FI83136B - Vaermevaexlare. - Google Patents

Description

1 83136

LAMMÖNVAIHDIN

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty lämmönvaihdin.

5 Haluttaessa saada aikaan lämmönvaihtimelle hyvä lämmönvaihto tilavuusyksikköä kohti on olemassa kolme tärkeää tekijää olettaen, että käytettävien kahden lämmönvaihtovällaineen laatu, niiden tilavuusvirtaukset ja niiden tulolämpötilat ovat tunnettuja. Ensiksi läm-10 mönvaihtimen lämmönvaihtoon vaikuttavana tekijänä on lämpöä johtavien väliseinien, jotka erottavat väliaineet toisistaan, väliaineen kanssa kosketuksissa olevien pintojen pinta-alat, toiseksi niiden teiden pituus, joita pitkin lämpö johdetaan väliaineilla väliseinien 15 läheisyyteen, niiden sisällä ja sieltä pois sekä kana vissa vallitsevat prosentuaaliset kokonaislämpötilaerot.

Tavanomaiset putki- tai levylämmönvaihtimet, jotka hallitsevat täysin nykyisiä markkinoita, toimivat lämmönvaihdinväliaineiden turbulenttisella virtauksella. 20 Täten virtaustiellä, kanavassa tai vastaavassa putkessa, jonka läpi väliaine virtaa, on turbulenttisen virtauksen keskialue, jonka sisällä lämpötila on suhteellisen vakio ja tasainen koko alueella, kun taas virtauskanavan rajaavien seinien vieressä, jotka seinät muodostavat 25 lämmönvaihtoväliaineet toisistaan erottavat väliseinät, tavataan olennaisen laminaarin virtauksen ohuet raja-kerrokset. Koska virtauskanavan seinämateriaalin lämmön-johtavuus on paljon suurempi kuin väliaineen ja lämpötilaero turbulenttisen virtauksen keskialueen sisällä on 30 pieni, pääosa kokonaislämpötilaerosta on laminaarisen rajakerroksen yli. Sen tähden pääosa toimenpiteistä, joita turbulenttisen virtauksen oroaavissa läromönvaih-timissa tehdään niiden lämmönvaihdon tehokkuuden parantamiseksi, on kohdistettu ylläpitämään ohutta laminaa-35 risen virtauksen rajakerrosta ja takaamaan hyvä tur-bulenttisuus keskialueella. Tämän vuoksi kanaviin on järjestetty erilaisia virtausesteitä.

2 83136

Turbulenttisen virtauksen periaatteen mukaisesti toimivilla putki- ja levytyyppisillä lämmönvaihtimil-la on lukuisia epäkohtia. Koska turbulenttisen virtauksen keskialue kanavissa ottaa suuren osan kokonaistila-5 vuudesta, lämpöä siirtävän väliseinän se alue, joka on kosketuksessa lämmönvaihtoväliaineiden kanssa, on suhteellisen pieni tilavuusyksikköä kohti laskettuna. Teoreettisesti katsottuna on mahdollista aikaansaada suurempi kosketuspinta-ala lämmönvaihtoväliaineiden ja 10 niitä erottavien seinien välille tekemällä virtauskana-vat mahdollisimman pieniksi, olivatpa virtauskanavat poikkileikkaukseltaan ympyrän tai muun muotoisia putkia tai muodostettuna levyjen välissä olevista onteloista. Kovin pitkälle tällaista koon pienentämistä ei voi 15 kuitenkaan jatkaa, koska se johtaa ei-hyväksyttäviin paineen alenemisiin ja myös valmistusongelmiin ja korkeisiin tuotantokustannuksiin. Lisäksi jo nykyiset hankalat väliaineiden väliset tiivistysongelmat pahenevat. Nykyiset putki- ja levylämmönvaihtimet ovat alttii-20 ta korroosiolle eivätkä ne kestä suuria paineita, mikä johtuu suhteellisen ohuista seinämistä lämmönvaihtoväliaineiden välillä. Lisäksi tällaisissa lämmönvaih-timissa on lukuisia kohtia, joissa tiivistys on välttämätön, jolloin väliaineiden välille muodostuu suuri 25 vuotoriski. Näistä heikkouksista johtuen tavallisesti käytetään ruostumatonta terästä ja helposti juotettavia syöpymättömiä kupariseoksia, kun taas alumiiniseoksia ei käytetä niiden alhaisemmasta hinnasta huolimatta.

Käytännön toteutuksia sellaisista lämmönvaih-30 timista, joissa lämmönvaihtoväliaineilla on laminaari-virtaus koko kanavan poikkileikkauksella ilman turbulentista keskialuetta, tunnetaan markkinoilla hyvin vähän ja vain muutama sellainen lämmönvaihdin on löydettävissä patenttikirjallisuudesta. Tällaisessa laminaari-35 tai viskoosivirtauslämmönvaihtimessa, johon ryhmään keksintökin kuuluu, on yritetty saada lämmönvaihtoväli-aineille virtauskanavat, joiden poikkileikkausten mitat I: 3 83136 ovat sellaiset, että väliainevirtaus kanavien läpi on olennaisesti laminaari koko sen poikkileikkauksessa. Tällöin lämmönsiirto virtaavan väliaineen ja kanavan seinien välillä tapahtuu poispäin kanavan jokaisesta 5 kohdasta tai vastaavasti toisinpäin niin, ettei käytetä hyväksi keskenään erilaisten lämpötila-alueiden sekoittumista. Pienentämällä suuresti kanavien poikkileikkaus-mittoja lämmönsiirtosuunnassa eri suorassa kulmassa kanavien lämmönsiirtoseinien suhteen, on mahdollista 10 saada aikaan sekä lyhyet lämmönjohtotiet että suuri kosketuspinta-ala väliaineen ja kanavaseinien välille, josta olisi seurauksena hyvä lämmönsiirto ja lämmön-vaihtotehd. Poikkileikkausmitoiltaan hyvin pienistä virtauskanavista aiheutuu kuitenkin yleensä esimerkiksi 15 seuraavia vaikeita ongelmia: - Paineen aleneminen on suuri ja hyvin riippuvainen viskositeetista. Samoin paineen aleneminen lisääntyy voimakkaasti kanavien poikkileikkausmittoja pienennettäessä johtuen kanavissa muodostuvista saostumista, 20 jotka äärimmillään voivat johtaa kanavien tukkeutumiseen.

- Pienistä mitoista johtuen kanavat ovat hankalia puhdistaa ja käytettävästä väliaineesta riippuen kanavat voidaan joutua puhdistamaan usein, jotta tukkeutuminen 25 estetään.

- Mahdollisesti on sekä vaikeaa että kallista valmistaa niin pieniä kanavia riittävällä tarkkuudella.

Kun virtauskanavien poikkileikkausmitat ovat hyvin pieniä ja väliaineella on laminaarinen virtaus, 30 seuraa tästä muita ongelmia, jotka ovat enemmän periaatteellisia ja jotka ovat vaikeammin huomattavissa. Esimerkiksi, kun yritetään saada suuri kosketuspinta-ala väliaineiden ja kanavaseinien välille samalla, kun yritetään vähentää pienimpään mahdolliseen kahden väli-35 aineen välillä olevien tiivistyspaikkojen lukumäärä, lämmönjohtumistiet kanavaseinissä ja seinien lämmön-johtumisvastus helposti kasvavat voimakkaasti. Tästä voi 4 83136 seurata, että pääosa kokonaislämpötilaerosta suuntautuu seiniin niin, että vain vähäinen lämpötilaero kohdistuu kanavissa virtaaviin väliaineisiin, mikä estää suuren lämpömäärän siirron väliaineiden ja niiden kanssa kos-5 ketuksissa olevien kanavaseinien välillä. Täten tällaisten lämmönvaihtimien mitoitus riippuu olosuhteiden optimoinnista, mitä ei ole aiemmin tyydyttävästi tutkittu tai huomioitu. Lisäksi on olemassa ongelma, joka liittyy tiettyyn virtaukseen ja lämpötilan jakaantumi-10 seen, mikä esiintyy virtaavassa väliaineessa sen kulkiessa olennaisesti täysin laminaarisena pienet poikki-leikkausmitat omaavan virtauskanavan läpi. Seuraavassa pohditaan tätä ongelmaa, jonka seurauksena voi myös olla suuresti heikentynyt lämmönsiirto virtaavan väli-15 aineen ja kanavaseinien välillä, mikäli vastatoimenpiteisiin ei ryhdytä.

Ruotsalainen patenttijulkaisu 7307165-6 on yksi niistä harvoista julkaisuista, joissa on kuvattu edellä esitetyn kaltainen laminaarivirtauslämmönvaihdin, 20 jollaisiin keksinnön mukainenkin lämmönvaihdin kuuluu. Ruotsalaisessa patenttijulkaisussa kuvattua lämmönvaih-dinta rasittavat kuitenkin monet hyvin vakavat ongelmat eikä se tuo ratkaisua edellä mainittuihin ongelmiin.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada paran-25 nettu lämmönvaihdin, joka on edellä kuvattua viskoosi-lämmönvaihdintyyppiä. Keksinnön mukainen lämmönvaihdin tuo tehokkaita ratkaisuja niihin ongelmiin, joita kohdataan laminaarivirtauslämmönvaihdinten yhteydessä ja verrattaessa sitä nykyisin tavanomaisiin turbulenttisen 30 virtauksen omaaviin putki- ja levyläramönvaihtimiin se tarjoaa merkittäviä ja tärkeitä etuja, kuten esim.: - suuri lämmönvaihto tilavuusyksikköä kohden, - hyvä yleinen paineenkestävyys sen ollessa konstruoitu kestämään hyvin suuria paineita vain pienin lisäkustan- 35 nuksin, - suuri varmuus siitä, ettei väliaineen vuotamisia tapahdu, koska vuotoja aiheuttavia hitsattuja tai kova- 5 83136 juotettuja liitoksia ei tarvita ja koska väliaineiden välillä on vain vähän paikkoja, joissa tiivistys on tarpeen. Molemmat väliaineet voidaan helposti sulkea niin, että tiivistysvirhe on helposti havaittavissa ja 5 ulos vuotavat läromönvaihtoväliaineet voidaan kerätä lämmönvaihtimen ulkopuolelta niin, ettei ole vaaraa nesteen vuotamisesta toiseen väliaineeseen.

- Suuri varmuus siitä, ettei lämmönvaihtovällaineiden välistä vuotoa tapahdu, koska niiden välille voidaan 10 asettaa paksut väliseinät, jonka ansiosta on mahdollista vähentää syöpymättömän materiaalin määrää.

- Suuri valinnan vapaus käytettyjen materiaalien suhteen, koska sellaisen materiaalin tarve, jota voidaan hitsata, kovajuottaa tai juottaa ja joka kestää syö- 15 pymistä, on suhteellisen vähäinen. Suhteellisen vapaa materiaalin valinta mahdollistaa lämmönvaihdinten helpon toteutettavuuden erityisen hankalilla aloilla ja erikoisaloilla. Alumiini on sopiva materiaali käytettäväksi keksinnön mukaisissa lämmönvaihdintoteutuksissa.

20 - Hyvät huolto-ominaisuudet, koska vlrtaavien väliainei den kanssa kosketuksissa olevat lämmönsiirtopinnat voidaan yleensä tehokkaasti puhdistaa ja tarkastaa.

- Yksinkertainen ja kompakti rakenne, joka voidaan sovittaa erilaisiin lämmönvaihdintarpeisiin ja sovelluk- 25 siin suhteellisen pienin kustannuksin, mikä yhdessä melko vapaan materiaalien valinnan kanssa, esim. alumiini, ja vapaasti valittavan tuotantotekniikan avulla mahdollistaa pienet tuotantokustannukset energiayksikköä kohden.

30 - Hyvät mahdollisuudet valmistaa tasalaatuisia lämmön- vaihtimia pitkälle automatisoitujen ja tehokkaiden menetelmien avulla, joita voidaan helposti valvoa.

- Hyvä sopivuus sekä keski- että pieniteholuokkiin.

- Tasainen lämmönvaihtoteho, johon lämmönvaihtoväli-35 aineiden tilavuusvirtaus ei suuresti vaikuta. Tietyissä tapauksissa tällöin tarvittavan kalliin nesteen, esim. kulutetun jäähdytysveden, määrää voidaan pienentää.

6 83136

Suuri paine voidaan myös estää ohitusventtiilien avulla suuremmin vaikuttamatta lämmönvaihtotehokkuuteen. Tämän seurauksena käyttökustannukset ovat pienet.

- Hyvät mahdollisuudet valmistaa taloudelliselta kannal-5 ta optimaalisia lämmönvaihtimia, esim. lämpöpumppujärjestelmiä, ja näin parantaa koko järjestelmän tehokkuutta ja taloudellisuutta. Periaatteessa tämä johtuu siitä, että toisen lämmönvaihtovällaineen lähtölämpötila voi olla suhteellisen lähellä toisen lämmönvaihtovällaineen 10 tulolämpötilaa.

Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan vaatimusosaan.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 15 kuvat la ja Ib esittävät kaaviomaisesti ja vastaavassa numerojärjestyksessä virtauskanavassa virtaavan väliaineen laminaarivirtauksen nopeus- ja lämpötilajakaumaa, kuva 2 on käyrä, joka esittää väliaineen ja kanavasei-nien välistä lämmönsiirtoa etäisyyden funktiona virtaus-20 kanavan sisääntulosta kuvien la ja Ib mukaisessa väliaineen laminaarivirtauksessa, kuvat 3a ja 3b esittävät kaaviomaisesti keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen virtauskanavien kahta keskenään erilaista sovellusta, joilla aikaansaadaan hyvä lämmön-25 siirto virtaavan väliaineen ja kanavaseinien välille, kuvat 4a ja 4b ovat mainitussa järjestyksessä kaaviomai-nen osittainen säteittäinen leikkauskuva ja osittainen aksiaalinen leikkauskuva keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen ensimmäisestä sovelluksesta, 30 kuva 4c esittää kaaviomaisesti toisen väliaineen vir-tauskuviota kuvien 4a ja 4b esittämässä lämmönvaihtimes-sa, kuvat 5a, 5b ja 5c esittävät kaaviomaisesti kuvien 4a-4c tavoin keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen toista 35 sovellusta, kuvat 6a, 6b ja 6c esittävät kaaviomaisesti kuvien 4a-4c tavoin keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen kolmatta 7 83136 sovellusta, kuvat 7a, 7b ja 7c esittävät kaaviomaisesti kuvien 4a-4c tavoin keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen neljättä sovellusta, 5 kuva 8 esittää kaaviomaisesti ja esimerkinomaisesti keksinnön mukaisen levylämmönvaihtimen yhtä sovellusta, kuvat 9a, 9b ja 9c esittävät kaaviomaisesti keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen sovellusta lämmön vaihtamiseksi nestemäisen ja kaasumaisen väliaineen välillä, 10 kuva 10 on kaaviokuva, osittainen perspektiivikuva, keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen siitä osasta, jossa lämmönvaihto tapahtuu, ja tätä kuviota käytetään hyväksi kuvaamaan lämmönvaihtimen toimintatapaa ja mitoitusta ja kuvat 11-15 ovat graafisia esityksiä, joita käytetään 15 hyväksi kuvaamaan lämmönvaihtimen niitä mitoitusperiaatteita, joihin tämä keksintö perustuu.

Keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen sovellus, joka on esitetty kuvissa 4a ja 4b, on sylinterin muotoinen ja siihen kuuluu kaksi päätyseinää 1 ja 2 sekä 20 sylinterimäinen ulkokuori 3, jonka päät on tiiviisti liitetty yhteen vastaavan päätyseinän kanssa. Pääty-seinät ja näin ollen vaihdin kokonaisuudessaan pidetään koossa pultin 4 avulla, joka kulkee lämmönvaihtimen läpi sen keskellä päätyseinien välissä ja joka on kier-25 retty paikalleen sen sisään. Rengasmainen tila, joka sijaitsee ulkokuoren 3 ja pultin 4 välissä, on jaettu sylinterimäisen, läpäisemättömän jakoseinän 5 avulla, jolla seinällä on hyvä läromönjohtavuus, kahteen samankeskiseen rengasmaiseen kammioon A ja B, ja molemmat 30 väliseinän 5 päät on tiiviisti liitetty yhteen vastaavan päätyseinän kanssa. Kammiot A ja B toimivat virtaus-tiloina väliaineille Ma ja Mb vastaavasti, joiden välillä lämmönvaihto on tarkoitus toteuttaa. Täten ulommalla rengasmaisella väliaineen Ma kammiolla A on tulo (ei 35 esitetty kuvassa) päätyseinässä 2 ja lähtö 6 päätyseinässä 1, kun taas väliaineen Mb kammiolla B vastaavasti on tulo päätyseinässä 1 ja lähtö 7, joka on esitetty 8 83136 katkoviivoin, päätyseinässä 2. Näin ollen kammion A toisessa päässä on rengasmainen tulotila 8 ja kammion toisessa päässä vastaava rengasmainen lähtötila 9. Vastaavasti kammiolle B on tulotila 10 päätyseinän 1 5 vieressä ja lähtötila 11 päätyseinän 2 vieressä.

Väliaine Ma virtaa tulotilasta 8 lähtötilaan 9 kammiossa A läpi suuren virtauskanavajoukon, jotka on kytketty virtaussuunnassa rinnakkain. Kuvatussa sovelluksessa nämä virtauskanavat on muodostettu tekemällä 10 sylinterimäisen väliseinän 5 ulkopinnalla suuri joukko keskenään yhdensuuntaisia, olennaisesti rengasmaisia vaippoja tai kanavaseiniä 12, jotka muodostavat niiden väliin urämaiset, kapean suorakulmaisen poikkileikkauksen omaavat virtauskanavat 13, jotka sijoittuvat olen-15 naisesti säteittäin väliseinän ympärille. Väliaine Ma tuodaan tulotilasta 8 näihin virtauskanaviin 13 jakelukanavien 14 joukon, kuvatussa sovelluksessa neljän jakelukanavan, kautta (kuva 4a), jotka kanavat 14 kulkevat akselin suuntaisesti tulotilasta 8 laippojen 12 20 läpi ja päättyvät ulottumatta lähtötilaan 9. Uramaisista kanavista 13 väliaine Ma viedään lähtötilaan 9 kokooja-kanavien 15 vastaavan joukon kautta (kuva 4a), jotka kokoojakanavat kulkevat akselin suuntaisesti lähtötilasta 9 laippojen 12 läpi ja päättyvät ennen tulotilaa 8. 25 Näin virtauksen Ma kulkukaavio on kuvassa 4c kaavio-maisesti kuvatun kaltainen, eli tulotilasta 8 akselin suuntaisiin jakelukanaviin 14, josta väliaine virtaa kehämäisten, uramaisten virtauskanavien 13 kautta (yksinkertaisuuden vuoksi ei esitetty kuvassa 4c) akselin 30 suuntaisiin kokoojakanaviin 15 ja kanavien kautta lähtö-tilaan 9. Kun väliaine Ma virtaa kapeiden uramaisten virtauskanavien 13 läpi, lämpöä siirtyy väliaineen Ma ja kanavaseinien 12 materiaalin välillä. Seinät on toteutettu kiinteästi sylinterimäisen väliseinän 5 35 rakenteeseen liittyvinä ja näin ne ovat sen kanssa hyvässä lämmönsiirtoyhteydessä.

Väliaineen Mb virtauskanavat rengasmaisen sisä- 9 83136 kammion B läpi on muodostettu vastaavalla tavalla varustamalla sylinterimäisen väliseinän 5 sisäpinta suurella joukolla rengasmaisia laippoja 16, jotka muodostavat ja rajaavat välissä olennaisesti kehämäisesti sijoittuvat 5 uramaiset virtauskanavat 17. Väliaine Mb viedään näihin kanaviin tulotilasta 10 akselin suuntaisten jakelukanavien 18 kautta (kuva 4a), jotka kulkevat tulotilasta 10 laippojen 16 läpi ja päättyvät ennen lähtötilaa 11. Virtauskanavista 17 väliaine Mb viedään lähtötilaan 11 10 akselin suuntaisten kokoojakanavien 19 läpi, jotka kulkevat lähtötilasta 11 laippojen 16 läpi ja päättyvät ulottumatta tulotilaan 10. Kun väliaine Mb virtaa ura-maisten virtauskanavien 17 läpi, lämpöä siirtyy väliaineen ja laippojen tai kanavaseinien 16 välillä kanava-15 seinien ollessa hyvässä lämmönsiirtoyhteydessä sylinterimäisen väliseinän 5 kanssa. Näin aikaansaadaan lämmön-vaihto kanavaseinien 13 ja 16 sekä nestettä läpäisemättömän sylinterimäisen väliseinän 5 kautta kahden väliaineen Ma ja Mb välillä.

20 Kammiossa B virtauskanavien 17 rajat määrätään säteittäisesti sisäänpäin istukalla 20, joka on sijoitettu etäisyydelle pultin 4 ulkopinnasta niin, että istukan 20 ja pultin 4 väliin muodostuu rengasmainen tila 21. Tila toimii väliaineen Mb ylivirtauskanavana 25 ja se on tavallisesti suljettu jousitetulla sulkuren-kaalla tai venttiilirenkaalla 22, joka avautuu, kun paineen aleneminen virtaustiellä tulotilasta 10 lähtö-tilaan 11 ylittää ennalta määrätyn arvon.

Kanavaseinät 12 ja 16 voivat koostua erillisis-30 tä rengasmaisista, väliseinällä 5 olevista keskenään yhdensuuntaisista laipoista tai ne voidaan muodostaa verkkomaisella laipalla, joka kulkee sylinterimäisen väliseinän 5 kumpaakin puolta pitkin.

Kuten havaitaan, lämmönvaihdin muodostaa suuren 35 kosketuspinta-alan ja samalla lämmönsiirtopinta-alan väliaineiden Ma ja Mb sekä vastaavasti kanavaseinien 12 ja 16 välille kanavaseinien ollessa hyvässä lämmönsiir- ίο 83136 toyhteydessä sylinterimäisen väliseinän 5 kanssa. Samoin vuotoriski väliaineiden välillä on hyvin pieni, koska väliseinä 5 muodostaa yhtenäisen rakenteen, jossa ei ole liitoksia ja koska väliseinän paksuus voi olla 5 sellainen, että seinän syöpyminen korroosion vaikutuksesta on lähes mahdotonta. On vain kaksi tiivistyspaik-kaa väliseinän 5 päissä. Nämä tiivisteet voivat edullisesti olla kaksoistiivisteitä (yksi kumpaakin väliainetta varten), joiden välissä on kanava 63, johon 10 vuoto tapahtuu ja josta se voidaan helposti viedä valvottavaan paikkaan lämmönvaihtimen ulkopuolelle vuodon kokoamista ja ilmaisemista varten. Tällä tavalla on mahdollista estää väliaineiden vuotaminen toistensa joukkoon, vaikka väliseinän 5 päihin järjestetyt tiivis-15 teet vioittuisivat.

Kuva 10 on periaatteellinen, kaaviomainen läpi-leikkauskuva keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen (esim. kuvat 4a - 4c) siitä osasta, jossa lämmönvaihto tapahtuu. Kuvassa 10 on väliseinä 5, jonka toinen puoli on 20 varustettu laipoilla tai kanavaseinillä 12, jotka rajaa-vat välilleen uramaiset kanavat 13 toiselle väliaineelle Ma, kun taas väliseinän toinen puoli on varustettu samalla tavalla laipoilla tai kanavaseinillä 16, jotka rajaavat välilleen kanavat 17 toiselle väliaineelle Mb. 25 Kuvassa 10 virtauskanavien leveys väliseinien 5 kanssa samansuuntaisesti katsottuna on merkitty viitteellä s, virtauskanavien korkeus suorassa kulmassa väliseinään 5 nähden, joka korkeus on eama kuin kanavaseinien korkeus, on merkitty viitteellä h, kanavaseinien paksuus viit-30 teellä t ja väliseinän 5 paksuus on merkitty viitteellä 2v, joita viitteitä käytetään myös seuraavassa kuvauksessa. Virtauskanavien pituutta virtaussuunnassa on merkitty viitteellä L. Keksinnön mukaisessa lämmön vaihtimessa virtauskanavat on mitoitettu niin, että 35 väliaineen virtaus niissä on olennaisesti laminaari virtauskanavien koko poikkileikkauspinta-alassa. Lämpöä siirretään yhdestä väliaineesta toiseen kuvan 10 nuolien i! 11 83136 mukaisesti johtamalla lämpöä aluksi toisesta väliaineesta johtamiskanavien suhteen poikittaissuunnassa ja ulos kohti kanavaseiniä, minkä jälkeen lämpö johdetaan kana-vaseinien läpi väliseinään ja siitä toisen väliaineen 5 virtauskanavien välisiin kanavaseiniin. Kanavaseinistä lämpö johdetaan niihin ja virtauskanaviin nähden poikittaissuunnassa virtaavaan väliaineeseen.

Kun lämpöä johdetaan väliaineesta toiseen lämmönvaihtoprosessissa, voidaan lämpöenergialle ja 10 siirrettävälle lämmölle kirjoittaa seuraava perusyhtälö: 15 P = A . -f- . λ (1) jossa A on alue, jonka läpi lämpö johdetaan, δΤ on lämmönjohtumistiellä 1 oleva lämpötilaero ja λ on läm-20 mönjohtavuus lämmön johtumistiellä. Lämmönvaihtimessa on aina ainakin kaksi väliainetta ja nämä erottava väliseinä.

Kahden väliaineen lämmönjohtavuus on kulloistakin tarkoitusta varten määrätty arvo samoin kuin väli-25 aineiden lämpötilaero ennen lämmön vaihtumista niiden välillä ja useissa tapauksissa myös lämmönvaihdon jälkeen. Tämän vuoksi ainoat lämmönvaihtimen parametrit, joita voidaan muuttaa tai joihin voidaan vaikuttaa, ovat: kokonaislämpötilaeron jakautuminen väliaineiden *·;; 30 välillä ja väliseinän yli; väliseinän valmistusmateriaa li; ja seinän paksuus ja sen tehollinen pinta-ala, so. väliseinän se pinta-ala, jonka kanssa väliaineet ovat kosketuksessa. Väliaineiden lämmönsiirtoteihin voidaan vaikuttaa väliaineiden virtauskaavion valinnalla ja 35 sillä aikaansaadulla vaikutuksella.

Jotta päästään pieniin lämmönsiirtokustannuk-siin, kokoon, painoon jne., lämmönvaihtimena on oltava hyvä lämmönsiirtoteho P, jäljempänä siirretty lämpö tilavuusyksikköä V kohti, samoin kuin hyväksyttävät 40 arvot paineen kestävyydessä ja paineen alenemassa. Keksinnön mukaisessa lämmönvaihtimessa virtauskanavien leveyden s pieneneminen aiheuttaa väliaineessa lämmön- 12 831 36 siirtotien pienenemisen ja väliaineiden kosketusalueen kasvamisen kanavaseinien kanssa. Siksi keksinnön mukaisessa lämmönvaihtimessa virtauskanavien leveyden s tulee olla mahdollisimman pieni samalla ottamalla huomioon 5 tukkeiden esiintymisvaara, joka johtuu virtaavissa väliaineissa olevista hiukkasista ja saostumista, joita helposti kertyy kanavaseinille. Käytännössä sopiva kanavien leveys on n. 1,5 mm ja sitä pienempi. Lämmönvaihtimen seinärakenteen pinnat, joiden kanssa väli-10 aineet ovat kosketuksissa, voidaan keskenään tehdä eri suuruisiksi päin vastoin kuin tavallisesti on asianlaita turbulenttisen virtauksen omaavissa lämmönvaihtimissa. Lisäksi keksinnön mukaisissa lämmönvaihtimissa seinä-rakenteen lämmönsiirtotie on suhteellisen pitkä, nimit-15 täin kanavaseinien sisällä niin, että lämpötilaero tai lämpötilan lasku seinärakenteen lämmönsiirtotiellä on yleensä samaa suuruusluokkaa kuin lämpötilaerot tai lämpötilan laskut kahden väliaineen lämmönsiirtoteillä. Kuten yleisesti, väliseinän 5 paksuus 2v tulee olla 20 valittu huomioon ottaen seinän haluttu mekaaninen lujuus ja sen syöpymiskestävyys, jne, vaikka keksinnön mukaisessa lämmönvaihtimessa väliseinä voi olla suhteellisen paksu, koska sillä on vain melko vähäinen vaikutus lämmönvaihtimen kokonaistilavuuteen.

25 Haluttaessa optimi siirretty lämpö P tilavuus- yksikköä V kohti on mahdollista valitun kanavaleveyden s, käytettyjen tuotantotekniikoiden ja virtaavien väliaineiden ominaisuuksien perusteella laskea optimaalinen virtauskanavan korkeus h ja samalla optimaalinen kanava- 30 seinän korkeus sekä optimaalinen kanavaseinän paksuus t, ja kanavan leveys s valitaan ottamalla huomioon edellä kuvattu kanavien tukosten vaara sekä valmistuskustannukset. Laskelmat voidaan tehdä yhtä väliainetta varten kerrallaan koskien lämmönsiirtoa väliaineen ja 35 väliseinän keskitason välillä.

Tällöin on yllättäen havaittu, että kanava-seinien optimipaksuus on riippumaton virtauskanavien 13 831 36 leveydestä. Kanavien optimipaksuus voidaan riittävällä tarkkuudella ilmaista lausekkeella topt “ 2h f-y*- (2) 10 jossa t = kanavaseinän paksuus (m) h « virtauskanavan ja samalla kanavaseinän korkeus (m) λ = kanavan seinämämateriaalin lämmönjohtavuus (W/mK) 15 Am= virtaavan väliaineen lämmönjohtavuus (W/mK).

Jos kanavaseinien paksuus on samalla optimoitu yhtälön (2) mukaisesti, on mahdollista laskea virtaus-kanavien ja samalla kanavaseinien optimikorkeus seuraa-20 valla yhtälöryhmällä H3 + Ha (S + 1,5) - 0,5 Sa = 0 s - w- {-%— <3> 35 .

jossa v = puolet väliseinän (5 kuvassa 10) paksuudesta (m), . ja H ja S ovat dimensiottomia suureita.

Yhtälöryhmän ratkaisu voidaan esittää kuvassa - 40 li esitetyn käyrän avulla.

..r Edellä esitettyjen optiroiarvojen mukaisesti virtauskanavien korkeudeksi h ja kanavaseinien paksuudeksi t saadaan suhteellisen pienet arvot. Optimiarvojen molemmin puolin on kuitenkin suhteellisen laaja alue, 45 jonka sisällä lämmönvaihdon määrä tilavuusyksikköä kohti pienenee hitaasti. Täten voidaan käyttää suurempaa kanavakorkeutta ja suurempaan kanavaseinän paksuutta ilman, että pienennetään voimakkaasti lämmönvaihdon määrää tilavuusyksikköä kohden.

50 Kanavaseinien paksuuden t muutoksen vaikutus lämmönvaihtotehoon optimiarvosta t«,*»« voidaan kuvata kuvassa 12 esitetyillä käyrillä. Tässä kuvassa (P/V) = lämmönvaihto tilavuusyksikköä kohti “ 83136 <P/V)W= lämmönvaihto tilavuusyksikköä kohden silloin, kun kanavaseinien paksuus t on optimipaksuus.

Virtauskanavien tai kanavaseinien korkeuden h 5 poikkeamien vaikutus voidaan kuvata kuvassa 13 esitettyjen käyrien avulla.

Kuten kaikkien lämmönvaihdinten kohdalla, tämänkin keksinnön mukaista lämmönvaihdinta mitoitettaessa lämmönvaihtimen tulee olla sellainen, että se 10 täyttää sille aiotun tarkoituksen ja samalla tulee aikaansaada käytännöllinen ja taloudellinen ratkaisu. Siksi lämmönvaihtimen toteutus riippuu suuresti sen käyttöalueesta ja täten jopa tavanomaisten läromönvaih-timien, jotka on tarkoitettu erilaisille käyttöalueille, 15 välillä on suuria eroja. Keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen monista hyvistä ominaisuuksista huolimatta sen toteutus täytyy sovittaa käyttötarkoituksen mukaan.

Ensisijassa virtauskanavien leveys s tulee valita ottaen huomioon virtaavan väliaineen puhtausaste 20 sekä kanavaseinille muodostuvien peitteiden, esim. kalkkisaostumien, vaara. Kanavien leveydeksi valitaan käytännössä pienin mahdollinen leveys s. Väliseinän ja kanavaseinien valmistusmateriaali valitaan pääasiassa syöpymisriskien perusteella. Kun tiedetään kanavien 25 leveys ja väliseinän ja kanavaseinien materiaali, on mahdollista mitoittaa virtauskanavien ja kanavaseinien korkeus h sekä kanavaseinien paksuus t.

Lämmönvaihdinta suunniteltaessa säännön mukaisesti pyritään aikaansaamaan suuri lämmönsiirto tila-30 vuusyksikköä kohti ja samanaikaisesti ottamaan huomioon valmistuskustannukset ja käytettävissä olevat valmistusmenetelmät sekä myös sellaiset suotuisat ominaisuudet, kuten paineenkestävyys, vuotopitävyys, syöpymättömyys-ominaisuudet jne. Näiden ominaisuuksien yhtenä tarkoi-35 tuksena on halu minimoida kanavaseinien lukumäärä, mihin yleensä voidaan vaikuttaa kasvattamalla virtauskanavien ja samalla kanavaseinien korkeutta. On huomattava, että keksinnön mukaisessa lämmönvaihtimessa tavanomaisessa 15 831 36 turbulenesityyppisessä läiiunönva liitimessä vallitsevat syy-yhteydet eivät ole samoja. Esimerkiksi lämmönsiirron määrä tavanomaisessa turbulenssityyppisessä lämmönvaih-timessa kasvaa olennaisen lineaarisesti väliaineiden ja 5 niitä erottavan seinärakenteen keskinäisen kosketuspinta-alan kasvaessa. Tämä pätee myös keksinnön mukaiseen lämmönvaihtimeen, kun kosketuspinta-alaa kasvatetaan ainoastaan lisäämällä virtauskanavien lukumäärää ilman, että samalla muutetaan kanavien leveyttä ja 10 korkeutta sekä kanavaseinien paksuutta. Jos taas kosketuspinta-alaa muutetaan ainoastaan muuttamalla virtauskanavien leveyttä, korkeutta ja kanavaseinien paksuutta samalla, kun väliseinän (5 kuva 10) tehollinen pinta-ala jätetään ennalleen, tehollisen kosketuspinnan 15 ja siirretyn lämpömäärän välinen suhde ei muutu lineaarisesti. Tätä hyvin merkittävää seikkaa ei ole ymmärretty eikä otettu huomioon aiemmin kuvatuissa lämmönvaih-timissa, jotka toimivat olennaisesti kokonaan laminaa-risella virtauksella, jolloin on ehdotettu erittäin 20 epäedullisia mittoja esim. kanavakorkeudeksi ja kanava-seinän paksuudeksi.

Kuvissa 14 ja 15 esitetään graafisesti mitä tapahtuu, kun väliseinän (5 kuvassa 10) pinta-ala pidetään vakiona ja ainoastaan virtauskanavien korkeutta h • φ 25 muutetaan samalla, kun kanavaseinien paksuus t on aina optimipaksuudessaan. Kuvan 14 käyrät esittävät, miten siirretty lämpö P muuttuu mahdolliseen maksimiarvoon PnaK nähden, kun virtauskanavien korkeus muuttuu. Kuvan 15 kolme käyrää esittävät, miten siirretty lämpö tila-30 vuusyksikköä kohti P/V, siirretty lämpö P ja kosketuspinta-ala A muuttuvat virtauskanavien korkeuksien h muuttuessa, kun dimensioton suure s = 15,29.

Näistä graafisista esityksistä havaitaan, että suurin lämmönsiirtotiheys P/V saavutetaan tietenkin 35 kanavan optimikorkeudella ho,»*. Kuvan 15 käyrästö osoittaa kuitenkin myös sen, että siirretyn lämmön maksimi P„.x saavutetaan, kun suureet H ja S ovat yhtä suuret.

i6 831 36

Esimerkissä S =15,29, kuvassa 15, tämä tapahtuu silloin, kun virtauskanavien korkeus h on n. 6,1 kertaa niin suuri kuin kanavan optimikorkeus hop>t. Tällä arvolla siirretty lämpö tilavuusyksikköä kohden P/V, ns.

5 lämmönsiirtotiheys, on pudonnut n. 45 %:iin maksimiarvostaan. N. 90 % siirretyn lämmön maksimimäärästä Pn.x saavutetaan kuitenkin jo silloin, kun virtauskanavan korkeus on n. 3,1 kertaa kanavan optimikorkeus. Tällöin lämmönsiirtotiheys putoaa vain n. 73 %:iin optimiarvos-10 taan.

Kuvien 12 ja 13 käyristä voidaan huomata, että lämmönsiirtotiheys P/V laskee vain suhteellisen hitaasti optimiarvöstaan jopa silloin, kun kanavaseinän paksuus t ja korkeus h huomattavasti kasvavat optimiarvoistaan. 15 Samalla tavalla kanavaseinien paksuuden t ja korkeuden h kohtuullinen pieneneminen optimiarvostaan johtaa lämmönsiirtotiheyden suhteellisen vähäiseen pienenemiseen, 50 %:iin saakka. Täten keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen käytännöllisessä ja taloudellisessa toteut-20 tamisessa esim. valmistuskustannusten ja -tekniikoiden osalta kanavien korkeus, so. kanavaseinien korkeus, voi vaihdella aina 350 %:iin asti optimiarvostaan, vaikka ei edullisesti ylitä arvoa, jossa H = S samalla kun kanavaseinien paksuus voi vaihdella rajoissa, jotka 25 ovat n. 30 ja 500 %:n välillä ja edullisesti 100 ja 350 %:n välillä optimipaksuudesta. Virtauskanavien korkeuden ja kanavaseinien paksuuden kasvaminen n. kolminkertaiseksi optimiarvosta johtaa yleensä lämmönsiirtotiheyden pienenemiseen enintään 70 %:iin, so. 30 mainittu tiheys on yleensä suurempi kuin 50 % optimi-arvostaan, jos molemmat toimenpiteet suoritetaan samanaikaisesti. Tässä yhteydessä tulisi huomata, että kanavien optimikorkeus he*.* on yleensä hyvin pieni ja tästä johtuen kanavan optimikorkeuden käyttämisen seurauksena 35 vaaditaan suhteellisen suuri joukko kanavia ja samalla suuri joukko kanavaseiniä, jotta aikaansaadaan vaadittava tilavuus ja lämmönsiirto.

i7 831 36

Seuraavat esimerkit esittävät tyypillisiä mittoja, joihin päästään keksinnön mukaisella lämmön-vaihtimella. Esimerkit perustuvat materiaalien valinnan suhteen äärirajoihin, hyvän lämmönjohtavuuden omaavaan 5 materiaaliin, kuten esim. alumiini ( 190) ja huonon lämmönjohtavuuden omaavaan materiaaliin, kuten esim. ruostumaton teräs ( λ « 23). Esimerkeissä on valittu seuraavat aloitustiedot: s “ 0,4 mm 10 2v = 1,0 = 180 alumiinille =23 ruostumattomalle teräkselle Kt = o, 13 mineraaliöljylle Näillä arvoilla saadaan: 15 Sai = 15,29 S«f = 5,32

Kuvion 11 käyrän mukaisesti tämä puolestaan antaa tuloksen:

Hxl « 2,45 ja Hr* » 1,25, 20 josta puolestaan yhtälöryhmän (3) kolmannen yhtälön mukaan saadaan: hrtr. = 1,23 ja h. = 0,625 Optxi OptR*

Jos virtauskanavat tehdään esim. 3,25 kertaa korkeammik-25 si kuin kanavien optimikorkeudet, tulee kanavien korkeuksiksi h>.a. « 4,0mra ja hR* »2,0 mm.

Tässä tapauksessa lämmönsiirtotiheys P/V pienenee n. 70 %:iin maksimiarvostaan kuvan 15 mukaisesti. 30 Yhtälöstä (2) kanavaseinien optimipaksuudeksi lasketaan t__. = 0,209 ja vastaavasti t__. =0,301.

Optj^x Optue 35 Jos valitaan valmistuksen puolesta käytännöl lisempi ja taloudellisempi kanavaseinän paksuun, voi sopivana paksuutena olla 0.5 mm. Alumiinin kohdalla tämä vastaa kanavaseinän paksuuden kasvua 2,39 kertaiseksi ja ruostumattoman teräksen kohdalla 1,66 kertai-40 seksi. Tämä vastaa lämmönsiirtotiheyden pienenemistä ie 83136 n. 85 %:iin alumiinilla ja n. 94 %:iin ruostumattomalla teräksellä, kun otetaan huomioon mahdollinen maksimiarvo, kuten kuvassa 12 esitetään. Kun kanavakorkeuden ja kanavaseinän paksuudet ovat yllä valitut, lämmön-5 siirtotiheys alumiinilla laskee n. 59,5 %:iin ja ruostumattomalla teräksellä 65,8 %:iin siitä, mikä voidaan saavuttaa kanavan optimikorkeudella ja kanavaseinän optimipaksuudella. Tässä yhteydessä on mielenkiintoista huomata, että näissä esimerkeissä lämmönvaihtimen, jossa 10 on käytetty ruostumatonta terästä, lämmönsiirtotiheys on n. 90 % alumiinisen lämmönvaihtimen lämmönsiirto- tiheydestä. Näin ollen keksinnön mukaisella lämmönvaih-timella voidaan toteuttaa hyvä lämmönsiirto tilavuus-yksikköä kohden myös silloin, kun käytetään suhteellisen 15 pienen lämmönjohtavuuden omaavaa materiaalia. Keksinnön mukaisessa lämmönvaihtimessa, joka on mitoitettu likimääräisten optimaalisten ja käytännöllisten rajojen puitteissa, ei suuresti vaikuta seinissä käytetyn materiaalin lämmönjohtavuus. Tästä johtuu, että kanavakor-20 keutta ja kanavaseinän korkeutta täytyy pienentää silloin, kun käytetään huonomman lämmönjohtavuuden omaavaa materiaalia, mikä johtaa suurempaan joukkoon virtaus-kanavia ja kanavaseiniä.

Kuten edellä on mainittu, keksinnön mukaisen 25 lämmönvaihtimen perusperiaate on se, että rinnan kytkettyjen virtauskanavien 13 ja 17 kuvassa 4 virtauksen poikkileikkauspinta on mitoitettu ko. väliaine huomioon ottaen niin, että väliaineen virtaus kanavien läpi on olennaisesti täysin laminaari ilman mitään turbulenttis-30 ta keskialuetta. Tällainen laminaarivirtaus omaa tiettyjä ominaisuuksia, jotka ovat hyvin merkityksellisiä virtaavan väliaineen ja kanavaseinien välisen lämmönsiirron kannalta.

Kuva la esittää kaaviomaisesti seinien 24 35 rajaaman kanavan 23 läpi kulkevan laminaarin väliaine-virtauksen virtausnopeutta. Suhteet on kuvattu keskenään eri suuruisen kanavaleveyden s omaavan kahden eri kana- li i9 831 36 van osalta kanavaseinien 24 välillä. Oletetaan, että tilavuusvirtaus on yhtä suuri kummankin kanavan läpi. Kanavien tulokohdissa virtausnopeus on tasaisesti yhtä suuri kanavan koko leveydellä ja siten nopeusjakautuman 5 profiili on olennaisesti lineaarinen. Kun väliaine jatkaa virtaamistaan kanavan 23 läpi, nopeus kuitenkin pienenee kanavaseinien 24 läheisyydessä, kun taas kanavan keskellä nopeus kasvaa niin, että nopeusjakautuman profiili saa asteittain parabolisemman muodon. Tämä 10 merkitsee kanavassa tilavuusvirtauksen lisääntyvää keskittymistä kanavan keskiosaan samalla, kun tilavuus-virtaus kanavaseinien läheisyydessä pienenee. Kun väliaine on kulkenut tietyn matkan kanavassa, nopeusjakautuman profiili saa olennaisesti pysyvän muodon. Tämä 15 virtausmatka tarkoittaa yleensä nopeuden tuloaluetta ja kuvassa la se on merkitty viitteellä Lw. Tuloalue lyhenee asteittain, kun kanavan leveys s pienenee. Sen tähden kuvassa la esitetyssä esimerkissä tuloalue on pitempi kuin leveä kanava, mutta kapeaa kanavaa lyhyem-20 pi. On huomattava, että edellä kerrottu pätee pääasiassa vain silloin, kun virtaavan väliaineen viskositeetti ei muutu kanavassa kulkiessaan. Jos väliaineen viskositeetti muuttuu lämpötilasta, kuten esim. öljyllä, ja väliaine jäähtyy virratessaan kanavan läpi niin, että vis-25 kositeetti lisääntyy asteittain, nopeusjakautuman profiili jatkaa muuttumistaan jopa yli ennalta määrätyn tuloalueen ja siten, että väliaineen tilavuusvirtaus keskittyy yhä enemmän kanavan keskiosaa kohti.

Kuva Ib esittää samalla tavalla kanavan 23 30 läpi virtaavan väliaineen lämpötilajakautumaa. Asian yksinkertaistamiseksi on esitetty se tilanne, joka vallitsee silloin, kun virtaava väliaine on jäähtynyt eli silloin, kun lämpö on siirtynyt väliaineesta kanava-seiniin 24. Tällöin huomataan, että sama pätee myös 35 silloin, kun väliainevirtausta lämmitetään. Väliaineen lämpötila kanavan tulokohdassa on myös tällöin olennaisesti vakio kanavan koko leveydellä niin, että lämpö- 20 831 36 tilajakautumaprofiili on olennaisesti lineaarinen. Kun väliaine virtaa kanavan läpi, lämpötila alenee asteittain kanavaseinien 24 läheisyydessä väliaineesta kanava-seiniin tapahtuvan lämmönsiirron vuoksi niin, että 5 lämpötilajakautuman profiili muuttuu asteittain ulkomuodoltaan paraboliseksi ja lopulta saa suhteellisen vakaan muodon, kun väliaine on kulkenut tuloalueen matkan Lp lämpötilajakautuman heti sen jälkeen pienentyessä ainoastaan suuruusluokaltaan profiilin muotoa muuttamatta. 10 Pääasiassa tämä pätee vain silloin, kun väliaineen viskositeetti pysyy vakiona. Jos väliaineen viskositeetti lisääntyy virtauskanavassa lämpötilajakautuman profiilin muoto jatkaa muuttumista jopa tuloalueen yli niin, että se muuttuu asteittain yhä teräväkärkisem-15 mäksi. Lämpötilan tuloalue lyhenee myös käytettäessä pienempiä kanavaleveyksiä s ja kuvassa Ib esitetyssä esimerkissä lämpötilan tuloalue on pitempi kuin leveämpi kanava, mutta kapeampaa kanavaa lyhyempi. Yleensä lämpötilan tuloalue on pitempi kuin leveämpi kanava, mutta 20 kapeampaa kanavaa lyhyempi. Yleensä lämpötilan tuloalue Lr on nopeuden tuloaluetta I*, pitempi.

Koska lämmönsiirtoon olennaisesti kokonaan laminaarin väliainevirtauksen ja virtauskanavaa rajaa-vien seinien välillä vaikuttaa lämmön johtuminen väli-25 ainevirtaukseen kunkin yksittäisen elementin ja lähinnä olevan kanavaseinän välillä, huomataan, että edellä kuvattu ja kuvissa la ja Ib esitetyt ilmiöt aiheuttavat lämmönsiirron asteittaisen huononemisen väliainevirtauksen ja kanavan välillä mitä pitemmälle edetään kanavan 30 tulokohdasta. Tämän lämmönsiirron huononemisen aiheuttaa lämpötilagradientin asteittainen pieneneminen kanava-seinän läheisyydessä ja koska väliaineen tilavuusvirran pääosa keskittyy kanavan keskiosaan, jotta kanavaseinien läheisyydessä tilavuusvirtaus pienenisi. Kuva 2 esittää 35 käyrää, joka kuvaa kaaviomaisesti lämmönsiirtoa väliaineen virtaustien pituuden funktiona kanavan tulokohdasta. Siinä osoitetaan, että lämmönsiirto huononee 2i 83136 hyvin nopeasti, kun etäisyydet kanavan tulokohdasta kasvavat. Tällöin huomataan, että ilmiö ehkäisee hyvän lämmönsiirron, joka saavutettaisiin käyttämällä laminaa-rista väliainevirtausta hyvin pienen leveyden omaavassa 5 virtauskanavassa. Lämpötilan tuloalueen loppupäässä, missä kuvan 2 käyrän mukaan väliaineen ja kanavaseinän välillä on olennaisen vakaat lämmönsiirto-olosuhteet, on mahdollista määrittää virtaavassa väliaineessa ekvivalentti lämmönsiirtotie, joka on n. 25 % virtaus-10 kanavan leveydestä. On ilmeistä, että kanavan tulokohdan läheisyydessä vallitsevat olosuhteet, so. lämpötilan tuloalueen sisällä, soveltuvat edullisesti parhaan mahdollisen lämmönsiirron aikaansaamiseksi. Kuten huomataan, tämän tuloalueen sisällä ekvivalentti lämmönsiir-15 totie väliaineissa on pienempi kuin s/4.

Huomataan, että paras lämmönsiirtotie saavutettaisiin, jos olisi mahdollista aikaansaada suurimmalle osalle kanavan pituutta ne lämmönsiirto-olosuhteet, jotka vallitsevat kanavan tulokohdan läheisyydessä, so. 20 lämpötilan tuloalueen Lr sisällä kuvan 2 käyrän alussa. Keksinnön erittäin edullisen sovelluksen mukaisesti tähän voidaan päästä varustamalla kanavaseinät ainakin yhdessä kohdassa kanavaa rakomaisin estein tai katkoksin. Tällä tavalla nopeusjakautuman profiili palautetaan 25 entiselleen kanavaseinien rakomaisten esteiden kohdalla niin, että se jälleen tulee olennaisesti lineaariseksi, kun kanava jatkuu myötävirtaan rakomaisesta esteestä. Voidaan sanoa, että kanavaseinissä rakomainen este muodostaa alun etäämpänä olevalle nopeuden tuloalueella. 30 Tämä luonnollisesti johtaa lämmönsiirron tietyn asteiseen paranemiseen.

Tällaisten kanavaseinissä olevien rakomaisten esteiden avulla ei kuitenkaan huomattavasti vaikuteta lämpötilajakautuman profiiliin ilman lisätoimenpiteitä. 35 Keksinnön edullisen sovelluksen mukaisesti tällaiset lisätoimenpiteet ovat mahdollisia keinoilla, joilla lämpötilajakautuman profiilia voidaan parantaa myös 22 83 1 36 kanavaseinissä olevien rakomaisten esteiden kohdalla. Tämä parannus voidaan saada aikaan kuvan 3a tai 3b esittämällä tavalla.

Kuva 3a esittää kaaviomaisesti useita keskenään 5 yhdensuuntaisia kanavia 23, joita erottavat kanavaseinät 24, joista jokainen on varustettu raolla 25, joka on poikittain kanavien pituussuuntaa vastaan. Virtauskana-van jatkeet 23', jotka sijaitsevat myötävirtaan raosta 25, on tässä tapauksessa siirretty sivuttain raon 25 10 kulkusuunnasta raosta vastavirtaan sijaitseviin kanaviin 23 nähden. Tällöin raosta 25 vastavirtaan kanavasta 23 lähtevä väliainevirtaus ei kulje suoraan vastapäätä raosta 25’ myötävirtaan olevaan virtauskanavaan, vaan jakaantuu pääasiassa raosta 25 virtauksen suuntaan 15 olevien kahden vierekkäisen kanavan 23' välillä. Kuten kuvassa 3a esitetään, tällä tavalla ne virtauskerrokset, jotka raosta 25 vastavirtaan olivat kanavaseinien 24 läheisyydessä ja siten saavat alhaisen lämpötilan, virtaavat kanavien keskiosan läheisyydessä kanavajat-20 keissa 23', jotka sijaitsevat raosta 25 myötävirtaan. Vastaavasti virtauskerrokset, jotka kulkivat raosta 25 vastavirran puolelle sijaitsevien kanavien 23 keski-osassa ja joiden lämpötila on sen vuoksi korkea, virtaavat nyt kanavaseinien läheisyydessä raosta 25 myötä-25 virtaan sijaitsevissa kanavajatkeissa 23*. Näin nopeus-jakautuman profiili tehokkaasti vakiinnutetaan entiselleen raosta 25 myötävirtaan olennaisen lineaariseksi samoin kuin lämpötilajakautumankin profiili, jotta jälleen saataisiin aikaan korkea lämpötilagradientti 30 kanavaseinien 24 läheisyydessä. Tällä tavalla lämmönsiirto-olosuhteet raosta 25 myötävirtaan sijaitsevien kanava jatkeiden 23' tulokohdissa ovat likimäärin yhtä hyvät kuin raoista 25 vastavirtaan sijaitsevien kanavien 23 tulokohdissa.

35 Vielä yksi, ja todennäköisesti edullisempi . . keino päästä samaan tulokseen, esitetään kuvassa 3b.

Tämän sovelluksen keskenään yhdensuuntaiset virtaus- 23 83 1 36 kanavat 23 on myös varustettu kanavien pituussuuntaan nähden poikittaisella raolla 25. Raosta myötävirtaan olevat kanavajatkeet 23' sijaitsevat kuitenkin niin, että ne osuvat tarkasti kohdakkain raosta 25 vastavir-5 taan sijaitsevien kanavaosien 23 kanssa, mikä saattaa olla etu valmistuksen kannalta. Toisaalta kanavien poikki kulkeva rako 25 on järjestetty niin, että raon toinen pää on yhteydessä väliaineen tuloaukkoon 27, vaihtoehtoisesti sopivan puristuksen 26 kautta, kun 10 taas raon toinen pää on yhteydessä väliaineen lähtö-aukkoon, vaihtoehtoisesti kuristuksen 28 kautta. Näin toteutetaan väliaineen virtaus raon 25 läpi suorassa kulmassa kanavien 23 läpi kulkevien laminaaristen väli-ainevirtausten suhteen. Tämän seurauksena raosta 25 15 vastavirtaan sijaitsevista kanavista 23 lähtevät lami-naariset virtaukset siirtyvät poikittaissuunnassa ennen kuin tulevat sisään raosta 25 myötävirtaan sijaitseviin kanavajatkeisiin 23'. Tällöin periaatteessa voidaan päästä kuvassa 3b kaaviomaisesti esitettyyn tulokseen, 20 että virtauskerrokset, jotka kulkevat raoista 25 vastavirtaan sijaitsevien kanavien 23 seinien 24 läheisyydessä, virtaavat raosta 25 myötävirtaan sijaitsevien kana-vajatkeiden 23' keskustan läheisyydessä. Tällä tavalla tässä sovelluksessa nopeusjakautuman profiili vakiin-25 nutetaan raosta 25 myötävirtaan olennaisesti lineaarisen ulkomuodon aikaansaamiseksi ja lämpötilajakautuman profiili paranee huomattavasti niin, että lämpötila-gradientti kanavaseinien 24 läheisyydessä kasvaa.

Vielä yksi tärkeä etu, joka saavutetaan poikit-30 taisraolla 25 on, että se estää lämmönjohtumisen kanava-seinien 24 läpi virtauskanavien akselin suunnassa. Koska sellainen lämmönjohtuminen virtauskanavien seinissä edistää kokonaislämmönsiirron olennaista pienenemistä, esteestä on huomattavasti hyötyä.

35 Kuten huomataan, virtauskanaville 23 voidaan .. järjestää etäisyydelle toisistaan useampiakin kuin yksi, esim. kaksi poikittaista rakoa. Järjestely, jossa käyte- 24 831 36 tään hyväksi useampaa kuin kahta rakoa kussakin kanavassa, tuottaa kuitenkin yleensä vain mitättömän lisäparannuksen .

Kuvissa 4a - 4c esitetyssä keksinnön sovelluk-5 sessa molemmat väliaineita Ma ja Mb vastaavat kanavat 14 ja 17 on varustettu kahdella poikittaisraolla 25, rakojen päät ovat yhteydessä väliaineiden vastaaviin tulotiloihin 8 ja 10 sekä lähtötiloihin 9 ja 11.

Lämpötilan tuloalue Lr virtauskanavalle, jonka 10 poikkileikkaus on rakomainen ja kapean pitkulainen, voidaan likimäärin laskea seuraavan yhtälön avulla

15 Lr = 0,05 2 · · S

jossa 20 Q = tilavuusvirta kanavassa (m3/s) p = väliaineen tiheys (kg/m3)

Cj, = väliaineen ominaislämpötila (Ws/kg K)

Poikittaisrakoja virtauskanavaa kohti pitäisi olla ainakin yksi, vaikka niitä voidaan valita edul-25 lisesti niin, että niiden keskeinen välimatka vastaa likimäärin lämpötilan tuloalueen pituutta tai on sitä lyhyempi.

Edellä esitetyissä mitoitus- ja optimointi-säännöissä on oletettu, että ekvivalentti lämmönsiirto-30 tie kanavassa virtaavassa väliaineessa on n. 1/4 kanavan leveydestä s, mikä edellä mainitun mukaisesti soveltuu siihen kanavan osaan, joka sijaitsee lämpötilan tulo-alueesta myötävirtaan. Kun poikittaisraot ovat kanava-seinissä edellä kuvatulla tavalla, ekvivalentti lämmön-35 siirtotie virtaavassa väliaineessa lyhenee, mikä pitää ottaa huomioon kanavan korkeutta ja kanavaseinien paksuutta mitoitettaessa.

Keksinnön mukaista lämmönvaihdinta mitoitettaessa virtauskanavien paineen aleneminen on myös hyvin 40 tärkeä asia. Hyväksyttävä paineen alenema kanavassa sen läpi kulkevalla pienimmällä tilavuusvirralla, joka voidaan hyväksyä halutulla lämmönvaihdolla saostumien I.

25 831 36 kanavaseinillä alkaessa lähestyä hyväksyttäviä maksimi-paksuuksia, voidaan laskea yhtälöstä:

5 ΑΤΛ 12 Q » u « L

p h(s-2B)3 10 jossa Q = matalin hyväksyttävä tilavuusvirta (m3/s) kanavassa μ = väliaineen viskositeetti (Ns/ma) L = virtauskanavan pituus (m) virtaussuunnassa h » virtauskanavan korkeus (m) 15 s — virtauskanavan leveys (m) B ** saostuman paksuus (m) .

Keksinnön mukaisessa lämmönvaihtimessa voidaan aikaansaada vähäinen paineen aleneminen lyhentämällä virtauskanavien pituutta L tavanomaisissa lämmönvaih-20 timissa käytettävien vast, kanavien normaalipituuteen verrattuna. Kun virtauskanavien pituus lyhenee, täytyy kanavien lukumäärää lisätä, minkä seurauksena lämmönvaihtimen läpi kulkevien väliaineiden kokonaistilavuus-virta jakaantuu virtauskanavien suuremman joukon kesken 25 niin, että tilavuusvirta kanavaa kohti pienenee. Kun virtauskanavien pituutta L sekä kunkin kanavan läpi virtaavaa tilavuusvirtaa Q on tällä tavoin pienennetty, paineen aleneminen ap virtauskanavissa on myös vähäinen. Hyväksyttävä paineen aleneminen voidaan toteuttaa myös 30 silloin aiheuttamatta vakavaa haittaa, kun väliaineella on suuri viskositeetti, esim. mineraaliöljy, lyhentämällä virtauskanavien pituutta ja lisäämällä niiden lukumäärää.

Keksinnön mukaista lämmönvaihdinta tehtäessä 35 yksittäisille virtauskanaville voidaan antaa seuraavat tyypilliset mitat, jotka on laskettu edellä mainittujen olosuhteiden ja ehtojen pohjalta: pituus L virtaussuunnassa n. 10 - 60 mm korkeus h yleensä alle 8 mm ja usein 2 - 5 mm 40 leveys s yleensä 0,2 - 1,5 mm ja usein alle 1 mm.

Tällöin kanavaleveyden s mitta valitaan ot-____ tamalla huomioon lyhyet ekvivalentit läromönsiirtotiet 26 83136 ja että saostuman muodostuminen aina 0,1 - 0,2 mm:iin asti voidaan joissakin tapauksissa hyväksyä ennen kuin kanavaseinien pintoja tarvitsee puhdistaa. Valittua kanavakorkeutta voidaan myös muuttaa virtaavista väli-5 aineista riippuen niin, että väliaineelle, jolla on pienin lämmönjohtavuus ja suurin viskositeetti, annetaan suurempi osa lämmönvaihtimen tilavuudesta ja samalla suurempi kanavakorkeus.

Seuraavaksi esitetään esimerkinomaisesti joukko 10 keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen erilaisia rakenteellisia sovelluksia.

Kuvissa 5a - 5c esitetty sovellus eroaa kuvissa 4a - 4c esitetystä lämmönvaihtimesta sikäli, että väliaineen Ma virtauskanavien 13 ja väliaineen Mb virtaus-15 kanavien 17 väliset kanavaseinät koostuvat vuorotellen laippojen 12 ja 16 avulla, jotka on toteutettu sylinte-rimäisen väliseinän 5 rakenteeseen kiinteästi liittyvinä sen kummallekin puolelle ja laippojen 30 avulla, jotka on tehty ulomman sylinterimäisen kuoren 3 sisäpinnan 20 rakenteeseen kiinteiksi ja laippojen 31 avulla, jotka on tehty sisemmän istukan 20 ulkopinnan rakenteeseen kiinteiksi. Laippojen 30 ja 31 reunat ovat mekaanisessa yhteydessä väliseinään 5 ja ne ohjataan oikeisiin asentoihin väliseinässä 5 olevien V- tai U- muotoisten 25 kolojen avulla. Tässä tapauksessa kaikki laipat 12, 16, 30 ja 31, jotka muodostavat kanavaseinät, ovat kieruk-kamaisia niin, että lämmönvaihtimen eri osat voidaan ruuvata yhteen. Väliseinän 5 paksuus muuttuu sopivasti jonkin verran niin, että se on kartion muotoinen, millä 30 tavalla osien välillä tulee hyvä mekaaninen kontakti, kun lämmönvaihdinta kootaan.

Kuvissa 6a - 6c esitetty lämmönvaihdin eroaa edellä kuvatuista ensi sijassa siten, että väliaineen Ma virtauskanavat 32 ja väliaineen Mb virtauskanavat 33 35 kulkevat aksiaalisesti, kun taas jakelukanavat 34 ja kokoojakanavat 35 (esitetty kuviossa 6c väliaineen Ma osalta) kulkevat olennaisesti kehän suuntaisina. Kanavat 27 83 1 36 32 ja 33 rajataan akselin suuntaisten laippojen 36 ja 37 avulla, jotka on tehty väliseinän 5 rakenteeseen kiinteiksi sen molemmille puolille ja akselin suuntaisten laippojen 38 avulla, jotka on liitetty kiinteästi 5 ulkokuoren 3 sisäpinnan rakenteeseen ja akselin suuntaisten laippojen 39 avulla, jotka on kiinteästi liitetty sisäistukan 20 ulkopinnan rakenteeseen. Kuten kuvassa 6a esitetään, laippojen 38 ja 39 reunat ovat hyvässä mekaanisessa kontaktissa väliseinän 5 kanssa laippojen 10 37 ja 36 väleissä. Samoin kuin kuvan 5a - 5c lämmön- vaihtimessa, myös tässä sovelluksessa eri osat ovat kartion muotoisia, jotta niiden välille saadaan aikaan mekaaninen kontakti.

Kuvissa 7a - 7c esitetyssä keksinnön sovelluk-15 sessa kanavaseinät, jotka muodostavat väliaineen Ma virtauskanavat 40 ja väliaineen Mb virtauskanavat 41, ovat rengasmaisia laattoja 42 ja 43, jotka on lujasti kiinnitetty sylinterimäiseen väliseinään 5 esim. kova-juottamalla, hitsaamalla, sintraamalla tai puristamalla 20 ja niiden muoto on joustavasti muutettu jonkin verran kartiomaiseksi pakottamalla sylinterimäisen ulkokuoren 3 sisäpintaa ja sylinterimäisen istukan 20 ulkopintaa vasten.

Keksinnön mukainen lämmönvaihdin voidaan to-25 teuttaa myös niin, että väliseinä on taso, jolloin sen ulkomuoto ja monet sen ominaisuudet ovat samanlaisia kuin tavanomaisella levylämmönvaihtimella. Keksinnön mukaisella lämmönvaihtimellä saavutettu lämmönsiirto-tiheys voi olla suunnilleen yhtä suuri kuin sellaisella 30 lämmönvaihtimella, jossa on putkimaiset väliseinät. Lämmönvaihtimen muotovarmuus ja sen paineenkestävyys ovat kuitenkin jonkin verran huonommat. Sopivia valmistustekniikoita soveltamalla pitäisi kuitenkin olla mahdollista saada nämä ominaisuudet joko vertailukel-35 poisiksi tai paremmiksi kuin tavanomaisten lämmönvaih-timien vastaavat ominaisuudet. Lämmönvaihtimen sovellus, joka on kaaviomaisesti esitetty kuvassa 8, kuvaa peri- 28 831 36 aatteessa keksinnön mukaisen erään levylämmönvaihtimen konstruktiota. Kuvassa 8 esitetään lämmönvaihtimen se puoli, joka on tarkoitettu toiselle lämmönvaihdinväli-aineelle Ma. Tämän lämmönvaihtimen puolikkaan varjos-5 tetut pinnat on liitetty sopivalla tavalla yhteen tasomaisen väliseinän toisen puolen kanssa, esim. uunikova-juottamalla tyhjössä, ja lämmönvaihtimen toinen puolikas, joka on tarkoitettu toiselle väliaineelle Mb, on liitetty yhteen väliseinän toisen puolen kanssa. Tällai-10 sen levylämmönvaihtimen eri osat voidaan liittää myös yhteen vetopulttien ja jäykkien, paksujen puristuslevy-jen avulla ja tarvittavat tiivistykset aikaansaadaan taipuisien tiivisteiden avulla.

Kuvat 9a - 9c esittävät keksinnön sovellusta, 15 joka on tarkoitettu lämmön vaihtamiseen nesteen ja kaasun välillä. Lämmönvaihdin soveltuu käytettäväksi keskuslämmitysradiaattorina. Kuva 9a on kaaviomainen perspektiivikuva lämmönvaihtimesta, kuva 9b on lämmönvaihtimen pystysuora poikkileikkauskuva ja kuva 9c 20 esittää poikkileikkauskuvan osaa suurennettuna.

Tässä sovelluksessa lämmönvaihtimen ulkomuoto on rinnakkaisepipedinen ja se on sijoitettu ulkovaipan 46 sisään, joka on sekä ylä- että alapäästään avoin toimien lämmitettävän kaasun läpivirtauskammiona kaasun 25 virratessa vaipan pohjasta ylöspäin sen läpi luonnollisen vedon vaikutuksesta. Lämmönvaihtimeen kuuluu kaksi identtistä osaa 53a ja 53b, joihin kumpaankin kuuluu tasomainen, väliainetta läpäisemätön väliseinä 47a ja 47b, joiden toinen puoli on varustettu vaakasuuntaisil-30 la, keskenään yhdensuuntaisilla laipoilla 48a ja 48b ja toinen puoli samanlaisilla vaakasuuntaisilla ja yhdensuuntaisilla laipoilla 49a ja 49b. Lämmönvaihdinelemen-tit on liitetty yhteen laippojen 48a ja 48b avulla, jotka on keskenään liitetty yhteen niin, että niiden 35 väliin muodostuu rakomaiset nesteenvirtauskanavat 50. Rakomaiset kaasunvirtauskanavat 51a ja 51b on muodostettu laippojen 49a ja 49b väliin. Nesteenvirtauskanavat 29 83136 50 ja kaasunvirtauskanavat 51a ja 51b on mitoitettu ottamalla huomioon väliaineiden keskenään erilaiset ominaisuudet. Neste tuodaan kanaviin 50 tulokammiosta 52, joka sijaitsee lämmönvaihdinlaitteiston yläpäässä, 5 pystysuorien jakelukanavien läpi, jotka kulkevat laippojen 48a ja 48b kautta ja se tuodaan ulos virtauskana-vista 50 kokoojakanavien kautta, jotka kulkevat pystysuunnassa laippojen 48a ja 48b läpi lähtökammiosta 54, joka sijaitsee lämmönvaihdinlaitteiston alaosassa. Kaasu 10 tuodaan virtauskanaviin 51a ja 51b vastaavasti samalla tavalla pystysuuntaisilla jakelukanavilla, jotka kulkevat ylöspäin laippojen 49a ja 49b läpi lämmönvaihdinlaitteiston alaosasta ja se tuodaan virtauskanavista 51a ja 51b ulos pystysuuntaisten kokoojakanavien kautta, 15 jotka kulkevat ylöspäin laippojen 49a ja 49b läpi lämmönvaihdinlaitteiston yläosaan.

Kuten huomataan, keksinnön mukaisia periaatteita soveltamalla on mahdollista valmistaa edellä esitetyistä poikkeavia monella muullakin tavalla toteu-20 tettuja lämmönvaihtimia. Keksinnön mukaiseen lämmönvaihtimeen voi esim. kuulua suuri joukko kammioita kumpaakin lämmönvaihtoväliä varten kammioiden ollessa järjestettynä vuorotellen toinen toisensa viereen niin, että niiden välillä on tasomaiset väliseinät tai saman-25 keskisesti toinen toisensa ulkopuolelle niin, että niiden välillä on putkimaiset väliseinät. Tällaista toteutusta hyödynnetään käytännössä todennäköisesti siksi, että kanavakorkeus on pieni ja tällöin tarvitaan suurempi joukko virtauskanavia ja kanavaseiniä tarvit-30 tavan tilavuuden aikaansaamiseksi. Kaikissa kuvatuissa sovelluksissa jakelu- ja kokoojakanavat sijaitsevat varsinaisen lämmönvaihdinlaitteiston sisällä, vaikka on mahdollista tai jopa suotavaa monissa tapauksissa sijoittaa nämä kanavat varsinaisen lämmönvaihdinlaitteis-35 ton ulkopuolelle. Esitetyissä ja kuvatuissa sovelluksissa oletetaan myös, että molemmilla lämmönvaihtoväli-aineilla on olennaisesti kokonaan laminaarivirtaus.

3o 83136

Tietyillä sovellusalueilla ei ole estettä sille, että toisella väliaineella on laminaarivirtaus samalla, kun toisella väliaineella voi olla tavanomaisesti turbulenttinen virtaus.

Claims (17)

3i 83136

1. Lämmönvaihdin, joka käsittää vähintään kaksi kammiota (A, B), jotka on erotettu väliainetta 5 läpäisemättömällä, lämpöä johtavalla väliseinällä (5) ja kammioiden kautta kulkee kahdesta väliaineesta vastaava väliaine (Ma, Mb), joiden välillä lämmönsiirto tapahtuu ja kumpikin kammio on varustettu ainakin yhdellä tuloaukolla ja lähtöaukolla, ainakin yhden kammion 10 sisätila on jaettu suureen joukkoon virtauskanavia (13, 17), jotka on kytketty rinnakkain siinä läpi kulkevan väliainevirtauksen suhteen, kanavien tulo- ja lähtöpäät, jotka ovat yhteydessä vastaavasti mainitun kammion tuloja lähtöaukkoon jakelukanavien (14, 18) ja vastaavasti 15 kokoojakanavien (15, 19) välityksellä ja mainitut vir- tauskanavat rajaavat ja erottavat seinät (12, 16) ovat hyvin lämpöä johtavaa materiaalia, ja ne ovat hyvässä lämmönsiirtoyhteydessä väliseinän kanssa, ja jossa lämmönvaihtimessa virtauskanavilla (13, 17) on läpi- 20 virtaavalle väliaineelle sovitettu virtausala niin, että virtauskanavissa väliainevirtaus on olennaisesti kokonaan laminaari ilman turbulenttista keskialuetta, tunnettu siitä, että virtauskanavien (13, 17) ·: ja samalla kanavaseinien (12, 16) väliseinään (5) nähden ·· »· .·**. 25 kohtisuoraan olevalla korkeudella (h) on arvo aina 350 :%:iin asti siitä arvosta, joka saadaan ratkaisemalla "V seuraava yhtälöryhmä, joskaan ei suurempi kuin arvo, I" joka vastaa S * H:

30 H=* + Ha (S + 1,5) - 0,5 Sa = 0 ” s - hr ^ -h- <3> H - -5- 45 jossa v = puolet väliseinän paksuudesta (m) s “ virtauskanavan leveys (m) väliseinän suuntaisena h " virtauskanavien ja samalla kanavaseinien korkeus * a · · 32 83 1 36 (m) kohtisuorassa väliseinään nähden λ = kanavaseinien materiaalin lämmönjohtavuus (W/mK) λΜ= virtauskanavien läpi virtaavan väliaineen lämmön-johtavuus (W/mK), 5 ja siitä, että kanavaseinien (12, 16) paksuudella (t) väliseinän (5) suunnassa on arvo, joka asettuu 30 - 500 %:in välille, edullisesti 100 - 350 %:in välille, arvosta, joka saadaan yhtälöstä 10 .ΓΤ topr - 2h V —(2) v λ ^ jossa t = kanavaseinän paksuus (m).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönvaih-din, tunnettu siitä, että virtauskanavien (13, 20 17) leveys (s) väliseinän (5) suunnassa on alle 1,5 mm ja edullisesti alle 1,0 mm.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen läm-mönvaihdin, tunnettu siitä, että virtauskanavat (13, 17) rajaaviin kanavaseiniin (12, 16) kuuluu rako- 25 mainen este (25) kanavien osuudella ainakin yhdessä kohdassa niin, että tässä kohdassa kanavan läpi virtaavan väliaineen nopeusjakautuman profiili, katsottuna kanavan poikkisuuntaan kohtisuorissa kulmissa kanava-seiniin nähden, vakiintuu ennalleen olennaisesti lineaa- 30 riseen muotoon, ja niin, että lämmönsiirtotie kanava-seinissä virtauskanavien pituussuunnassa estetään.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen lämmönvaih-din, tunnettu siitä, että lämmönvaihtimeen kuuluu useita keskenään yhdensuuntaisia virtauskanavia 35 (23) ja siitä, että rakomaiset esteet kanavaseinissä (24), jotka rajaavat ja erottavat virtauskanavat, sijoittuvat niin, että ne sopivat keskenään tarkasti yhteen niin, että ne muodostavat yhdessä raon (25), joka kulkee virtauskanaviin nähden poikittain (kuva 3a, 40 3b).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen lämmönvaih-din, tunnettu siitä, että poikittaisen raon 33 831 36 (25) toisella puolella virtauskanavat (23) on sivusuunnassa siirretty paikaltaan raon kulkusuunnassa raon toisella puolella olevien virtauskanavien (23) suhteen matkan, joka vastaa puolikasta kahden viereisen virtaus-5 kanavan välisestä etäisyydestä (kuva 3a).

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen lämmönvaih-din, tunnettu siitä, että poikittaisen raon (25) toinen pää on yhteydessä väliaineen tuloaukkoon ja sen toinen pää väliaineen lähtöaukkoon siten, että 10 raossa väliaine virtaa poikittaissuunnassa virtauskanavien (23) virtaussuuntaan nähden, millä tavalla koko väliainevirtaus, joka tulee tietystä virtauskanavasta (23) raon (25) toiselta puolelta, ei virtaa raon toisella puolella vastapäätä olevaan virtauskanavaan (23), 15 vaan väliainevirtauksen tuo osa kulkee viereiseen virtauskanavaan (kuva 3b).

7. Jonkin patenttivaatimuksista 3-6 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että virtaus-kanavien (13, 17) seinissä (12, 16) on kaksi tai useam- 20 pia rakomaisia esteitä (25), jotka on järjestetty tasaisin välein sijaitseviin kohtiin virtauskanaviin.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että kanava-seinät (12, 16) liittyvät kiinteästi väliseinän (5) 25 rakenteeseen (kuva 4).

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että kanava-seinät (42, 43) muodostuvat väliseinästä (5) erillään olevista osista, ja ne on järjestetty niin, että osien 30 väliseinään päin olevilla reunoilla on hyvä mekaaninen ja lämpöäjohtava kontakti väliseinän kanssa (kuva 7).

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukai- . . nen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että kes kenään yhdensuuntaiset kanavaseinät (12, 30, 16, 31) on 35 muodostettu vuorotellen kiinteiksi väliseinän (5) kanssa, ja väliseinästä erillään olevilla osilla (30, 31), ja osien väliseinään päin olevilla reunoilla on hyvä 34 83136 mekaaninen lämpöäjohtava kontakti väliseinän kanssa (kuva 5).

11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että väli- 5 ainevirtauksille tarkoitetut kammiot (A, B) ovat muodoltaan rengasmaisia ja ne on järjestetty samankeskisesti olennaisesti sylinterimäisen väliseinän (5) molemmille puolille, ja siitä, että väliaineen tulo- ja lähtöaukot on järjestetty kammioiden akselinsuunnassa oleviin 10 päihin (kuva 4).

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että virtauskanavat (13, 17) kulkevat olennaisesti kehämäisesti vastaavien rengasmaisten kammioiden (A, B) läpi, kun taas jakelu- 15 ja kokoojakanavat (14, 15, 18, 19) kulkevat olennaisesti akselinsuuntaisesti (kuva 4).

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen lämmön vaihdin, tunnettu siitä, että virtauskanavat (32, 33) kulkevat olennaisesti akselinsuuntaisesti 20 vastaavien rengasmaisten kammioiden (A, B) läpi ja jakelu- ja kokoojakanevat (34, 35) kulkevat olennaisesti kehämäisesti (kuva 6).

14. Jonkin patenttivaatimuksista 11 - 13 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että 25 sylinterimäinen väliseinä (5) on tiiviisti kiinnitetty molemmista päistään vastapäisiin päätyseiniin (1, 2), rengasmaisten samankeskisten kammioiden (A, B) akselin-suuntaisissa päissä, ja ulomman kammion (a) rajaa sä-teittäin ulospäin sylinterimäinen ulkokuori (3), jonka 30 molemmat päät on tiiviisti yhdistetty kahteen pääty-seinään (1, 2) ja sisemmän kammion (B) rajaa säteittäin sisäänpäin sylinterimäinen sisäistukka (20) (kuva 4).

15. Patenttivaatimuksen 14 ja patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu 35 siitä, että väliseinästä (5) erillään olevat kanava-seinät (30, 31) on toteutettu ulkokuoren (3) ja vast, sisäistukan (20) rakenteeseen kiinteästi liittyvinä 35 831 36 (kuva 5).

16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että lämmönvaihtimen osat pidetään yhdessä pultilla (4), joka on lujas- 5 ti kiinnitetty molempiin päätyseiniin (1, 2) ja kulkee istukan (20) läpi lämmönvaihtimen sisällä.

17. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että kaksi kammiota, joiden läpi vastaavat väliaineet virtaavat, 10 ovat olennaisesti yhdensuuntaisessa tasomuodossa ja ne on järjestetty keskenään olennaisesti tasomaisen väliseinän vastakkaisille puolille. 36 83 1 36