NO125510B - - Google Patents

Description

Varmeutveksler.

Foreliggende oppfinnelse angår en varmeutveksler med skillevegg som på en side har en strømningskanal for ett fluidum og på den annen side en strømningskanal for det annet fluidum, i hvilken varmeutveksler det er anordnet en ugjennomsiktig barriere-raatrise dannet av en flerhet av varmeledende legemer med dobbelt krummede overflater, der legemene er varmeledende forbundet med hverandre og med skilleveggen og begrenser såvel strømningsveier for fluidet som varmeledningsbaner mot skilleveggen.

En effektiv varmeutveksling og overføring av termisk

energi mellom strømmende fluider og medier som skal oppvarmes eller

avkjøles, er særdeles ønskelig i dagens teknikk. Behov for dette finnes i hjemmene, f.eks. ved matlagning og oppvarming, og i industrien i mange industrielle prosesser, såsom kondensasjon, destilla-sjon og oppvarming. I varmeoverføringsteknikken er en mest mulig fullstendig ekstraksjon av termisk energi fra en oppvarmet strømmende væske eller et annet medium av primær interesse. I vanlige brennere, f.eks. med en begrenset varmeoverføringsflate indikeres temperaturen av forbrenningsgassen, som kan være noen få hundre grader, at en betydelig mengde av den varme man har til rådighet i brennstoffet ikke utnyttes og går tapt gjennom skorstenskanalen. Virkningsgrader på 50-60$ er derfor ganske alminnelige i våre dagers apparater med termisk energioverføring.

Det har vært gjort forsøk på å øke overføringsarealet

mellom det strømmende fluidum og det medium som skal oppvarmes, ved hjelp av skjermer, plater og andre hindringer, men dette har ikke ført til noen vesentlig forbedring av virkningsgraden ved varmeover-føringen. Et uttrykk som ofte anvendes i teknikken for å beskrive varmeoverføringsegenskaper er "effekttetthet" som betegner den mengde termisk energi som pr. tidsenhet strømmer gjennom en arealenhet av det legeme som oppvarmes. Tidligere kjente apparater har normalt hatt effekttettheter av en størrelsesorden på 15 watt/cm p overførings-areal* Dette indikerer at man med de mange tilgjengelige energier som leverer høy termisk energi, såsom f.eks. en direkte flamme med en utgangseffekt på 7 kilowatt ville kunne oppnå høyere virkningsgrader hvis varmeutvekslerens effekttetthet kan økes passende. For-målet med foreliggende oppfinnelse er derfor å komme frem til en varmeutveksler med de egenskaper det her er behov for,og med oppfinnelsen har man oppnådd effekttettheter som er 10-100 ganger større enn de man normalt oppnår ved overføring av termisk energi, og man har da naturligvis også fått tilsvarende høyere virkningsgrader.

En kompakt anordning til hurtig overføring av termisk energi og dermed forbedring av effekttettheten har man ved foreliggende oppfinnelse kommet frem til ved at de legemer som danner barrierematrisen har dimensjoner på fra halvparten til 1/6 av barrierematrisens dimensjoner målt på tvers av strømningsretningen og ved at dybden av barrierematrisen målt i strømningsretningen ikke er vesentlig større enn den dimensjon, som med den dimensjon på de legemer det gjelder, i praksis gjør ribbelegemet ugjennomsiktig.

De små mellomrom mellom legemenes tilgrensende overflater i matrisen definerer en snodd passasje for et flytende opp-varmnings- eller avkjølingsmedium. En varmeoverførende grenseflate anbrakt helt opp til barrierematrisen sørger for passasjen av et annet medium ved en høyere eller lavere temperaturforskjell i forhold til det flytende medium inne i barrierematrisestrukturen. Porøsiteten og tettheten av barrierematrisen, sammensatt av enkelte termisk ledende bestanddeler, er på forhånd bestemte parametre for tilveie-bringelse av en effektiv varmeoverføring mellom mediene. Ifølge oppfinnelsen er det optimale krav til matrisens dybde og porøsitet at de termisk ledende legemer i det vesentlige har en gjennomsnitlig størrelse som vil tilveiebringe en optisk tett bane, hovedsakelig langs den kortest mulige passasje eller begrensede bane for den strømmende væske. Av hensyn til beskrivelsen av oppfinnelsen skal uttrykket "optisk tett" defineres som refererende til at de enkelte termisk ledende legemer er pakket på en slik måte at en lysstråle som dirigeres gjennom den resulterende struktur, ikke vil være direkte synlig, men det kan merkes små spor av lys i mellomrommene mellom de enkelte legemer på grunn av intern refleksjon og lysspredning. Barrierematrisen til varmeoverføringen kan tilveiebringes ved å

binde de termisk ledende legemer sammen ved hjelp av konvensjonelle lodde-, sintre- eller sammenstillingsteknikker, idet man overtrekker de enkelte bestanddeler med passende materialer for slike metall-urgiske prosesser.

Et annet uttrykk som er nyttig ved forståelsen av foreliggende oppfinnelse og beskrivelsen av parametrene for de enkelte termisk ledende legemer og de maksimale varmegjennomstrømningsverdier, er den "karakteristiske dimensjon". Dette uttrykk skal forstås som avstanden mellom tilstøtende varmeoverføringsgrenseflater i en passasje som er opptatt av den optisk tette barrierematrise, gjennom hvilken et av de flytende medier strømmer. I en sirkulær konfigurasjon med en intern matrisestruktur, vil den karakteristiske dimensjon være diameteren av den passasje som inneholder det flytende medium.

I en flat eller plan konfigurasjon med adskilte, parallelle, termisk ledende grenseflater, mellom hvilke barrierematrisestrukturen er anbrakt, betegner uttrykket avstanden mellom disse parallelle av-grensningsmidler. I konfigurasjoner, hvor der er innleiret organer til sirkulasjon av det flytende medium i en ekstern barrierematrise- konfigurasjon, er uttrykket definert som avstanden mellom de nevnte organers tilstøtende grenseflater. Hvis disse organer har form av sirkulære rørledninger, beregnes avstanden ved å ta gjennomsnittet av avstandene ved på forhånd valgte punkter.

Det vil bli beskrevet adskillige utformninger av den foreliggende oppfinnelse, omfattende spiralformede organer for væske-passasje, innleiret i en optisk tett barrierematrise. En slik struktur vil tilveiebringe en effektiv varmtvannskilde til hjemmet og kan med fordel anbringes på ethvert ønsket anvendelsessted.

En annen utforming av oppfinnelsen inkorporerer én fordeling av termisk ledende legemer som både finnes inne i mediets strømnings-vei og som omgir denne og som er avpasset til varmeeffekttettheter så høye som 1500 W/cm 2 for visse, spesielle anvendelser, såsom f.eks. kjeler til ovner. De høye virkningsgrader som oppnås med de viste utformninger, vil resultere i vesentlige reduksjoner såvel i plass gom i omkostningene til varmeoverføringsmoduler.

Oppfinnelsen og de spesifikke illustrerende utformninger vil nå bli beskrevet under henvisning til tegningene. Fig. 1 er et loddrett snitt gjennom en utformning av oppfinnelsen til oppvarming av en sirkulert væske ved hjelp av en ekstern matrisestruktur. Fig. 2 er et utsnitt i forstørret målestokk av en del av den eksterne matrise innenfor linjen 2-2 på fig. 1. Fig. 3 er et vinkelrett snitt langs linjen 3-3 på fig. 1 sett i pilenes retning. fig. 4 viser skjematisk de vesentligste optimale parametre ved den illustrerende utformning. Fig. 5 viser skjematisk en flat, plan varmeoverførings-konfigurasj on. Fig., 6 viser skjematisk den innlagte eksterne barrierematrisestruktur som illustrerer' en av konfigurasjonene ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 7 viser skjematisk et komplett system som anvender det varmeoverføringsmodul som er vist på fig. 1-3, inklusive.

Fig. 8 er et vertikalsnitt av en alternativ utformning

av foreliggende oppfinnelse.

Fig. 9 er et horisontalsnitt langs linjen 9-9 på fig. 8. Fig. 10 er-et vertikalsnitt av en annen alternativ utformning av oppfinnelsen med det formål å tilveiebringe høye effekt-

tetthetsparametre.

Fig. 11 er et vertikalsnitt langs linjen 11-11 på fig. 10

og

fig. 12 er et utsnitt av en alternativ utformning av oppfinnelsen hvor de enkelte deler for tydelighets skyld er skilt fra hverandre.

På tegningene, fig. 1, 2 og 3 er det vist en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen. Før denne beskrives detaljert vil det imidlertid være nyttig å henvise til fig. 4, 5 og 6, og en beskrivelse av oppfinnelsensidemessige innhold.

En varmeoverføringsanordning som tilveiebringer en høy termisk overføring under anvendelse av en struktur som tilveiebringer den optimale effekttetthet langs en varmestrømvei, er vist på fig. 4. De termisk ledende legemer er metallurgisk forbundne langs til-støtende overflater, slik at det defineres en optisk tett barrierematrise 11 langs en væskestrømvei. Mellomrommene mellom legemene definerer en snodd varmeoverføringsvei. Det er vist sfæriske legemer som i et kulelager, selv om liknende resultater kan oppnås med andre tilsvarende orienterte legemer, hvis konfigurasjon og dimensjoner tilsvarer de kritiske parametre som kreves ifølge-oppfinnelsen. Egnede termisk ledende materialer omfatter kobber, messing rust-

fritt stål, carbonstål, aluminium samt etterhvert av de plastmaterialer i hvilke det er innleiret metallpartikler. Ethvert jern- eller kobberlegeme kan være overtrukket med et eutektisk kobber/sølv-loddemetall, og hele matrisestrukturen kan være konglomerert etter en hvilken som helst kjent sammenstillingsteknikk, omfattende lodding, sintring eller sveising. Til ledende aluminiumslegemer kreves en dyppeloddingsteknikk.

Et av de utformningskriterier som skal følges er en oppnåelse av den maksimale gjennomsnittstørrelse for legemene som sikrer en optisk tett matrise med den kortest mulige lengde i væske-strømmens retning. En væskestrøm langs en vei vist ved pilen 13»

vil møte den optisk tette struktur som er forbundet med overflaten av en ledende grenseflate 12. Ved anbringelsen av et antall lege-

mer 10 som er arrangert så det tilveiebringes snodde varmeover-føringsveier i den optisk tette barrierematrise, økes den totale virkningsgrad av varmeoverføringsanordningen. Den termiske energi-strøms vei fra den strømmende væske gjennom matrisen 11 og grense-

flatens 12 overflate, er indikert ved pilen 14 og resulterer i en overføring til de medier som står i kontakt med den motsatte overflate 15.

Et annet kriterium som inngår i tilveiebringelsen av en effektiv varmeoverføringsstruktur med den kortest mulige avstand langs varmestrømveien, er antallet av forbindelsessteder eller sammenstillinger i en hvilken som helst retning, ut fra det punkt hvor den termiske kontakt foregår, langs en varmepassasje til den nærmeste tilstøtende ledende grenseflate. På fig. 5 er vist en matrisestruktur 16 mellom adskilte grenseflater 17 og 18. Slike overflater kan være anbrakt mellom veggene inne i et rør eller mellom de ytre vegger av adskilte rør, som beskrevet nedenfor. Væskens strømningsvei er vist ved pilen 19. Det har vist seg at optimale resultater vil bli oppnådd med et optisk tett arrangement i hvilket antallet tilstøtende sammenstillinger (loddede forbindelser) i en ønsket varmestrømsretning fra kontaktpunktet til den nærmeste tilstøtende grenseflate, er av størrelsesordenen 2. Den her viste barrierematrisestruktur er en intern konfigurasjon og

kan utformes i sirkulære eller rektangulære rør, såvel som mellom flate, plane plater.

Det resterende, ovenfor definerte kriterium er den karakteristiske dimensjon, på fig. 5 vist ved pilen CD, som er avstanden mellom de parallelle grenseflater 17 og 18. Skal man oppnå de størst mulige varmeoverføringshastigheter med en optisk tett barrierestruktur, kan varmestrømningsveien til den nærmeste grenseflate for en strømmende væske som føres langs veien 19, vises ved pilene 20 og 21 vinkelrett på varmestrømningsveien. Den maksimale lengde av varmestrømningsveien gjennom matrisen fra væsken til den nærmeste grenseflate kan defineres som halvdelen av strukturens karakteristiske dimensjon. Por barrierestrukturer som anvender diskrete legemer, viser den foreliggende oppfinnelse at den gjennomsnittlige størrelse av hvert legeme fortrinnsivs vil være ca. 1/3 av den karakteristiske dimensjon. Vesentlig større legemer, f„eks. svarende til over halvdelen av den karakteristiske dimensjon, ville ikke tilsammen kunne utgjøre en tilstrekkelig optisk tett struktur. Et slikt arrangement ville faktisk være særdeles ineffektivt ved overføring av trinnvis voksende kvanta varmeenergi. Som en annen ytterlighet for størrelsesintervallet ville termisk ledende lege mer med diametre under 1/6 av den karakteristiske dimensjon øke kravet til antallet loddede forbindelser og herved minske virkningsgraden for varmeoverføringsanordningens termiske ledningsevne.

Fig. 6 viser en utformning av oppfinnelsen i hvilket de adskilte organer til transport av væskestrømmen er innleiret i barrierematrisen, og en annen strømmende væske ledes inn i regionen mellom organene, som vist ved pilen 22. Denne konfigurasjon be-tegnes den eksterne type, og de omtalte utformningskriterier ved-rørende antallet forbindelser såvel som matrisens optiske tetthet,

er også anvendelig her. Et sirkulært ledningsorgan 23 som enten kan omfatte et lineært arrangement av parallelle legemer eller en spiral, er innlagt i barrierematrisen 24 av termisk ledende legemer, fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse. Den karakteristiske dimensjon i denne konfigurasjon beregnes mellom ledningsveggflater ved å ta gjennomsnittet av dimensjonen A og dimensjonen B som angir den størst mulige adskillelse mellom ledningsorganene. Termisk energi som føres langs veien 22, vil krysse varmestrømningsveier, vist ved pilene 25 og 26, til de tilgrensende ledningsvegger. Som i eksemplet på fig. 5 kan den maksimale varmestrømningsvei fortrinnsvis være halvdelen av den karakteristiske dimensjon eller gjennomsnittsav-standen mellom de adskilte ledningsvegger. Antallet loddede forbindelser er av størrelsesordenen 2 fra inngangspunktet, og gjennomsnitts-størrelsen av legemene vil være mellom halvdelen og en sjettedel av den karakteristiske dimensjon for den krevede optiske tetthet.

I tilfelle hvor legemenes størrelse er halvdelen av de"n karakteristiske dimensjon, vil dette ha til følge at det finnes en loddet forbindelse og i tilfelle, hvor legemets størrelse er en sjettedel av den karakteristiske dimensjon, vil det i gjennomsnitt finnes ca. tre loddede forbindelser.

Den høye varmeoverføringshastighet eller økede effekttetthet som oppnås ved oppfinnelsen antas å skyldes det store antall overflater som tilveiebringes av det ledende areal på hvert matrise-legeme, den turbulente væskestrømning, samt den meget korte varme-strømningsvei gjennom matrisen fra væsken til grenseflaten. Den strømmende væske bringes derfor i kontakt med en større kollektiv overflate enn det ville være mulig uten den snodde varmeoverførings-vei gjennom den viste barrierematrisestruktur. Det kan oppnås rela-tivt høye effekttettheter i de nedenfor beskrevne utformninger av oppfinnelsen, så høye som 1500 W/cm 2av det areal av matriselegemet som opprinnelig ble rammet av flammen. Sammenliknet med utformninger av konvensjonelle strukturer som bare er i stand til å overføre effekttettheter på ca. 15 W pr. arealenhet pr. tidsenhet, er det klart at en forbedring på adskillige størrelsesordner er oppnådd.

En nyttig likning ved bestemmelsen av de utformningskriterier som inkorporerer reglene ifølge oppfinnelsen ser således ut:

Uttrykket "varmestrømmen" viser til den inngående termiske energi og kan f.eks. uttrykkes i kcal/h/cm 2 veggareal av den grenseflate gjennom hvilken varmen overføres. Ettersom effekttettheten på matriseflåtene overføres til veggarealet, vil varmestrømmen være ca. 1/10 av de ovennevnte 1500 eller 15 W. Dette uttrykk angir den mengde varme som vil strømme gjennom en enhet tverrsnittsareal av det oppvarmede legeme, hvis temperaturgradienten er 1. Som nevnt ovenfor representerer varmestrømningsveien halvdelen av den karakteristiske dimensjon. Matriselegemenes dimensjon kan da lett beregnes ut fra denne verdi av den karakteristiske dimensjon. Anvendelsen av denne likning vil bli vist i relasjon til en av de beskrevne utformninger.

På fig. 1, 2 og 3 er vist en meget effektiv og praktisk utformning av den foreliggende oppfinnelse. Den spiralsnodde rør-ledning 30 er innleiret i og omgitt av en ekstern sintret barrierematrise 31• Matrisen 31 er sammensatt av adskilte, termisk ledende legemer, slik at det tilveiebringes den ovenfor beskrevne optiske tetthet. Den termiske ledningsevne, grensene for trykktapet og effekttettheten vil bestemme rørledningens helling, diameter og lengde, således at man oppnår den maksimalt tillatelige varmestrømningsvei,

og denne vil bestemme den karakteristiske dimensjon. Matriseutform-ningskriteriene er da bestemt ut fra verdien av den karakteristiske dimensjon. Et inntak 32 og et uttak 33 er henholdsvis forbundet med vannkilden og med uttagningsmidler for det flytende medium under anvendelsen. Innleiringen av rørledningen i barrierematrisen kan oppnås ved å anbringe den spiralformede rørledning 30 inne i et sylindrisk rom, definert av to konsentriske, rørformede skabeloner av et materiale som ikke vil binde til legemene, hvis dimensjoner

Skabelonene har forskjellige diametre, og det sirkulære område mellom disse kan utfylles med de enkelte legemer. Rystelse og vibrasjon av hele sammenstillingen vil skape det ønskede arrangement av legem-mene rundt hver rørvinding. Hele sammenstillingen kan så behandles metallurgisk ved den krevede temperatur, og skabelonene kan ad-skilles. Den kombinerte eksterne barrierematrisestruktur og rørled-ning samles så i den viste utformning, idet den viste varmeover-føringsmatrise definerer et sentralt forbrenningskammer 38.

Typisk kan en ovnsplate 34 forsynes med en mengde passasjer 35 for innføring av en luft/gass-blanding under trykk fra en kilde som er koplet til et rør 36 og en fitting 37 inn i forbrenningskammeret 38. I ovnsplatens 34 side er det anbrakt ét skråttstillet tenningsorgan 40, av en hvilken som helst kjent konstruksjon, f.eks.

et tennrør, for antennelse av den gassformige brennstoffblanding.

Ytre vegger 4l omgir varmeoverføringsstrukturen og en avtrekkskanal

42 til bortledning av forbrenningsgassene fører ut til en konvensjo-nell skorsten (ikke vist). Overplaten 43 er passende fastgjort til varmeoverføringsstrukturen og røret, f.eks. ved bolter og muttere 44, av hvilke en del også kan være innleiret i matrisen.

I et utførelseseksempel ble det anvendt en varmeover-føringsenhet som beskrevet på fig. 1-3»med dimensjoner på ca. 13 cm i diameter og ca. 13 cm lengde, for å tilveiebringe en kontinuerlig varmtvannsstrøm på ca. 11 l/min. Den brenner som driver varmeover-føringsenheten og alle de elektriske kontrollapparater, omfattende en termostat, luftfilter og sikkerhetsanordninger, ble inkorporert i en struktur med en høyde på ca. 15 cm, en bredde på ca. 30 cm og en total lengde på ca. 46 cm. Et slikt varmeoverføringsmodul kan erstatte daglige varmtvannsapparater av typen med en lagertank med en diameter på ca. 60 cm og en høyde på ca. l80 cm. Den nye, forbedrede struktur kan lettvint monteres i tilslutning til det endelige anvendelsessted. På grunn av de særdeles lave omkostninger kan man også inkorporere slike apparater, hvilket resulterer i besparelser i nødvendig rørføring og nødvendig blikkenslagerarbeid i forbindelse med vår tids sentraliserte varmtvannssystemer i husholdningen.

På fig. 7 er vist utformningen av oppfinnelsen ifølge

fig. 1-3 inklusive, sammen med de tilhørende strukturer, som helhet betegnet et varmeoverføringsmodul 50. En luftblåser 51 er ved fittingen 37 tilkoplet for å føre blandingen av luft og gass inn i

forbrenningskammeret 38. En gass fra kilden 53 som kan være en hvilken som helst kommersielt tilgjengelig natur- eller flaskegass, tilledes gjennom en solenoidkontrollventil 54 og regulator 55 til inntaket 52 i blåseren 51. En hvilken som helst liten, billig blåser vil være tilstrekkelig for de fleste anvendelser. Kanalen 42 som strekker seg ut fra siden av varmeoverføringsmodulet 50,

vil tilveiebringe en bortledning av forbrenningsgassene til et be-kvemt uttak. På grunn av effektiviteten ved varmeoverføringen og det faktum at forbrenningstemperaturen er meget lav, vil man kunne anvende en liten utløpsåpning i en vegg som den type som anvendes ved tøytørkingsapparater i hjemmene. Det kreves ikke noe avtrekk i form av en skorsten, hvilket også resulterer i besparelser i kon-struksjonsomkostningene. V^ntilførselen er angitt ved 56, og det oppvarmede vann ledes gjennom røret 57 til utløpskranen 58 og kan anvendes øyeblikkelig. Man vil således bemerke at de store lager-beholdere eller kjeler som anvendes ved vår tids varmtvannsfrem-stilling, er fullstendig eliminert. Det er således vist en kompakt og enestående v armekilde som lett kan installeres direkte på det sted hvor den ønskes anvendt, f.eks. i et badeværelse eller kjøkken. Den tilsluttede ledningsføring til kontroll av blåseren såvel som termostaten og tenningen samt solenoidventilen ved gasskilden, er ikke nærmere beskrevet, idet de allerede er kommersielt tilgjengelige og idet det vil bli anvendt normale fremgangsmåter ved inkorporering

•av slike midler.

På fig. 8 og 9 er et lineært arrangement av rørledninger 6l innleiret i en barrierematrise 62, sammensatt av termisk ledende legemer som ovenfor beskrevet. Overplaten 63 bærer væskeinntaks-organer 64 og er sikret ved fastgjørelsesorganer 65 til skruer 66, innleiret i avstandsringen 67. Den optisk tette matrisestruktur 62 omgir de lineære rørledninger 61 som er innleiret i samme, idet endene av disse rør og inntaket 64 alle står i forbindelse med en kanal 68 på avstandsringens 67 innvendige side. Et liknende arrangement, omfattende en underplate 71 og tilstøtende avstandsringer 70, er anbrakt i den motsatte ende av matrisestrukturen og står i forbindelse med en indre kanal 68a i avstandsringen 70 som også står i forbindelse med de tilstøtende ender av rørledningene 61. Et væskeutløp 72 bæres av avstandsringen 70. Platen 71 definerer ytterligere en mengde passasjer 73 for en gass/luft-blanding som ledes inn gjennom rørledningen 74. Tenningsorganet for brennstoffet i kammeret 75 er et tennrør 76 båret av overplaten 63.

Fig. 10 og 11 angår utformninger for oppnåelse av meget høye effekttettheter. I slike utformninger er rørledninger 77 og 78 anbrakt med felles akse. Det ytre rør 77 er lukket ved hjelp av ledende plater 79 og 80 i motstående ender. Væskemediet går inn gjennom inntaket 81 og ledes bort gjennom utløpet 82 i fordampet eller oppvarmet tilstand. Det indre rør 78 er i endene åpent for en strøm av et oppvarmet medium, såsom gasser fra en direkte oksygen/ gass-flamme langs den indre passasje 83 i dette rør, idet strøm-retningen er vist ved pilen 84. Den optisk tette barrierematrisestruktur 85 omfatter en mengde termisk ledende, sfæriske legemer som er forbundet slik at det defineres varmeoverføringsvéier i overensstemmelse med ovenstående beskrivelse av oppfinnelsen. Barriere-strukturen 85 opptar størstedelen av rørets 78 tverrsnittsareal, og den karakteristiske dimensjon av dette organ vil være den indre diameter av det sirkulære rør, som vist ved pilen 86 og symbolet CD.

En liknende barrierematrise 87 opptar tverrsnittsarealet av den ytre ledning 77. Idet den interne barrierematrise 85 for å konsentrere det oppvarmede medium bare opptar en del av den totale lengde av passasjen 83j vil varmeoverføringsarealet, mellom mediene i de respektive rør i det vesentlige forekomme i den region som er vist ved klemmen 88. Denne konfigurasjon sørger således for oppnåelse av store effekttettheter.

Et eksempel på anvendelsen av den tidligere viste likning (1) for varmeoverføringen fra en intens varmekilde, skal gjennomgås for utformningen ifølge fig. 10 og 11, beregnet for høye effekttettheter. Idet det anvendes en direkte flammekildé antas det at det oppnås en effekttetthet på 10.000W/"2 = 1550 W/cm<2>= 1350 kcal/h/cm<2>flammeareal, og det kan allikevel anvendes sølvloddede kobberlegemer. Videre forutsettes det at det ønskes et temperaturfall på 100°F = 55°C. Kobber har en termisk ledningsevne på ca. kcal/h/m/°C. I den endelige struktur formodes det at en lavere varmeledning vil bli oppnådd på grunn av de loddede forbindelser og varmestrømningsveiens optiske tetthet. En ledningsfaktor på 50% vil være en pålitelig utformningsfaktor..Under anvendelse av de andre kjente verdier beregnes varmestrømningsveien (L) på følgende måte:

Den karakteristiske dimensjon vil være det dobbelte av varmestrømningsveien eller ca. 13 mm. En gjennomsnittstørrelse for de termisk ledende legemer på 6,5 - 2,1 mm må derfor angis som be-tingelse for den krevede optimale optiske tetthet. Ved de fleste anvendelser foretrekkes det å anvende en tredjedel av den karakte-tistiske dimensjon eller ca. 4,3 mm til størrelsen av de termiske legemer.

På fig.12 er vist en annen utformning. En spiralformet rørledning med en mengde vindinger 90 er innleiret i en matrise 91

av den eksterne type. Hvis det sørges for de riktige utformningskriterier for de matriselegemer som omgir røret, kan dets indre passasjer fylles med andre ledende legemer som ikke.behøver å opp-fylle de samme kritiske krav. Således kan man ved anvendelsesformer hvor det dannes damp og i kondensasjonsanordninger, anvende partik-ler, såsom mesh, tråder, spon og liknende, som vist kollektivt ved tallet 92.. En slik konfigurasjon av forhindringene inne i røret, vil muliggjøre en enda større anvendelse av oppfinnelsen i industrien. Fordelene ved kompaktheten og virkningsgraden av den viste varme-overf øringsanordning som tilveiebringer vesentlig forbedrede effekttettheter gjennom den optisk tette matrisestruktur, vil ut fra denne beskrivelse være tydelig for fagfolk. Utformningskriteriene for antallet forbindelser langs varmestrømningsveien og gjennom-snittstørrelsen av de termisk ledende legemer i relasjon til den karakteristiske dimensjon, slik at det tilveiebringes den ønskede optiske tetthet, er blitt omhyggelig spesifisert. Den foregående diskusjon og eksempelvise anvendelse av likningen vil også bidra til utnyttelse av oppfinnelsen. Foruten de eksempelvise utformninger vil mange andre konfigurasjoner for andre anvendelser være innlysende. F.eks. kan de termisk ledende legemer i kontakt med de ytre vegg-overflater av de sirkulære ledninger, vist på fig. 1 og 8, elimineres, hvorved denne del av grenseflaten blottlegges. Varmestrømningsveiene innen matrisen mellom de adskilte ledningsdeler, ville fremdeles være definert i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse ved hjelp av de termisk ledende legemer i væskens strømningsvei.

Claims (5)

1. Varmeutveksler med skillevegg som på en side har strømningskanal for et fluidum og på den annen side en strømnings-kanal for det annet fluidum, i hvilken varmeutveksler det er anordnet en ugjennomsiktig barrierematrise dannet av en flerhet av varmeledende legemer med dobbelt krummede overflater, der legemene er varmeledende forbundet med hverandre og med skilleveggen og begrenser såvel strømningsveier for fluidet som varmeledningsvaner mot skilleveggen,karakterisert vedat størrelsen av legemene (10) er fra halvparten til 1/6 av dimensjonene av barrierematrisen (11) målt på tvers av strømningsretningen, og at dybden av barrierematrisen målt i strømningsretningen, ikke er vesentlig større enn den dimensjon som, med de legemer det gjelder, i praksis gjør barrierematrisen ugjennomsiktig.

2. Varmeutveksler som angitt i krav 1,karakterisert vedat det gjennomsnittlige antall forbindelsespunkter mellom de varmeledende legemer (10) i barrierematrisen (11) såvel som mellom dette og skilleveggen (12) langs hver varmebane til det nærmestliggende punkt av skilleveggen (12) ligger mellom en og tre.

3. Varmeutveksler som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat den på i og for seg kjent måte som skillevegg har en flerhet av i avstand fra hverandre anordnede rør (23) mellom hvilke barrierematrisen befinner seg.

4. Varmeutveksler som angitt i krav 3,karakterisert vedat rørene (61) samt barrierematrisens legemer (62, 31) frilegger et sentralt gjennomløp (38, 75) hvori det finnes en brenner for oppvarming av mediet.

5. Varmeutveksler som angitt i ett eller flere av kravene 1-4,karakterisert vedat rørveggoverflåtene er delvis frilagte.