FI93145C - Lämmönsiirrin - Google Patents

Description

93145

LÄMMÖNSIIRRIN

Keksintö kohdistuu lämmönsiirtimeen, jossa käytetään uudenlaista, erittäin ohutta, mutta kuitenkin lujaa läm-r 5 mönsiirtopintaa.

Perinteisesti lämmönsiirtolaitteita, kuten lamellilämmön-siirtimiä, on valmistettu metallista, kuten ruostumattomasta teräksestä. 1-1,5 mm:n paksuisista metallilevyistä 10 on valmistettu lamelleja lämmönsiirtoelimiksi esimerkiksi haihduttimiin. Tällainen rakenne sallii huomattavan suuret paine-erot, mutta toisaalta se on painava ja suhteellisen kallis. Jos joudutaan käsittelemään happamia liuoksia, on ongelmana korroosio ja tällöin lämmönsiirtopinta-15 materiaalina joudutaan käyttämään erikoisterästä tai titaania, mikä nostaa huomattavasti laitteiden hintaa.

Rakenteeltaan kevyitä, korroosiota kestäviä ja kustannuk-siltaa edullisia lämmönsiirtimiä on valmistettu käyttä-20 maila lämmönsiirtopintana ohutta muovikalvoa, jolloin lämmönvaihtoelementit voivat olla esimerkiksi pussimai-sia. Tällaisia lämmönsiirtimiä tunnetaan muun muuassa julkaisuista EP 34920 ja DE 2511144. Muovien haittana on kuitenkin niiden heikko lämmönjohtokyky ja huonot lu-: 25 juusominaisuudet ohuina kalvoina.

EP- julkaisusta 286400 tunnetaan levytyyppinen lämmön-siirrin, jossa lämmönsiirrinelementti on valmistettu yhdistämällä kaksi paksuudeltaan 0.12-0.7 mm olevia poly-30 meeripaneelia lämmön ja paineen vaikutuksen alaisina virtauskanavien muodostamiseksi niiden väliin. Toisen paneelin pinta päällystetään halutunlaisen kanavakuvioin-nin kohdalta tietynlaisella aineella. Toisen paneelin vastakkain tuleva pinta käsitellään sellaisella aineella, 35 että se yhdistettäessä tarttuu ensin mainitun paneelin pintaan muualta paitsi virtauskanavien kohdalta. Edulli- 93145 2 simmin polymeeri on polyamidi, joka voidaan pinnoittaa metallifoliolla lämmönsiirron parantamiseksi.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä 5 esitetyt ongelmat ja tarjota erilaisiin käyttötarkoituksiin soveltuva lämmönsiirrin, joka on yksinkertainen valmistaa ja jonka lämmönsiirtopinta johtaa hyvin lämpöä ja on ohut ja kevyt, mutta samalla kuitenkin luja.

10 Esillä olevan keksinnön mukaiselle lämmönsiirtimelle on olennaista, että lämmönsiirtoelimien lämmönsiirtopinta on muodostettu laminaatista, joka käsittää ainakin kaksi eri materiaalia olevaa kerrosta, metallifoliokerroksen ja 15 muovikerroksen, ja että laminaatin paksuus on alle 200 Mm ja metallifoliokerroksen paksuus on alle 100 μτα.

Laminaatti valmistetaan sopivimmin yhdistämällä muovikerros ohueen metallifolioon. Näin syntyvä lämmönsiirto- 20 pinta on kevyt ja sen lujuus on ratkaisevasti parempi kuin pelkän metallifolion. Muovin haitta lämmönsiirrossa on pieni. Lisäksi lämmönsiirtimen valmistus aiheuttaa vähemmän kustannuksia.

• 25 Keksintöä selitetään tarkemmin viittaamalla oheiseen kuvioon, joka esittää erästä keksinnön mukaista edullista suoritusmuotoa, jossa larainaattia lämmönsiirtopintana käyttäen on muodostettu lamelli, josta kuviossa esitetään osittainen poikkileikkauskuvanto.

30

Laminaatista voidaan kuvion mukaisesti muodostaa lämmön-siirtoelimenä käytettävä lamelli. Käytettävä laminaatti 3 muodostuu metallifoliosta 1 ja muovikalvosta 2. Se valmistetaan sinänsä tunnetuin menetelmin, kuten liimaamalla 35 metallifolio ja muovikalvo toisiinsa tai ekstrudoimalla muovi metallifolion pintaan. Lamelli 4 valmistetaan sopivimmin kiinnittämällä kaksi suorakaiteen muotoista la- 93145 3 minaattikaistaletta 3 kiinni toisiinsa vastakkaisista reunoista, esimerkiksi liimasauroalla 5 tai vastaavalla tavalla. Yhteen sivuun jätetään aukko lämmönsiirtoaineen syöttöä varten ja vastakkaiseen sivuun sen poistoa var-5 ten. Laminaattikaistaleessa voi muovikerros olla pitempi kuin metallikerros, jolloin myös ulompana olevat muovi-kerrokset yhdistetään toisiinsa kuvion mukaisesti. Lamel-lin sisään ei tarvita erillistä tukirakennetta laminaat-tien erillään pitämiseksi. Lamellin sisäpaine on hieman 10 suurempi kuin ulkopuolen paine, jolloin laminaat-tiseinämät pysyvät paine-eron johdosta erillään niin, että muodostuu seinämien väliin kulkutie lämmönsiirtoai-neelle. Laminaatit voidaan lisäksi yhdistää toisiinsa pistemäisten yhdyskohtien avulla, esim. liimaamalla läm-15 mönsiirtoaineen, kuten höyryn, mainitun paineen aiheuttamien muodonmuutosten rajoittamiseksi.

Näin voidaan valmistaa jäykähkö, mutta joustava lämmön-siirtolamelli, joka on korroosion kestävä, riittävän 20 tukeva ja luja rakenteeltaan. Se toimii esimerkiksi falling film- haihduttimena siten, että lauhtuva höyry johdetaan lamellin sisään ja haihdutettava neste lamellin ulkopinnalle. Aiheuttamalla paine-ero lämpöpintojen välille saadaan lauhtumislämpötila korkeammaksi kuin höy-:: 25 rystymislämpötila. Näin voidaan siirtää lauhtumislämpö laminaattiseinämän läpi höyrystykseen (lämpötilaero T on paine-eron ja höyrystettävän nesteen kiehumispisteen nousun funktio).

30 Höyrytilaa ei tarvitse normaalisti suojata, mutta tarvittaessa sen pinta voidaan pinnoittaa, jolloin korroosiosuojaus koskee lamellin sekä uiko- että sisäpintaa. Suojaus voidaan tehdä joko kalvolla tai maalaamalla.

35 Kuviossa esitetyssä lamellissa sisäpintana on raetalli-. kerros. Luonnollisesti metalli voi olla vaihtoehtoisesti lamellin ulkopinnalla.

93145 4

Laminaatin metallikerros voi sisältää mitä tahansa tunnettua metallia tai niiden seosta, kuten alumiinia, messinkiä tai kuparia. Sopivin metalli on alumiini sen edullisen hinnan vuoksi. Metallifoliokerroksen paksuus voi 5 olla hyvinkin alhainen, mutta sen on annettava laminaa-tille kuitenkin tarpeeksi suuri jäykkyys. Yleensä on riittävää, että folion paksuus on alle 100 μπ». Tarkemmin paksuus riippuu käytettävästä metallista. Alumiinin ollessa kyseessä riittää yleensä paksuus 5-25 μη», sopivim-10 min 9-18 μη».

Laminaattiin sopivat hyvin erilaiset muovit, joiden valintaan vaikuttaa mm. lämmönsiirtimen käyttötarkoitus. Muovimateriaalilla täytyy olla riittävä mekaaninen lujuus 15 ja korroosion kestävyys lämmönsiirtimen käyttöolosuhteis sa. Sopivimmin muovikalvon paksuus on myös alle 100 μιη. Useissa tapauksissa sopivia muoveja ovat polyesteri ja polyolefiinit, kuten polyeteeni ja polypropeeni, jolloin muovikerroksen paksuus on edullisimmin 12-25 μπ».

20

Edullisesti laminaatin kokonaispaksuus on siis alle 200 μη».

On huomattava, että laminaatin teho lämmönsiirrossa riippuu käänteisesti suoraan muovisuojausten paksuudesta, kun :* 25 taas metallin hyvä lämmönjohtavuus sallii käyttää vapaas ti eri paksuisia metallifolioita ilman, että lämmönsiir-toteho laskee mitattavissa määrin. Näin ollen muovikerroksen paksuus tulee sovittaa siten, että se antaa la-minaatille riittävän lujuuden, muttei ole tarpeettoman 30 paksu laminaatin lämmönjohtokyvyn kustannuksella.

Kuvion mukaisesta lamellista voidaan sinänsä tunnetulla tavalla koota lämmönsiirrinpaketteja erisuuruisina yksikköinä eri käyttötarkoituksiin. Lamelleja kiinnitetään 35 peräkkäin tukikehykseen lamellikasetin muodostamiseksi.

Kasetteja asetetaan saman vaipan sisään haluttu määrä haihduttimeksi.

5 93145

Edellä on esitetty ainakin kahden eri materiaalin yhdistämisestä syntyvän laminaatin käyttöä haihduttimien val-r Kiistämiseen, mutta laminaatin käyttöä ei ole rajoitettu vain tähän, vaan sitä voidaan käyttää lämmönsiirtopintana 5 myös monissa muissa kohteissa, kuten kahden nesteen välisessä lämmönsiirrossa.

» m

Claims (6)

931 45 t

1. Lämmönsiirrin, joka käsittää levymäisiä lämmönsiirtoeli-5 miä, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelimien lämmönsiirto- pinta on muodostettu laminaatista, joka käsittää ainakin kaksi eri materiaalia olevaa kerrosta, metallifoliokerrok-sen ja muovikerroksen, ja että laminaatin paksuus on alle 200 pm ja metallifoliokerroksen paksuus on alle 100 pm. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että sanottu metallifolio on alumiinifolio.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu 15 siitä, että muovikerroksen paksuus on alle 100 pm.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että metallifoliokerroksen paksuus on 5-25 pm.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että metallifoliokerroksen paksuus on 9-18 pm.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että lämmönsiirtoelimet ovat lamelleja, jotka 25 muodostavat falling-film-haihduttimen. 93145