FI79409C - Foerfarande foer konstruering av en vaermevaexlare jaemte enligt foerfarandet konstruerad vaermevaexlare. - Google Patents

Description

79409 MENETELMÄ LÄMMÖNVAIHTIMEN KONSTRUOIMISEKSI SEKÄ MENETELMÄN MUKAISESTI KONSTRUOITU LÄMMÖNVAIHDIN - Tämän keksinnön kohteena on menetelmä lämmönvaihtimen konstruoimiseksi, jossa menetelmässä keskenään oleellisesti samanlaisia uritettuja lämmönsiirtolevyjä ladotaan toinen toisensa peittävästi päällekäin ja levyvälit kytketään sivuiltaan lämmönsiirtoon osallistuvien aineiden tulo- ja poistojohtoihin siten, että joka toisen levyvälin kautta tulee kulkemaan lämpöä luovuttavan aineen virtaus ja joka toisen levyvälin kaut-.. ta lämpöä vastaanottavan aineen virtaus.

Siirrettäessä lämpöä virtaavasta aineesta toiseen ovat päällekkäisistä lämmönsiirtolevyistä koostuvat levylämmönvaihti-met osoittautuneet erittäin tehokkaiksi. Tällaisia lämmön-vaihtimia käytetään esim. kaukolämpöverkoistoissa, joissa 1ämmönsiirtoväliaineena on vesi. Näissä vedellä toimivissa lämmönvaihtimissa voidaan kohtuullisella painehäviöllä saa- 2 vuttaa suuruusluokkaa 2500-3500 W/m K oleva lämmönläpäisy kerroin.

Tunnetaan levylämmönvaihtimia, joissa päällekkäiset lämmön-; siirolevyt ovat neliön muotoisia poimulevyjä, joissa poimut ja niidet väliset urat ovat neliön kahden vastakkaisen sivun ..." suuntaisia. Levyt ovat tällöin ladottuina päällekkäin niin, että päällekkäisten levyjen urat ovat 90° kulmassa toisiinsa nähden. Vuorotellen joka toisessa levyvälissä kulkevien läm-: ; pöä luovuttavan ja lämpöä vastaanottavan aineen virtausten välinen kulma on täten 90°.

Levylämmönvaihtimissa on olennaista virtausten painehäviöiden ja lämmönsiirtokertoimen valinta halutun optimaalisen lämmönsiirron saavuttamiseksi. Mainittuja parametrejä voidaan säädellä lämmönsiirtolevyjen keskinäisen etäisyyden, levyjen pinta-alan sekä urien mitoituksella. Kun yksittäisen lämmön-siirtolevyn mitoitus on ratkaistu, on mainitut lämmönsiirron 2 79409 parametrit tunnetussa lämmönvaihtimessa tietyllä virtausmää-rällä kuitenkin "lyöty lukkoon" niin, ettei niitä enää voida muuttaa. Mikäli lämmönvaihtimen lämmönsiirto-ominaisuudet on haluttu toisenlaisiksi, on lämmönsiirtolevyt jouduttu mitoittamaan uudelleen uusien vaatimusten mukaan. Kutakin erilaista lämmönvaihdinta varten on täten tarvittu oma syvävetotyökalunsa lämmönsiirtolevyjen valmistusta varten. Kun työkalut ovat erittäin kalliita, on tämä käytännössä rajoittanut muuntelun mahdollisuuksia lämmönvaihdinten valmistuksessa .

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa yllämainittu levy-' lämmönvaihdinten valmistusta haittaava epäkohta. Tunnusomaista keksinnön mukaiselle menetelmälle lämmönvaihtimen konstruoimiseksi on se, että lämmönsiirtolevyt asetetaan päällekkäin siten, että eri levyissä olevat urat tulevat haluttuun, virtausten painehäviöt ja lämmönsiirtokertoimen määräävään kulmaan toisiinsa nähden, jota varten menetelmässä käytetään oleellisesti pyöreitä 1ämmönsiirtoievyjä tai säännöllisen monikulmion muotoisia lämmönsiirtolevyjä, joissa urien suunta on sellainen, että päällekkäisten levyjen urat ovat valinnan mukaan asetettavissa ristikkäin ainakin kahteen erilaiseen kulmaan toisiinsa nähden.

Keksinnön idea on olennaisesti siinä, että lämmönsiirtolevy-jen sopivalla muotoilulla tehdään mahdolliseksi niiden latominen päällekkäin niin, että levyjen urat voivat tulla kahteen tai useampaan erilaiseen kulmaan toisiinsa nähden. Tämä merkitsee sitä, että samalla työkalulla valmistetuista samanlaisista lämmönsiirtolevyistä on koottavissa erilaisia läm-mönvaihtimia, joille erilaiset urien väliset kulmat antavat erilaiset lämmönsiirto-ominaisuudet. Muuntelun mahdollisuudet levylämmönvaihdinten valmistuksessa lisääntyvät täten ratkaisevasti ilman, että valmistuskustannukset juurikaan kasvaisivat .

Keksinnön mukaisessa menetelmässä ovat edullisimpia pyöreät lämmönsiirtolevyt, jotka mahdollistavat levyjen urien välisen kulman valitsemisen portaattomasti väliltä 0-90°. Kuitenkin keksinnön perusidea toteutuu myös käytettäessä sopivia sään- 3 79409 nöllisen monikulmion muotoisia lämmönsiirtolevyja, olkoonkin, että urien välisten kulmien valinnanvara on tällöin rajoitettu.

Konstruoitaessa lämmönvaihdin keksinnön mukaisesti määrää päällekkäin ladottavien lämmönsiirtolevyjen urien välinen kulma lämmönvaihtimen lämmönsiiro-ominaisuudet. Päällekkäin pinotut levyt voidaan hitsata tai juottaa reunoiltaan kiinni toisiinsa kiinteäksi lämmönvaihdinkokonaisuudeksi, jonka parametrit eivät enää tämän jälkeen ole muutettavissa.

Lämmönvaihdinta koottaessa voidaan levypinon sivuille muodostaa pareittain joka toiseen levyväliin avoinna olevat kammiot niin, että lämmönsiirtoon osallistuvat aineet ovat johdettavissa tulojohdoista kumpikin oman kammionsa kautta levyvälei-hin ja niistä edelleen kumpikin oman kammionsa kautta poisto-johtoihin. Levypinon alle ja päälle voidaan edelleen sijoittaa päätylevyt, jotka jännitetään vetotangoi1la toinen toisiinsa.

Keksintö koskee myös edellä kuvatun menetelmän mukaisesti konstruoituja lämmönvaihtimia. Keksinnön mukainen lämmönvaihdin käsittää sinänsä tunnettuina elementteinä päällekkäisiä, - [ keskenään oleellisesti samanlaisia uritettuja lämmönsiirtole- vyjä sekä lämmönsiirtoon osallistuvien aineiden tulo- ja poistojohdot, jotka on kytketty levypinon sivuille siten, että joka toisen levyvälin kautta on johdettavissa lämpöä luovuttavan aineen virtaus ja joka toisen levyvälin kautta - - lämpöä vastaanottavan aineen virtaus. Olennaista lämmönvaih- timessa on se, että lämmönsiirtoievyt ovat joko oleellisesti pyöreitä ja pinottuina siten, että päällekkäisissä levyissä olevat urat sijaitsevat toistensa suhteen ristikkäin, tai säännöllisen monikulmion muotoisia ja pinottuina tasasivui-seksi pinoksi siten, että päällekkäisissä levyissä olevat urat muodostavat keskenään kulman, joka suurempi kuin 0° mutta pienempi kuin 90° .

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 4 79409

Kuv. 1 esittää erästä keksinnön mukaista lämmönvaihdinta sivulta nähtynä ja osaksi leikattuna,

Kuv. 2 esittää kuvion 1 mukaista lämmönvaihdinta leikkauksena II-II kuviosta 1 (kuvioa 2 on käännetty vaakasuunnassa 45° ) ,

Kuv. 3 ja 4 esittävät shemaattisesti kahta keksinnön mukaista lämmönvaihdinta, joissa pyöreiden lämmönsiirtolevyjen urat ovat erilaisissa kulmissa toisiinsa nähden mutta jotka muutoin vastaavat kuvioissa 1 ja 2 esitettyä,

Kuv. 5 ja 6 esittävät skemaattisesti kahta keksinnön mukaista lämmönvaihdinta, joissa säännöllisen kahdeksankulmion muotoisten lämmönsiirtolevyjen urat ovat kahdessa erilaisessa kulmassa toisiinsa nähden, ja

Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty levylämmönvaihdin, jonka olennaisimpana elementtinä ovat pyöreät, päällekkäin pinotut lämmönsi irtoievyt 1. Levyt 1 on leikattu säännöllisesti poimutetusta poimulevystä ja ne ovat kaikki keskenään samanlaisia. Kuten kuviosta 2 on nähtävissä, on levyt 1 ladottu päällekkäin siten, että kunkin levyn poimut ja niiden väliset urat ovat 90° kulmassa ko. levyn molemmin puolin sijaitsevien levyjen poimuihin ja uriin nähden.

Esitetyn lämmönvaihtimen kuori muodostuu osaksi kaarevista 1ieriöpinnoista 2, joihin päällekkäiset lämmönsiirtolevyt 1 on kiinnitetty reunoistaan esim. hitsaamalla. Osaksi kuori muodostuu mainittujen lieriöpintojen 2 välisistä, levypinosta ulkonevista pienempisäteisistä lieriopinnoista 3, jotka ra-jaavat lämmönvaihtimen sivuille neljä oleellisesti puolilie-riön muotoista kammiota 4. Näihin kammioihin 4 on liitetty - lämmönsiirrossa lämpöä luovuttavan aineen tulo- ja poistojoh- dot 5, 6 sekä lämpöä vastaanottavan aineen tulo- ja poisto- johdot 7 ja 8. Kunkin kammion 4 kohdalla on päällekkäisten lämmönsiirtolevyjen 1 joka 1‘oinen levyväli avoin niin, että virtaus pääsee siirtymään kammiosta näihin levyväleihin tai päinvastoin, ja joka toinen levyväli suljettu siten, että virtauksen pääsy viimeksimainittuihin on estetty. Lämpöä luo- 5 79409 vuttavan aineen virtaukselle avoimet levyvälit on tällöin suljettu lämpöä vastaanottavan aineen virtaukselta ja vastaavasti lämpöä vastaanottavan aineen virtaukselle avoimet levy-välit on suljettu lämpöä luovuttavan aineen virtaukselta. Täten on aikaansaatu se, että lämpöä luovuttavan ja lämpöä vastaanottavan aineen virtaukset tulevat kumpikin johdetuksi joka toisen levyvälin kautta lämmönvaihtimen läpi ilman, että ne sekoittuisivat keskenään. Levypino on edelleen alta ja päältä ympäröity päätylevyillä 9, jotka on jännitetty toinen toisiinsa levypinon sivuilla sijaitsevien vetotankojen 10 avulla.

Kuviossa 2 on päällekkäisissä lämmönsiirtolevyissä 1 olevien, keskenään 90° kulman muodostavien urien suunnat osoitettu ehyin viivoin 11 ja katkoviivoin 12. Lämmönvaihdinta konstruoitaessa voidaan urien suunnat ja niiden välinen kulma kuitenkin valita vapaasti, ja niinpä kuvioissa 3 ja 4 onkin esitetty kaksi vaihtoehtoista lämmönvaihdinta, joissa päällekkäisissä lämmönsiirtolevyissä 1 olevat urat 11 ja 12 on suunnattu kuviossa 2 esitetystä poikkeavasti. Muutoin nämä läm-mönvaihtimet ovat samanlaisia kuin kuvioissa 1 ja 2 esitetty 1ämmönvaihdin ja ne on konstruoitu täsmälleen samoista poimu-| ·'. levyä olevista pyöreistä lämmöns i i r to 1 e vy i s tä .

Kuvioissa 5 ja 6 on esitetty esimerkkeinä keksinnön mukaises-.. . ti säännöllisen monikulmion muotoisista lämmönsiirtolevyistä ‘ konstruoitavista levylämmönvaihtimista kaksi lämmönvaihdinta, joissa on käytetty säännöllisen kahdeksankulmion muotoisia lämmönsiirtolevy jä 1. Lämmönsi irto 1 evy t ovat kummassakin tapauksessa samanlaisia, ja kuvion 5 mukaisessa lämmönvaihti-messa ne on pinottu siten, että päällekkäisissä levyissä olevien urien 11 ja 12 välinen kulma on 90° ja kuvion 6 mukaisessa lämmönvaihtimessa siten, että päällekkäisissä levyissä olevien urien 11 ja 12 välinen kulma on 45°.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutus muodot eivät rajoitu edellä esitettyihin esimerkkeihin vaan voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puit--.· teissä. Niinpä lämmönsiirtolevyt 1 voivat olla muodoltaan muunkinlaisia kuin pyöreitä tai kahdeksankulmaisia; esim.

6 79409 säännöllisen viisikulmion muotoiset lämmönsiirtolevyt ovat pinottavissa päällekkäin siten, että levyjen urat tulevat valinnan mukaan 36° tai 72° kulmaan toisiinsa nähden. Edelleen voidaan variaatiomahdollisuuksia lisätä sillä, että monikulmion muotoiset lämmönsiirtolevyt leikataan poimulevys-tä siten, että urien suunta poikkeaa levyn sivujen suunnista, ja pinoamisvaiheessa joka toinen levy asetetaan pinoon ylösalaisin käännettynä.

Claims (10)

1. Menetelmä lämmönvaihtimen konstruoimiseksi, jossa menetelmässä keskenään oleellisesti samanlaisia uritettuja läm-mönsiirolevyjä (1) ladotaan toinen toisensa peittävästi päällekkäin ja levyvälit kytketään sivuiltaan lämmönsiirtoon osallistuvien aineiden tulo- ja poistojohtoihin (5,6,7,8) siten, että joka toisen levyvälin kautta tulee kulkemaan lämpöä luovuttavan aineen virtaus ja joka toisen levyvälin kautta lämpöä vastaanottavan aineen virtaus, tunnettu siitä, että lämmönsiirtolevyt (1) asetetaan päällekkäin siten, että eri levyissä olevat urat (11,12) tulevat haluttuun, virtausten painehäviöt ja lämmönsiirtokertoimen määräävään kulmaan toisiinsa nähden, jota varten menetelmässä käytetään oleellisesti pyöreitä lämmönsiirtolevyjä tai säännöllisen monikulmion muotoisia lämmönsiirtolevyjä, joissa urien suunta on sellainen, että päällekkäisten levyjen urat ovat valinnan mukaan asetettavissa ristikkäin ainakin kahteen erilaiseen kulmaan toisiinsa nähden.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmönvaihdin konstruoidaan pyöreistä lämmönsiir- .··. tolevyistä (1), jolloin levyjen urien (11,12) välinen kulma - on valittavissa portaattomasti väliltä 0-90°.

3. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen menetelmä, t u n-n e t t u siitä, että päällekkäin ladotut lämmönsiirtolevyt (1) hitsataan tai juotetaan reunoiltaan kiinni toisiinsa yhdeksi kiinteäksi kokonaisuudeksi.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että levypinon sivuille muodostetaan pareittain joka toiseen levyväliin avoinna olevat kammiot (4) niin, että lämmönsiirtoon osallistuvat aineet ovat johdetta-vissa tulojohdoista (5,7) kumpikin oman kammionsa kautta le-vyväleihin ja niistä edelleen kumpikin oman kammionsa kautta poistojohtoihin (6,8). 8 79409

5. Jonkin edellisen patenttivaatimusten mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että levypinon alle ja päälle sijoitetaan päätylevyt (9), jotka jännitetään vetotangoi11 a (10) toinen toisiinsa.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisesti konstruoitu lämmönvaihdin, joka käsittää päällekkäisiä, keskenään oleellisesti samanlaisia uritettuja lämmönsiirto1evyjä (1) sekä lämmönsiirtoon osallistuvien aineiden tulo- ja poisto-johdot (5,6,7,8) jotka on kytketty levypinon sivulle siten, että joka toisen levyvälin kautta on johdettavissa lämpöä luovuttavan aineen virtaus ja joka toisen levyvälin kautta lämpöä vastaanottavan aineen virtaus, tunnettu siitä, että lämmönsiirtolevyt (1) ovat oleellisesti pyöreitä ja pinottuina siten, etä päällekkäisissä levyissä olevat urat (11,12) sijaitsevat toistensa suhteen ristikkäin.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisesti konstruoitu lämmönvaihdin, joka käsittää keskenään oleellisesti samanlaisia uritettuja lämmönsiirtolevyjä (1) ladottuina päällekkäin tasasivuiseksi pinoksi sekä lämmönsiirtoon osallistuvien aineiden tulo- ja poistojohdot (5,6,7,8), jotka on kytketty levypinon sivuille siten, että joka toisen levyvälin kautta on johdettavissa lämpöä luovuttavan aineen virtaus ja joka toisen levyvälin kautta lämpöä vastaanottavan aineen virtaus, ' tunnettu siitä, että lämmönsiirtolevyt (1) ovat sään nöllisen monikulmion muotoisia ja pinottuina siten, että päällekkäisissä levyissä olevat urat (11,12) muodostavat keskenään kulman, joka on suurempi kuin 0° mutta pienempi kuin 90° .

7 79409

8. Patenttivaatimusten 6 tai 7 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että lämmönsiirtolevyt (1) on sidottu : reunoiltaan kiinni toisiinsa niin, että lämmönvaihdin muodos taa yhden kiinteän kokonaisuuden.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että levypinon sivuille on muodostettu pareittain vastapäiset, joka toiseen levyväliin avoinna 9 79409 olevat kammiot (4) sekä lämpöä luovuttavalle että sitä vastaanottavalle aineelle siten, että aineiden johtaminen tulo-johdoista (5,7) levyväleihin ja niistä edelleen poistojohtoi-hin (6,8) tapahtuu mainittujen kammioiden kautta.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 6-9 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että levypinon alla ja päällä on päätylevyt (9), jotka on jännitetty toinen toisiinsa levy-pinon sivuillla sijaitsevien vetotankojen (10) avulla. 10 79409