SE423276B - Vermevexlare innehallande ett flertal inborjan parallella genombrutna plattor - Google Patents

Description

7713snz-4 Föreliggande uppfinning hänför sig till värmeväxlare av det slag som innehåller ett flertal inbördes parallella, genombrutna plattor, inrättade att medge strömning av en första värmeväxlingsfluid väsent- ligen vinkelrätt mot plattornas plan, och kännetecknas därav att plattorna är fluidtätt förenade utmed sin yttre perimeter till bil- dande av begränsningsvägg i ett stapelformat kärl för den genom plattorna passerande fluiden, varjämte fördelnings- respektive sam- 'lings1ådor~för nämnda fluid är anordnade i direkt anslutning till de yttersta plattorna i stapeln.

En värmeväxlare enligt uppfinningen kan vara omsluten av en mantel som begränsar strömningsväg_För en andra Fluid.

Enligt en vidareutveckling görs plattorna ringiormade och förenas inbördes, såväl utmed sin yttre som sin inre periferi, varvid organ för att styra den andra fluiden är anordnade i anslutning till den genom plattstapeln gående passagen.

-En av ringformade plattor uppbyggd värmeväxlare kan med fördel inne- 'hålla två eller flera, koncentriskt anordnade staplar.

Det radiella breddmåttet hos den yttersta plattan är då ungefär hälften av motsvarande_mått vid innanför liggande plattor. Om värmeväxlaren omfattar minst tre koncentriska plattor tillverkas lämpligen plattorna i den yttersta stapeln av ett tjockare material än de innanför lig- gande plattorna, för att vid konstant fluidtryck kunna ta hänsyn till ökat totalt tryck orsakat av areaökning beroende på den större diametern.

En förvärmare enligt uppfinningen kan ordnas så att ånga tillförs till passager innanför plattorna, medan den fluid som skall värmas strömmar genom plattorna. Som alternativ eller komplettering till ånguppvärmning kan man ordna elektriska motståndselement i nämnda passager. När det gäller värmeväxling mellan fluider med väsentligen lika värmeövergångstal kan man ordna en ringstapel koncentriskt 'utanför en kärnstapel, och välja plattornas areor så att dessa blir väsentligen lika.

Den yttre plattans innerdiameter väljs obetydligt större än ytter- díametern vid den inre plattan, och de två staplarna förenas med varandra genom att ett värmeledande material, t.ex. smält lod, hälls ned i spalten mellan de två staplarna. 7713603-4 Några utföringsformer av uppfinningen kommer här nedan att beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka Fig. 1 visar en ändvy av en platta, Fig. 2 visar, delvis i genomskärning, en värmeväxlare sammansatt av plattor enligt Fig. 1, Fig. 3 visar ett modifierat utförande av en värmeväxlare enligt uppfinningen uppbyggd av ringformade plattor och tillämpad vid en med ånga upphettad oljeförvärmare.

Pig. Ä visar en värmeväxlare enligt uppfinningen omfattande två koncentriska ringplattor, Fig. 5 visar en modifikation av utförandet enligt Fig. Ä, Fig. 6 visar ett parti av en ändvy av en värmeväxlare omfattande tre koncentriska ringar, ooh Fig. 7 visar en vertikalsektion genom värmeväxlaren i Fig. Å.

Den i Fig. 1 visade plattan 1 är cirkelrund samt försedd med ett antal radiellt riktade slitsar 2, anordnade i ett symmetriskt mönster.

Plattan är, utmed sin pvriferi Försedd med en uppkragning 3, och plattan får på så sätt, i genomskärning, ett skålformat utseende.

Vid tillverkning av värmeväxlarens kärnparti staplas platta på platta och fogas samman vid uppkragningarna 3 utmed periferin. Själva sammanfogningen sker lämpligen medelst svetsning, t.ex. stuksvetsníng eller TIG-svetsning, även om hårdlödning i vissa fall kan förekomma.

Vid sammanfogningen vrider man en nytillkommande platta något i för- hållande till en föregående, så att slitsar 2 i närliggande plattor ej kommer mitt för varandra, utan den fluid som passerar genom plat~ torna tvingas utföra en ständig riktningsändring.

Kupade gavlar H resp. 5 ansluts till de yttersta plattorna i stapeln, och man får på så sätt en passage 6a-6b för en första fluid, som alltså strömmar axiellt genom stapeln.

Utanpå denna fäster man en mantel 7. Inom denna har man genom en på stapeln av plattor, i skruvform lindad tråd 8 åstadkommit en för- längd strömningsväg för en andra fluid från ett inlopp 9a till ett utlopp 9b. 1713603-4 i Antingen det är fråga om att värma eller kyla den första fluiden är det uppenbart att det sker en värmetransport genom plattorna från eller till den yttervägg i stapeln som bildas av kragarna 3 och de dessa förenande fogarna.

" Den i Fig. 3 visade värmeväxlaren är i första hand avsedd att an- vändas som oljeförvärmare och att upphettas med ånga. Värmeväxlingen sker här mellan två fluider som har påtagligt olika värmeövergångstal, varför de ytor som berörs av de två fluiderna ges väsentligen olika storlek; Värmeväxlarens huvuddel består av ett stort antal plattor 10, i vars centrala parti ett hål 11 är utstansat. Plattorna, vars utseende bättre framgår av Fig. Ä, är försedda med ett antal radiell riktade slitsar 12, som är anordnade med jämn delning sinsemellan. Slitsarna 12 har en växentlig utsträckning mellan det centrala hålet 11 och 'plattans yttre periferi.

Enligt uppfinningen är plattorna uppkragade, vid ïß, utmed sin yttre periferi, och där fluidtätt sammansvetsade med varandra. Även runt det centrala hålet är materialet i plattan uppkragat, vid 15, och plattorna är sammansvetsade med varandra invid dessa uppkragningar, så att en fluidtät, central passage 14 bildas. En sådan sammanfogning tillhör, som inledningsvis omnämnts, känd teknik.

Den dubbla uppkragningen gör att även plattorna 10, i tvärsektion sett, får ett skålformat utseende, och möjliggör strömning inom platt- paketet, för den ena fluiden mellan uppkragningarna 13 och 15 och tillhörande svetsar, och för den andra fluiden i den centrala passagen, utan att man måste tillgripa något vttre hölje för att styra den först- ,nämnda strömningen.

Det ring-oylinderformade paketet av sammansvetsade plattor formas till en värmeväxlare.genom att man med ett kupat lock 16 tillsluter passagen 1ü upptill, och med en skålformad del 17_tillsluter densamma nedåt. Genom den senare för man ett ångtillförselrör 18, centralt genom passagen 1ü, väsentligen upp till den översta plattan 10. En kondensvattenledning 19 ansluts till den skâlformade delen 17. Organ 7713603-4 LW för att styra ångtillförseln i relation till uppträdande behov, samt för avledande av kondensvatten tillhör känd teknik, och behöver därför icke visas närmare.

En kupad gavel 20 svetsas fast till plattstapelns överända. och en annan gavel 21 förbinds med stapelns undersida samt med den skål- formade delen 17. En tillförselledning 22 för olja ansluts till den undre gaveln 21, och en avloppsledning 23 för den värmda oljan an- sluts till den övre gaveln 20.

Värmeväxlaren innesluts lämpligen i en icke visad värmeisolering, och det är uppenbart att värmeväxlaren med små ändringar beträffande den centralt tillförda fluiden kan användas för oljekylning, eller för värmeväxling över huvud taget, där värmeövergångstalen för respektive Fíuidnr är påtagligt olika.

Fig. 4 visar (i annan skala) en horisontalsektion genom en värme- växlare med större värmeväxlingskapacitet än den i Fig. 3. Denna värmeväxlare omfattar en stapel av plattor 10 av samma slag som dem som ingår i Fig. 3, samt ytterligare en med den första stapeln kon- centrisk stapel av plattor 30, vilka är försedda med radiellt riktade slitsar 32.

Av denna figur framgår placeringen av slitsarna 12 resp. 32 tydligt, och det skall framhållas att man vid sammansvetsningen av plattorna vrider varje platta en halv slitsdelning i förhållande till angrän- sande plattor, sâ att den genomströmmande fluiden kommer att röra sig i en sick-sackformad bana. Det skall även observeras att slitsarna 32 i den yttre plattan är avpassade så att de, vid plattor i samma plan, kommer att ligga mellan slitsar 12 i den centrala plattan. Här- igenom skapas de bästa förutsättningarna för fördelning av den över- förda värmen. Även plattorna 30 är försedda med uppkragningar motsvarande 13 och 15 vid de inre plattorna och är sammansvetsade på samma sätt som dessa, så att man får en fluidpassage även genom denna stapel.

Plattans 30 innerdiameter är större än ytterdiametern vid plattan 10, varigenom man får en passage BU mellan de två plattstaplarna. Passa- n-77l3eosé4 gerna 1ä och 34, respektive fluidvägarna inom plattstaplarna, för- binds inbördes, t.ex. på det sätt som kommer att beskrivas i samband ' med sig. 6 och 7.

I det här visade utförandet sker alltså värmeöverföring från (till) en fluid som strömmar genom den centralapassagen 14 och den ring- formade passagen 34. Plattorn 10 i den inre stapeln värms sålunda från två håll, medan plattorna 30 endast värms från passagen Bü.

Plattorna 30 har därför ett radiellt breddmått som är ungefär hälften av det vid de inre plattorna 10.

Fig. Ä antyder en modifikation av, eller komplettering till den upp- värmningsanordning medels ånga som visas vid utförandet enligt Fig. 3.

'I Fig. 4 visas elektrisk motståndselement 35 inmonterade såväl i den centrala passagen 14, som i den ringformade passagen SÅ.

Vid många tillfällen kan det vara angeläget att kunna förvärma pann- brännolja vid uppstartning av en ångpanna, dvs. innan man har ånga tillgänglig för uppvärmningsändamål. Man kan då tillfälligt klara förvärmningen med hjälp av de elektriska elementen, men det är uppen- bart att värmeväxlaren lätt kan arrangeras så att de elektriska mot- ståndselementen blir den huvudsakliga, eller enda värmekällan.

I vissa fall kan det vara angeläget att ordna värmeväxling mellan två fluider som har väsentligen lika värmeövergångstal, t.ex. värme- växling vatten/vatten. Ett utförande exempelvis enligt Fig. 3 eller 4 ger då för liten kontaktyta för den ena av fluiderna. Man kan då, på det sätt som visas i Fig. 5, anordna två, eller flera, koncentriska staplar av plattor, och låta båda fluiderna passera genom olika staplar.

Kärnstapeln av plattor kan då väljas av typ 1 eller möjligen typ 10, och man anordnar fördelnings- resp. samlingslådor för den första _fluiden vid ändarna av denna stapel. Plattorna 30a i den yttre stapeln är här formade så att deras innerdiameter är obetydligt större än stterdiametern vid plattorna 10. När de två staplarna färdigställts förs den yttre över den inre och den smala spalten 34a demellan fylls med smältlod eller annan värmeledande massa, så att värmeöverledning mellan de båda plattstaplarna möjliggörs. Lämpliga fördelnings- resp. samlingslådor för den andra fluiden anordnas då vid ändarna av den 7715605-4 \) yttre plattstapeln, och det är uppenbart att man här kan åstadkomma en betydligt större kontaktyta för den andra fluiden, än vad som är möjligt vid utförandet enligt Fig. 3 eller 4. Ytterdiametern på plattorna 30a väljs så att man får önskad relation mellan värmeväx- lingsytorna i plattorna 1 resp. 30a.

Fig. 6 och 7 visar detaljer från en värmeväxlare med stor kapacitet och omfattande tre koncentriska plattstaplar.

Kärnstapeln är uppbyggd av plattor 10 på samma sätt som i utförings- formerna enligt Fig. 3 och 4. Utanför denna finns en andra stapel plattor 30b, som principiellt är lika plattorna 20 i Fig. 4, men som i detta utförande har större radiell bredd, eftersom denna stapel kommer att värmas från båda sidor.

Ytterst finns en stapel av plattor 40. Eftersom dessa plattor endast värms från ena sidan är dess radíella breddmått kortare än för de inre plattorna. Plattorna 40 är tillverkade av tjockare material än de inre plattorna och åstadkommer därigenom en ökning av styrkan i hela värmeväxlaren, vilket är värdefullt eftersom denna, i detta ut- förande får rätt stort radiellt mått.

Slitsar 12, 32, 42 är anordnade i de olika plattorna för att göra strömningsväg för den ena fluiden. För den andra fluiden står den centrala passagen 14 samt ringformade passager 34 och 44 till buds.

För den första fluiden, som passerar genom plattorna 10, 30b och 40, ordnar man vid vardera änden av staplarna ett samlingsrum 41, som av- gränsas av en cylindrisk vägg 43 utgörande förlängning av den yttre stapelns yttervägg, och ett lock 43a. I detta finns ett utlopp för denna fluid, motsvarande utloppet 23 i Fig. 1.

Arrangemanget vid staplarnas undersida är principiellt av samma slag som visas i Fig. 5, förutom att man ordnar kondensvattenavledning.

Den andra fluiden avses inkomma i den centrala passagen 14, vilken här upptill avslutas-av en hög huv 16a. Från denna utgår ett antal, här fyra, grenkanaler 45 för fördelning av den andra fluiden till passagerna 34 och 44. Ovanför var och en av dessa är ett rlngformat 7713605-4 rum 46, resp; 47 uppbyggt, vartdera avgränsat av ringformade plåtar 48, 49 täckta av plattor 50, 51. Grenledningarna 45 från huven 16a fortsätter genom ringrummet 46 ut till rummet 47. Även beträffande denna'fluid blir arrangemanget i princip likartat vid staplarnas undersida.

Ovan visade utföringsformer är några exempel på tillämpning av upp- finningen, och det är uppenbart att många modifikationer kan företas inom ramen för efterföljande patentkrav, allt eftersom modifikatio- nerna bestäms av önskad kapacitet, om-det är fråga om värmning eller kylning, och i stor utsträckning av de berörda fluidernas art, dvs. i första hand deras respektive värmeövergångstal.

Plattorna tillverkas av material med god värmeledningsförmåga, och öppningarna i desamma kan utföras på många sätt, som alternativ till de visade slitsarna. Plattorna har beskrivits som skålformade, vilket hänför sig till deras utseende i monterat läge. Man kan utgå från plana rondeller och mellan dessa lägga in avståndselement i form av ringar med samma ytterdiameter som rondellerna, varefter rondeller och ringar svetsas samman. Alternativt kan man hålla rondellerna på avstånd från varandra, och bygga upp förbindelsen utmed deras periferi enbart av svetsmaterial.

Förutom som värmare, respektive kylare kan värmeväxlare av här an- givet slag ingå som komponenter i pannor, och då bilda konvektions- eller economisertuber, Rökgaserna får passera genom plattorna, medan pannvattnet bestryker-stapeln utvändigt, eventuellt även invändigt.

Det sker en snabb och effektiv värmeöverföring från gas till vatten, och vid uppstartning av en panna kommer självcirkulationen omedelbart igång.

Claims (12)

7715603-4 PATENTKRAV

1. Värmeväxlare av det slag som innehåller ett flertal in- bördes parallella, genombrutna plattor, inrättade att medge strömming av en första värmeväxlingsfluid väsentligen vinkel- rätt mot plattornas plan, k ä n n e t e c k n a d därav, att plattorna (1, 10, 30, RO) är fluidtätt förenade utmed sin yttre perimeter (vid 3, 13) till bildande av begränsningsvägg i ett stapelformat kärl för den genom plattorna passerande fluiden, varjämte fördelnings- respektive samlingslådor (4, 5; 20, 21; 41) för nämnda fluid är anordnade i direkt an- slutning till de yttersta plattorna i stapeln.

2. Värmeväxlare enligt patentkravet I, k ä n n e t e c k n a d därav, att stapeln av plattor (1) är omsluten av en mantel (7) som begränsar strömningsväg (9a-9b) för en andra fluid.

3. Värmeväxlare enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av ett i skruvlinjeform runt stapeln av plattor (1) lindat element (8), inrättat att inom manteln (7) åstadkomma en förlängd strömníngs- bana för den andra fluiaen mellan inlopp (9a) och utlopp (9b)- Ä.

4. Värmeväxlare enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att plattorna (TO, 30, 41) är ringformade, är förenade in- fbördes, såväl utmed sin yttre som sin inre periferi, och att organ (16, 17; #6, #7) för att styra den andra fluiden är anordnade i an- slutning till den genom plattstapeln gående passagen.

5. Värmeväxlare enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav. att den omfattar minst två koncentriskt anordnade staplar av plattor (1, 20, 30, 40).

6. Värmeväxlare enligt patentkraven Å och 5, k ä n n e t e c k - n a d därav, att innerdiametern vid en yttre platta (30a) är så mycket större än ytterdiametern vid en inre platta (10) att en fluid- passage (ßü) bildas mellan staplarna, varvid utrymmena innanför varje sådan, koncentrisk ringstapel är sammanbundna för styrning av den andra fluiden. 107715605-4 p 10

7. Värmeväxlare enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a d därav; att det radielia breadfnåttet nos den yttersta plattan (40) är ungefär hälften av motsvarande mått vid innanför liggande plattor 1130, 10)-

8. Värmeväxlare enligt något av patentkraven 6 eller 7 och om- fattande minst tre koncentriska plattor, k ä n n e t e c k n a d därav, att plattor (40) i den yttersta stapeln är tillverkade av tjockare material än de innanför liggande plattorna (30, 10).

9. Värmeväxlare enligt något av patentkraven 1 eller Ü, k ä n - .n'e t e c k n a d därav, att innerdiametern vid en yttre platta (30a) är obetydligt större än ytterdiametern vid en inre platta (1, 10) och att de två staplarna, sedan plattorna i desamma samman- fogats inbördes, permanent förenas med varandra genom insmältning av ett värmeledande material i spalten (ßäa) mellan staplarna.

10. Värmeväxlare enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att plattor (1, 10; 30a) i intill varandra belägna staplar är inrättade, och på så sätt anslutna till fördelnings- resp. sam- lingslådor, att skilda fluider kommer att föras genom dem.

11. Värmeväxlare enligt patentkravet Ä, knä n n e t e c k n a d därav, att det centrala utrymmet (1ü) i en kärnstapel, och vid flera koncentriska staplar, utrymmet (Bh, hä) mellan dessa, är anslutna till tillförselledning för ånga respektive avloppsledning för kondens- vatten.

12. Värmeväxlare enligt patentkravet 11, k ä n n e t e c k n a d av inom ångutrymmena placerade elektriska motståndselement (35). _ ANFURDÅ PUBLIKATIONER: Sverige 357 256 (F28F 13/08) Norge 132 972 (F28D 9/00) Tyskland 1 098 969 (17 f:5/06)