NO855077L - Varmeveksler av fallfilmtypen. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en varmeveksler av fallfilm-

typen, omfattende varmeveksleplater med korrugering som øker plateflaten med form av rygger og daler som strekker seg i fallfilmens retning.

Når man konstruerer varmeveksleplater for fallfilmanordninger så som fallfilmkjølere og fallfilmfordampere er det for oppnåelse av størst mulig varmeoverføring mellom fallfilmen og mediet, d.v.s. overføring av varme som veksles med fall-

filmen, viktig å tilveiebringe en fullstendig filmdekning av fallfilmoverflåtene langs hele fallstrekningen samtidig som fallfilmen skal være så tynn som mulig. Foruten problemet å tilfredsstille de to innbyrdes motsatte ønsker, må man også ta i betraktning andre konstruktive aspekter med hensyn til den praktiske utforming av en platevarmeveksler, for å kunne opp-rettholde en jevn og ubrutt fallfilm. Avbrudd, og dermed ujevnheter i varmeoverføringsflaten som skyldes avbruddene, har man ofte vært nødt til å gjøre, f.eks. for dannelse av støtte-punkter mellom to tilstøtende plateelementer. Slike støtte-punkter kan i de fleste varmevekslere utnyttes positivt for dannelse av turbulens, men i fallfilmvekslerne utgjør de en hindring for dannelse av en kontinuerlig film langs varmeveksle-flaten. Tidligere fallfilmteknikk viser også eksempler på så alvorlig forstyrrelse av fallfilmen som følge av hindringsele-menter anordnet mellom fallfilmflåtene at hindringselementene samtidig måtte betraktes som og tjene som en omfordeler av væske-filmen. Den gjentatte nedbremsing og aksellerering av fallfilmen som er knyttet til dette fenomen tjener til dårligere varmeveksle-koeffisient langs en stor del av den totale fallstrekningen.

Det er ofte ønskelig med en knekket eller korrugert flåte-struktur i varmeveksleelementer for oppnåelse av større flate-areal, øket styrke og dannelse av kontaktsteder mellom tilstø-tende varmeveksleelementer. En slik flateøkende korrugering i plateelementene i en fallfilmvarmeveksler med rygger og daler i fallfilmretningen forårsaker imidlertid et ytterligere problem fordi væsken i fallfilmen søker å oppsamles i korrugeringens daler og dette fører til oppriving av filmen på eller ved korrugeringens topper med den følge at heteflaten som utnyttes effek-tivt forminskes ganske sterkt. Den opplagte motforholdsregel er i dette tilfelle å øke væskebelastningen til filmen ikke lengre brytes, men dette fører til en vesentlig lavere varmelednings-koeffisient og i tilfelle av fallfilmfordampere til et lavere fordampningsforhold enn det som kunne ha vært mulig ellers.

Et formål med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en ut-førelse av varmeveksleplater i en platevarmeveksler av fallfilmtypen hvor de ovenfor nevnte flateøkende korrugeringer i plateelementene benyttes og hvor det omtalte problem med væskeakkumulering i korrugeringens daler er allikevel eliminert.

Et ytterligere formål med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en platevarmeveksler av fallfilmtypen hvor den nevnte flateøkende korrugering av plateelementene benyttes, og hvor problemet med væskeakkumulering i korrugeringens daler er unngått samtidig som behovet for støttepunkter i fallfilmpassasjene er unngått.

Et særlig formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fallfilmfordamper av platetypen hvor den nevnte flateøkende korrugering av plateelementene benyttes og hvor problemet med væskeakkumulering i korrugeringens daler er eliminert samtidig som platenes korrugeringsmønster benyttes for å tilveiebringe fordampningspassasjer med økende tverrsnitt og avtagende varme-veksleflate i fallfilmens retning.

Disse formål er ifølge oppfinnelsen oppnådd i en varmeveksler av den innledningsvis nevnte art, hvilken veksler hoved-sakelig utmerker seg ved at ryggene og dalene som er dannet av varmeveksleplatenes korrugering strekker seg kontinuerlig innenfor hver av et antall soner som er formet etter hverandre i fallretningen, at ryggene og dalene av to etterfølgende soner er sideveis forskjøvet i forhold til hverandre slik at ryggene, hhv. dalene i én sone strekker seg på linje med dalene, hhv. ryggene i en etterfølgende sone, og at platenes korrugering i overgangspassasjen mellom to etterfølgende soner danner for-bindelsesflater for kontinuerlig væskefilmstrøm fra ryggenes hhv. dalenes nedre ende i én sone til den øvre ende av ryggene hhv. dalene i den etterfølgende sone.

I samsvar med oppfinnelsen er problemet med oppsamling av fallfilmvæsken i platekorrugeringens daler løst ved en flere ganger seg gjentagende fordeling av filmen som faller ned langs platen fra rygg til dal, hhv. fra dal til rygg. Samtidig.til-veiebringer oppfinnelsen en enestående mulighet for skapelse av en seg gjentagende omfordeling av væsken fra en fallfilm langs en lang fallstrekning uten at fallvæskens bevegelse må bremses ned som tilfellet er i kjente fallfilmanordninger hvor jevn fordeling langs en lang fallstrekning er oppnådd ved oppsamling av væske etter bestemte intervaller og ved fordeling av væsken på ny langs fallfilmflaten ved hjelp av slissemidler. Den sist-nevnte måte å omfordele fallfilmen på er som nevnt fordelaktig fordi fallfilmens hastighet reduseres ved de omtalte "omstarter" som fører til dårligere varmeoverføringskoeffisient langs strek-ningene hvor fallfilmen må akselleres fra laminærstrømning til hastigheter med turbulensstrømning som gir større varmeveksle-koeffisienter. Løsningen ifølge oppfinnelsen er særlig fordelaktig fordi omfordelingsmekanikken ikke krever særlige innret-ninger og kostbar montering av fordelingsmidler, men kan i sin helhet inkorporeres i platemønsteret, f.eks. ved konvensjonell pressing av platene.

De forskjellige soner i fallretningen mellom hvilke soner omfordelingen mellom dalene og ryggene finner sted må for enkel-hetens skyld utformes med hensiktsmessig ensartet korrugering innenfor hver sone hvor hele platebredden selv om forandring mellom dal og rygg selvfølgelig kan opptre på forskjellige høydenivåer langs forskjellige partier av platebredden. I overgangspassasjene mellom to soner danner platens korrugerings-mønster et antall overgangsflater som idet de alternerer i platens tverretning skråner mot fall-linjen i én retning for å forbinde en rygg med en dal og i motsatt retning med fall-linjen for å forbinde en dal med en rygg.

Oppfinnelsen muliggjør en god filmdekning over en fall-filmplate med korrugeringsdaler og topper i fallretningen i plater med lengde på flere meter. Lengden av hver sone med kon-tinuerlige rygger og daler varierer med det valgte korrugerings-mønster. Som eksempel kan nevnes at praktiske forsøk med en bølgelengde eller gradering på korrugeringen på tvers av platen på 25-50 mm og korrugeringshøyde mellom topp og dalbunn på 10-15 mm gir en løsning med tre soner/meter har vist seg å gi utmerket væskefordeling i en tynn, kontinuerlig film. Dette kan også uttrykkes slik at fordelingsproblemet er blitt eliminert takket være oppfinnelsen i lange varmeveksleplater som har større lengde enn 1 meter, som følge av at fallfilmen omfordeles ved hjelp av i det minste to overganger eller forandringer mellom rygg og dal langs platens lengde, f.eks. ved at fallfilmflaten i det minste omfatter tre soner i fallfilmretningen med mellomliggende omfordeling mellom ryggene og dalene.

Det er å forstå at oppfinnelsen generelt kan brukes på alle typer fallfilmanordninger av platetypen så som fallfilmkjølere og fallfilmfordampere. I tilfelle av fallfilmfordampere, kan man foruten at de Ovenfor omtalte generelle fordeler med flate-økning og støttepunktanordning oppnås, korrugeringsmønsteret med daler og rygger i fallretningen også benyttes for tilveie-bringelse av fordampningskanaler med økende tverrsnittsareal og avtagende varmeoverføringsareal i fallretningen. En sådan for-damper er vist og beskrevet i svensk patent 424 143 som tilhører søkerne. Derfor skal oppfinnelsen forklares nærmere nedenfor ytterligere i forbindelse med en platefordamper som eksempel og under henvisning til de vedlagte tegninger, hvor

fig. 1 viser skjematisk og i oppriss en del av en varmeveksleplate ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et horisontalt snitt gjennom en øvre del av

en platestabel i en platefordamper,

fig. 3 viser et vertikalsnitt gjennom en del av en platefordamper ifølge fig. 2, og

fig. 4 viser et horisontalt snitt gjennom et parti i en

nedre del av platestabelen ifølge fig. 2.

Fig. 1 viser prinsipputkastet for en varmeveksleplate 1 for

en fallfilmvarmeveksler ifølge oppfinnelsen. Platen 1 er korrugert slik at rygger 2, 2', 2" og mellomliggende daler 3, 3', 3"

som er dannet med tanke på en fallfilmpassasje formet mellom platen 1 og en tilstøtende plate og løper i fallfilmens retning. Ryggene 2 og dalene 3 strekker seg kontinuerlig innenfor en sone

i likhet med ryggene 2' og dalene 3' innenfor en suksessiv sone Z2og ryggene 2" og dalene 3" innenfor en sone Z^- I en overgangssone T, mellom sonene Z^og Z2er et antall overgangsflater 4 formet som forbinder ryggenes 2 nedre ende i sonen Z^

med dalenes 3' nedre ende i sonen Z2«Overgangsflåtene 4 alternerer i platens 1 tverretning med overgangsflåtene 5 som forbinder dalenes 3 nedre ende i sonen Z^ med ryggenes 2' øvre ende i sonen Z2, og det er å forstå at hver av de alternerende flater 4 og 5 danner med sin hovedretning en viss vinkel med fallretningen.

Tilsvarende overgangsflater 4' og 5' er dannet i en overgangssone T 2 mellom sonene Z^ og Z^, o.s.v. Man bør legge merke til at korrugeringen i platen 1 ikke må ha skarpe kanter, men at ryggtoppene og dalbunnene utføres hensiktsmessig med en passende radius, f.eks. i størrelse 6-10 mm og at forbindelsen mellom overgangsflåtene 4 og 5 og de respektive rygger og daler bør ha en radius som er over 2 mm.

Fig. 2-4 viser hvordan et antall plater utformet i samsvar med oppfinnelsen er orientert i forhold til hverandre i en bestemt plateanordning som er hensiktsmessig for fallfilmfor-dampning. To plater 10, 10', hhv. 11, 11<*>som mellom seg danner en fallfilmpassasje E er slik orientert i forhold til hverandre at ryggene R, R<1>i én plate forløper på linje med dalene i den andre plate. De to plater 10, 11, hhv. 10', 11' som mellom seg danner varmemediumpassasjer H er orientert med sine rygger bestemt i forhold til den respektive fallfilmpassasje på linje med hverandre. I plateregionene mellom de nevnte rygger, d.v.s. regio-nene som danner rygger med hensyn til varmemediumpassasjene, er avstandselementer 12 anordnet.

Som fremgår fra fig. 3 er hver plate oppdelt langs sin lengde i soner Z^-Z^med mellomliggende overgangssoner T^-Tj-.

I hver overgangssone er et antall overgangsflater 13, 13', 14,

14' anordnet til å forbinde ryggene i én sone med dalene i den etterfølgende sone og omvendt. Det kan sees at tilstøtende overgangssoner 13, 13" i to plater 10, 10' som danner en fallfilm-passas je E forløper i det vesentlige parallelt med hverandre.

Som fremgår av fig. 3 er høyden av ryggen R<1->R2-R<1>3-R4~R'c--Rg som rager inn i fordampningspassasjen E avtagende i størrelse fra den tilsvarende sone Z^-Zg slik at tverrsnittsarealet av fordampningspassasjen øker fra sone til sone. Som det fremgår best ved sammenligning av fig. 2 og fig. 4 er følgen av dette at omkretsen av fordampningspassasjen 1 som fuktes av fallfilmen, blir mindre fra sone til sone. Fig. 3 viser konstant rygghøyde innenfor hver sone, men rygghøyden kan selvfølgelig også avta suksessivt innenfor hver sone.

Claims (6)

1. Varmeveksler av fallfilmtypen omfattende varmeveksleplater med rygger og daler som danner platearealøkende korrugering og forløper i fallfilmens retning, karakterisert ved at ryggene (2, 2', 2") og dalene (3, 3', 3") forløper kontinuerlig innenfor hver av et antall soner (Z^ , 7,^, Z^ ) formet etter hverandre i fallretningen, at ryggene og dalene i to etter hverandre følgende soner er sideforskjøvet i forhold til hverandre slik at ryggene, hhv. dalene i én sone strekker seg i flukt med dalene, hhv. ryggene i en etterfølgende sone, og at korrugeringen i platene i overgangspassasjen (T^, T2 ) mellom to etter-følgende soner danner forbindélsesflater (4, 4', 5, 5') for kontinuerlig væskefilmstrøm fra ryggenes, hhv. dalenes nedre ende i én sone til dalenes, hhv. ryggenes øvre ende i den etter-følgende sone.

2. Varmeveksler ifølge krav 1, karakterisert v e.. d at platenes lengde i f allf ilmretningen er over 1 meter og omfatter i det minste tre soner.

3. Varmeveksler ifølge krav 1 eller 2, hvor varmeveksleplatene er anordnet i det vesentlige vertikalt ved siden av hverandre og alternerende begrenser fallfilmpassasjer (E) for et fluid som tilføres i likhet med en fallfilm i den øvre del av de nevnte passasjer og passasjer (H) for et ytterligere medium som skal utveksle varme med fallfilmen, karakterisert ved at to plater (10, 10') som begrenser én av de nevnte fallfilmpassasjer (E) er slik orientert med sine rygger (R, R <1> ) og daler med hensyn til fallfilmpassasjen at ryggene i én plate strekker seg på linje med dalene i den andre plate.

4. Varmeveksler ifølge krav 3, karakterisert ved at høyden av de nevnte rygger (R-Rg, R' -R1 i-)";} som avgrenser en fallfilmpassasje (E) avtar gradvis eller trinn for trinn i fallfilmretningen slik at tverrsnittsarealet for fallfilmpassasjen øker samtidig som omkretsen av nevnte tverrsnittsareal avtar i den nevnte retning.

5. Varmeveksler ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at hoveddelen av hver fallfilmpassasje (E) beliggende innenfor platenes ytre kanter har ingen kontaktpunkter eller forbindelseselementer mellom de to plater (10, 10'; 11, 11') som avgrenser fallfilmpassasjen.

6. Varmeveksler ifølge krav 3, 4 eller 5, karakterisert ved at to plater (10', 11; 10,

11') som avgrenser en passasje (H) for det nevnte ytterligere medium er orientert med sine respektive rygger (R, R <1> ) dannet med hensyn til fallfilmpassasjen (E) på linje med hverandre og at kontaktpunkter eller forbindelseselementer (12) mellom de to plater er anordnet i plateområder dannet mellom de nevnte rygger (R, R').