FI123371B - Järjestely ja menetelmä pisaroiden erottamiseksi höyrystyneestä kylmäaineesta - Google Patents

Description

JÄRJESTELY JA MENETELMÄ PISAROIDEN EROTTAMISEKSI HÖYRYSTYNEESTÄ KYLMÄNNEESTÄ - ARRANGEMANG OCH METOD FÖR SEPARERING AV DROPPAR FRÄN ETT FÖRÄNGAT KYLMEDEL

KEKSINNÖN TEKNIIKAN ALA

Keksinnön kohteena on jäljempänä esitettyjen itsenäisten patenttivaatimusten johdanto-osissa esitetyn mukaiset järjestely ja menetelmä pisaroiden erottamiseksi höyrystyneestä kylmäaineesta. Keksintö koskee erityisesti kylmäaineen höyrystintä ja siihen liittyvää pisaranerotinta, jolla varmistetaan, että kylmäainepisaroita ei kulkeudu kylmäkoneistoissa käytettävälle kompressorille.

TEKNIIKAN TASO

Levylämmönsiirtimien eräs tärkeä sovellus on suurissa kylmäkoneistoissa käytettävä ns. märkähöyrystin ja siihen liittyvä pisaranerotin. Tyypillisesti kylmäkoneistojen märkähöyrystin ja siihen liittyvä pisaranerotin ovat kaksi toisiinsa toiminnallisesti yhdistettyä, mutta kuitenkin erillistä laitetta. Pisaranerottimen tehtävänä on varmistaa, että kylmäainepisaroita ei kulkeudu kylmäkoneiston kompressorille. Pisarat ovat erittäin haitallisia, koska ne aiheuttavat helposti kompressorin rikkoutumisen. Pisaranerotin on mitoitettava riittävän suureksi ja imu- ja poistoaukon väli riittäväksi, jotta pisarat ehtivät pudota erottimen pohjalle ennen kuin ne joutuvat imukaasun mukana kompressorille. Toisaalta erottimen suuri koko lisää valmistuskustannuksia ja systeemin massaa ja sen vaatima tila on suuri.

CO

δ , EP 1466133 A1 esittää laitteen, jossa vaipan alaosan sisään on sijoitettu ^ höyrystävä lämmönsiirrin, joka olennaisesti täyttää vaipan höyrystettävän nesteen ™ pinnan alapuolisen osan. Vaipan yläosan sisään on sijoitettu jäähdyttävä * lämmönsiirrin sekä vaipasta poistettavasta kaasusta pisaroita erottava laite.

r5 W02008046951 esittää konstruktion, jossa erotussäiliö on jaettu välilevyllä g kahteen osaan. Välilevyn oikeanpuoleisessa päässä on osa levystä korvattu S reikälevyllä. Kylmäaineen syöttö ja höyrystimellä syntyvä höyryn ja nestepisaroiden seos ohjataan säiliön alaosan vasempaan reunaan, josta se leviää säiliön alaosaan. Suurimmat pisarat putoavat heti säiliön pohjalle ja vain 2 pieni osa pisaroista siirtyy imukaasun mukana reikälevyn läpi säiliön yläosaan. Yläosassa höyryn ja pienien nestepisaroiden seos johdetaan kohti vasemman reunan poistoaukkoa. Lopuillakin pisaroilla on näin koko säiliön pituuden verran aikaa pudota välilevylle ja edelleen alaosaan. Vain hyvin pienillä pisaroilla on mahdollisuus kulkeutua poistoaukkoon.

Tekniikan tason laitteet ovat usein rakenteeltaan monimutkaisia ja niiden pisaranerotuskapasiteetti ei aina ole tyydyttävä. Toisaalta tekniikan tason ratkaisuissa laitteiden tilavuus ei aina tule optimaalisesti käytetyksi, vaan laitteista joudutaan tekemään suurempia kuin niiden toiminnan kannalta on pakollista.

KEKSINNÖN TARKOITUS JA LYHYT KUVAUS

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on vähentää tai jopa poistaa edellä mainittuja tekniikan tasossa ilmeneviä ongelmia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on erityisesti saada aikaan ratkaisu, jolla saadaan aikaan tehokas, varmatoiminen ja pienikokoinen höyrystimen ja pisaranerottimen yhdistelmä, erityisesti kylmäkoneisiin.

Mm. edellä mainittujen tarkoituksien toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle järjestelylle ja menetelmälle pisaroiden erottamiseksi höyrystyneestä kylmäaineesta on tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisten itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosissa.

CO

δ , Tässä tekstissä mainitut sovellusesimerkit ja edut koskevat soveltuvin osin niin ^ keksinnön mukaista järjestelyä kuin menetelmääkin, vaikka sitä ei aina erikseen ^ mainitakaan.

CC

CL

Kylmäaineella tarkoitetaan tässä yhteydessä kylmäkoneistoissa käytettyjen g höyrystysprosessien kiertoainetta eli työainetta. Tällaisia kylmäaineita ovat

O

cv esimerkiksi ammoniakki, hiilidioksidi ja CFC-aineet.

3

Tyypillinen järjestely pisaroiden erottamiseksi höyrystyneestä kylmäaineesta käsittää märkähöyrystimenä toimivan lämmönsiirtimen, ja siihen toiminnallisesti yhdistetyn pisaranerottimen. Lämmönsiirrin ja pisaranerotusosa on tyypillisesti järjestetty samaan vaippaan siten, että lämmönsiirrin on vaipan alaosassa ja pisaranerotin on vaipan yläosassa. Tyypillisesti nestemäisen kylmäaineen tuloyhde on järjestetty vaipan alaosaan aukeavaksi ja höyrystyneen kylmäaineen poistoyhde on järjestetty vaipan yläosaan aukeavaksi. Tyypillinen keksinnön mukainen pisaranerotin käsittää vaipan yläosassa yhden tai useamman autollisen välilevyn, jotka on järjestetty ainakin pääasiallisen kaikilta reunoiltaan vaippaan kiinnitetyksi. Höyrystynyt kylmäaine ja sen mukana mahdollisesti kulkevat pisarat on järjestetty kulkemaan välilevyjen ja vaipan rajoittamaa reittiä vaipan alaosasta poistoyhteeseen.

Pisaranerotin toimii tyypillisesti painovoimaisesti.

Järjestelyssä suurimpana etuna verrattuna erillisellä säiliöllä varustettuun systeemiin on kompakti rakenne. Kylmäkoneissa rajoittavana tekijänä on usein konstruktion vaatima korkeus, joka tässä on oleellisesti entisiä pienempi. Toisaalta valmistusteknisesti yksi säiliö on yksinkertaisempi toteuttaa kuin kaksi.

On mahdollista, että järjestely käsittää myös kylmäkoneiston ja tarvittavat yhteet höyrystyneen kylmäaineen johtamiseksi kylmäaineen poistoyhteestä kylmäkoneiston kompressorille ja/tai ainakin osittain nestemäisen kylmäaineen ” johtamiseksi kylmäkoneiston korkeapaineosasta vaippaan.

C\J

i ^ Eräs järjestely käsittää yhteet ainakin osittain nestemäisen kylmäaineen ^ johtamiseksi kylmäkoneistosta vaipan alaosaan.

CC

CL

Tyypillisen kylmäkoneiston, jossa keksinnön mukaista järjestelyä voidaan käyttää, g pääosat ovat höyrystimen ja pisaranerottimen lisäksi kompressori, lauhdutin, o paisunta- tai uimuriventtiili sekä osia liittävä putkisto. Höyrystysprosessi jakaantuu matalapaine- ja korkeapaineosaan. Matalapaineosaan kuuluvat höyrystin ja pisaranerotin putkistoineen, korkeapaineosaan lauhdutin ja paisunta- tai 4 uimuriventtiili putkistoineen. Kylmäkoneistot ovat sinänsä tunnettua tekniikkaa, eikä niitä käsitellä tässä sen tarkemmin.

Lämmönsiirrin on levylämmönsiirrin. Levylämmönsiirrin voi esimerkiksi olla muodostettu pyöreistä lämmönsiirtolevyistä koostuvaksi levypakaksi. Tällöin lämmönsiirrin on muodoltaan pääasiallinen ympyrälieriö. Eräässä keksinnön sovellusmuodossa vaippa on muodoltaan pääasiallinen ympyrälieriö. Eräässä keksinnön suoritusmuodossa levypakan ulkohalkaisijan ja vaipan sisähalkaisijan suhde on 40-80 % tai 60-70 %.

Eräässä keksinnön sovellusmuodossa ympyrälieriön muotoinen lämmönsiirrin sijaitsee ympyrälieriön muotoisessa vaipassa epäkeskisesti.

Eräässä keksinnön sovellusmuodossa välilevyt sijaitsevat lämmönsiirtimen yläpuolella. Eräässä keksinnön sovellusmuodossa välilevyt ovat kaarevia. Eräässä keksinnön suoritusmuodossa välilevyt ovat kaarevia samassa suunnassa kuin vaipan sisäpinta ja/tai lämmönsiirtimen ulkopinta. Eräässä keksinnön sovellusmuodossa välilevyjen kaarevuussäde on suurempi kuin lämmönsiirtimen ulkopinnan kaarevuussäde. Eräässä keksinnön sovellusmuodossa välilevyjen kaarevuussäde on suurempi kuin vaipan sisäpinnan kaarevuussäde. Eräässä keksinnön sovellusmuodossa kaarevan välilevyn pituussuuntaiset reunat on kiinnitetty vaippaan lämmönsiirtimen yläreunaa alempana. Eräässä keksinnön sovellusmuodossa välilevyyn tai välilevyn ja vaipan sisäseinien väliin voi olla järjestetty aukkoja nesteen johtamiseksi vaipan alaosaan. Välilevyt voidaan tehdä ^ kaareviksi, jotta pintoihin törmäävät pisarat valuvat reunoille ja sieltä vaipan ^ sisäpintaa pitkin takaisin höyrystyvään nesteeseen. Toinen etu kaarevuudesta on 00 se, että näin pisaranerotustila saadaan pienemmäksi, kun välilevyt voidaan * sijoittaa lähemmäs pyöreää levypakkaa.

CD

1^ m g Eräässä keksinnön sovellusmuodossa välilevyt ovat yhdestä päästään ehjät ja

O

c\j toisesta päästään aukolliset. Autollisen levyn osuus välilevyn pituudesta ja pinta- alasta voi olla esimerkiksi 10-40 %, tai 15-30 % tai noin 20%.

5

Eräässä keksinnön sovellusmuodossa toisesta päästään autolliset välilevyt on järjestetty vuorotellen siten, että höyrystynyt kylmäaine ja sen mukana mahdollisesti kulkevat pisarat on järjestetty kulkemaan välilevyjen rajoittamaa mutkittelevaa reittiä vaipan alaosasta poistoyhteeseen. Tällöin pisaranerotusmatka muodostuu pitkäksi, virtausjakauma on hyvä ja pisarat erottuvat tehokkaasti törmätessään levypintoihin.

Keksinnön mukainen höyrystin on mahdollista toteuttaa erilaisilla lämmönsiirtimillä, kuten levylämmönsiirtimillä tai putkilämmönsiirtimillä. Eräässä sovellusmuodossa lämmönsiirtimellä tarkoitetaan levylämmönsiirrintä, joka koostuu lämmönsiirtolevyjen muodostamasta levypakasta. Levypakka on muodostettu useista levypareista. Kukin levypari on muodostettu kahdesta lämmönsiirtolevystä, jotka on hitsattu ainakin ulkokehältään kiinni toisiinsa. Kussakin lämmönsiirtolevyssä on ainakin kaksi ensimmäistä aukkoa ensimmäisen lämmönsiirtoaineen virtausta varten. Vierekkäiset levyparit on kiinnitetty toisiinsa hitsaamalla tai muuten yhdistämällä kahden vierekkäisen levyparin ensimmäiset aukot toisiinsa. Näin ensimmäinen lämmönsiirtoaine pääsee virtaamaan levyparista toiseen ensimmäisten aukkojen kautta. Toinen lämmönsiirtoaine, höyrystettävä kylmäaine, on järjestetty virtaamaan levyparien väleissä.

Eräässä sovellusmuodossa vaipan läpi on järjestetty tulo- ja poistoyhteet sekä ensimmäiselle että toiselle lämmönsiirtoaineelle. Ensimmäisen lämmönsiirtoaineen tulo- ja poistoyhde on järjestetty yhteyteen levypakan sisäosien kanssa eli levyparien sisäosien kanssa. Levylämmönsiirtimen ensiöpiiri muodostuu näin ^ ensimmäisen lämmönsiirtoaineen tulo- ja poistoyhteen väliin, levyparien sisälle.

^ Tyypillisesti ensiö- ja toisiopiiri ovat toisistaan erillään eli levypakan sisäosassa ™ virtaava ensimmäinen lämmönsiirtoaine ei pääse sekoittumaan vaipassa eli * levypakan ulkopuolella virtaavan höyrystettävän kylmäaineen kanssa. Näin ollen keksinnön mukaisen levylämmönsiirtimen joka toisessa levyvälissä virtaa g ensiöpuolen ensimmäinen lämmönsiirtoaine ja joka toisessa levyvälissä

O

toisiopuolen toinen lämmönsiirtoaine, eli höyrystettävä kylmäaine.

6

KUVIOIDEN LYHYT KUVAUS

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheiseen kaaviomaiseen piirustukseen, jossa

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista järjestelyä sivusta kuvattuna,

Kuvio 2 esittää kuvion 1 järjestelyä päädystä kuvattuna,

Kuvio 3 esittää kuvion 1 leikkausta A-A, eli tarkemmin vaipan yläreunassa olevaa virtausohjainta päädystä kuvattuna,

Kuvio 4 esittää kuvion 3 virtausohjainta sivusta kuvattuna,

Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen välilevyn ylhäältä kuvattuna, ja Kuvio 6 esittää kuvion 5 välilevyn päädystä kuvattuna.

KUVIOIDEN ESIMERKKIEN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS Kuvioiden konstruktiossa kylmälaitteen höyrystimenä toimii pyöreistä lämmönsiirtolevyistä muodostettu levypakka 2 ja pisaranerotusosa 3 on yhdistetty samaan ympyrälieriön muotoiseen vaippaan 4. Lämmönsiirrin 2 sijaitsee epäkeskisesti vaipan 4 alaosassa ja vaipan 4 yläosa toimii pisaranerottimena.

Vaipan 1 alaosan läpi on järjestetty kaksi tuloyhdettä 19, joiden kautta ainakin osittain nestemäinen kylmäaine tuodaan vaipan sisään. Höyrystävään lämmönsiirtimen, eli levypakkaan 2 on yhdistetty vaipan 4 läpi neljä tulo- ja poistoyhdettä 6.

Vaipassa 4 olevan höyrystyvän nesteen nestepinta 5 säädetään lämmönsiirtimen 2 pääty-yhteen 6 tasolle. Nestepinta 5 voidaan säätä myös jollekin muulle ^ korkeudelle.

o 00 ^ Pisaranerotus saadaan aikaan käyttämällä yhtä, kahta tai jopa useampaa välilevyä * 7, 8, jotka ovat yhdestä päästään 9 umpilevyjä ja toisesta päästään 10 aukoilla 11 r5 varustettuja. Aukoilla 11 varustettu osa 10 välilevyä voi käsittää halkaisijaltaan g esimerkiksi 2-8 mm tai 4-6 mm olevia aukkoja 11. Aukkojen 11 pinta-ala koko

O

c\j aukollisen välilevyn päätyosan 10 pinta-alasta voi olla esimerkiksi 25-50 % tai 30- 40 % tai noin 35 %. Kuvasta 6 nähdään kuinka välilevy 7 on kaareva.

7

Kuviossa 1 kuvataan nuolilla höyrystyneen kylmäaineen reittiä. Kuviosta nähdään, että vaipan alaosassa 12 höyrystynyt kylmäaine kulkee alemman välilevyn 7 oikeassa reunassa olevan aukollisen levyosan 10, ns. pisaralevyn läpi välilevyjen 7 ja 8 väliseen alempaan välitilaan 13, sieltä ylemmän välilevyn 8 vasemmassa reunassa olevan pisaralevyn 10 läpi ylempään välitilaan 14, sieltä ylemmän välilevyn 8 ja vaipan 4 välissä vaipan 4 oikeassa reunassa olevan poistoyhteen 15 kautta ulos höyrystimestä 2.

Kuviossa 3 näkyy ylemmässä välitilassa 14 oleva vaipasta 4 alaspäin järjestetty pystylevy 16, joka pakottaa virtauksen kääntymään alaspäin juuri ennen poistoyhdettä 15 estäen virtauksen kuroutumista ja siten tehostaa pisaranerotusta. Pääasiallisen pystysuoran pystylevyn 16 alareunaan 17 on järjestetty pääasiallisen vaakasuora lippa 18, joka estää edelleen virtauksen kuroutumista.

Kuvioissa on esitetty vain yksi edullinen keksinnön mukainen sovellusesimerkki. Alan ammattimiehelle on selvää, ettei keksintö rajoitu pelkästään edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan keksintö voi vaihdella jäljempänä esitettyjen patenttivaatimusten rajoissa. Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa esitetään joitakin keksinnön mahdollisia suoritusmuotoja, eikä niiden sinällään pidä katsoa rajoittavan keksinnön suojapiiriä.

CO

o C\l δ i co

CM

X

X

Q_

CO

LO

o co o o

CM

Claims (9)

1. Järjestely (1) pisaroiden erottamiseksi höyrystyneestä kylmäaineesta, joka käsittää märkähöyrystimenä toimivan lämmönsiirtimen (2), ja siihen toiminnallisesti yhdistetyn pisaranerottimen (3), jolloin lämmönsiirrin ja pisaranerotusosa on järjestetty samaan vaippaan (4) siten, että lämmönsiirrin on vaipan alaosassa (12) ja pisaranerotin on vaipan (4) yläosassa, jolloin nestemäisen kylmäaineen tuloyhde(19) on järjestetty vaipan alaosaan aukeavaksi ja höyrystyneen kylmäaineen poistoyhde (15) on järjestetty vaipan yläosaan aukeavaksi, tunnettu siitä, että pisaranerotin (3) käsittää vaipan yläosassa kaksi tai useampia autollisia välilevyjä (7, 8), jotka on järjestetty ainakin pääasiallisen kaikilta reunoiltaan vaipan (4) yhteyteen, ja jotka välilevyt (7, 8) ovat yhdestä päästään (9) ehjät ja toisesta päästään (10) autolliset, jolloin höyrystynyt kylmäaine ja sen mukana mahdollisesti kulkevat pisarat on järjestetty kulkemaan vuorotellen järjestettyjen välilevyjen (7, 8) ja vaipan (4) rajoittamaa mutkittelevaa reittiä vaipan alaosasta (12) poistoyhteeseen (15).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että pisaranerotin (3) on painovoimainen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että lämmönsiirrin (2) on levylämmönsiirrin.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tunnettu siitä, että ^ lämmönsiirrin käsittää pyöreistä lämmönsiirtolevyistä koostuvan levypakan (2), ° jolloin lämmönsiirrin on muodoltaan pääasiallinen ympyrälieriö. CVJ X

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että vaippa (4) on muodoltaan pääasiallinen ympyrälieriö, ja lämmönsiirrin (2) sijaitsee vaipan g suhteen epäkeskisesti. o CVJ

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tunnettu siitä, että välilevyt (7, 8) sijaitsevat lämmönsiirtimen (2) yläpuolella.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tunnettu siitä, että välilevyt (7, 8) ovat kaarevia.

8. Menetelmä pisaroiden erottamiseksi höyrystyneestä kylmäaineesta, jossa menetelmässä: - tuodaan nestemäistä kylmäainetta vaipan (4) alaosaan (12), - höyrystetään kylmäainetta lämmönsiirtimessä (2) vaipan alaosassa, - erotetaan pisaroita höyrystyneestä kylmäaineesta vaipan (4) yläosassa, - poistetaan höyrystynyttä kylmäainetta vaipan (4) yläosan poistoyhteestä (15), tunnettu siitä, että - erotetaan pisaroita höyrystyneestä kylmäaineesta johtamalla kylmäainetta vaipan yläosassa kahden tai useamman autollisen välilevyn (7, 8) läpi ja niiden ja vaipan (4) rajaamaa mutkittelevaa reittiä vaipan alaosasta (12) poistoyhteeseen (15).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyrystettävän kylmäaineen nestepinta (5) säädetään lämmönsiirtimen (2) pääty-yhteen (6) tasolle. CO δ c\j i δ i co CVJ X cc CL CD 1^ m o co o o CVJ