NL8400086A - Warmtewisselaar, bijvoorbeeld als deel van een universele statische koker. - Google Patents

Description

•es·· -·>.

Br/lh/14

Warmtewisselaar, bijvoorbeeld als deel van een universele statische koker»

De uitvinding betreft een warmtewisselaar met platen, die vooral nuttig is bij het koelen of verwarmen van uit mengsels bestaande fluide media.

Er zijn reeds warmtewisselaars bekend, die een 5 groot aantal nagenoeg vlakke platen hebben, elk met doorvoer-openingen en afstandhouders, welke platen tot een pakket zijn samengevoegd en door een gestel met eindwanden en aan- en afvoeropeningen worden bijeengehouden. Daarbij is de constructie zodanig, dat een tweetal fluide media, waarvan 10 het ene medium bijvoorbeeld gekoeld of verwarmd moet worden en het andere medium als koel- of verwarmingsmedium dient, gelijktijdig in tegenstroom met elkaar door het platenpakket kunnen worden geleid, waarbij de opeenvolgende tussenruimten tussen de platen selectief door het ene of het andere 15 medium worden doorstroomd. Het ene medium zal dan bijvoorbeeld door de oneven genummerde tussenruimten in het platenpakket, en het andere medium door de even genummerde tussenruimten stromen, zodat een doeltreffende warmtewisseling is verzekerd.

20 Bij warmtewisselaars van dit type kunnen zich problemen voordoen als één der fluide media uit een mengsel van twee of meer moeilijk mengbare stoffen, zoals bijvoorbeeld een vloeistof met een gas, of een pasta met een dunne vloeistof en/of een gas, bestaat. In dat geval moet gevreesd 25 worden voor ontmenging bij het passeren van de warmtewisselaar met als gevolg een niet-homogene warmteoverdracht, waarbij sommige componenten van dat mengsel bijvoorbeeld sterk gekoeld of verhit en andere componenten minder sterk gekoeld of verhit worden. Ook kan in zo een geval aankoeking 30 van bestanddelen aan de platen van het platenpakket optreden.

De uitvinding beoogt de genoemde problemen te ondervangen en een warmtewisselaar te verschaffen die geschikt is voor het verwerken van uit mengsels bestaande fluide media.

8400086 -2- • r 4

Zij verschaft een warmtewisselaar van het eerder genoemde type# welke gekenmerkt is doordat tenminste in de tussenruimten, die bestemd zijn om door één van de twee fluïde media te worden doorstroomd, een groot aantal statio-5 naire mengorganen evenwijdig naast elkaar en dicht door de aangrenzende platen omsloten, is aangebracht. Dergelijke stationaire mengorganen kunnen bijvoorbeeld bestaan uit schroefvormig getordeerde metaalstroken of uit reeksen van gekromde elementen en zullen er voor zorgen dat een door 10 de genoemde tussenruimten stromend medium goed wordt dooreen-gemengd, zodat ontmenging van het medium en daarmee een inhomogene warmteoverdracht wordt ondervangen. Op deze wijze kan goed aan het gestelde doel worden voldaan.

In een uitvoeringsvorm bestaan de stationaire 15 mengorganen uit schroefvormig getordeerde metaalstroken, die afwisselend rechtsom en linksom zijn getordeerd en met hun windingen ineengrijpend naast elkaar liggen. Er kan dan een uitstekende dooreenmenging in de betreffende tussen- . ruimte worden verkregen. Verder kan de mengwerking nog 20 worden vergroot door de stationaire mengorganen in groepen te rangschikken·en deze groepen in serie te schakelen. Daarnaast zijn echter ook varianten met een minder sterke mengwerking mogelijk.

25

De uitvinding wordt nader geïllustreerd door de tekening, die enkele uitvoeringsvormen van de warmtewisselaar volgens de uitvinding bij wijze van voorbeeld weergeeft.

Fig. 1 toont een uitvoeringsvorm van de warmte-30 wisselaar volgens de uitvinding in gedeeltelijk opengewerkt perspectief.

Fig. 2 toont een deel van het platenpakket uit de warmtewisselaar van fig. 1 op grotere schaal en tijdens het bedrijf.

35 Fig. 3 komt overeen met fig. 2 maar voor een andere uitvoer ing svorm.

Fig. 4 is een doorsnede volgens de lijn IV-IV

uit fig. 3.

8400086 -3-

Pig. 5 is een aanzicht op grotere schaal van de mengorganen uit de uitvoeringsvorm van fig. 3.

Fig. 6 geeft een variant van de uitvoeringsvorm van fig. 3 en 4 in dwarsdoorsnede te zien.

5 De in fig. 1 getoonde warmtewisselaar 1 heeft een groot aantal nagenoeg vlakke metalen platen 2, elk voorzien van doorvoeropeningen 3,3 en afstandhouders 4,4. De platen zijn tot een gesloten pakket samengevoegd en worden door een gestel 5 met eindwanden 6,6 en verbindingsstangen 7,8 en 9 10 (de laatste alleen in fig. 3 zichtbaar) bijeengehouden. In êën der eindwanden 6,6 zijn aan- en afvoeropeningen 10,10 voor fluide media aangebracht.

Tijdens het bedrijf kan een tweetal fluide media, waarvan het ene bijvoorbeeld gekoeld of verwarmd moet worden 15 en het andere als koelmedium of verwarmingsmedium dient, in tegenstroom met elkaar door de getoonde warmtewisselaar worden gevoerd. Daarbij geschiedt de aan- en afvoer van het eerste medium bijvoorbeeld via de pijlen A en B terwijl de aan- en afvoer van het andere medium via de pijlen C en D 20 geschiedt.

Binnen het platenpakket worden doorlopende stroombanen gevormd door de doorvoeropeningen 3,3 van de afzonderlijke platen. De aangevoerde fluide media zullen deze stroombanen volgen en tevens een aantal geselecteerde tussenruimten 25 tussen de platen 2 doorstromen, zodat zij vanuit een aanvoer-stroombaan in een afvoerstroombaan geraken. Daarbij kan de stroming door een geschikte plaatsing van de afstandhouders 4 op de afzonderlijke platen 2 zodanig worden beheerst, dat bijvoorbeeld alle oneven genummerde tussenruimten door het 30 ene fluide medium en alle even genummerde tussenruimten door het andere fluide medium worden doorstroomd, of omgekeerd.

Op deze wijze kan een goede warmtewisseling in tegenstroom worden verzekerd.

De tot nu toe beschreven warmtewisselaar 1 komt 35 nog grotendeels overeen met de stand der techniek. In overeenstemming met de uitvinding zijn echter tussen de platen van het platenpakket speciale voorzieningen aangebracht, die in het open gewerkte gedeelte van fig. 1 reeds schematisch 8400086 o . Λ. \ \ zijn aangegeven en aan de hand van fig. 2 nader zullen worden besproken..

Pig. 2 toont een gedeelte van het platenpakket uit de warmtewisselaar van fig. 1 op grotere schaal. Men ziet 5 hier vier platen 20,21,22,23 met tussenruimten 24,25,26,27. Alle platen hebben doorgezette ribben 28 langs de randen, teneinde als afstandhouder te dienen, terwijl verder door-voeropeningen 3 met stromingsgeleiders 29 in de nabijheid daarvan aanwezig zijn.

10 In de tussenruimten 24 en 26, bestemd om door het ene fluide medium doorstroomd te worden, bevindt zich, evenwijdig naast elkaar, een veelvoud van stationaire meng-organen 30,30, hier bestaande uit schroeflijnvormig getordeerde metaalstroken van eenzelfde torderingsrichting. Zij worden 15 dicht door de aangrenzende platen (bijvoorbeeld 21 en 22 in het geval van de tussenruimte 26) omsloten, zodat de tussenruimten voor het grootste deel met de stationaire mengorganen zijn gevuld. Door scheidingsribben 31 op één der aangrenzende platen (20,22) worden de mengorganen 30,30 20 in groepen verdeeld, terwijl andere ribben 32 als stromingsgeleiders dienen teneinde de groepen mengorganen in serie te schakelen.

Tijdens het bedrijf van de warmtewisselaar zullen de tussenruimten 24 en 26 worden doorstroomd door het ene 25 fluide medium, bijvoorbeeld een medium dat gekoeld of verwarmd moet worden, en de tussenruimten 25 en 27 door het andere fluide medium, bijvoorbeeld een koel- of verwarmings-medium. Daarbij zal het eerste medium gedwongen worden, de stationaire mengorganen 30,30 te passeren. Dit eerste medium 30 stroomt eerst in neerwaartse richting (pijlen E ) langs een eerste groep mengorganen 30, vervolgens in opwaartse richting 2 (pijlen E ) langs een tweede groep mengorganen 30 en ver- 3 volgens in neerwaartse richting (pijlen E ) langs een derde groep stationaire mengorganen 30, alvorens uit de betreffende 4 35 tussenruimte te worden afgevoerd (pijlen E ). Daarbij zorgen de ribben 32 op één der platen voor de nodige omkering van de stroming (pijlen E3 en E ). Het tweede medium kent een minder ingewikkelde stroming en stroomt eenvoudig vanuit een 8400086 -si· «3- -5- doorvoeropening 3 in opwaartse richting door de tussenruimten 1 2 25 en 27 heen (pijlen F* en F ).

Bij het passeren van de stationaire mengorganen 30,30 zal het eerste fluide medium door botsing tegen de 5 randen van de schroefstroken in deelstromen worden gesplitst, die vervolgens rechtsomdraaiend ieder een eigen weg volgen en bij het einde van de mengorganen samenkomen. Dit herhaalt zich enkele malen, omdat groepen mengorganen in serie zijn geschakeld. In totaal wordt zodoende een goede dooreenmenging 10 verkregen.

Dankzij het feit dat de tussenruimten selectief door het ene of het andere medium worden doorstroomd, vindt een goede warmtewisseling tussen de beide fluide media plaats. Bovendien zorgen de stationaire mengorganen in de 15 tussenruimten 24 en 26 voor een voortdurende dooreenmenging van het eerste medium, zodat ontmenging van dit medium en inhomogeniteiten in de warmteoverdracht worden vermeden.

Dit betekent dat als het eerste medium uit een mengsel van stoffen bestaat, een goede en gelijkmatige warmtewisseling 20 voor alle componenten van -dat mengsel is gewaarborgd.

Fig. 3 en 4 geven eveneens een gedeelte van een platenpakket uit de warmtewisselaar van fig. 1 weer, maar nu voor een andere uitvoeringsvorm. Men ziet hier een aantal nagenoeg vlakke platen 36,37,38,39 die tot een pakket zijn 25 samengevoegd en door een gestel met verbindingsstangen 7,8 en 9 worden bijeengehouden.

Elke plaat in het pakket is voorzien van doorvoer-openingen 3 en afstandhouders 4,4, terwijl langs de randen pakkingen 40,41 worden aangebracht (fig. 4).

30 Tussen de platen bevinden zich tussenruimten 42, 43,44,45 die bestemd zijn om selectief door het ene of het andere van twee fluide media te worden doorstroomd. In de tussenruimten 43 en 45 bestemd voor het ene fluide medium, bevinden zich evenwijdig aan elkaar een groot aantal statio-35 naire mengorganen 46,46. Deze mengorganen bestaan hier uit schroefvormig getordeerde metaalstroken, die afwisselend rechtsom en linksom getordeerd zijn en met hun windingen in-eengrijpend naast elkaar liggen. In dwarsdoorsnede maken deze 8400086 1 - ~ \l \ -6- metaalstroken hoeken van 90° met elkaar terwijl zij elkaar praktisch raken (fig. 4) . Deze metaalstroken worden dicht door de aangrenzende platen (bijvoorbeeld 36,37 in het geval van de tussenruimte 43) en door randpakkingen (40) 5 omsloten, zodat de tussenruimten 43 en 45 voor het grootste deel met de stationaire mengorganen 46,46 zijn gevuld.

Fig. 5 laat de naast elkaar liggende stationaire mengorganen 46,46 uit fig. 3 en 4 in aanzicht zien. Duidelijk blijkt, dat hier een groot aantal verschillende stroomwegen 10 wordt geschapen.

Tijdens het bedrijf van de warmtewisselaar van fig. 3 tot 5 zullen de tussenruimten 43 en 45 worden door- stroomd door een eerste fluide medium, bijvoorbeeld een medium dat gekoeld of verwarmd moet worden, en de tussen- 15 ruimten 42 en 44 door een ander fluide medium, bijvoorbeeld een koel en verwarmingsmedium. Daarbij zal het eerste medium, komend vanuit een doorvoeropening 3, gedwongen worden de stationaire mengorganen 46,46 in neerwaartse richting te passeren alvorens het uit de betreffende tussenruimte wordt· 7 8 20 afgevoerd (pijlen E en E ). Het andere fluide medium stroomt vanuit een doorvoeropening 3 in opwaartse richting door de 3 tussenruimten 42 en 44 heen (pijlen F ).

Bij het passeren van de stationaire mengorganen 46,46 zal het fluide medium tegen de randen van de schroef- 25 stroken botsen en daardoor in deelstromen worden gesplitst.

De deelstromen vervolgen ieder een eigen weg enwel linksom 9 en rechtsom draaiend (zie de pijlen E uit fig. 5) waarbij zij door verwijdingen en vernauwingen in hun baan vertragende en versnellende invloeden ondervinden en ook telkens van 30 binnen naar buiten en van buiten naar binnen worden gedrukt. Bij het samenkomen van twee deelstromen worden zij gecombineerd en bij het treffen op een rand van één der stroken wordt een deelstroom opnieuw gesplitst. Als gevolg van dit complex van verschijnselen vindt een intensieve dooreenmenging 35 plaats, die zich over de gehele lengte van de stationaire mengorganen voortzet. Indien het doorstromende medium uit een mengsel van stoffen bestaat zal dit mengsel tijdens het * passeren van de mengorganen goed gemengd blijven en zal een 8400086 -7- -« : - \' \ gelijkmatige warmtewisseling met het door de andere tussenruimten stromende tweede medium gewaarborgd zijn.

In fig. 6 wordt nog een variant op de uitvoeringsvorm van fig. 3 tot 5 getoond. In deze variant ziet men een 5 aantal nagenoeg vlakke platen 50,51,52,53,54, elk met een als afstandhouder en pakking dienende omgebogen rand 55, welke tot een pakket van platen zijn saraengevoegd. Tussen de platen bevinden zich tussenruimten 56,57,58,59 die bestemd zijn om selectief door het ene of het andere van twee fluide 10 media te worden doorstroomd. In de tussenruimten 56 en 58, bestemd voor het ene fluide medium, bevinden zich evenwijdig aan elkaar een groot aantal stationaire mengorganen 60,60, van hetzelfde type als in fig. 3-5. Deze mengorganen worden dicht door de aangrenzende platen (bijvoorbeeld 52 en 53 in 15 het geval van de tussenruimte 58) omsloten zodat de tussenruimten voor het grootste deel met de mengorganen zijn gevuld. Door scheidingsribben 61,61 op de aangrenzende platen (bijvoorbeeld 52,53) worden de mengorganen 60,60 in groepen verdeeld, die hetzij parallel, hetzij in serie 20 geschakeld zijn.

Tijdens het bedrijf van de variant van fig. 6 zullen de tussenruimten 56 en 58 worden doorstroomd door een eerste fluide medium, bijvoorbeeld een medium dat gekoeld of verwarmd moet worden, en de tussenruimte 57 en 59 door 25 een ander fluide medium, bijvoorbeeld een koel- of verwar-mingsmedium. Daarbij zal het eerste medium worden gedwongen, de stationaire mengorganen 60 te passeren en daarin een sterke dooreenmenging ondergaan, op soortgelijke wijze als in fig. 3 tot 5. Het geheel betekent een goede en homogene 30 warmtewisseling, waarbij mengsels van stoffen goed gemengd blijven en homogeen worden gekoeld of verwarmd.

Uiteraard zijn tal van varianten op de beschreven uitvoeringsvormen mogelijk. Zo behoeven de stationaire mengorganen niet uit getordeerde metaalstroken te bestaan, maar 35 kunnen zij ook bestaan uit een reeks van achter elkaar geplaatste gekromde elementen, die telkens een hoek met elkaar maken. Dergelijke mengorganen hebben een krachtige mengwerking en zullen voor een goede dooreenmenging van een 8400086 -8- J- \v \ doorstomend medium zorgen. Verder kunnen varianten mogelijk zijn op het gebied van de plaatsing en onderlinge rangschikking der stationaire mengorganen. In de getekende voorbeelden zijn de stationaire mengorganen alleen in de tussen-5 ruimten aangebracht die door een eerste medium worden door-stroomd, maar het zal duidelijk zijn dat men deze mengorganen ook in alle tussenruimten kan aanbrengen. Verder kunnen de stationaire mengorganen een willekeurige hoek met de stromingsrichting van het fluïde medium door een tussen-10 ruimte maken al zal dit bij voorkeur een scherpe hoek zijn.

De warmtewisselaar volgens de uitvinding kan op talrijke terreinen toepassing vinden. Een belangrijke toepassing is als onderdeel van een universele statische suiker-koker, maar de uitvinding is daar niet toe beperkt.

8400086

Claims (6)

1. Warmtewisselaar, met een veelvoud van nagenoeg vlakke platen, elk voorzien van doorvoeropeningen en afstand-houders, die tot een pakket zijn samengevoegd en door een gestel met eindwanden en aan- en afvoeropeningen worden 5 bijeengehouden, waarbij de constructie zodanig is dat een tweetal fluide media in tegenstroom met elkaar door het pakket van platen kan worden gevoerd en de opeenvolgende tussenruimten tussen de platen selectief door het ene of het andere van de twee fluide media worden doorstroomd, met het 10 kenmerk, dat tenminste in de tussenruimten die bestemd zijn om door één van de twee fluide media te worden doorstroomd, een groot aantal stationaire mengorganen evenwijdig naast elkaar en dicht door de aangrenzende platen omsloten is aangebracht.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stationaire mengorganen worden gevormd door schroefvormig getordeerde metaalstroken.

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de schroefvormig getordeerde metaalstroken 20 afwisselend rechtsom en linksom zijn getordeerd en met hun windingen ineengrijpend naast elkaar liggen.

4. Warmtewisselaar volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat de stationaire mengorganen in groepen zijn gerangschikt.

5. Warmtewisselaar volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de groepen van stationaire mengorganen in serie zijn geschakeld.

6. Warmtewisselaar volgens conclusie 1-5, met het kenmerk, dat de stationaire mengorganen een scherpe hoek 30 met de stromingsrichting van de fluide media door een tussenruimte maken. 8400086