NO170241B - Varmeveksler og fremgangsmaate for fremstilling av denne - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av en varmeveksler, i hvilken fremgangsmåte hovedsakelig like korrugerte varmeoverføringsplater stables på hverandre og rommene mellom platene forbindes med sine kanter med innløps- og utløpskanaler for medier som deltar i varmeoverføringen, slik at det i annethvert rom mellom platene føres en strøm av varmeavgivende medium og gjennom annethvert rom mellom platene føres en strøm av varmeopptagende medium.

Ved behov for utveksling av varme mellom to strømmende medier, har en varmeveksler av platetypen hvor platene er stablet over hverandre vist seg å være meget effektiv. Denne type varmeveksler benyttes f.eks. ved distriktoppvarm-ningssystemer hvor varmetransportmediet er vann. I disse varmevekslere kan det ved bruk av vann og et moderat trykk-tap oppnås varmeoverføringskoeffisienter i området 2500-3500 W/m K.

Det er kjent varmevekslere av platetypen hvor platene som er stablet på hverandre, er firkantede korrugerte plater hvor korrugeringene og sporene mellom korrugeringene har samme retning som to motstående kanter av firkanten. I denne kon-struksjon stables platene på hverandre slik at sporene i platene som ligger over hverandre, danner en vinkel på 90° med hverandre.

Ved fremstilling av varmevekslere er det meget viktig å velge trykktapene i de strømmende medier og deres varme-overf øringskoef f isienter med det for øyet å oppnå den for-ønskede optimale varmeveksling. Disse parametre kan reguleres ved å velge avstanden mellom de enkelte varme-overføringsplater, overflatearealet av platene og korru-geringen av platene. Imidlertid kan det i kjente varmevekslere være slik at når dimensjonene av en enkelt plate er fastlagt, er samtidig varmeoverføringsparametrene for et valgt strømningsnivå fastlagt slik at de ikke lenger kan endres. Hvor det er ønskelig å endre varmeoverførings-egenskapene til varmeveksleren, har det vært nødvendig å velge nye dimensjoner for platene ut fra de nye behov. Således har det for hver forskjellig varmeveksler vært nødvendig med et spesielt dyptrekkingsverktøy for fremstilling av varmeoverføringsplatene. Da disse verktøyer er meget dyre, har dette begrenset variasjonsmulighetene ved varmevekslerfremstilling.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å løse ovennevnte problem ved varmevekslerfremstilling. Karakteristisk for fremgangsmåten for varmevekslerfremstilling ifølge oppfinnelsen er at varmeoverføringsplatene stables på hverandre slik at sporene i annenhver plate danner en valgt vinkel med sporene i hver av de tilstøtende plater, hvilken vinkel bestemmer både trykktapene i de strømmende medier og varmeoverføringskoeffisienten, og at det benyttes hovedsakelig sirkulære varmeoverføringsplater, eller regulære mangekantede varmeoverføringsplater med med minst femkantet form, slik at platene kan stables på hverandre for å danne i det minste to alternative varmevekslerkonstruksjoner, hvor hvert alternativ har en forskjellig valgt vinkel mellom sporene, hvilken vinkel er større enn 0°, men mindre eller lik 90°.

Et viktig punkt ved foreliggende oppfinnelse er at varme-overføringsplater av egnet utformning kan stables på hverandre slik at sporene i de forskjellige plater kan danne to eller flere forskjellige vinkler med hverandre. Dette betyr at man ved hjelp av identiske plater laget med ett og samme verktøy kan fremstille forskjellige varmevekslere ved at forskjellige vinkler mellom sporene gir forskjellige varme-overf ør ingsegenskaper. Variasjonsmulighetene ved fremstilling av varmevekslere er derfor blitt sterkt forbedret uten noen nevneverdig økning i fremstillingsomkostningene.

I foreliggende oppfinnelse er det mest hensiktsmessig med sirkulære varmeoverføringsplater, noe som gjør det mulig å velge vinkelen mellom sporene i de forskjellige plater kontinuerlig i området 0 - 90°. Imidlertid vil den gene-relle idé ved oppfinnelsen også kunne la seg realiseres ved bruk av egnede regulært formede mangekantede varmeoverfør-ingsplater, men i disse tilfeller er de forskjellige vinkler som kan velges mellom sporene begrenset.

Når varmeveksleren er fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse, vil vinkelen mellom sporene i varmeoverførings-platene stablet på hverandre bestemme varmeoverføringsegen-skapene til varmeveksleren. De stablede plater kan sveises eller loddes til hverandre ved sine kanter for å danne en stasjonær varmevekslerenhet, hvis parametre ikke kan endre seg etter dette.

Når varmeveksleren monteres, kan det dannes par av kamre som er åpne mot annethvert rom mellom platene ved sidene av platestabelen på en slik måte at mediene som deltar i varme-overføringen kan passere fra innløpskanalene gjennom sine respektive kamre til rommene mellom platene og videre gjennom de respektive kamre til utløpskanalene. Over og under platestabelen kan det plasseres endeplater, som kan festes til hverandre ved hjelp av strekkbolter.

Mulighetene for å variere varmeveksleren kan ytterligere bedres ved å endre den innbyrdes stilling mellom ovennevnte kamre. Man kan som det normale betrakte det tilfelle hvor innløps- og utløpskamrene for det varmeavgivende medium er plassert diametralt motstående hverandre og innløps- og utløpskamrene for det varmeopptagende medium er plassert diagonalt på motstående sider forskjøvet en vinkel på 90° i forhold til kamrene for det varmeavgivende medium. I første omgang kan en avvikelse fra dette gjøres ved at man isteden-for vinkelen på 90° velger en annen tilfeldig vinkel. Dertil er det mulig å la kamrene avvike fra sin diagonale plassering, dvs. å plassere innløps- og utløpskamrene for de varmeavgivende og -opptagende medier i en tilfeldig vinkel med hverandre forskjellig fra 180°. Ved hjelp av slik variasjon kan en kryss-strømsvarmeveksler endres til mot-strømstypen slik at utnyttelsen av temperaturdifferansen mellom de varmeavgivende og varmemottagende kretser for-bedres .

Foreliggende oppfinnelse vedrører også varmevekslere som er konstruert i henhold til fremgangsmåten beskrevet ovenfor. Varmeveksleren ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter hovedsakelig like, regulært korrugerte varmeoverførings-plater hvor korrugeringene og sporene mellom korrugeringene forløper i én retning, hvilke plater er stablet på hverandre, og innløps- og utløpskanaler for de medier som deltar i varmeoverføringen, hvilke kanaler er forbundet med kantene av platestabelen slik at det gjennom annethvert rom mellom platene passerer en strøm av varmeavgivende medium og gjennom annethvert rom mellom platene passerer en strøm av varmeopptagende medium. Det er essensielt for varmeveksleren at varmeoverføringsplatene er hovedsakelig sirkulære eller regulært polygonale med i det minste fem kanter, og at varmevekslerplatene er slik stablet over hverandre at vinkelen mellom sporene er større en 0°, men mindre eller lik 90°.

Foreliggende oppfinnelse skal beskrives i større detalj i det følgende under henvisning til de utførelseseksempler som er vist på vedføyede tegninger, hvor: Fig. 1 viser en varmeveksler ifølge foreliggende oppfinnelse sett fra siden og delvis skåret åpen, Fig. 2 viser en varmeveksler ifølge fig. 1 gjennomskåret langs linjen II-II på fig. 1 (fig. 2 er dreiet 45° horison-talt), Fig. 3 og 4 viser skjematisk to varmevekslere ifølge foreliggende oppfinnelse hvor sporene i varmeoverføringsplatene danner forskjellige vinkler med hverandre, men for øvrig

stemmer overens med varmevekslerne vist på fig. 1 og 2,

Fig. 5 og 6 viser skjematisk to varmevekslere ifølge foreliggende oppfinnelse hvor varmeoverføringsplatene i form av regulære åttekantede mangekanter har spor som danner to forskjellige vinkler med hverandre. Fig. 7 viser skjematisk en varmeveksler ifølge foreliggende oppfinnelse hvor innløps- og utløpskamrene for de varmeavgivende og varmemottagende medier er plassert i en vinkel på omtrent 45° med hverandre, men som ellers tilsvarer varmeveksleren vist på fig. 1 og 2.

På fig. 1 og 2 er det vist en varmeveksler hvor det viktig-ste element er sirkulære varmeoverføringsplater 1 som er stablet på hverandre. Platene 1 er skåret ut av vanlige korrugerte plater og er alle identiske. Som vist på fig. 2, er platene 1 stablet på hverandre på en slik måte at korrugeringene og sporene mellom korrugeringene i hver plate danner en vinkel på 90° med korrugeringene og sporene i de tilstøtende plater på begge sider av platen.

Varmevekslerens skall er som vist delvis dannet av krumme sylindriske plater 2, til hvilke de stablede varmeoverfør-ingsplater er festet langs sine kanter, f.eks. ved sveising. En annen del av skallet er dannet av utragende sylindriske plater 3, som ligger mellom førstnevnte sylindriske plater 2 og som har mindre radius, idet platene 3 danner sidene 4 av varmevekslerens fire hovedsakelig halvsylindriske kamre. Disse kamre 4 er forbundet med innløps- og utløpskanaler 5, 6 for det varmeavgivende varmeoverføringsmedium og innløps-og utløpskanaler 7 og 8 for det varmeopptagende medium. Inne i hvert kammer 4 er annethvert rom mellom platene i de stablede varmeoverføringsplater 1 åpent slik at strømmen kan passere fra kamrene til disse rom eller omvendt, og annethvert rom mellom platene er lukket slik at mediumstrømmen forhindres fra å nå disse rom. Rommene som er åpne mot det varmeavgivende medium er således avstengt fra strømmen av varmeopptagende medium, og på samme måte er rommene som er åpne for strømmen av varmeopptagende medium lukket mot strømmen av varmeavgivende medium. På denne måte er det oppnådd at både den varmeavgivende strøm og den varmeopptagende strøm føres via annethvert rom mellom platene gjennom varmeveksleren på en slik måte at de ikke blandes med hverandre. Videre er platestabelen på undersiden og oversiden dekket av endeplater 9, som er festet til hverandre ved hjelp av strekkbolter 10 anordnet langs sidene av platestabelen.

På fig. 2 danner retningene av sporene i varmeoverførings-platene 1 en vinkel på 90° med hverandre og er vist ved bruk av heltrukne linjer 11 og brutte linjer 12. Når varmeveksleren konstrueres, kan imidlertid retningen av disse spor og vinkler mellom dem velges fritt, og således er det på fig. 3 og 4 vist to alternative typer varmevekslere hvor sporene 11 og 12 i varmeoverføringsplatene 1 stablet på hverandre er rettet på en annen måte enn vist på fig. 2. Ellers er disse varmevekslere lik varmeveksleren vist på fig. 1 og 2, og de er konstruert ved bruk av nøyaktig samme sirkulære korrugerte varmeoverføringsplater.

På fig. 5 og 6 er det vist to varmevekslere som er eksempler på platevarmevekslere ifølge oppfinnelsen som er konstruert ved å bruke varmeoverføringsplater med regulær mangekantet form, hvilke to varmevekslere benytter varmeoverførings-plater i form av regulære åttesidede mangekanter. Varme-overføringsplatene er i begge tilfeller like, og i varmeveksleren vist på fig. 5 er de stablet på en slik måte at vinkelen mellom sporene 11 og 12 i platene som er stablet på hverandre er 90°, og i varmeveksleren på fig. 6 er de stablet slik at vinkelen mellom sporene 11 og 12 i platene som er stablet på hverandre danner 45° med hverandre.

I varmeveksleren vist på fig. 2 er innløps- og utløpskanal-ene 5, 6 for det varmeavgivende medium og kamrene 4 forbundet med disse kanaler plassert diagonalt i to motstående sider, og på samme måte er innløps- og utløpskanalene 7, 8 for det varmeopptagende medium og kamrene 4 forbundet med disse plassert diagonalt i motstående sider forskjøvet en vinkel 90° i forhold til de førstnevnte. Imidlertid kan plasseringen av kanalene og kamrene varieres, og således er det på fig. 7 vist en utførelse av foreliggende oppfinnelse hvor diagonaliteten er beholdt mellom innløps- og utløpska-nalene for begge medier, men hvor kanalene 7, 8 og kamrene 4 for det varmeopptagende medium er dreiet til en vinkel på 45° med kanalene 5, 6 og kamrene 4 for det varmeavgivende medium. Når det gjelder bruk av sirkulære varmeoverfør-ingsplater og deres stabling, tilsvarer varmeveksleren på fig. 7 den som er vist på fig. 1 og 2.

For fagmannen vil det være klart at de forskjellige utfør-elser av oppfinnelsen ikke er begrenset til de eksempler som er beskrevet ovenfor, men kan varieres innenfor rammen av de følgende krav. Således kan varmeoverføringsplatene 1 ha andre former enn den sirkulære eller åttekantede, f.eks. kan varmeoverføringsplatene ha form av en regulær femkantet polygon og være stablet på hverandre slik at retningene av sporene i platene valgfritt danner en vinkel på 36° eller 72° med hverandre. Videre kan variasjonsmulighetene økes ved å skjære mangekantede varmeoverføringsplater fra korrugerte plater slik at retningen av sporene er forskjellig fra retningene for platenes kanter, hvoretter annenhver plate snus opp-ned ved stablingen av disse.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en varmeveksler ved bruk av hovedsakelig like, regulært korrugerte varmeoverfør-ingsplater (1) som omfatter korrugeringer og spor mellom korrugeringene som forløper i én retning, i hvilken fremgangsmåte platene (1) stables for å dekke hverandre og hvor rommene mellom platene ved sine kanter forbindes med inn-løps- og utløpskanaler (5,6,7,8) for de medier som deltar i varmeoverføringen, slik at det gjennom annethvert rom mellom platene føres en strøm av varmeavgivende medium og gjennom annethvert rom mellom platene føres en strøm av varmeopptagende medium, karakterisert ved at varme-overføringsplatene (1) stables på hverandre slik at sporene (11,12) i annenhver plate danner en valgt vinkel med sporene i hver av de tilstøtende plater, hvilken vinkel bestemmer både trykktapene i de strømmende medier og varmeoverføringskoeffisienten, og at det benyttes hovedsakelig sirkulære varmeoverføringsplater, eller regulære mangekantede varmeoverføringsplater med med minst femkantet form, slik at platene kan stables på hverandre for å danne i det minste to alternative varmevekslerkonstruksjoner, hvor hvert alternativ har en forskjellig valgt vinkel mellom sporene, hvilken vinkel er større enn 0°, men mindre eller lik 90°.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de stablede varmeover-føringsplater (1) sveises eller loddes sammen langs sine kanter for å danne et enkelt stasjonært element.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det på sidene av platestabelen utformes kammerpar (4) som er åpne mot annethvert rom mellom platene slik at mediene som deltar i varmeoverføringen kan passere fra innløpskanalene (5,7) både gjennom de respektive kamre til rommene mellom platene og videre gjennom de respektive kamre til utløpskanalene (6,8).

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at endeplater (9) plasseres over og under platestabelen, hvilke endeplater festes til hverandre ved hjelp av strekkbolter (10).

5. Varmeveksler, omfattende hovedsakelig like, regulært korrugerte varmeoverføringsplater (1) hvor korrugeringene og sporene (11,12) mellom korrugeringene forløper i én retning, hvilke plater er stablet på hverandre, og innløps-og utløpskanaler (5,6,7,8) for de medier som deltar i varmeoverføringen, hvilke kanaler er forbundet med kantene av platestabelen slik at det gjennom annethvert rom mellom platene passerer en strøm av varmeavgivende medium og gjennom annethvert rom mellom platene passerer en strøm av varmeopptagende medium, karakterisert ved at varmeoverføringsplatene (1) er hovedsakelig sirkulære eller regulært polygonale med i det minste fem kanter, og at varmevekslerplatene (1) er slik stablet over hverandre at vinkelen mellom sporene (11,12) er større en 0°, men mindre eller lik 90°.

6. Varmeveksler ifølge krav 5, karakterisert ved at varmeoverføringsplatene (1) er festet til hverandre ved sine kanter slik at varmeveksleren danner en enkelt stasjonær enhet.

7. Varmeveksler ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at det på sidene av platestabelen er tilveiebragt motsatt liggende kammerpar (4) både for varmeavgivende medium og varmeopptagende medium, idet hvert kammer er åpent mot annethvert rom mellom platene slik at når det respektive medium strømmer fra innløpene (5.7) til rommene mellom platene og videre til utløpene (6.8) , vil det passere de respektive kamre.

8. Varmeveksler ifølge et hvilket som helst av kravene 5-7, karakterisert ved at endeplater (9) er plassert over og under platestabelen, hvilke endeplater er festet til hverandre ved hjelp av strekkbolter (10) anbragt langs sidene av platestabelen.