NO320779B1 - Innlopsinnretning - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører varmevekslere og nærmere bestemt en innløpsinnretning for en platevarmeveksler.

Teknisk bakgrunn

Platevarmevekslere i ulik utforming blir benyttet i kjøle-

og varmeanlegg for varmeoverføring fra et medium til et annet. Platevarmevekslere har vært i bruk i lang tid og er fordelaktige av flere hensyn. Eksempelvis er de kompakte og har en stor varmevekslende flate i forhold til volum og plassbehov.

Ved bruk av platevekslere som fallfilmsabsorber og/eller fallfilmsdesorber i absorpsjonsanlegg har det imidlertid vist seg å være et problem å oppnå en god fordeling av de varmevekslende medier inn i veksleren. Dette fordi mediet kommer inn i veksleren som en blanding av både gass og væs-kefase. Gassen har en tendens til å samle seg i toppen av innløpskanalen. Kanalene nærmest innløpet vil følgelig først fylles med væske, slik at det i kanalene ved enden av innløpskanalen i stor grad vil strømme kun gass. Væsken vil i tillegg strømme hovedsakelig vertikalt ned i varmeveksleren og på den måten får en dårlig fordeling av det varmevekslende medium i bredden av platene. På grunn av ulik varmeovergang og massestrøm vil platevarmevekslerens varmevekslende areal derfor ikke utnyttes optimalt. En slik ujevn fordeling av væske og gass fører til en redusert effektivitet. Dette blir ofte kompensert ved at man anvender en større plateveksler med større varmeoverførende flate eller en rørkjelveksler med kjente fordelingssystemer og innretninger for forbedret effektivitet som beskrevet i for eksempel US 4,747,915. Dette fører til en høyere kostnad og et økt plassbehov for installasjonene enn det som teoretisk er mulig og som er ønskelig.

US 6,702,006 foreslår en innløpsinnretning for en plateveksler der åpningene i kanalen er utformet på ulike måter for å bedre mediefordelingen over platene. Her bedres fordelingen ved å endre retningen på en del av mediet og presse det inn mot åpningene i kanalen med en skråstilt plate. Denne innretningen setter ikke opp et væskespeil eller ut-nytter gravitasjonskreftene slik som er foreslått å denne patent. Denne innsetningen vil ikke fungere i en desorber/absorber der væske/gass andelen er meget liten.

Kortfattet sammenfatning av oppfinnelsen

Det er en hovedhensikt med foreliggende oppfinnelse å øke utnyttelsen og effektiviteten av varmevekslerflåtene i en platevarmeveksler, spesielt ved anvendelse som fallfilmsad-sorber og/ eller fallfilmsdesorber i en Kompre-sj ons/absorpsj onsprosess.

Det er videre en hensikt med oppfinnelsen å fremskaffe en platevarmeveksler for varmevekslende medier som omfatter en blanding av væske og gassfase der arealet i veksleren utnyttes på en bedre måte.

Det er videre ønskelig å frembringe en innretning som en-kelt kan anvendes på eksisterende platevekslere og som omfatter en enkel konstruksjon som lett kan ettermonteres i ferdig sammensatte platevekslere.

Hensiktene med oppfinnelsen oppnås ved en innretning som angitt i de vedlagte krav.

Kortfattet beskrivelse av tegninger

En utførelse av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med hen-visning til de vedlagte tegninger, hvor;

figur 1 viser toppen av en gjennomskåret platevarmeveksler, sett fra siden med en innløpsinnretning ifølge oppfinnelsen montert,

figur 2 viser toppen av plateveksleren i figur 1 med inn-løpsinnretningen sett fra innløpet,

figur 3 viser et snitt av innløpsinnretningen under drift med væskenivå inntegnet,

figur 4 viser toppen av en gjennomskåret plateveksler, sett fra siden med en innløpsinnretning ifølge en annen utførel-

se av oppfinnelsen,

figur 5 viser et snitt av en regulerbar innløpsinnretning ifølge oppfinnelsen, og

figur 6 viser nedre del av en gjennomskåret platevarmeveksler, sett fra siden med en innløpsinnretning ifølge en tredje utførelse av oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen vedrører en innløpsinnretning 1 for bruk i platevekslere 2 som vist i figurene. Innretningen har til hensikt å skape et væskespeil i bunnen av innløpskanalen i veksleren slik at gass og væske fordeles jevnere over alle kanalene i veksleren. Figur 1 viser et snitt av en del av en platevarmeveksler 2 med innløpsinnretningen 1 ifølge oppfinnelsen montert.

Platevarmeveksleren 2 omfatter plater 3 utformet for å dan-

ne en flerhet kanaler 4 mellom seg. Kanalene 4 er gruppert i to eller flere grupper slik at ulike medier kan strømme i separate strømmer gjennom platevarmeveksleren 2. De mange platene 3 utgjør sammen et stort varmevekslende areal og sørger for god varmeveksling mellom de ulike medier uten at varmeveksleren tar svært stor plass.

Innretningen 1 ifølge oppfinnelsen omfatter en fleksibel stålplate eller stivt rør som føres inn i innløpet 5 på en ferdig plateveksler 2 for å danne en sylindervegg med en langsgående spalte 6. Platen er fortrinnsvis så lang at den dekker hele innløpets dybde. Platens bredde er imidlertid tilpasset slik at den langsgående spalten 6 dannes i innlø-pets 5 lengderetning. Spaltens 6 størrelse og følgelig platens størrelse vil tilpasses hvert tilfelle. I en andre ut-førelse vist i figur 5, omfatter innløpsinnretningen 1 to overlappende plater 1, 7 som kan forskyves i forhold til hverandre for endring av spaltens 6 bredde. Spaltens 6 orientering i forhold til vertikalplanet er ved forsøk fordel-aktig funnet å være 20-45°.

Spaltens 6 bredde og orientering kan i en utførelse kunne reguleres automatisk ved å dreie innløpsinnretningen ved hjelp av en passende motor styrt for eksempel i forhold til målt temperaturfordeling mellom platene.

Det er ingen behov for feste av innløpsinnretningen 6 ut-over at den må ha en god pasning og være tilstrekkelig fjærende slik at den presses mot varmevekslerplatene. Trykk-fallet i konstruksjonen bidrar til å presse materialet mot varmevekslerplatene 3 og gir økt tetting mot væskeinntreng-ning ved spalte 6 og i ender.

Høy gasshastighet i spalten 6 trekker med væske og gir sam-tidig en god blanding og fordeling over hver plate 3 i varmeveksleren 2. Spaltens 6 vinkelorientering (20-45°) og spaltens 6 bredde tilpasses kapasitet/mengde og platenes 3 utforming. Det finnes flere ulike kanalmønster i platevekslere på markedet og spaltens 6 bredde og orientering må altså også tilpasses dette.

Platevekslerens 2 orientering i forhold til vertikalplanet vil også ha innvirkning på fordelingen av gass og væske over vekslerens kanaler 4. Det kan derfor også være fordel-aktig å tilpasse denne orienteringen for en økt effekt. Det er ved forsøk funnet at denne vinkelen vil ligge mellom 88-92° i forhold til horisontalplanet. Den optimale vinkelen kan finnes ved å måle temperaturfordeling mellom platene 3. Den praktiske vinkelen bestemmes av geometri og gass/væskehastighet. For å oppnå den tilnærmet samme effek-ten kan spalten 6 i innløpsinnretningen orienteres på skrå i forhold til horisontalplanet.

Platevekslerens vinkel kan åpenbart også reguleres automatisk i forhold til temperaturfordeling over veksleren. For eksempel ved hjelp av en egnet regulator med en tilordnet servomotor.

En kan oppnå tilnærmet samme effekt som ved den nevnte skråstilling av veksleren ved at spalten 6 danner en av-smalning innover fra innløpet i varmeveksleren for å kom-pensere for trykkoppbygging og væskeoppsamling mot enden av innløpskanalen 5.

Fordelingen av væsken i innløpsinnretningen vil variere med mediets strømningshastighet. Den best mulige geometri på innløpsinnretningen 1 vil derfor variere. Dette vil blant annet avhenge av omgivende driftsforhold, kapasitetsregule-ring, belastning på systemet etc. Når innløpsinnretningen omfatter to deler som beskrevet over, kan geometrien varie-res, f. eks ved hjelp av en motor som inngår i en regule-ringssløyfe. Det er også mulig å bruke en tilsvarende anordning som varierer vinkelen på varmeveksleren.

Innløpsinnretningen har en skarp kant 9 langs spalten. Denne kanten skaper turbulens og blander gass og væske på en god måte og bedrer følgelig fordelingen.

For å redusere innretningens 1 avhengighet til optimal vinkel kan den skarpe kanten utstyres med trekantede utsparinger 10 (som en V-renne) for å danne en V-formet over-løpskant som sikrer et minimum av væske til hver kanal 4 når væskenivået stiger over et minimum.

I en utførelse vist i figur 6 er innretningen utformet som et rør og er festet i en eller begge ender til innløpet. Innløpsinnretningen har her en diameter som er mindre enn innløpets diameter og tetter således ikke fullstendig mot innløpet. Innløpsinnretningens åpning ligger imidlertid tett an mot innløpet. En ende av innløpsinnretningen står mot bakveggen eller er tettet av en plate. Denne utførelsen er velegnet når plateveksleren skal brukes som bobleabsor-ber. Gassen kommer inn i innløpsanordningen og væsken kommer inn ved siden av dette.

Det er prinsipielt ikke noe i veien for at både væske og gass sendes inn i innløpsanordningen slik at boblene vil rive med seg væske på vei ut av spalten. Det tilføres hele tiden både væske og gass slik at væsken ikke kan bli væren-de i innløpsanordningen.

Det har vist seg at innløpsinnretningen 1 ifølge oppfinnelsen i noen tilfeller tredobler varme/kjøle-effekten på platevarmevekslere brukt som absorber/desorber.

Claims (13)

1. Innløpsinnretning (1) for bruk i platevarmevekslere (2) omfattende en innsats med en fordelingsåpning (6) for anordning i et innløp (5) på en plateveksler, karakterisert ved at innløpsinnretningen (1) er innrettet for å danne en hovedsakelig passende sylindervegg ved innføring i innløpet (5), idet sylinderveggen omfatter minst én åpning (6) som strekker seg helt eller delvis over innløpets lengde (5) tettende anordnet mot platevarmevekslerens innløp (5), og som er orientert til siden ved en vinkel fra loddiinjen.

2. Innløpsinnretning (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at åpningen(e) (6) er orientert ved en vinkel større enn 20° i forhold til lodd-linjen.

3. Innløpsinnretning (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at innløpsinnretningen (1) er laget av et fjærende materiale i form av minst én plate eller minst én sylindervegg med minst én åpning (6).

4. Innløpsinnretning (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at innløpsinnretningen (1) har en mindre diameter enn innløpet (5).

5. Innløpsinnretning ifølge krav 1-4, karakterisert ved at innløpsinnretningen (1) omfatter to plater eller sylindervegger (1, 7) konsentrisk anordnet idet deres innbyrdes orientering kan endres for å variere åpningen{e)s (6) størrelse.

6. Innløpsinnretning ifølge krav 5, karakterisert ved at platene eller sylinderveg-gene (1, 7) er drevet i forhold til hverandre av en driv-innretning som er styrt av en kontrollenhet.

7. Innløpsinnretning ifølge krav 1-3, karakterisert ved at åpningen (6) er en langsgående spalt (6).

8. Innløpsinnretning ifølge krav 7, karakterisert ved at spaltens (6) kant er for-synt med trekantede utsparinger (10).

9. Innløpsinnretning ifølge krav 7-8, karakterisert ved at spalten (6) danner en av-smalning innover fra innløpet (5) i varmeveksleren.

10. Anvendelse av innløpsinnretningen (1) i henhold til krav 1-9 i en platevarmeveksler hvor innløpsinnretningen

(1) anordnes i platevekslerens innløp (5) etter at den er satt sammen.

11. Anvendelse av innløpsinnretningen (1) i henhold til krav 1-9 i en platevarmeveksler, idet plateveksleren med innløpsinnretningen (1) skråstilles i forhold til vertikalplanet .

12. Anvendelse ifølge krav 11, hvor platevarmeveksleren med innløpsinnretningen (1) orienteres med en vinkel mellom 88-92° i forhold til horisontalplanet.

13. Anvendelse ifølge krav 11, idet platevarmevekslerens (2) orientering reguleres ved hjelp av en egnet regulator med tilordnet servomotor.