NO162312B - Platevarmeveksler. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en platevarmeveksler som er tilpasset for varmeveksling mellom gassformige medier i henhold til patentkravs 1 ingress.

Platevarmevekslere av denne type anvendes først og fremst i varmegjenvinningsaggregater i ventilasjonsanlegg. Vanligvis er det varmen fra en utgående luftstrøm til en inngående luftstrøm som overføres ved at de respektive strømmer passerer varmeveksleren i adskilte kanaler i såkalt kryss-strøm.

En vanlig utførelse av en slik varmeveksler har krysslagte plater forsynt med avstandsorganer, hvilke sistnevnte er utformet av og utgjør en del av platen og kan være tilvir-ket som runde forhøyninger eller i strømningsretningen orienterte avlange forhøyninger. Avstanden mellom disse avstandsorganer må velges stor i forhold til deres høyde for å unngå

en uheldig turbulensdannelse i varmeveksleren. Følgelig må materialtykkelsen i platene, som ofte er fremstilt av aluminium, velges relativt stor for at platene skal kunne tåle den store trykkdifferanse mellom platene som er vanlig, uten ;at platenes utbøyning blir for stor. Da materialkostnadene utgjør en ve-sentlig del av kostnadene for en ferdig varmeveksler, utgjør således den relativt store materialtykkelse en betydelig ulempe for denne type av varmevekslere.

I en annen vanlig utførelse har en platevarmeveksler

for varmegjenvinning krysslagte plater med mellomliggende korrugerte plater som utgjør avstandsorganer mellom de plane plater, hvilke sistnevnte adskiller de to gasstrømmer. En vanlig utførelsesform av de korrugerte plater gir triangulære strøm-ningskanaler og muliggjør valg av små materialtykkelser. Det er imidlertid en ulempe at den triangulære kanalutformning sammen med laminær strømning krever en stor varmeflate, hvilket resulterer i trange kanaler for at ikke varmevekslerens volum skal bli altfor stort. De trange kanaler gir blant annet en uønsket stor økning av trykkfallet ved kondensatutfeining.

Fra tysk off.skrift nr. 2630905 er det videre kjent en varmeveksler fremstilt av krysslagte, plane plater som er forsynt med avstandsorganer utformet som i strømningsretningen orienterte folder i platen, hvorved det dannes rektangulære kanaler for gassens passasje gjennom varmeveksleren. Det er kjent at den rektangulære tverrsnittsform er meget fordelaktig fra et strømningssynspunkt, men det er en ulempe også

ved denne utførelsesform at det kreves en stor materialtykkelse, ettersom styrkeegenskapene ellers blir for dårlige. Eksempelvis kan det nevnes at materialtykkelsen for denne type plater er større enn 0,3 mm og at avstanden mellom avstandsorganene/fol-dene er inntil 100 mm. En ytterligere ulempe er det at den la-minære strømning som dannes med plane plater, også i dette til-fellet medfører bruk av trange kanaler.

For denne kjente type varmevekslerplater tilveiebringes vanligvis tetningen mellom platene ved hjelp av en form for tetningsmasse, alternativt ved at den ene plates kant foldes rundt naboplatens kant, hvilket gir en akseptabel tetning når det benyttes plane plater av den ovenfor angitte tykkelse.

Fra GB-A-510206 er det kjent en platevarmeveksler som består av et antall plater som er stablet på hverandre, og

som er forsynt med langsgående avstandselementer i form av finner i strømningsretningen, hvilke finner er dannet i platene og utgjør en del av disse. Annenhver plate er forskjøvet 90° i forhold til naboplaten for derved å danne strømnings-passasjer med stort sett rektangulære tverrsnitt. Videre er det sørget for en finstruktur mellom de langsgående avstandselementer for å forbedre varmeoverføringen. Platene er festet til hverandre f.eks. ved lodding, og påsetting av separate hjørnestykker og U-formede endepartier er vist. Manglene ved denne varmeveksler knytter seg til fremstillingsmetoden, spesielt til måten hvorpå naboplater føyes sammen for å oppnå

tett sammenføyning.

En annen platevarmeveksler er kjent fra FR-A-2 3 18398. Denne består av et antall plater som er stablet på hverandre og er forsynt med langsgående avstandselementer i strømnings-retningen. Også i dette tilfelle er annenhver plate forskjøvet i forhold til naboplaten, slik at det dannes strømningspassas-jer. Kantforseglingen av hver plate er utført på den måte at enden av én plate er bøyet rundt kanten av en tilstøtende plate, slik at det dannes en fals. Den således dannede fals kan forsterkes med et klebemiddel eller ved lodding, når dette er nødvendig for å oppnå en tett skjøt. Som ovenfor nevnt er en slik forsegling akseptabel når det dreier seg om flate plater, forutsatt at platematerialet har passende tykkelse.

Siktemålet med den foreliggende oppfinnelse er å til-veiebringe en varmeveksler som ikke er beheftet med de mang-ler som knytter seg til de tidligere kjente varmevekslere, men som kan fremstilles ved bruk av en sterkt forenklet mon-teringsmetode som samtidig gir en pålitelig og effektiv tet-ting mellom naboplater, til tross for at det benyttes tynnere materiale i platene enn i konvensjonelle varmevekslere.

Dette siktemål realiseres gjennom en utførelse av platevarmeveksleren i henhold til patentkravs 1 karakteristikk.

Oppfinnelsen bygger på den innsikt at man ved plisse-ring av platenes bøyede sammenføyningskant i dens lengderet-ning kan hindre tilbakefjæring av platens bøyede parti, hvorved fastlåsing av sammenføyningen oppnåes. Platene har derved kunnet settes sammen til en varmevekslerpakke som oppviser stor varmeoverførende evne, lavt trykkfall, god tetthet mellom strømningskanalene og stabile overflater av pakkens sidekan-ter, og som tåler store trykkdifferanser mellom strømnings-passasjene, alt dette takket være kombinasjonen av de tynne platers finstruktur og den spesielle sammenføyning av de enkelte plater.

Andre formålstjenelige utførelsesformer av varmeveksleren fremgår av de etterfølgende underkrav.

Oppfinnelsen skal nu beskrives nærmere under henvisning til de vedføyede tegninger, hvor fig. 1 skjematisk og i per-spektiv viser tre varmevekslerplater anordnet over hverandre uten at midlene for deres sammenføyning er vist, fig. 2a er et skjematisk enderiss av to over hverandre anordnede varmevekslerplater, fig. 2b viser skjematisk et snitt gjennom to over hverandre anordnede varmevekslerplater, fig. 3 viser en varmevekslerpakke og fig. 4 viser skjematisk, i detalj, hvordan to varmevekslerplater er festet til hverandre, fig. 5a skjematisk viser en detalj ved sammenføyningen av to plater, fig. 5b skjematisk viser et tverrsnitt av sammenføyningen mellom to plater, og fig. 6 er et skjematisk riss av en varmevekslerplate.

Fig. 1 viser hvordan tre varmevekslerplater 1a, 1b og 1c er anordnet på hverandre, forskjøvet 90° i forhold til hverandre. Noen innretninger for sammenføyning av de enkelte plater er ikke vist på denne figur. Hver plate er forsynt med langsgående avstandsorganer 2 som er utformet som en fold i platen. Herved dannes langstrakte rektangulære kanaler angitt ved 3a og 3b for luften, som således bringes til å passere i kryss-strøm. Luftstrømmene er angitt ved de respektive piler A og B. Kanalenes bredde "b" (fig. 2a) er mellom 10 og 50 mm, fortrinnsvis mellom 20 og 30 mm og deres høyde "h", svarende

til avstandsorganenes foldhøyde er større enn 1,5 mm og er fortrinnsvis 2 - 10 mm. Det har vist seg at denne form av kanalene er fordelaktig med hensyn til varmeoverføring, trykkfall, styr-keegenskaper og fremstillingsteknikk. Fortrinnsvis fremstilles varmevekslerens plater av aluminium.

I henhold til oppfinnelsen er platene forsynt med en friksjonstrykkfallsdannende finstruktur 4 i form av korrugeringer som vist på figurene 2a og 2b. Korrugeringene er fortrinnsvis anordnet vinkelrett mot avstandsorganene. Også avstandsorganene kan være utformet med en finstruktur.

Finstrukturens nærmere utformning fremgår av den skje-matiske fig. 2b, som viser et vinkelrett snitt gjennom en kontaktplate. Finstrukturens korrugeringer oppviser en foldhøyde S som er mellom 0,1 og 1 mm. Platens 1b finstruktur oppviser videre en bølgelengde v på mellom 1 og 5 mm, fortrinnsvis 3 mm, og dens form er triangelformig som på figuren. Imidlertid kan også sinusform eller annen mellomliggende form benyttes. Platen med finstruktur oppviser en godstykkelse (t) som er mindre enn 0,1 mm, og platenes finstrukturtykkelse (T), definert som den totale tykkelse av platenes partier med udeformert finstruktur (4), det vil si S + t, er mellom 0,1 og 1

mm, fortrinnsvis 0,5 mm.

Det har vist seg at man ved hjelp av finstrukturen opp-når en fordelaktig turbulensdannelse i kanalen, hvilket aktivt øker varmeoverføringskapasiteten uten at trykkfallstapene øker i unødig høy grad. Oppfinnelsen bygger således delvis på den innsikt at finstrukturen sammen med kanalformen gir en fordelaktig turbulensdannelse i kanalen og i motsetning til kjente anordninger ikke gir opphav til avløsningsstrømning. Takket være den avstivning som finstrukturen gir, kan platenes godstykkelse velges så liten som 0,1 mm eller mindre. Dette gir et totalt materialforbruk av størrelsesordenen 25%, sammen-lignet med materialforbruket i en konvensjonell varmeveklser med tilsvarende varmeoverføringskapasitet og trykkfall.

Fig. 2a er et detaljert, skjematisk enderiss av to varmevekslerplater 1a og 1b. Mellom to avstandsorganer 2, anordnet i den nedre plate, og den øvre plate dannes luftkana-len 3, som således er vist i tversnitt. Avstandsorganets 2 sider 5a og 5b er i en utførelsesform presset mot hverandre under dannelse av en smal spalte 6 på undersiden avjplaten.

En effekt av spalten 6 er at den bidrar til en viss Sturbulens-dannelse i luften på undersiden av platen, hvilket er tilstrek-kelig til å øke varmeovergangstallet, samtidig som det bare i liten grad bidrar til en økning av trykkfallet i kanalen. Platens 1b finstruktur oppviser en bølgelengde v på mellom 2 og 5 mm, fortrinnsvis 3 mm, og dens form er sinusformig, slik som på figuren.

På fig. 3 er det vist hvordan flere varmevekslerplater sammenføres til en varmevekslerpakke. Varmevekslerpakken anord-nes som regel slik at varmevekslerplatene er anordnet verti-kalt. Varmevekslerenheten heller slik i forhold til horison-talplanet at avrenningen av kondensvann som utfelles i kanalene, lettes.

På figurene 4, 5a og 5b og 6 vises i detalj hvordan

en nedre varmevekslerplate ifølge oppfinnelsen festes til en øvre varmevekslerplate ved sin endekant. En effektiv sammen-festing, både rent mekanisk og fra et tetthetssynspynkt, er nødvendig for at varmevekslerpakken skal funksjoneré godt. Lekkasje mellom de enkelte kanaler bør unngås i størst mulig

grad og kan for enkelte anvendelser være klart skadelig. På fig. 6 er det vist hvordan varmevekslerplaten ved sine to endekanter 10a,b, hvor avstandsorganene munner ut, oppviser et langsgående kantsoneparti 11a,b. Hver kontaktplate oppviser med sine to endekanter 20a,b, som er parallelle med avstandsorganene, et langsgående parti 21a,b, i hvilket det er anord-" net en ombøyningskant 22a,b. Platen oppviser ved sine hjørner uttak 26. Kantene 22a,b er beregnet for sammenføyning med inntilliggende plate på en slik måte at de ombøyes rundt den inntilliggende plates kantsoneparti, hvorved det dannes en ombøyd kant 23. Ombøyningskanten 22a,b oppviser videre et.av-standsparti 25 som i størrelse tilsvarer den avstand mellom naboplater som bestemmes av foldens høyde, og danner en side-tetning for kanaler 3a,b ved platenes endekanter. Den ombøyde kant 23 strekker seg over det tilsvarende kantsoneparti og omslutter dette. Kanten 23 og det omsluttende materiale oppviser videre en langsgående fold 24 som strekker seg i hele platens bredde, og som er beregnet på å gi en låsning av kanten 23,

slik at en eventuell tilbakefjæring av ombøyningskanten 22a,b forhindres. I denne fold er finstrukturen i de to plater delvis deformert som følge av sammenpressingen av platene mot hverandre, hvorved det dannes en effektiv tetning mellom platene. Som følge av sammenpressingen blir den resulterende tykkelse i hovedsak ikke større enn den på fig. 2b definerte platetykkelse T.

En ifølge oppfinnelsen spesielt formålstjenlig ut-førelse, som er vist på fig. 5a, går ut på å bøye ned avstandsorganet og så dekke dette med kanten 23 av den underliggende plate. Finstrukturen i de på hverandre liggende plater (inklusive ombøyningskanten 2 2a,b og kanten 23) blir derved deformert slik at deres totale tykkelse likevel stort sett faller innenfor den på fig. 2b definerte platetykkelse T. Dette kan oppnås selv når avstandsorganets 2 to sider 5a,b er forsynt med finstruktur.

Folden 2 4 oppviser i henhold til oppfinnelsen en bølge-lengde Y og en bølgehøyde y som er slik dimensjonerte at de gir en strekking av materialet som i det minste tilsvarer den overflateforstørrelse som fremkommer ved deformasjon av finstrukturen i folden. Foldens bølgelengde Y er ca. 10 mm og dens bølgehøyde y ca. 2 mm. Overflateforstørrelsen som følge av finstrukturen er mellom 1% og 10%, fortrinnsvis 3%.

Ved hjelp av denne fremgangsmåte fåes en meget effek-

tiv tetning mellom de enkelte kanaler. Den strekking av den ombøyde kant 2 3 som den langsgående fold 24 avstedkommer, ut-jevner finstrukturen på kanten 23 og gir en foldet,jevn og tett sammenføyning. Videre kan de nedbøyde avstandsorganer 2 inkluderes i platenes tykkelse T takket være finstrukturen.

Ved sammenpressingen av den ombøyde kant 23 kan finstrukturens funksjon sammenlignes med funksjonen av en pakning.

Den viste utførelsesform av platevarmeveksleren refe-

rer seg først og fremst til ventilasjonsanlegg for økt komfort, men oppfinnelsen er selvfølgelig ikke begrenset til denne ut-førelsesform.

Claims (14)

1. Platevarmeveksler anordnet for varmeveksling mellom gassformige medier som i varmeveksleren holdes adskilt fra hverandre, og som fortrinnsvis er luft, hvilken varmeveksler utgjøres av et antall på hverandre stablede tynne kontaktplater (la-c) forsynt med i strømningsretningen langsgående avstandsorganer (2) i form av folder som er utformet i og utgjør en del av platene, idet annenhver plate er dreiet 90° i forhold til den inntilliggende plate for dannelse av gjennomløpende kanaler (3a,d) av hovedsakelig rektangulært tverrsnitt, og platene (la-c) mellom de langsgående avstandsorganer (2) er forsynt med en friksjonstrykkfalldannende finstruktur (4)

i form av korrugeringer,karakterisert ved at hver kontaktplate (la-c) ved sine to endekanter (10a,b) hvor avstandsorganene munner ut, oppviser et langsgående kantsoneparti (lla,b), at hver kontaktplate ved sine to endekanter (20a,b) som er parallelle med avstandsorganet, oppviser et langsgående parti (21a,b) i hvilket det er anordnet en ombøyningskant (22a,b), at kantene (22a,b) for sammenføyning med en inntilliggende plate er bøyet rundt den inntilliggende plates kantsoneparti under dannelse av en ombøyd kant (23) som strekker seg over det tilsvarende kantsoneparti og omslutter dette, og at den om-bøyde kant (23) og det omsluttende materiale oppviser en langsgående fold (24) med en bølgelengde (Y) og en bølgehøyde (y) som strekker seg i hele platens bredde for låsing av om-bøyningskanten (22a,b).

2. Platevarmeveksler ifølge krav 1,karakterisert ved at de to platers finstruktur i den langsgående fold (24) er blitt delvis deformert under sammenpresningen mot hverandre, slik at det er blitt dannet en effektiv tetning mellom platene.

3. Platevarmeveksler ifølge krav 1,karakterisert ved at finstrukturen (4) er anordnet i det vesentlige vinkelrett på avstandsorganet.

4 . Platevarmeveksler ifølge krav 1,karakterisert ved at avstandsorganene (2), inklusive deres sider (5a,b), oppviser en finstruktur (4).

5 . Platevarmeveksler ifølge krav 1,karakterisert ved at avstandsorganenes (2) sider (5a,b) er sammenpresset mot hverandre.

6. Platevarmeveksler ifølge krav 1,karakterisert ved at avstandsorganene (2) i kantsonepartiet (11a,b) oppviser et nedbøyet parti som er om-sluttet av den ombøyde kant (23).

7. Platevarmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at folden (24) oppviser en bølgelengde (Y) og en bølgehøyde (y) som er dimensjonert slik at de gir en strekking av materialet som i det minste tilsvarer den overflateforstørrelse som fremkommer gjennom deformasjonen av finstrukturen i folden.

8. Platevarmeveksler ifølge krav 7, karakterisert ved at bølgelengden (Y) er ca. 10 mm og bølgehøyden (y) er ca. 2 mm.

9. Platevarmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at overf latef orstørrelsen som skyldes finstrukturen, er mellom 1% og 10%, fortrinnsvis 3%.

10. Platevarmeveksler ifølge krav 1 , karakterisert ved at finstrukturen (4) oppviser en foldhøyde (S) som er mellom 0,1 og .1 mm.

11. Platevarmeveksler ifølge krav 1» karakterisert ved at de dannede kanalers (3a,b) bredde er mellom 10 og 50 mm, fortrinnsvis 20-30 mm.

12. Platevarmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at platenes (1a-c) godstykkelse (t) er mindre enn 0,1 mm.

13. Platevarmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at platenes finstrukturtykkelse (T), definert som den totale tykkelse av platenes partier med udeformert finstruktur (4), dvs. S + t, er mellom 0,1 og 1 mm, fortrinnsvis 0,5 mm.

14. Platevarmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at den totale tykkelse av de sammenpressede plater ved folden (24) i hovedsak ikke over-stiger finstrukturtykkelsen (T).