FI77529C - Vaermevaexlare. - Google Patents

Description

1 77529 Lämmönvaihdin

Esillä olevan keksintö koskee lämmönvaihdinta, joka käsittää sydämen, johon kuuluu ainakin yksi hyvin lämpöä johtavaa metallia oleva pitkänomainen lohko, joka ympäröi ainakin yhtä putkea ensimmäistä lämmönsiirtoväliainetta varten ja joka sydän on suljettu koteloon, joka ohjaa toisen lämmönsiirtovä-liaineen virtausta pitkin lohkoa.

Lämmön siirtoon kahden lämmönsiirtovälineen välillä vaikuttavat monet tekijät, mutta on ilmeistä, että on edullista saada aikaan hyvä kosketus eri komponenttien välillä, kuten varustamalla jotkut lämmönvaihdinkomponentit pintaa suurentavilla elementeillä. Eräs tunnettu tapa suurentaa pintaa on esitetty julkaisussa US-A-3 602 298. On kuitenkin tärkeää järjestää niin, että pinnan suurentaminen tasapainottaa vastakkaisiin pintoihin ja vast, näistä pinnoista tapahtuvaa lämpövirtausta.

Kun siirtorataan lämmönvaihtimen läpi kuuluu erilaisia komponentteja mahdollisesti myös erilaisia aineita, on havaittu, että ylivoimainen menetelmä varmistaa suuri lämmönjohtokyky on upottaa yksi komponentti toiseen valamalla. Julkaisu DE-A-1 558 292 kuvaa, kuinka voidaan valaa putki lämpösiirtävää nestettä varten levyn sisälle, mutta tällöin ei kuitenkaan ole kyse lämmönvaihtimesta vaan painolevystä, jota ei voida varustaa pintaa suurentavilla elementeillä.

Julkaisu US-A-3 493 042 kuvaa lämmönvaihdinta, jossa nestettä varten olevia putkia kovajuotetaan huokoisiin metallikappalei-siin. Kovajuotos ei kuitenkaan saa aikaan samaa tehokasta lämmönsiirtokosketusta kuin valaminen. Toinen neste kulkee putkien läpi, kun taas toinen neste virtaa huokoisten kappaleiden läpi kohtisuoraan putkia vasten.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on ehdottaa lämmönvaihdinta, jolla on erittäin hyvät lämmönsiirto-ominaisuudet. Tämä saavutetaan sillä, että metalli on valettu putken tai vast.

2 77529 putkien ympärille ja että sydän on ainakin koteloon päin olevalta pinnaltaan varustettu pintaa suurentavilla laipoilla sellaisten kosketuspintojen muodostamiseksi toista väliainetta vastaan, jotka ovat monta kertaa suurempia kuin mitä putki tai vast, putket muodostavat ensimmäistä väliainetta vastaan. Laipat kulkevat lohkon pituusakselin suuntaisesti ja lohkon 1 aipoitettuun pintaan tai vast, pintoihin on muodostettu poi-k i 11. a i s i a uria, jotka jakavat pinnan kenttiin, joissa yhden kentän laipat on siirretty sivusuunnassa niin, että ne ovat linjassa viereisen kentän rakojen kanssa mutkittele van reitin muodostamiseksi toista väliainetta varten lohkon pintaa pitkin.

Putkien sisäänvalui 1 a varmistettu hyvä lämmönjohtuminen voidaan hyödyntää vain, jos 1ämmönsiirtyrninen lohkon ulkopinnalla on tyydyttävä. Tavanomaiset laipat eivät voi tarjota vaadittua 1ämmönsiirtopintaa , jos halutaan saada pienikokoinen ja kevyt yksikkö, ts. jossa on vain pieni metal 1imäärä lohkossa.

Patenttivaatimuksessa määritelty laippamalli varmistaa tyydyttävän kosketuspinnan suurenemisen sekä toisen väliaineen virtauksen kasvun mutkitteleval1 a reitillä, mikä parantaa 1 ä rnroö n s i i r ty mä ä .

Lohko voi olla prismaattinen ja ympäröidä useita putkia. Vaihtoehtoisesti lohko voi olla rengasmainen.

Putken ja metallin välistä sidosta samoin kuin niiden välisti lämmön siirtoa parantaa se, että putken ulkopinta on epätasainen. Putki on edullisesti tehty ruostumattomasta teräksestä, joka sopii paremmin kuin lohkon aine kestämään korroosiota ja jolla on myös hyvät sitornisominaisuudet ympäröivän metallin suhteen.

Joukko laippoja voidaan edullisesti muodostaa suulakepuris-tettuun metallitankoon, joka on yhdessä lisätankojen kanssa 3 77529 sovitettu muodostamaan muotti, johon putkea ympäröivä lohko valetaan.

Lämmönvaihtimessa, joka käsittää joukon lohkoja, jotka on asennettu samaan koteloon, yhden lohkon laipat voivat ulottua toisen lohkon laippojen välisiin rakoihin. Vaihtoehtoisesti rinnakkaiSten 1ohkopintojen laipat voivat kohdata toisensa reuna reunaa vasten.

Joukko paneelimuotoisi a lohkoja, joista jokainen ympäröi ainakin yhtä riviä ensimmäistä väliainetta siirtäviä putkia, voidaan sovittaa yhteen koteloon, jonka läpi virtaa 1 ämmän-siirtokaasu ja jossa putket on yhdistetty ensimmäisen väliaineen jakelu- ja kokoomaputkiin.

Ensimmäinen 1ämmönsiirtoväliaine voi olla sähkövirta, jolloin joukko putkia, jotka ympäröivät sähkövastuksia, on valettu putkimaiseen lohkoon, jota koskettaa sisäpuolelta ja ulkopuolelta lämpöä poistava juokseva aine.

Keksintöä selitetään seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaavioi 1isesti keksinnön mukaista lämmönvaih-di nelementtiä, kuvio 2 esittää poikkileikkausta kuvion 1 mukaisen elementin sisältävän lämmönvaihtimen läpi, kuvio 3 esittää poikkileikkausta lämmönvaihtimen läpi, joka on samanlainen kuin kuvion 2 1ämmönvaihdin mutta jossa on suurempi elementti, kuvio 4 esittää 1ämmcnvaihdin ta, jossa on muunnellun muodon omaavat elementit, kuvio 5 esittää toisen muunnellun muodon omaavan lämmönvaih-dinelemen ti n yksityiskohtaa, kuvio 6 esittää kuvion 5 mukaisilla 1 ämmönva i hdi nel eniente ΐ 11 ä varustetun 1ämmmönvaihtimen yksityiskohtaa, 4 77529 kuvio 7 esittää pituusleikkausta sähkövastuselementeillä kuumennetun vaihtimen läpi, kuvio 8 on poikkileikkaus kuvion 7 mukaisen lämmönvaihtimen läpi, kuvio 9 esittää poikkileikkausta lämmönvaihdinsydämen läpi, joka koostuu useista elementeistä ja joka sopii käytettäväksi esimerkiksi kuvion 7 mukaisen lämmönvaihtimen kanssa, kuvio 10 esittää kaksi kuvion 5 mukaista lämmönvaihdinelement- tiä sisältävän lämmönvaihtimen yksityiskohtaa, kuvio 11 esittää suuremmassa mittakaavassa lämmönvaihdinele- mentin pintaa suurentavan laipan yksityiskohtaa, kuvio 12 esittää sellaisen elementin yksityiskohtaa, jossa pintaa suurentavat laipat on muodostettu profiilitankoihin, joita voidaan käyttää muottina elementtiä valettaessa, kuvio 13 esittää leikkausta keksinnön mukaisen, poistokatti- lassa käytetyn lämmönvaihtimen läpi, ja kuvio 14 esittää poikkileikkausta kuvion 13 viivaa XIV-XIV pitkin.

Kuvio 1 esittää lämmönvaihdinelementin perustyypin, joka käsittää ensimmäistä lämmönsiirtoainetta varten putken 11, joka on valettu lohkoon 12, joka on metallia, jolla on hyvä lämmön-johtokyky, esimerkiksi alumiinia tai jotakin sen lejeerinkiä. Tämä elementti asennetaan koteloon 13 (kuvio 2), joka ympäröi elementtiä välyksellä 14, niin että toista lämmönsiirto-väliainetta varten muodostuu kanava. Vaihtoehtoisesti voidaan joukko tällaisia elementtejä asentaa välimatkan päähän toisistaan.

Parempi kiinnitys putken ja metallin välille ja myös parempi lämmön siirto saadaan, jos putken 11 ulkopinta on epätasainen tai varustettu poikittain kulkevilla uurteilla.

Laipat suurentavat kosketuspinta-alaa toisen väliaineen suhteen, niin että se on viisi - kymmenen kertaa putken ja ensimmäisen väliaineen välinen kosketusala. Tämä kompensoi erotuksen lämmönsiirtokertoimissa, mikä usein asettaa rajan lämmönvaihtimiin kohdistuvalle lämpökuormitukselle.

5 77529 Lämmön siirron parantamiseksi toiseen väliaineeseen lohko on varustettu laipoilla 15. Riippuen toisen väliaineen virtaus-suunnasta laipat voidaan sovittaa yhdensuuntaisesti putken 11 pituusakselin kanssa tai kohtisuoraan sitä vastaan. Joskus kun lohko on putkimainen, laipat voivat mahdollisesti kulkea kierukkaradalla elementin ulkovaippapinnan ympäri. Laipat muodostetaan edullisesti valun aikana, mutta ne voidaan muodostaa mekaanisella työstöllä.

Kuten kuvion 7 yhteydessä paremmin selitetään, laippojen ei edullisesti tulisi kulkea keskeytyksettä lohkojen pintaa pitkin, vaan niiden tulisi olla porrastettuja mutkittelevan virtauksen aikaansaamiseksi toiselle väliaineelle.

Joukko kuviossa 1 esitettyä perustyyppiä olevia elementtejä, joilla on vaihtelevat poikkileikkausmuodot, voidaan koota yhteen yhteiseen koteloon, mutta on myös mahdollista, kuten kuviossa 3 esitetään, upottaa joukko yhdensuuntaisia putkia 11 samaan lohkoon 12a sijaitsemaan ympäröivässä kotelossa 13.

Kuvioissa 2 ja 3 putkia kohti tai niistä pois säteettäisesti suunnatut nuolet osoittavat lämmön keskitetyn virtauksen suuntaa putkien ympäri. Kahden komponentin välisen läheisen metalli-kosketuksen ansiosta lämmön siirto on hyvin tehokas.

Kuvio 4 esittää lämmönvaihdinta, joka sisältää joukon kuvion 1 mukaisia elementtejä 12 samoin kuin neljä erityisen muotoista elementtiä 12b, jotka yhdessä muodostavat lieriömäisen kappaleen, joka on sijoitettu putken 16 sisään, joka pitää eri komponentteja koossa.

Eri elementtien väliin jää kanavia 14a toista lämmönsiirto-väliainetta varten. Putket 11 voidaan kytkeä rinnakkain, mutta ne voidaan ilmeisesti, esimerkiksi ryhmittäin, kytkeä sarjaan. Näissä tapauksissa elementtien päihin on sovitettu sopivat jakelu- ja kokoomajohdot.

Kuviossa 4 esitetty lämmönvaihdinpakkaus voidaan sijoittaa 6 77529 koteloon, joka muodostaa virtausradan toista lämmönsiirtovä-liainetta varten, putken 16 ulkopuolella. Laipat 15 voidaan muodostaa eri tavoin ja, kuten kohdassa 17 kuvion alemmassa oikeanpuoleisessa osassa esitetään, niitä voivat rajoittaa puolipyöreät urat.

Kuvio 5 esittää rengasmaisen lohkon 20, johon on upotettu joukko putkia 11. Tämä lohko on sisäpuolelta samoin kuin ulkopuolelta varustettu pintaa suurentavilla laipoilla 15.

Kuvio 6 esittää lämmönvaihtimen komponentteja, jotka käsittävät samankeskisiä rengasmaisia lohkoja 20a, 20b, joilla on erilaiset halkaisijat. Lohkot on sovitettu yhteen, niin että yhden elementin laipat 15 sopivat toisen elementin laippojen 15 välisiin rakoihin. Tällä tavoin lohkojen väliin muodostuu siksakmainen kanava 21 toista lämmönsiirtoväliainetta varten.

Yllä selitetyissä suoritusmuodoissa putket 11 on sovitettu ottamaan vastaan juoksevan aineen - nesteen muodossa tai höyrynä - mutta ensimmäinen lämmönsiirtoväline voi hyvin olla sähkövirta, joka muutetaan upotetuilla vastuselementeillä lämmöksi.

Kuviot 7 ja 8 esittävät sähköllä lämmitetyn Ö1jyesikuumenti-men. Kolme putkea 25, jotka on taivutettu U-muotoon ja jotka ympäröivät sähkövastuksia 26, on upotettu rengasmaiseen lohkoon 27, joka on samaa tyyppiä kuin kuviossa 5 esitetty ja tässä varustettu sisäpuolisilla ja ulkopuolisilla pintaa suurentavilla laipoilla 15. Täytekappale 28 on sovitettu lohkon keskelle ja muodostaa kanavan 29 lohkon sisäpintaa pitkin.

Öljyä syötetään ympäröivään koteloon 30 kohdassa 31, ja se virtaa ulkopuolella harkon 27 ympäri, tekee 180°:n käännöksen ja virtaa kanavan 29 läpi poistokohtaa 32 kohti.

Lämpötila-anturi 33 ulottuu säteittäisesti täytekappaleen läpi, ja sen sisäpää sijaitsee poistokohdan 32 lähellä. Anturi 7 .

77529 ohjaa hyvin tunnetulla tavalla sähkövirran syöttöä vastuksiin 26.

Tasainen virta pintaa pitkin voi antaa tulokseksi huonon lämmön siirron, ja lämmön siirron parantamiseksi lohkon laipoi-tettu pinta on edullisesti leikattu kentiksi, joissa laipat yhdessä kentässä on siirretty sivulle, niin että ne ovat linjassa seuraavan kentän urien kanssa. Tällä tavoin varmistetaan toisen väliaineen mutkitteleva virtaus.

Kuviossa 7 rengasmaisen lohkon 28 uiko- samoinkuin sisäpinta on leikattu urilla 34, poikittain lohkon pituusakselia vastaan. Tällä tavoin lohkon kosketuspinnat on jaettu kenttiin 35a, b, joissa yhden kentän laipat 15a on siirretty sivulle, niin että ne ovat linjassa viereisen kentän urien 15b kanssa.

Rajoittava tekijä tavanomaisissa sähkö-öljykuumentimissa, joissa vastuksia ympäröivät putket joutuvat suoraan kosketukseen öljyn kanssa, on se, että kuormitus ei voi ylittää 1,5-2 W/cm . Muuten on olemassa ilmeinen vaara, että öljy koksautuu putken ulkopinnalla.

Esillä olevassa suoritusmuodossa lohkon pintoihin kohdistuva kuormitus voi pysyä arvossa, joka on turvallinen koksautumisen suhteen, mutta sähkövastuksiin kohdistuvaa kuormitusta voidaan suurentaa huomattavasti, mikä merkitsee sitä, että lämmönvaihtimen kokonaiskoko samaa kuumennustehoa varten on paljon pienempi kuin tavanomainen sähkö-öljykuumennin.

Kuvio 9 esittää toisen muunnellun suoritusmuodon, joka koostuu joukosta valettuja lohkoja 36a, 36b, 36c, jotka kukin ympäröivät useita putkia 11. Tätä suoritusmuotoa voidaan pitää tan-komaisina eliminä esitetyn suoritusmuodon muunnelmana.

Keskilohkoa 36c voidaan hyvin käyttää täytekappaleen 33 sijasta kuvioiden 7 ja 8 mukaisessa suoritusmuodossa.

Useissa tapauksissa U-muotoiset putket, joissa on ympäröidyt 8 77529 sähkövastukset, kuten kuviossa 8 esitetään, ovat suositeltavia. Tangon muoto on tällöin enemmän kuvion 3 muodon kaltainen, jossa keskiputken tyhjässä tilassa voi olla lämpötila-anturi, kun taas kahden ulomman putken tyhjät tilat on yhdistetty U-muotoon.

Kuvio 10 esittää kuvion 6 komponenttien kaltaisten komponenttien muunnellun sovitelman yksityiskohtaa. Tässä rengasmaiset lohkot 20a, 20b on kuitenkin sovitettu siten, että laipat 15 kohtaavat toisensa reuna reunaa vasten.

Lohkot on tässä sovitettu sisä- ja vastaavasti ulkokoteloiden 37 ja 38 väliin.

Kuten yllä mainittiin, laipat voivat olla erimuotoisia. Suuremmissa yksiköissä on mahdollista varustaa yksittäiset laipat 15a rivoilla tai evillä 39 - katso kuviota 11 - sen kosketuspinnan edelleen suurentamiseksi, jonka läpi toinen väliaine menee.

Joissakin tapauksissa voi, kuten kuviossa 12 esitetään, olla edullista sijoittaa laipat 15 erillisiin, suulakepuristettui-hin profiilitankoihin 40, jotka ovat samaa ainetta kuin lohko 12. Nämä profiilitangot on muotoiltu ja sovitettu mahdollistamaan niiden käytön ulkopuolisena muottina lohkon valua varten, ja ne kiinnittyvät siihen pysyvästi. Tämä yksinkertaistaa suurempien yksiköiden valua ja voi myös tehdä ne halvemmiksi kuin yksiköt, jotka on valettu yhtenäisiksi, laipoilla varustetuiksi kappaleiksi. Joskus voi olla vaikeaa poistaa laipoitettu lohko ympäröivästä muotista, mutta käyttämällä laipoilla varustettuja tankoja ensin muotin ja sitten lohkon osan muodostamiseksi tämä vaikeus poistetaan.

Yllä selitetyissä suoritusmuodoissa toinen väliaine on ollut neste, mutta keksintöä voidaan myös käyttää lämmönvaihtimis-sa, joissa toinen väliaine on kaasumainen, esimerkiksi polttomoottorin tai prosessitehtaan pakokaasuja.

9 77529

Kuviot 13 ja 14 esittävät hyvin kaaviollisesti kuumavesikatti-laa 45, jota lämmitetään polttomoottorista (ei esitetty) tulevilla pakokaasuilla.

Joukko paneelinmuotoisia lohkoja 12c, jotka ovat samanlaisia kuin kuvion 3 lohkot, mutta jotka kukin ympäröivät suurempaa määrää putkia 11, on sovitettu vierekkäin kotelon 46 sisään, jonka läpi virtaa kuumia kaasuja tulokohdasta 47 poistokoh-taan 48. Paneelit on sovitettu kotelon sisään siten, että kaasut pakotetaan kulkemaan paneelien välisten kanavien 49 kautta.

Putket 11 on yhdistetty jakelu- ja kokoomaputkiin 50 ja vastaavasti 51, ja kattila on varustettu tavanomaisilla säätö- ja valvontalaitteilla (ei esitetty).

Yllä selitetyt ja piirustuksissa esitetyt suoritusmuodot ovat vain esimerkkejä, ja on selvää, että kuviossa 1 esitettyä perustyyppiä olevat lohkot voidaan muotoilla ja yhdistää monin tavoin oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Kuten kuvion 9 alaosassa esitetään, laippojen välisiä rakoja voivat rajoittaa oleellisen yhdensuuntaiset seinät, jolloin laipat saavat tasaiset reunapinnat. Tekemällä keskisesti sijaitseva laippa eri lohkoissa hieman korkeammaksi kuin viereiset laipat on mahdollista varmistaa määrätty välimatka lohkojen välillä, ja lisäksi lohkojen välinen virtauskanava jaetaan yhdensuuntaisiksi radoiksi.

Valettujen lohkojen ilmeisenä etuna on se, että ne on helpompi puhdistaa kuin aiemmat suoritusmuodot, joissa on yhdensuuntaiset tiivisteet tai kiekot, jotka on asennettu putkien päälle.

Jos kuvioiden 13, 14 mukaisen suoritusmuodon lohkopaneelit asennetaan siten, että laipat leikkaavat toisensa, kuten kuviossa 6 esitetään, on yksinkertaisella tavalla mahdollista 10 77529 määrätä kaasukanavien pinta-ala lohkopaneelien yhdensuuntaisen siirron avulla. Tällä tavoin on mahdollista vaihdella kaa-suvirran nopeutta ja niin ollen myös lämmönsiirtokerrointa.

Claims (7)

1. 77529 Patentti vaatimukset
2. 1. Lämmönvai hdi n, joka käsittää sydämen, johon kuuluu ainakin yksi hyvin lämpöä johtavaa metallia oleva pitkänomainen lohko (12, 20, 27), joka ympäröi ainakin yhtä putkea (11, 25) ensimmäistä lämmönsiirtoväliainetta varten ja joka sydän on suljettu koteloon (13, 30, 37, 38, 40), joka ohjaa toisen 1ämmcnsiirtovä1iaineen virtausta pitkin lohkoa, tunnettu siitä, että metalli on valettu putken tai vast, putkien ymparille, ja että sydän on ainakin koteloon päin olevalta pinnaltaan varustettu pintaa suurentavilla laipoilla (15) sellaisten kosketuspintojen muodostamiseksi toista väliainetta vastaan, jotka ovat monta kertaa suurempia kuin mitä putki tai vast, putket muodostavat ensimmäistä väliainetta vastaan, jolloin laipat (15) kulkevat lohkon (12, 20, 27) pituusakselin suuntaisesti ja lohkon (12, 20 , 27 ) 1 aipoitettuun pintaan tai vast, pintoihin on muodostettu poikittaisia uria (34), jotka jakavat pinnan kenttiin (35a, 35b), joissa yhden kentän (35a) laipat (15a) on siirretty sivusuunnassa, niin että ne ovat linjassa viereisen kentän (35b) rakojen (15b) kanssa mutkitelevan reitin muodostamiseksi toista väliainetta varten lohkon pintaa pitkin.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lammönvaihdin, tunnettu siitä, että putken (1) ulkopinta on rosoinen.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen 1ämmönvaihdin, tunnettu siitä, että joukko laippoja (15) on muodostettu suulake-puristettuun metallitankoon (40), joka on sovitettu yhdessä muiden tankojen kanssa muodostamaan muotti, johon putkea (11) ympäröivä lohko (12) valetaan. 4* Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen lämmön- vaihdin, joka käsittää joukon samaan koteloon samankeskisesti asennettuja lohkoja (20a, 20b), tunnettu siitä, että yhden lohkon laipat (15) ulottuvat toisen lohkon laippojen välisiin rakoihin. 77529
5. 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen lämmön-vaihdin, joka käsittää joukon lohkoja (20a, 20b; 36a, 36b), jotka on samankeskisesti asennettu saman kotelon (37, 38) sisään, tunnettu siitä, että laipat (15) rinnakkaisissa toisiaan vastapäätä olevissa lohkoissa kohtaavat harjanne harjannetta vasten.
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen lämmön-vaihdin, tunnettu siitä, että joukko panee!imuotoisi a lohkoja (12c), joista jokainen ympäröi ainakin yhtä riviä ensimmäistä väliainetta siirtäviä putkia (11), on sovitettu kotelon (46) sisään, jonka läpi virtaa lämpöä kuljettava kaasu, jolloin putket (11) on yhdistetty ensimmäisen väliaineen jakelu- ja k okooma1 a atik oihi n (50, 51).
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen lämmon-vaihdin, tunnettu siitä, että ensimmäinen 1ämmönsiirtovä-liaine on sähkövirta ja että joukko putkia (25) niiden sisäl-tämine sähkövastuksineen (26) on valettu putkimaisen lohkon (27) sisään, jota koskettaa toinen väliaine sekä sisä- että uikopuolel 1 a .