænsende plader alene er i berøring med hinanden ved 15 punkter med mellemrum langs toppene af kammene og derved danner nævnte kanaler, som indbefatter områder, der strækker sig ind i de åbne S-formede dele af kammene, og hvor forholdet mellem afstanden mellem kammene og højden af kammene er mellem 3,5 og 5,25.

20 Opfindelsen resulterer yderligere i en pakning af varmeoverføringsplader til den kolde ende af en regenerativ varmeveksler omfattende over hinanden anbragte, hovedsagelig rektangulære, profilerede plader, som danner kanaler for varmevekslingsfluidaene, idet hver plade indbefatter sam-25 menhængende og parallelle kamme anbragt på hver side af pladen og adskilt af plane pladedele af en bredde større end højden af kammene betragtet fra pladernes midterplan, hvor hver kam på den ene side af en plade er dannet grænsende til en kam på den anden side af pladen på en sådan måde, at 30 kammene anbragt på hver side af pladen danner i det væsentlige åbne S-formede dele set i tværsnit, idet pladerne i pakningen er anbragt således, at kammene på én plade ligger på tværs af kammene på mindst én tilgrænsende plade, så at tilgrænsende plader alene er i berøring med hinanden ved 35 punkter med mellemrum langs toppene af kammene og derved danner nævnte kanaler, som indbefatter og bryder ind i de 5 DK 174417 B1 åbne S-fortnede dele af kammene, og hvor akserne for kammene er vinkelstillet til to over for hinanden liggende langsgående kanter af pladerne under en vinkel på mellem 15 og ! 20°.

5 Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere ud fra udførelsesformer, idet der henvises til tegningen, på hvilken fig. 1 viser set ovenfra en varmeoverføringsplade til en pakning ifølge opfindelsen og til brug ved den varme 10 ende af en varmeveksler ifølge opfindelsen, fig. 2 et snit gennem pladen langs linien II-II i fig. 1, fig. 3 en perspektivgengivelse af to oven på hinanden anbragte varmevekslerplader som de i fig. 1 og 2 viste og 15 visende kanalsystemet i en pladepakning dannet af sådanne plader, fig. 4 på tilsvarende måde som fig. 1 en plade til en pladepakning ifølge opfindelsen til brug ved den kolde ende af varmeveksleren, og 20 fig. 5 på tilsvarende måde som fig. 2 den i fig. 4 viste plade.

Den i fig. 1 viste plade 10 er dannet af metalplade med tilnærmelsesvis 0,5 mm's tykkelse, idet pladen er hovedsagelig rektangulær og har en af sine langsgående kanter 25 angivet ved 11. Pladen indbefatter plane dele 12 og parallelt foldede, sammenhængende kamme 14, som strækker sig under en vinkel α med den langsgående kant 11, idet denne vinkel ved den varme ende af varmeveksleren fortrinsvis er mindst 20°.

Fig. 2 viser detaljeret tværsnittet af pladen langs 30 snitlinien II-II i fig. 1. Kammene 14 kan således ses at omfatte kamme 15 anbragt på hver side af pladen til dannelse af i det væsentlige S-formede dele set i tværsnit, idet de dobbelte kamme er indbyrdes forbundet med en vinkelstillet overkrydsningsdel 16.

35 Som det vil ses af fig. 3, hvor to identiske plader er stablet i forhold til hinanden, men i omvendt retning, 6 DK 174417 B1 er pladerne i pakningen anbragt således, at kammene på den ene plade ligger på tværs af kammene på den tilgrænsende plade eller de tilgrænsende plader, og de tilgrænsende plader er alene i berøring med hinanden ved punkter med mellemrum 5 langs toppene af kammene.

I fig. 2 er afstanden mellem kammene angivet ved henvisningsbetegnelsen P og højden fra kammene fra pladens midterplan er angivet som N. I pladerne i fig. 1, 2 og 3 er afstanden P 35 mm, og højden N er 5 mm, medens vinkelen a 10 er 2 0° .

I den i fig. 4 og 5 modificerede udformning af pladerne, som skal anvendes ved den kolde ende af pakningen, er afstanden igen 35 mm, men kamhøjden er 8,9 mm, og vinkelen a er mellem 15 og 20°. Dette arrangement sikrer, at tvær-15 snittet af kanalerne er næsten 80% større, og dette giver, sammen med at vinkelen a er mindre, anledning til en langt mindre strømningsmodstand for gas i kanalerne. I den specielle udformning, der er vist i fig. 1, 2 og 3 er forholdet P/N 7, medens forholdet P/N ved den i fig. 4 og 5 viste 20 opbygning er 3,93. En alternativ profil har afstanden P mellem 25 og 35 mm og højden N 6,8 mm, i hvilket tilfælde forholdet P/N er mellem 3,68 og 5,15. Det antages, at der opstår fordelagtige resultater, hvis forholdet P/N er mellem 3,5 og 5,25.

25 Pladerne ved den kolde ende er fortrinsvis af et tykkere materiale, f.eks. 0,8 mm i stedet for 0,5 mm, for at sætte disse plader i stand til at modstå de større belastninger og tilbøjeligheden til korrosion ved den kolde ende.

F.eks. er der ved den kolde ende en større sandsynlighed 30 for kondensation og dannelsen af surhed, hvilket giver anledning til en højere grad af korrosion af pladerne ved den kolde ende, og det er derfor fordelagtigt, at disse plader gøres tykkere. Ligeledes er der ved den kolde ende en større sandsynlighed for tilsodning, og det har vist sig, at med 35 et større tværsnit af kanalerne og en mindre hældningsvinkel a lettes funktionen af en sodblæser i høj grad.

Claims (4)

1. Varmeveksler omfattende et roterende element og organer til selektivt at fremføre varme og kolde gasser gennem varmeveksleren for at tilvejebringe en varm ende og 5 en kold ende hos varmeveksleren, idet der er et antal bundter af varmevekslerelementer monteret i varmeveksleren, hvor hvert af bundterne indbefatter over hinanden anbragte, profilerede plader (10), der danner kanaler for varmevekslings-fluidaene, idet hver plade indbefatter sammenhængende og 10 parallelle kamme (15) anbragt på hver side af pladen og adskilt af plane pladedele (12) med en bredde større end højden (N) af kammene (15) betragtet fra et middelplan for pladen, hvor hver kam (15) på den ene side af en plade (10) er dannet grænsende til en kam (15) på den anden side af 15 pladen (10) på en sådan måde, at kammene (15) anbragt på hver side af pladen (10) danner i det væsentlige åbne S-formede dele (14) set i tværsnit, og hvor pladerne (10) i bundtet er anbragt sådan, at kammene (15) på én plade (10) ligger på tværs af kammene (15) på mindst én tilgrænsende plade (10), 20 så at tilgrænsende plader (10) alene er i berøring med hinanden ved punkter med mellemrum langs toppene af kammene (15) og derved danner nævnte kanaler, som indbefatter områder, der strækker sig ind i de åbne S-f ormede dele af kammene (15) , kendetegnet ved, at højden (N) af kammene 25 (15) og således mellemrummet mellem pladerne ved den kolde ende af varmeveksleren er væsentlig større end ved den varme ende af varmeveksleren; især mellem 1,25 og 2 gange.

2. Varmeveksler ifølge krav 1, kendetegnet ved, at afstanden (P) mellem kammene 30 (15) ved den kolde ende er større end afstanden (P) mellem kammene (15) ved den varme ende af varmeveksleren.

3. Varmeveksler ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at forholdet mellem afstanden (P) mellem kammene (15) og højden (N) af kammene (15) på pladerne 35 (10) ved den kolde ende er mellem 3,5 og 5,25.

4. Varmeveksler ifølge ethvert af de foregående krav, DK 174417 B1 kendetegnet ved, at pladerne (10) er i det væsentlige rektangulære af facon, idet akserne for kammene (15) ved den kolde ende er vinkelstillet til to overfor hinanden ' liggende langsgående kanter (li) af deres plader (10) under 5 en vinkel (a) på mellem 15 og 20°.