NO144611B - Anordning ved varmeveksler for fri og/eller latent varmeoverfoering - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved varmeveksler

for fri og/eller latent varmeoverføring mellom et gassformet og et væskeformet medium, hvilke medier bringes til å strømme gjen-

nom hver sin gruppe av passasjer innbyrdes adskilt av stort sett parallelle sjikt forsynt med utbuktninger, fortrinnsvis korrugeringer, idet sjiktene parvis faller i hverandre med sine korrugeringer for dannelse av trange væskepassasjer med i det vesentlige konstant tykkelse, mens gasspassasjene har vesentlig større og varierende tykkelse ved at korrugeringene av de sjikt som begrenser passasjene her krysser hverandre. Om enn ikke begrenset til dette, er et vesentlig anvendelsesområde for oppfinnelsen ventilasjonsvarmevekslere, hvor til- og fraluften fra et lokale skifter varmeinnhold under formidling av en i en lukket krets sirkulerende væske. De to luftstrømmer bringes herved til å

passere innbyrdes adskilte vekslerenheter, i hvilke de står i varmevekslende forbindelse med væske som sirkulerer mellom dem i et ledningssystem.

Et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en varmeveksler som til tross for store luftpassasjer har kompakt form og tillater anvendelse av skillevegger av dårlig varmeledende materiale.

Enda et formål er å tilveiebringe en varmeveksler med høy kapa-sitet resp. virkningsgrad, samtidig som den er enkel og billig i fremstilling. Et spesielt formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en varmeveksler som tåler et relativt høyt væsketrykk i væskepassasjene uten å utsettes for en forstyrrende deformasjon av strømningsforløpet selv om sjiktene har liten tykkelse. Oppfinnelsen kjennetegnes i det vesentlige ved at sjiktene over sine flater i tillegg til korrugeringene er utformet med fine inntil hverandre forløpende folder såkalte riller, som i det ene sjiktet krysser de motstående rillene i det inntilliggende sjiktet slik at de i væskepassasjene ikke bare tjener som avstands-holdere, men dessuten stiver av sjiktene og gir en strømnings-motstand som befordrer væskespredning over væskepassasjenes flate.

Ifølge et annet kjennetegn på oppfinnelsen er væskepassasjenes sjikt innbyrdes fast forente ved hjelp av de fine riller.

Ifølge oppfinnelsen kan væske- og gasspassasjenes tykkelse avvei-es under full hensyntagen til den store innbyrdes forskjell i deres spesifikke varmeinnhold, dvs. væskepassasjene gjøres trange i forhold til gasspassasjene, og til tross for dette sikres fordeling av væsken over hele sjiktflåtene. De varmeoverførende flatene på gass- og væskepassasjene kan gjøres omtrent like store, og de sjikt som skiller gass- og væskepassasjene fra hverandre kan gjøres tynne.

Oppfinnelsen skal nedenfor beskrives nærmere under henvisning

til vedføyede tegninger som viser eksempler på utførelsesformer, idet også andre kjennetegnende egenskaper ved oppfinnelsen skal angis.

På fig. 1 vises et parti av en ifølge oppfinnelsen utført varme-vekslerpakke i perspektiv.

På fig. 2 vises likeledes i perspektiv, samt i sterkt forstørret målestokk et parti av to sjikt som tilsammen avgrenser en væske-passas je.

På fig. 3 vises varmeveksleren sett fra siden.

På fig. 4 vises et snitt i større målestokk langs linjen IV-IV

på fig. 3.

På fig. 5 og 6 vises i perspektiv kantpartiet av en sjiktenhet som danner en væskepassasje, ifølge to utførelsesformer.

På tegningene betegner 10 generelt enheter som danner de enkelte væskepassasjene i varmeveksleren og som hver for seg er sammen-satt av to sjikt 14, 16 som begge er formet med folder eller korrugeringer 18 med relativt stor foldehøyde så som 5 å 15

til 25 mm. Foldene 18 forløper parallelt i begge sjiktene og faller inn i hverandre slik at de seg i mellom danner en væske-

. passasje 20 som stort sett følger samme bølgeform som selve sjiktene. Dessuten er sjiktene formet med fine bølger eller såkalte riller 22 resp. 24 slik som best fremgår av fig. 5 og 6. Rillene har en foldehøyde og fordeling som kun utgjør en brøkdel av de større foldenes 18 tilsvarende dimensjoner. Dersom de store foldene 18 har en foldehøyde på 12 mm, er rillenes kun 1-2 mm. Rillenes foldehøyde ligger fortrinnsvis innenfor grensene 0,5 - 3 mm eller høyst 1/4 å 1/3 av sjiktenes store foldehøyde. Væskepassasjenes 20 tykkelse holdes liten da dette har gunstig inn-virkning på gassidens strømningsmotstand, samtidig som de smale væskepassasjene gir tilstrekkelig motstand for væskestrømningen til å sikre god fordeling av den gjennomstrømmende væsken, og en av rillenes oppgaver er som avstandsholder å opprettholde en passende avstand mellom sjiktene 14 og 16. Rillene 22, 24 bidrar i høy grad til å øke styrken av sjiktene, slik at disse kan motstå et indre overtrykk i væskepassasjene av relativt høy verdi uten at væskespaltenes ensartede tykkelse forsvinner i varmevekslerne, hvilket er av vesentlig betydning for å sikre en jevn fordeling og strømningshastighet av væsken i de trange spaltene.

De fine foldene eller rillene 22 resp. 24 strekker seg som sam-menhengende ribber over de store korrugeringenes 18 daler og sider, men fortrinnsvis også over disses topper. Videre krysser rillene 22 og 24 hverandre og i det minste det ene sjiktets riller 22 resp. 24 danner en skrå vinkel med korrugeringenes lengderetning, hvilket er av vesentlig betydning for at sjiktene skal kunne støte mot hverandre ved rillenes krysningspunkter, og samtidig etterlate åpen passasje for væsken i alle retninger.

Muligheten for. væsken til å strømme fritt i alle retninger er spesielt viktig ved den utførelsesform som er vist på fig. 3, hvor væsken skal kunne strømme både parallelt med og vinkelrett på luftens strømningsretning, samt i alle vinkler derimellom.

Denne utforming av sjiktene medfører- at de kan utføres av tynt materiale såsom av plast eller aluminium, og til tross for dette være i stand til å motstå et betydelig indre trykk i væskepassasjene. Således kan plastsjiktet ha en tykkelse på kun noen få tiendedels mm og opp til 1 mm eller mer. Styrken av sjiktene i utførelsen i berørte henseende blir særskilt aksentuert dersom sjiktenehetenes 10 fine riller er innbyrdes forent med hverandre ved korrugeringspunktene 26 (fig. 2). Dette kan fortrinnsvis

skje gjennom påføring av løsnings- resp. limdel på rilletoppene. Sjiktenhetene 10 kan på denne måte få en så stor styrke resp.

holdfasthet at de kan motstå et indre vanntrykk på 5 m Vp (50.000 Pa) og mer uten å utsettes for deformasjon som merkbart endrer spalte-tykkelsen mellom enhetenes to sjikt.

Mens sjiktene 14, 16, som nevnt ovenfor, på væskesiden har parallelle og kongruent* forløpende korrugeringer 18, krysser disse hverandre i to nærliggende enheter 10 som seg i mellom danner gasspassasjen 28. Korrugeringene 18 forløper i skrå vinkel med luftens strømningsretning, slik det best fremgår av fig.3. Denne vinkel kan økes til 15 å 30 til 60°. Dersom enhetene 10 alle er av samme utførelse, oppnås krysninger i gasspassasjene ved at enhetene vekselvis dreies 180°. Enhetene 10 støter mot hverandre ved de store korrugeringenes 18 krysningspunkter. Dette medfører at avstanden mellom begge de gasspassasjebegrensende sjikt varierer i alle retninger fra 0 til den dobbelte foldehøyden, hvilket medfører gunstige betingelser for varmeoverføringen mellom gassen og sjiktenes flater. Dersom den ovenfor nevnte foldehøyden for korrugeringene 18 er 12 mm, kommer således gasspassasjenes tykkelse til å variere mellom 0 og 24 mm, hvilket gir et gjennomsnittstall på 12 mm.

De fine rillene 22, 24 avtegner seg f.eks. også på gassiden selv

om de her er av underordnet betydning når det gjelder spaltenes tykkelse. På væskesiden derimot bestemmer rillenes foldehøyde væskespaltenes tykkelse som dersom denne foldehøyde er 2 mm, kommer til å variere mellom 0 og 4 mm med gjennomsnittstall 2 mm. Ettersom gassens og luftens trykk mot sjiktene i gasspassasjene 28 er

ubetydelig, behøver enhetene 10 kun støte mot hverandre ved de store foldenes 18 krysningspunkter, selv om også her en fast forbindelse mellom sjiktene kan komme på tale.

Gasspassasjene 28 er åpne slik at gass og luft kan passere gjennom hele pakken av sjikt som antydet med pilen på fig. 1. I et anlegg, når det f.eks. er spørsmål om ventilasjonsvekslere, inngår to vekslerpakker hvis gasspassasjer med hjelp av av vifter gjennomstrømmes i den ene pakkeenheten av frisk luft,

og i den andre pakkeenheten av brukt romsluft. Varmeutbyttet mellom luftstrømmene skjer via en væske, som gjennom ledninger sirkulerer mellom de to varmevekslernes væskepassasjer.

Væskepassasjene 20 er lukket rundt kantene yed at begge begrensningssjiktene 14, 16 i de enkelte enhetene 10 er væske-tett forbundet med hverandre. Denne forbindelse kan tilveiebringes ved . at et kantparti 32 av sjikten ikke korrugeres, men har plan form, idet disse partier sammensveises resp. sammenlimes i de to sjiktene. For å redusere trykkfallet ved luftens inn- resp. utstrømning i gasspassasjene ved sjiktenes kantpartier, kan de store korrugeringene 18 her være skjevt av-faset som antydet ved 34 på fig. 6. Det er imidlertid også tenkelig å la korrugeringene 18 nå helt ut til selve kanten og her forbinde dem med en sveisesøm 3 6 e.l. som følger den korru-gerte strukturen. I dette tilfelle reduseres trykkfallet ytterligere ved luftens passasje gjennom selve sjiktkanten.

De ulike væskepassasjene 20 er tilsluttet et felles innløp 38 resp. utløp 40. Sjiktenhetene 10 er herved forsynt med midt over hverandre beliggende ringer 42 med sentrale uttagninger 44 som befinner seg koaksialt i forhold til de respektive innløp 38 og avløp 40. Ringene danner distansestykker med en aksial utstrekning tilsvarende foldehøyden for de store korrugeringene 18. Sjiktene forsynes med utskjæringer for ringene, idet begge sjiktene 14, 16 som begrenser en væskespalte 20 når inn over hver enkelt flatside av ringene og ligger an mot disses sider.

Ved hjelp av radielle hull 46 tilveiebringes åpne forbindelser mellom ringenes sentrale kanaler 44 og væskepassasjene 20. Ringene kan ha et sentralt konisk utspring 48 på den ene siden som passer til en motsvarende konisk avsats 49 på den andre siden for ringenes innbyrdes styring og sammenfesting. Sammenfestingen mellom sjiktenhetene lo skal skje vanntett, og denne sammenfestingen skjer fortrinnsvis ved at en aksial rettet kraft anbringes på de ytre ringene i en vekslerenhet. Herunder påses at ringene har slik utformning at den aksialt rettede kraften virker mellom ringene på flatsidene, slik at de mellom-liggende sjiktene i to inntilliggende sjiktenheter klemmes sammen, og ikke på de koniske utskjæringene. Det er også tenkelig å anbringe et tettende element av et passende materiale, gummi' eller lingende, mellom de sammenklemte plastsjiktene.

Væskepassasjene blir på denne måte ved hjelp av ringene 42

forent til et felles innløpsdistribusjonsrør og et felles utløps-distribusjonsrør. Disse rør forbindes i sin ene ende med inn-

løpsrør 38 resp. utløpsrør 40 og lukkes i sin andre ende (ikke vist). For å fordele væskestrømmen over de trange væskepassasjene i hele deres utstrekning og dermed oppnå en gunstig varmeutveksling med gassen i gasspassasjene, kan begge sjiktene 14, 16 som be-

grenser en væskepassasje være innbyrdes forbundet langs partier 50 som vekselvis strekker seg et stykke inn over sjiktflaten fra motstående kanter, slik at væsken får en siksakformet bane mellom inn- og utløpene 38 som antydet med piler 52 på fig. 3. Sjiktenhetene 10 kan være forsynt med luftningshull 54 for å mulig-gjøre luftens utstrømning gjennom partiene 50 og evakuere even-

tuelt innestengt luft mellom nevnte partier. Gjennom denne ledning av væsken, gjentatt tverrstrøm, oppnås en motstrømslignende effekt for væsken i relasjon til luften.

Væsken kan utgjøres av vann,eventuelt med tilsetting av et middel

som senker dets frysepunkt i tilfelle veksleren skal være i funksjon ved lav gasstemperatur såsom utelufttemperaturer.

Oppfinnelsen er selvfølgelig ikke begrenset til den viste utførel-sesform, men kan varieres i mange henseender innen rammen av den grunn-leggende ideen. Således kan varmevekslerne også anvendes i kjøletårn, dvs. for kjøling av vann ved hjelp av en luftstrøm f.eks. ved kondisjoneringsanlegg. I dette tilfelle kan gasspassasjenes veggflater gjøres vannsugende på i og for seg kjent måte og holdes fuktige ved intermittent tilførsel av vann. Når luftstrømmen passerer gasspassasjene, skjer en bortdunsting av vannet og dermed bindes varme, slik at den i væskepassasjen sirkulerende væsken resp. vannet kjøles. Under den kalde års-tiden kan varmeveksleren arbeide som såkalt tørt kjøletårn, hvorved man ikke innfører vann i gasspassasjene. Et på denne måte arbeidende kjøletårn får den spesielle fordelen at det blir duggfritt ettersom den fra gasspassasjene avgående oppvarmede luften ikke har forandret sitt fuktighetsinnhold. Varmevekslerne kan også utformes til tørking av gass, såsom luft, idet gasspassasjenes vegger forsynes med et sjikt med hygroskopiske egenskaper. Fortrinnsvis er dette sjikt av sugende art og som impregnert med en hygroskopisk væske såsom litiumklorid.

Når fuktig luft passerer gasspassasjene, kommer en del av dens fuktighetsinnhold til å opptas av det hygroskopiske legeme, samtidig som dens temperatur kan kontrolleres, såsom kjøles,

av den i væskepassasjene strømmende væske. For det hygroskopiske legemets regenerering, dvs. fjerning av den opptatte fuktigheten, kan væskepassasjene bringes til intermittent å gjennomstrømme av varm væske, såsom vann, slik at en uttørring av det hygroskopiske sjiktet oppnås. Den luft som her passerer gasspassasjene skal føres gjennom disse i motsatt retning av den fuktighetsavgivende luften for at et godt tørkeresultat skal oppnås og avledes til atmosfæren eller en kondensator.

Ved de to sist beskrevne utføringsformene, evaporativt kjølte kjøletårnselement og tørking, er det for den termodynamiske funksjon særlig vesentlig at motstanden mot varmegjennomgang i de sjikt 14, 16 som skiller væske- og gasspassasjer, er lav/

da de overførte energimengdene ved disse tilfeller er betydelig større enn dem som overføres ved ventilasjonsvarmevekslere.

Spesielt viktig er det at varmemotstanden i sjiktet 10 ikke til-lates å bli vesentlig større enn det som opptrer mellom sjiktets flate og gassen.

Gass- og væskestrømmene skal selvfølgelig være skilt fra hverandre. I visse tilfeller er det ikke nødvendig å omslutte væskepassasjene i de forskjellige enheter 10 på alle sider, men de kan være åpne oppe og nede for vannets strømning i vertikal retning nedover, mens derimot luft passerer horisontalt gjennom gasspassasjene uten å komme i kontakt med vannet.

Slik det fremgår spesielt av fig. 3, passerer gassen i gasspas-sas jene tvers over partiene eller bryggene 50, idet korrugering-

ene her, i likhet med sidekanten ifølge fig. 6, har skjeve av-fasinger 34 for å unngå trykktap i gasstrømmen.

Claims (5)

1. Anordning ved varmeveksler for fri og/eller latent varme-overføring mellom et gassformet og et væskeformet medium, hvilke medier bringes til å strømme gjennom hver sin gruppe av passasjer innbyrdes adskilt av stort sett parallelle sjikt (14, 16) forsynt med korrugeringer (18), idet sjiktene parvis faller i hverandre med sine korrugeringer for dannelse av enheter med trange væske-passas jer (20) med i det vesentlige konstant tykkelse, mens de mellom disse enheter beliggende gasspassasjer (28) har vesentlig større og varierende tykkelse ved at korrugeringene her krysser hverandre, karakterisert ved at sjiktene (14,

16) over sine flater i tillegg til korrugeringene (18) er utformet med fine inntil hverandre forløpende folder (22, 24) såkalte riller, som i det ene sjiktet krysser de motstående rillene i det inntilliggende sjiktet slik at de i væskepassasjene ikke bare tjener som avstandsholdere,men dessuten stiver av sjiktene og gir en strømningsmotstand som befordrer væskespredning over væskepassasjenes flate.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at væskepassasjenes (20) sjikt (14, 16) er innbyrdes fast forente ved rillene (22, 24).

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at de innbyrdes parallelle riller (22, 24) på sjiktene (14, 16) krysser lengderetningen til sjiktenes (14, 16) korrugeringer (18) under skrå vinkel.

4. Anordning som angitt i ett av de foregående krav, karakterisert ved at de store korrugeringene (18) er avfasede (34) i retning mot et plant kantparti (32) som for-binder væskepassasjens (20) to sjikt med hverandre.

5. Anordning som angitt i ett av de foregående krav, karakterisert ved at væskepassasjenes (20) i hverandre innfallende korrugeringer (18) i det minste ved de to motstående åpne sider når helt ut til sjiktkantene slik at deres innbyrdes forbindelsessøm følger en foldet kontur (36).