FI87401C - Motstroemsvaermevaexlare med flytande platta - Google Patents

Description

8 7 4 01

Kelluvalla levyllä varustettu vastavirtalämmönvaihdin

Keksinnön ala 5 Tämä keksintö koskee levylämmönvaihdinta ja tarkemmin sanoen kelluvalla levyllä varustettua lämmönvaihdinta, joka käsittää joukon tukielimillä joustavasti tuettuja lämmönvaihdinlevyjä ja jossa kyseiset lämmönvaihtoon tarkoitetut väliainevirrat viilaavat keskenään kohtisuoriin suuntiin ainakin juuri ennen lämmönvaihtimen 10 sisään virtaamistaan ja heti lämmönvaihtimesta ulos virrattuaan.

Täsmällisemmin sanoen tämän keksinnön mukainen lämmönvaihdin on ensisijassa tarkoitettu lämmön talteenoton alalla oleviin sovellutuksiin, esimerkiksi vaihtamaan lämpöä tuotantolinjasta poistuvan kuuman virran ja tuotantolinjaan tulevan kylmän 15 virran välillä.

Tekniikan taso . . 20 Mitä tulee lämmönvaihtimiin, joita menestyksekkäästi on käytetty sellaisella alalla,

- on japanilaisessa julkiseksi tulleessa patenttihakemuksessa nro SHO-59-500 580-A

: kuvattu kelluvalla levyllä varustettu lämmönvaihdin, jossa lämmönvaihdinlevyt on tuettu joustavasti tukielimillä. Tässä patenttihakemuksessa kuvatun kelluvalla levyllä .y · varustetun lämmönvaihtimen rakenne on esitetty kaaviomaisesti kuviossa 6.

25

Kuvio 6 on siis osittain leikattu perspektiivikuva koko kelluvalla levyllä varustetusta lämmönvaihdinyksiköstä. Piirustuksessa kuvattu kelluvalla levyllä varustettu lämmönvaihdin käsittää tukirakenteen, joka koostuu parista suorakaiteen muotoisesta päätyseinästä 10 ja päätyseinien 10 välissä sijaitsevista kulmapylväistä 12, jotka on 30 yhdistetty vastakkaisista päistään päätyseinien vastaaviin kulmiin muodostamaan ympäröivän kehikon.

2 87401

Joukko suorakaiteen muotoisia levyjä 14, jotka muodostavat lämmönvaihtovälineen, on asennettu suorakaiteen muotoisten päätyseinien 10 väliin niiden kanssa samansuuntaisina ja välin päähän toinen toisistaan. Kunkin suorakaiteen muotoisen levyn 14 toiseen pintaan on tehty useita syvennyksiä 16 välin varmistamiseksi ja kanavan 5 muodostamiseksi kunkin vierekkäisen suorakaiteen muotoisen levyparin väliin. Syvennykset 16 ovat muodoltaan suunnilleen pitkänomaisia ympyröitä ja ne on muodostettu rajaamaan yhdensuuntaisia ulkonemia kunkin suorakaidelevyn toiselle puolelle.

10 Kuviot 7(a) ja 7(b) kuvaavat lämmönvaihdinlevyn, joka muodostaa osan yllämainittua lämmönvaihdinta.

Kuten kuvioissa 7(a) ja 7(b) on esitetty, vierekkäisissä suorakaidelevyissä olevat syvennykset 16 on tehty suorakulmaisesta toisiinsa nähden. Lisäksi kukin suorakaide-15 levy on taivutettu molemmista syvennysten pitkittäissuunnan kanssa samansuuntaisista reunoistaan muodostamaan kanavan sivuseinät välittömästi kunkin suorakaidelevyn alapuolelle. Syvennykset toimivat silloin myös tukina suorakaidelevyn pinnan normaalin suuntaista voimaa vastaan.

20 Kukin syvennys on muotoiltu siinä kanavassa kulkevan väliainevirtauksen suuntaiseksi pitkänomaiseksi ympyräksi, johon syvennykset työntyvät, jotta se ei tuottaisi merkittävää vastusta väliainevirralle. Niinpä on eduksi, että väliaine virtaa kuviossa 7(a) nuolen X suuntaan, kun taas kuviossa 7(b) väliaine virtaa nuolen Y suuntaan. Kuvio 7(c) on poikkileikkauskuvanto tällaisen lämmönvaihtimen levytasoon nähden 25 kohtisuoraa tasoa pitkin.

Lisäksi suorakaiteen muotoisten levyjen 14 väliin on asennettu kimmoisia erottimia, joita ei ole esitetty kuviossa 6. Siksi suorakaiteen muotoiset levyt 14 on tuettu joustavasti pintojensa normaalin suuntaisesti siten, että ne sijaitsevat sopivin välein. Tuke-30 maila levyt tällä tavoin joustavasti suorakaidelevyn tason normaalin suuntainen lämpölaajeneminen absorboituu, ja siten vältetään lämmön aiheuttama muodonmuu- 3 57401 tos lämmönvaihtimen ulkopinnalla.

Lisäksi, kuten kuviossa 6 on esitetty, poikkileikkaukseltaan L:n muotoiset tiivistyslis-tat 18 on liitetty kunkin suorakaidelevyn 14 kuhunkin kulmaan, ja rullajousi 20, joka 5 on muodostettu ainakin kerran kierukkamaisesti kääritystä taipuisasta, ohuesta metallilevystä, on viety tiivistyslistan ulkopinnan ja kulmapylvään 12 sisäpinnan väliin. Rajoittimet 22. jotka on laitettu rullajousen 20 ulkopinnalle, estävät rullajous-ta 20 pääsemästä pois paikoiltaan.

10 Tällä tavoin rullajouset 20 eivät ainoastaan sulje tiivistyslistojen 18 ulkopinnan ja kulmapylväiden 12 sisäpinnan välistä tilaa, vaan myös absorboivat suorakaidelevyjen 14 pinnan suuntaisen lämpölaajenemisen.

Rakenteeltaan yllä mainitun kaltaisessa kelluvalla levyllä varustetussa lämmönvaihti-15 messa, jossa kunkin suorakaidelevyparin 14 väliin on muodostettu kanavat siten, että vierekkäiset kanavat ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden, tapahtuu lämmön vaihtuminen suorakaidelevyjen läpi kahden väliaineen välillä, joista toinen väliaine on kuuma väliainevirta, joka kulkee samaan suuntaan olevien kanavien läpi, kun taas toinen väliaine on kylmä väliainevirta, joka kulkee kaikkien edellisiin nähden kohtisuorien 20 kanavien läpi.

Yllä mainitulle kelluvalla levyllä varustetulle lämmönvaihtimelle, joka on selostettu japanilaisessa julkiseksi tulleessa patenttihakemuksessa nro Sho 59-500 580-A, on tunnusomaista, että siinä ei juuri ollenkaan tapahdu lämmön aiheuttamia muodon-25 muutoksia tai murtumia, joita nämä lämpömuodonmuutokset aiheuttavat ja että se on helposti koottavissa.

Sellaisen kelluvalla levyllä varustetun lämmönvaihtimen hyödyntämiseksi entistä paremmin on hakija jo ehdottanut useita parannuksia rakenteeseen. Nämä parannuk-30 set eivät kuitenkaan olleet penispur.innuksia kuviossa o esitettyyn lämmönvaihtimeen.

4 R 7 4 G1

Toisin sanoen yllä kuvatussa tekniikan tason mukaisessa kelluvalla levyllä varustetussa lämmönvaihtimessa lämmönvaihtovälineet virtaavat kohtisuoraan suuntaan toinen toisiinsa nähden suorakaidelevyjen molemmilla pinnoilla (tämän jälkeen tämäntapaista väliainevirtausta kutsutaan ristivirtaukseksi). Mutta verrattuna vastavirtalämmön-5 vaihtimeen, jossa kaksi erilämpöistä väliainetta virtaa vastakkaisiin suuntiin toinen toisiinsa nähden lämmönvaihdinlevyn kummallakin pinnalla, on ristivirtalämmönvaih-timesta saatava lämpötilahyötysuhde periaatteessa suhteellisen alhainen. Niinpä monissa tapauksissa haluttuihin vaihtuneen lämmön määriin ei päästä vain lämmön-vaihtopintoja suurentamalla.

10 Käytössä on yleistä yhdistää useita ristivirtatyyppisiä läinmönvaihdinyksikköjä kanavilla monivaiheisen lämmönvaihtimen muodostamiseksi. Kuviot 9(a) ja 9(b) ovat kaaviokuvia monivaiheisista lämmönvaihtimista. Tarpeelliseen vaihtuneen lämmön määrään päästään yhdistämällä kaksi lämmönvaihdinyksikköä 40 kanavalla 41, kuten 15 kuviossa 9(a), tai yhdistämällä kolme lämmönvaihdinyksikköä kahdella kanavalla 41, kuten kuviossa 9(b) jne.

On kuitenkin ilmeistä, että rakenteeltaan tällaisessa monivaiheisessa lämmönvaihtimessa on käytössä haittoja, koska sen koko on suurempi tai paino raskaampi kuin 20 varsinaisten lämmönvaihtimien. Lisäksi, kun väliaineet kulkevat tällaisten monivaiheisten lämmönvaihtimien läpi, tehokkuus lämmönvaihtimena pienenee väliaineen suuren dynaamisen painehäviön vuoksi, jonka aiheuttaa väliaineen puristuminen kokoon ja laajeneminen sen tullessa kunkin vaiheen lämmönvaihdinelementtiin ja lähtiessä sieltä. Edelleen kun lämmönvaihtoväliaineet ovat kaasuja, ei virtausvastuk-- : 25 sesta aiheutuvaa painehäviötä voida jättää huomiotta kanavan läpi kuljettaessa.

Tämän selittämiseksi tarkemmin viittaamme kirjaan "Heat transfer technology reference book”. The Japan Society of Mechanical Engineers, sivuihin 184 - 190. Tämän kirjan mukaan vaihtuneen lämpömäärän Q ja lämmönvaihtimen keskimääräi-30 sen lämpötilaeron välinen suhde on: , «7401

D

Q = KFAtm (l) jossa F on lämmönvaihtopinta (m2), Q on vaihtuneen lämmön määrä tunnissa (kcal/h), ja 5 K on vakio.

Niinpä jos vakio K tunnetaan yhtälössä (l), voidaan Q:n ja lämmönvaihtopinnan F välinen suhde ratkaista.

10 Kuviossa 3 on käyrä, joka esittää lämpötilavaihtelua vastavirtalämmönvaihtimessa väliainevirran suuntaan. Tämä käyrä on otettu samaisesta dokumentista. Tämän käyrän mukaan korkealämpöisen väliaineen W ja matalalämpöisen väliaineen W’ välinen lämpötilaero Δ^ annetaan vastaavien väliaineiden lämpötilan funktiona lämmönvaihtimen päissä t,, t,\ t3, t2’: 15 Δί - Δ2 Δί = - (2) m 2,303 log (Δ/Δ2) 20 jossa Δ, ja Δ, ovat kahden väliaineen välinen lämpötilaero lämmönvaihtimen sisääntulon ja vastaavasti ulosmenon kohdalla, kuten kuvioissa 3 on esitetty.

Kun yhdistetään useita ristivirtalämmönvaihtimia muodostamaan monivaiheinen läm-25 mönvaihdin, lämpötilaero Δζ, voidaan saada seuraavasta yhtälöstä: (t, - t,')-(t,- 1,') itm= f--—— 2.303 log (t, - t, )/(t,- t, ) 30 6 8 7 4 (j 1

Siksi lämpötilaero At,,, ristivirtalämmönvaihtimessa voidaan saada kertomalla vasta-virtalämmönvaihtimen lämpötilaero Atn, koijauskertoimella Ψ. Tämä korjauskerroin Ψ voidaan saada kuviossa 4 esitetystä käyrästä, joka edustaa koijauskerrointa ristivirtalämmönvaihtimessa, jossa lämmönvaihtoväliaineet eivät sekoitu.

5 Tämäntapaista kelluvalla levyllä varustettua lämmönvaihdinta käytetään usein ilman esilämmittimenä höyrykattiloissa tai uuneissa, joissa todellinen lämpökapasiteettivir-tojen välinen suhde R on noin 0,8. Jos halutaan lämpötilahyötysuhteen olevan noin 0,8 matalan lämpötilan puolella, korjauskertoimen arvoksi kuviosta 4 saadaan 0,65. 10 Toisin sanoen sellaisen vastavirtalämmönvaihtimen lämmönsiirtopinta, jonka on suunniteltu pääsevän samaan vaihtuvaan lämpömäärään kuin ristivirtalämmönvaihdin, on 65 % ristivirtalämmönvaihtimen vastaavasta.

Toisaalta jotta päästäisiin haluttuun vaihtuneen lämmön määrään käyttämällä moni-15 vaiheista lämmönvaihdinta, joka käsittää useita ristivirtalämmönvaihtimia peräkkäin, on tarpeen kasvattaa korjauskertoimen arvoa jakamalla 77.Ua kuviossa 4. Esimerkiksi 2-vaiheisen lämmönvaihtimen tapauksessa, jotta lämpötilahyötysuhde pysyisi 0,8:ssa. riittää, että η on 0,4 jokaisessa vaiheessa. Vastaavasti korjauskerroin Ψ = 0,96. Tästä seuraa, että lämmönvaihtopinta pienenee 0,65/0,96 osaan yksinkertaisen risti-' 20 virtalämmönvaihtimcn lämmönvaihtopinnasta.

Ristivirtatyyppisen monivaiheisen lämmönvaihtimen lämmönvaihtopinta on kuitenkin vielä 1/0,96 = I,04:n verran suurempi kuin vastavirtalämmönvaihtimen. Joukko moni vaiherakenteen aiheuttamia ongelmia on jo mainittu.

• 25

Kuten yllä on selitetty, kelluvalla levyllä varustetussa lämmönvaihtimessa on haittoja vastavirtalämmönvaihtimeen verrattuna jopa useiden yllä mainittujen parannusten jälkeen, 30 Tämän keksinnön eräs tavoite on niin ollen aikaansaada vastavirtalämmönvaihdin, joka on edullinen lämmönvaihtoteholtaan, samalla kun se säilyttää tekniikan tason i: 7 R 7 4 G1 mukaisten kelluvalla levyllä varustettujen lämmönvaihtimien hyvät puolet, nimittäin että niissä tapahtuu vähän lämmöstä johtuvia muodonmuutoksia tai harvoja lämpö-murtumia ja ne voidaan helposti koota.

5

Yhteenveto keksinnöstä

Keksinnön tavoitteet saavutetaan lämmönvaihtimessa, joka koostuu seinäosista, kulmaosista, tiivistyslistoista ja virtausta ohjaavista säätöelimistä koostuvasta yksikös-10 tä, seuraavilla tunnusomaisilla piirteillä: - yksi tiivistvslistojen (113) vastaavien seinien (101, 102) keskipisteet yhdistävään viivaan nähden lävisläjäasemassa olevista pareista ulottuu sitä tasopa ria pitkin, jonka määrää seinäosien (101, 102) pitemmät sivut ja kulmaosat 15 (103 - 106) siten, että jälkimmäiset tasot on suljettu, mutta jättää sulkematto- mia osia halkaisijalla vastakkain olevissa asemissa sisäänmenon (107) ja ulostulon (108) muodostamiseksi toista nestettä varten, ja - säätöelimet toisen nesteen virtauksen yhdensuuntaistamiseksi käsittävät . 20 kuoppia (131 - 134), jotka on jäljestetty siten, että kaksi nestettä virtaa vastakkaisiin ennalta määrätyssä osassa kanavia pitempien sivujen suunnassa sisääntulosta ulostuloon ja suunnissa, jotka ovat suorassa kulmassa toisiinsa nähden jäljellä olevilla kanavien osilla, ja kuopat ovat olennaisesti samankokoisia ja järjestetty samansuuntaisiksi toistensa kanssa ja poikittaissuuntaisiksi 25 sisäänmenossa ja ulostulossa ja pituussuuntaisiksi levyin muissa osissa suh teessa levyneliön pitkittäisakselin suhteen poikittain olevaan akseliin nähden.

Vastavirtalämmönvaihtimen kelluvan levyn pitkän ja lyhyen sivun välinen suhde on mieluiten 2,5 : 7, joka suhde perustuu keksijöiden tekemiin kokeisiin.

On suotavaa, että kukin kelluva levy käsittää joukon pitkänomaisia pyöreitä syven- 30 8 8 7 4 G1 nyksiä, jotka ulkonevat kelluvan levyn ensimmäisestä pinnasta ja/tai toisesta pinnasta siten, että syvennykset rajaavat vierekkäisten kelluvien levyjen väliin tilan, ja kun syvennykset on jäljestetty tehokkaasti, ne muodostavat väliaineiden virtauksen säätölaitteen.

5

Lisäksi väliaineiden virtauksen säätölaite voi muodostua levyistä, jotka on asennettu väliaineiden sisääntulokohtaan ja/tai uiosmenokohtaan, tai levyjen ja syvennysten yhdistelmästä.

10 Tämän keksinnön mukaisessa kelluvalla levyllä varustetussa lämmönvaihtimessa muodostetaan kanavia pinoamalla kelluvia levyjä päällekkäin siten, että kanavien vaakasuuntainen poikkipinta on suorakaiteen muotoinen. Nämä kanavat on jaettu kahteen ryhmään: ensimmäinen ryhmä kanavia on sellainen, että väliaine virtaa sisään kanavaan suorakaiteen yhdeltä lyhyeltä sivulta ja ulos vastakkaiselta sivulta; ja 15 toinen ryhmä kanavia on sellainen, että väliaine virtaa sisään kanavaan osasta suorakaiteen ensimmäistä pitkää sivua ensimmäisen kanavaryhmän myötävirran puolelta ja virtaa ulos osasta vastakkaista pitkää sivua ensimmäisen kanavaryhmän vastavirran puolelta. Siksi väliaine, joka virtaa sisään ja ulos suorakaiteen pitkiltä sivuilta, tietyllä matkalla sisääntulon ja ulosmenon välillä liikkuu vastakkaiseen suuntaan kuin se 20 väliaine, joka virtaa sisään ja ulos lyhyiltä sivuilta, jolloin päädytään vastavirtaläm-mönvaihtimeen. Kokeet ovat osoittaneet, että kelluvan levyn suorakaiteen muotoisen lämmönsiirtopinnan pitkän ja lyhyen sivun suhde on ainakin 2,5 : 7.

Tämän keksinnön mukaisen kelluvalla levyllä varustetun vastavirtalämmönvaihtimen ,·, 25 rakenne on sama kuin japanilaisessa julkiseksi tulleessa patenttihakemuksessa nro

Sho 59-500 580-A kuvattu kelluvalla levyllä varustettu ristivirtalämmönvaihdin. Siitä syystä säilyvät kelluvalla levyllä varustettujen lämmönvaihtimien hyvät puolet, kuten lämmöstä aiheutuvien muodonmuutosten vähäinen määrä tai näiden aiheuttamien käyttöhäiriöiden vähäisyys. Lisäksi useita parannusehdotuksia, joita jo on tehty 30 tällaisiin kelluvalla levyllä varustettuihin lämmönvaihtimiin, voidaan soveltaa tähän keksintöön.

9 8 7 4 01

Jotta tällaisia kelluvalla levyllä varustettuja lämmönvaihtimia käytettäisiin tehokkaammin hyödyksi, on hakija jo ehdottanut seuraavanlaisia parannuksia rakenteeseen: rakenne, jossa suorakaidelevyjen välisen tilan säilyttämistä varten olevat osat on kiinnitetty tukevammin (japanilainen julkiseksi tullut hyödyllisyysmallihakemus 5 nro Sho 61-204 186-A); rakenne, jossa kunkin kanavan paksuutta on suurennettu laajentamalla kunkin vierekkäisen suorakaidelevyparin välistä rakoa syvennyksien 26 avulla, jotka on muodostettu kunkin suorakaidelevyn 24 molempiin pintoihin koskettamaan viereisten suorakaidelevyjen syvennysten pohjia, kuten kuviossa 8 suorakaidelevyjen 24 rajaaman kanavan poikkileikkauskuva esittää (japanilainen julkiseksi 10 tullut hyödyllisyysmallihakemus nro Sho 61-204 187-A); rakenne, jolla vältetään lämmön vaikutus tukirakenteeseen ja parannetaan lämmön talteenottoa panemalla lämpöeristeitä suorakaidelevyn ja lämmönvaihto-osan tukirakenteen väliin (japanilainen julkiseksi tullut hyödyllisyysmallihakemus nro Sho 61-204 188-A); rakenne, jossa suorakaidelevystöä tukee suorakaidelevyn pinnoille muodostettujen ripojen ja 15 syvennysten yhdistelmä (japanilainen julkiseksi tullut hyödyllisyysmallihakemus nro Sho 61-204 189-A); rakenne, jolla parannetaan suorakaidelevyjen taivutusjäykkyyttä järjestämällä kunkin suorakaidelevyn reunaan mekanismi levyjen taittumisen estämiseksi (japanilainen julkiseksi tullut hyödyllisyysmallihakemus nro Sho 61-204 185-A). Näitä parannuksia voidaan kaikkia soveltaa tämän keksinnön mukaisiin kelluvalla . . .20 levyllä varustettuihin vastavirtalämmönvaihtimiin.

Lisäksi tämän keksinnön mukaisessa lämmönvaihtimessa, tekemällä lämmönvaih-dinosa suorakaiteen muotoiseksi ja rajoittamalla tiivistyslistoja käyttäen suorakaiteen :Y: pitkältä sivulta sisään ja ulos virtaavan väliaineen sisäänmenon ja ulostulon leveyttä, saadaan kummankin väliaineen suunta suorakaiteen lämmönvaihto-osan keskellä 25 vastakkaiseksi toinen toisiinsa nähden.

Heti lämmönvailuimesta ulos virraltuaan ja juuri ennen lämmönvaihtimeen sisään tuloaan muuttaa väliaine virtaussuuntaansa 90" kohti suorakaiteen keskusosaa, jossa vastavirtaus toteutuu, tai siitä poispäin. Väliaine ei kuitenkaan virtaa kohti kuviossa 30 5 suljetuilla katkoviivoilla ympäröityjä alueita "a" ja "b". Siksi on eduksi jäljestää kanavan sisään väline väliainevirtauksen levittämiseksi ja yhdensuuntaistamiseksi ίο 8 7 401 tämän keksinnön mukaisesti.

Väline väliainevirtauksen levittämiseksi voidaan muodostaa kanavaan helposti ja tehokkaasti muuttamalla lämmönvaihdinlevyn pintaan tehtyjen, kanavaan työntyvien 5 syvennysten jäijestystä ja suuntaa.

Kukin kelluvan levyn pintaan muodostettu, kanavaan vähiten työntyvä syvennys on muodoltaan suunnilleen pitkänomainen ympyrä ja siksi se vähiten vastustaa väliainetta, kun väliainevirran suunta ja syvennysten pituussuunta ovat samat. Määräämällä 10 syvennysten sijoitus ja suunta kanavassa väliaineen parhaimpien virtausmallien mukaan, voidaan syvennyksiä käyttää myös välineenä väliainevirtauksen levittämiseksi ja yhdensuuntaistamiseksi. Tällaisia syvennyksiä käsittävä kelluva levy voidaan valmistaa helposti esimerkiksi tavanomaisesta teräslevystä ulos pakottamalla.

15 Tämä keksintö ehdottaa myös tarkempia säätölaitteita väliainevirtauksen yhdensuuntaistamiseen. Koska väliainevirta rajoittuu tietylle alueelle jopa yllämainitussa rakenteessa, on eduksi sijoittaa levymäisiä välineitä virtauksen yhdensuuntaistamiseksi siinä kanavan kohdassa, jossa virtaus tapahtuu, jotta virtausta voidaan säätää tehokkaammin.

'..20 Näin toteutuu tämän keksinnön mukaan lämmönvaihtohyötysuhteeltaan hyvä kelluval- la levyllä varustettu lämmönvaihdin.

• 25 Lyhyt kuvaus piirustuksista

Kuvio 1 on osittain leikattu perspektiivikuva, ja esittää suositeltavan toteutusmuodon tämän keksinnön mukaisesta kelluvalla levyllä varustetusta vasiavirtalämmönvaihti-mesta, . 30 ti kuviot 2(a) ja 2(b) esittävät esimerkkejä kuvion 1 kelluvalla levyllä varustetun vasta- il 87401 virtalämmönvaihtimen kelluvan levyn kummallekin pinnalle muodostettujen syvennysten jäijestyksestä ja suunnasta, kuvio .1 on käyrä, joka esittää väliaineen lämpötilavaihteluja vastavirtalämmonvaihti-5 men sisällä väliainevirran suuntaan, kuvio 4 on käyrä koijauskertoimen saamiseksi ristivirtalämmönvaihtimessa, kuvio 5 on kaaviomainen kuva, ja esittää väliaineen virtauksen suorakaiteen muotoi-10 sessa kanavassa, kuvio 6 on osittain leikattu perspektiivikuva ja esittää tekniikan tason mukaisen ristivirtalämmönvaihtimen.

15 kuviot 7(a), 7(b) ja 7(c) esittävät esimerkkejä kuvion 6 ristivirtalämmönvaihtimen kelluvista levyistä, kuviot 7(a) ja 7(b) esittävät eri kelluvien levyjen profiilin, ja 7(c) esittää kelluvien levyjen pinon poikkileikkauskuvannon, • · kuvio 8 on selittävä poikkileikkauskuva tekniikan tason mukaisen kelluvalla levyllä ... 20 varustetun lämmönvaihtimen kelluvasta levystä, ja kuviot 9(a) ja 9(b) ovat käyriä, jotka esittävät eri kytkentöjä monivaiheisen, kelluvalla levyllä varustetun ristivirtalämmönvaihtimen muodostamiseksi.

25

Keksinnön paras toteuttamistapa ; Seuraavassa tämä keksintö selostetaan yksityiskohtaisesti ja konkreettisemmin viitaten • keksinnön ei-rajoittaviksi tarkoitettuihin mutta suositeltaviin toteutusmuotoihin.

30

Kuvio I on osittain leikattu perspektiivikuva tämän keksinnön mukaisen kelluvalla i2 87401 levyllä varustetun vastavirtalämmönvaihtimen eräästä suositeltavasta toteutusmuodosta. Lämmönvaihdin käsittää kooltaan 1200 mm x 2635 mm olevan lämmönvaihtopin-nan.

5 Kuten kuviossa 1 on esitetty, tämän keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen rakenne on melko lailla samankaltainen kuin tekniikan tason mukaisella kelluvalla levyllä varustetun lämmönvaihtimen.

Seinäosat 101 ja 102 on yhdistetty toisiinsa kussakin kulmassa kulmaosilla 103, 104, 10 105, 106 muodostamaan lämmönvaihtimen tukirakenteena toimivan ympäröivän kehi kon. Tässä toteutusmuodossa kulmaosat 104 ja 106 ulottuvat kumpikin seinäosien 101 ja 102 pitkää sivua pitkin väliaineen sisäänmenoon 107 tai ulostuloon 108 (jota ei voi nähdä kuviossa 1, koska se on piilossa piirustuksessa).

15 Tämä rakenne näkyy kuvioissa 2(a) ja 2(b), jotka ovat vaakasuuntaisia leikkausku-vantoja kuvion 1 lämmönvaihtimesta. Kuviossa 1, 2(a) ja 2(b) samoille osille on annettu samat viitenumerot.

Kuten kuvioista 2(a) ja 2(b) voidaan nähdä, kukin kulmaosa 103, 104, 105, 106 . . 20 työstää tiivistyslistoja 111 ja 113 rakennetta päin lämpöeristyslaitteiden 109 ja useiden rullajousien 110 välityksellä niin, että ympäröidyt kelluvat levyt 114a ja 114b ovat joustavasti tuetut sivureunoistaan. Tästä syystä rullajouset 110 absorboivat tiivistyslistojen 111, 113 lämpölaajenemisen. Sen seurauksena tiivistyslistat 111, 113 eivät taivu eivätkä siirry pois paikoiltaan lämmön vaikutuksesta ja tiivistyslistojen 25 lämpölaajenemisilmiö ei vahingoita tukirakennetta. Kunkin kulmaosan 103, 104, 105, 106 sivuttaissuuntaisiin päihin on asennettu rajoitinlevyt 115a, 115b siten, että rullajouset 110 eivät pääse pois paikoiltaan.

Toisaalta näiden neljän tiivistyslistan joukossa on kaksi tiivistyslistaa 113, jotka ovat 30 toinen toisiaan vastapäätä ja kulkevat kumpikin pitkin kelluvien levyjen sivureunoja ja muodostavat väliaineen sisäänmenon 107 ja vastaavasti ulostulon 108 seinäosien 13 87401 101, 102 pitkien sivujen ja kunkin kulmaosan 103, 104, 105, 106 määrittämissä kahdessa tasossa. Sisäänmeno 107 ja ulostulo 108 sijaitsevat viistosti toisiinsa nähden kahdessa tasossa.

5 Kuvioissa esittämättömät taipuisat erottimet on viety sisään kokoonpuristettuina (mikä on niiden normaali tila) kunkin kahden vierekkäisen kelluvan levyn muodostaman parin väliin. Sen seurauksena ei ainoastaan vierekkäisten kelluvien levyjen välimatka säily, vaan myös kelluvien levyjen paksuussuuntainen lämpölaajeneminen absorboituu.

10

Kussakin kelluvassa levyssä 114a ja 114b, aivan kuin kuvioissa 7(a) ja 7(b) esitetyn tekniikan tason mukaisen lämmönvaihtimen kelluvissa levyissä, on kaksi pystysuoraa ylöspäin taivutettua reunaa sen pitkillä tai lyhyillä sivuilla siten, että ylöspäin taivutetut reunat ovat tiiviissä kosketuksessa välittömästi sen yläpuolella (tai juuri alapuolel 15 la) olevaan kelluvaan levyyn muodostaen kahdessa kohtisuorassa suunnassa olevia kanavia kelluvien levyjen väliin.

. : , Olettakaamme, että kuviossa 2(a) esitettyjä kelluvia levyjä kutsutaan ilmalevyiksi ja matalampilämpöinen väliaine, joka tuodaan lämmönvaihtimeen pitkältä sivulta, - 20 siirtyy juuri ilmalevyjen yläpuolelle. Olettakaamme myös, että kuviossa 2(b) esitetyt : ' kelluvat levyt ovat täysiä, ja korkeampilämpöinen väliaine, joka tuodaan lämmön vaihtimeen lyhyeltä sivulta, siirtyy juuri täysien levyjen yläpuolelle.

Kukin kelluvista levyistä 114a ja 114b käsittää edelleen joukon syvennyksiä, jotka 25 ulkonevat sen molemmista pinnoista. Kuvio 2(a) esittää syvennysten suunnan ja järjestyksen kanavassa, jonne väliaine tulee kelluvan levyn ensimmäiseltä pitkältä sivulta ja poistuu vastakkaiselta pitkältä sivulta; kuvio 2(b) esittää syvennysten suunnan ja järjestyksen kanavassa, jonne väliaine tulee kelluvan levyn ensimmäiseltä lyhyeltä sivulta ja poistuu vastakkaiselta lyhyeltä sivulta. Kuten yllä mainittiin, 30 ulkonevat syvennykset on muodostettu kelluvan levyn molempiin pintoihin, mutta kahdenlaisia syvennyksiä käsittävän järjestelyn selkeyden vuoksi vain ne syvennyk- i4 87 4G1 set, jotka ulkonevat piirustustasosta ylöspäin, on esitetty kuvioissa 2(a) ja 2(b).

Kukin syvennys on muodoltaan suunnilleen pitkänomainen ympyrä. On ilmeistä, että syvennykset vähiten jarruttavat väliainetta, kun niiden suurin mitta on sama kuin 5 väliaineen virtaussuunta. Niinpä tutkimus syvennysten suunnasta ja järjestyksestä väliaineen haluttuun virtaussuuntaan kanavassa paljasti, että kuvioissa 2(a) ja 2(b) esitetty järjestys ja suunta on eräs parhaista.

Kuviossa 2(a) syvennykset 131, jotka ulottuvat kohtisuorasti ilman virtausreittiin 10 nähden tuottaakseen tietyn suuruisen painehäviön, toimivat jakelijana saadakseen ilman virtaamaan tasaisesti lämmönvaihtimen vastavirtausosassa. Syvennykset 133 rajoittavat ilman virtausta ulosmenopuolella.

Syvennykset 134 toimivat ohjaussiivekkeinä ohjatakseen vastavirtaosaan tuotua ilmaa 15 laminaarisena virtauksena piirustuksessa ylöspäin. Syvennykset 132 ovat siksi, että ne ohjaavat sisääntulon kautta tuotua ilmaa kohti lämmönvaihtimen sisäosaa ilman, että se menettää dynaamista painettaan. Edelleen syvennykset 132 muuttavat ilmavirtauksen suuntaa ulosmenon kohdalla kohtisuorasti sallimatta sen oikaista reitiltään • kuvion 5 tapaan.

: . . Kelluvien levyjen 114b pintaan tehdyt syvennykset 132, kuten kuviossa 2(b) on esitetty, on kaikki pantu suoraan riviin siten, että niiden suurin mitta on väliaineen · virtaussuuntaan, jotta ei häirittäisi väliainevirtausta.

·.: 25 Lisäksi kunkin syvennyksen pohja koskettaa viereisiä kelluvia levyjä toimien erotti-: mena pitääkseen kelluvien levyjen välimatkan samana, samoinkuin lämmönvaihdinta ' - ·. lujittavana osana sen pystysuunnassa.

_· Edelleen tämän toteutusmuodon mukainen lämmönvaihdin käsittää tarkemman me- 30 kanismin väliainevirran yhdensuuntaistamiseksi. Väliainevirran ohjaamiseksi tarkasti on lämmönvaihdinlevyn ilmakanavaan asennettu kampamainen ohjauslevy, jonka

II

is 87401 lämmönvaihtimen sisälle työntyvä osuus on säädettävä, koska virtaus valitsee paikallisen oikotien ilmakanavassa jopa yllä selostetussa rakenteessa. Tässä toteutusmuodossa kampamainen ohjauslevy on toteutettu jatkamalla rajoitinta 115b, joka estää kuvion 1 rullajousia 110 pääsemästä pois paikoiltaan, ilmakanavan sisään päin.

5 Tämän keksinnön mukaisella kelluvalla levyllä varustetulla vastavirtalämmönvaihti-mella on näin valmistettuna, yksinkertaisesta kokoonpanorakenteestaan ja tiiviistä profiilistaan huolimatta yhtä korkea lämmönvaihtoteho kuin vastavirtalämmönvaihti-mella.

10

Teollinen soveltuvuus Tämän keksinnön mukainen lämmönvaihdin, jota tähän asti on yksityiskohtaisesti 15 selostettu, kykenee kestämään suurempia lämpötilaeroja kuin lämmönvaihdin, jossa lämmönvaihdinlevyt on hitsattu tukielimiinsä. Lisäksi kaikkia tekniikan tason mukaisen kelluvalla levyllä varustetun lämmönvaihtimen hyviä puolia voidaan käyttää hyödyksi tässä keksinnössä: lämmönvaihdinlevyillä, joiden pintaan on tehty joukko syvennyksiä, on hyvä lämmönvaihtohyötysuhde, koska korkealämpöisellä ja matala-20 lämpöisellä väliaineella on suuri kosketuspinta, ja syvennykset voidaan pakottaa ulos teräslevystä siten, että lämmönvaihdinta koottaessa ei tarvita lisätyövaiheita erillisten erottimien, kuten ripojen, asentamiseksi lämmönvaihdinlevyjen väliin.

Edelleen tämän keksinnön mukaisessa kelluvalla levyllä varustetussa lämmönvaihti-- 25 messa on vastavirtarakenne, jonka lämmönvaihtoteho on periaatteessa korkea. Niinpä lämmönvaihtopintaa voidaan pienentää ristivirtalämmönvaihtimeen verrattuna. Lisäksi kanavatöiltä voidaan välttyä, koska monivaiheinen rakenne on tarpeeton.

Näin aikaansaadaan tehokas lämmönvaihdin, joka voidaan valmistaa helposti. Tätä 30 lämmönvaihdinta voidaan esimerkiksi käyttää edullisesti ilman esilämmittimenä uuneissa, kattiloissa, jätteenpolttolaitoksissa, tislauslaitteissa ja vastaavissa samoin 16 87401 kuin muilla aloilla.

li

Claims (4)

1. Kelluvalla levyllä varustettu vastavirtalämmönvaihdin, joka käsittää - ympäröivän kehikon, joka muodostuu kahdesta yhdensuuntaisesta, suorakai-5 teen muotoisesta seinäosasta (101, 102) ja neljästä kulmaosasta (103-106), jotka yhdistävät seinäosien (101, 102) parin ainakin toisiaan vastaavista kulmista, - kaksi paria tiivistyslistoja (111, 113) , jotka ovat kosketuksissa kulmaosien (103-106) sisäpintaan taipuisien tiivistinelimien (109) välityksellä tiivistääkseen ainakin kunkin kulmaosan (103-106) sisäpinnan, 10. rajoittimet (115a, 115b) jousien (110) ja tiivistinelinten (109) pidättämiseksi kulmaosien (103- 106)ja tiivistyslistojen (111, 113) välissä, - ainakin kolme erillistä samansuuntaista kelluvaa levyä (114a-114c), jotka on asennettu seinäosien (101, 102) suuntaisesti ja kosketuksiin tiivistyslistojen kanssa siihen tilaan, jonka rajaavat tiivistyslistat (111, 113) ja seinäosat (101, 102) jajokai- 15 nen levy käsittää useita erillisiä pitkänomaisia pyöreähköjä kuoppia (131-134) jotka ulkonevat ainakin yhdestä levyn sivusta siten, että niiden suurin ulottuvuus on samansuuntainen virtaussuunnan kanssa, jolloin kuopat määräävät peräkkäisten levyjen (114a, 114b) välimatkan ja nesteen virtauskanavat, - säätölaitteen väliaineiden virtauksen säätämiseksi kanavissa siten, että läm- . 20 mönvaihtimessa erilämpöiset väliaineet virtaavat kumpikin vierekkäisissä kanavissa kunkin kelluvan levyn (114a, 114b) vastakkaisilla pinnoilla ja lämmön vaihtuminen tapahtuu väliaineiden välillä kunkin kelluvan levyn läpi, ja - seinäosien (101, 102) lyhyempien sivujen määräämien tasojen pariin muodostetun ainakin yhden nesteen sisäänmenon ja ulostulon, . : 25 tunnettu siitä, että - yksi tiivistyslistojen (113) vastaavien seinien (101, 102) keskipisteet yhdistävään viivaan nähden lävistäjäasemassa olevista pareista ulottuu sitä tasoparia pitkin, 30 jonka määrää seinäosien (101, 102) pitemmät sivut ja kulmaosat (103-106) siten että jälkimmäiset tasot on suljettu mutta jättää sulkemattomia osia halkaisijalla vastakkain ie 87401 olevissa asemissa sisäänmenon (107) ja ulostulon (108) muodostamiseksi toista nestettä varten, ja - säätöelimet toisen nesteen virtauksen yhdensuuntaistamiseksi käsittävät kuoppia (131-134) jotka on jäljestetty siten, että kaksi nestettä virtaa vastakkaisiin 5 suuntiin ennalta määrätyssä osassa kanavia pitempien sivujen suunnassa sisääntulosta ulostuloon ja suunnissa, jotka ovat suorassa kulmassa toisiinsa nähden jäljellä olevilla kanavien osilla, ja kuopat ovat olennaisesti samankokoisia ja jäljestetty samansuuntaisiksi toistensa kanssa ja poikittaissuuntaisiksi sisäänmenossa ja ulostulossa ja pituussuuntaisiksi levyn muissa osissa suhteessa levyneliön pitkittäisakselin suhteen 10 poikittain olevaan akseliin nähden.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kelluvalla levyllä varustettu vastavirtalämmön-vaihdin, tunnettu siitä, että pitkän ja lyhyen sivun pituuksien välinen suhde kelluvan levyn siinä osassa, jossa lämmönvaihto tapahtuu, on 2,5 : 7. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kelluvalla levyllä varustettu lämmönvaih-din, tunnettu siitä, että väliaineiden virtauksen ohjausväline on levymäinen osa, joka on asennettu väliaineiden sisääntulon ja/tai ulosmenon kohdalle. 20

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kelluvalla levyllä varustettu lämmönvaihdin, tunnettu siitä, että jokainen levymäinen elin koostuu rajoittimen (115b) ulokkeesta. joka on kammanmuotoinen levy. 19 87401