SE454211B - Vermevexlare med en tredje stromningsbana for forvermning av kall fluid - Google Patents

Description

454 211 Denna uppfinning syftar till att övervinna dessa prob- lem och nackdelar med den kända tekniken, genom åstadkommande av en förbättrad platt-lamell-värmeväxlare med organ för bibehål- lande av temperaturen vid värmeväxlarens kalluftsinloppsyta vid en tillräckligt hög nivå för att förhindra isbildning.

I enlighet med uppfinningen gäller att värmeväxlaren, som har en kärna vari ingår dels ett flertal värmeöverföringsele- ment som avgränsar första och andra fluidströmningsbanor med inlopps- och utloppsändar för passage av ett par fluider under inbördes värmeväxling, dels samlingsrörorgan för ledande av_en relativt varm fluid för passage genom den första strömningsbanan och för ledande av en relativt kall fluid för passage genom den andra strömningsbanan, är kännetecknad av strömningsledande ka- nalorgan som utgör en integrerad sektion av värmeväxlarkärnan och avgränsar en tredje strömningsbana som sträcker sig väsent- ligen parallellt med den första strömningsbanan och på tvären över inloppsänden av den andra strömningsbanan, för att leda en del av den relativt varma fluiden så att densamma strömmar un- der värmeväxling med den relativt kalla fluiden direkt vid in- loppsänden (direkt nedströms inloppsröret) av den andra ström- ningsbanan.

Ytterligare särdrag för värmeväxlaren enligt uppfinnin- gen framgår av de osjälvständiga kraven.

Uppfinningen kommer nu nedan att ytterligare förklaras och beskrivas under hänvisning till den bifogade ritningen på vilken fig. 1 i perspektivisk framställning visar en värme- växlare enligt föreliggande uppfinning, dock med vissa par- tier bortbrutna; fig. 2 visar (i större skala än fig. 1) ett parti- ellt snitt taget vid linjen 2 - 2 i fig_ 1; och fig. 3 vissr slutligen i partiell vertikalprojek- tion ett parti av värmeväxlaren betraktad vid linjen 3 - 3 i fig. 2.

En värmeväxlare 10 enligt denna uppfinning visas i fig. 1, och omfattar på det hela taget en platt-lamell-värme- 454 211 3 växlarkärna 12 uppburen inuti ett hus 14. Huset omfattar ett inloppsrör 16 utformat för att motta en uppvärmd arbets- fluid, såsom varm luft, och för ledande av den varma fluiden genom ett flertal passager 18, som avgränsar en strömnings- bana för den varma fluiden, till ett utloppsrör 20. En rela- tivt kall arbetsfluid, såsom kall luft, tillförs genom ett andra inloppsrör 22 för att passera genom kärnan l2 via ett flertal passager 24, som avgränsar en strömningsbana för den kalla fluiden, till ett andra utloppsrör 26.

Den i fig. l visade värmeväxlaren 10 kan bestå av. en kondensationsvärmeväxlare av den typ som schematiskt vi- sas och beskrivs i amerikanska patentansökan 921 660. Den kalla luft som tillförs kalluftsinloppsröret 22 utgörs spe- ciellt av kall luft som har expanderat genom kylturbinen av en miljöreglerenhet, eller utgörs alternativt av kall luft som har en temperaturnivâ lägre än fryspunkten för vatten.

Väsentligt är vid många tillämpningar att denna kalla luft innehåller medtransporterat vatten speciellt i form av is- kristaller, och i miljöreglerenheter för flygplan kan luften ha en temperatur som är så låg som cirka -460 C. Denna kalla luft uppvärms i värmeväxlaren 10, och leds genom den kalla luftens utloppsrör 26 för att användas i ett miljöutrymme, exempelvis kabinutrymmet i ett flygplan.

Värmeväxlarens 10 kärna l2 visas mer i detalj i fig. 2 och 3. Såsom visas omfattar kärnan 12 en lamellartat omväxlande stapel av ytförstorade värmeöverförings- eller lamellelement 28 och 30 anordnade vinkelrätt mot varandra för att bilda passager 18 resp. 24, som bildar fluidström- ningsbanorna. Dessa värmeöverföringselement 28 och 30 är vä- sentligen identiskt lika utformade, och omfattar vartdera en på det hela taget korrugerad lamelliknande del vänd mot till- hörande inloppsrör 16 eller 22. Ett flertal ytterligare yt- förstorade element 28 och 30 sträcker sig i förskjutet sick- sackliknande förhållande mot det tillhörande utloppsröret 20 eller 26 för att fullständiga strömningsbanornas passager 18 eller 24, som visas i fig. l. Det är väsentligt att ob- 454 211 ' servera att de omväxlande staplade värmeöverföringselemen- ten 28 och 30 är åtskilda genom relativt tunna värmeöverfö- ringsplattor 36, varvid hela aggregatet är sammanfogat medelst exempelvis hârdlödning för att bilda en styv värme- växlarkärna 12. Kärnan 12 bildar på detta sätt en värme- växlare av.korsströmstyp varvid värmeöverföringselementen avgränsa: strömningsbanornas passager 18 och 24 för passage av den varma och kalla luften i nära inbördes värmeöverfö- ringsrelation.

Blandning av den varma luften och den kalla luften inuti huset 14 eller i kärnan 12 förhindras av ett flertal samlingsstänger 38 och 40 vid inlopps- och utloppsändarna för bägge strömningsbanorna genom kärnan..Mera speciellt gäller-att samlingsstängerna 38 är framställda av massivt stângmaterial eller liknande med ett kvadratiskt tvärsnitt, såsom visas, och stängerna är lägesfixerade med hjälp av hårdlödning eller någon annan lämplig teknik. Samlings- stängerna 38 sträcker sig tvärs över kärnans l2 Varmlufts- inloppsände nära intill varmluftsinloppsröret 16, och för- löper parallellt med och längs den kalla luftens värmeöver- föringselement 30. Samlingsstängerna 38 hindrar på detta sätt den varma luften från att passera genom den kalla luf- tens strömningsbanpassager 24, och begränsar således den varma luften till att passera enbart genom den varma luftens strömningsbanpassager 18. På liknande sätt sträcker sig de massiva samlingsstängerna 38 på tvären över den varma luf- tens utlopp längs den kalla luftens värmeöverföringselement 30 och nära intill den varma luftens utloppsrör 20, och på tvären över den kalla luftens utlopp längs den varma luftens värmeöverföringselement 28 och nära intill den kalla luftens utloppsrör 26 för att vid dessa ställen förhindra att den varma luften blandar sig med den kalla luften.

Samlingsstängerna 40 sträcker sig på tvären över den kalla luftens inlopp nära intill kalluftens inloppsrör 22. Dessa samlingsstänger 40 har en ihålig rörliknande form med en på det hela taget rundad yta 42 vars konvexa utsida 454 211 s är vänd i riktning mot den inkommande kalla luften. De ihå- liga stängerna 40 sträcker sig parallellt med och längs den varma luftens värmeöverföringselement 28, och är läges- fixerade genom exempelvis hårdlödning eller liknande, för att hindra strömning av den kalla luften genom den varma luftens.strömningsbanpassager 18. Väsentligt är härvid att dessa ihåliga samlingsstänger 40 står i strömningsförbindel- se med den varma luftens inlopps- och utloppsrör 16 resp. 20, och därigenom leder en del av den varma luften över värme- växlarens 10 inloppsyta för den kalla luften. * É De ihåliga samlingsstängerna 40 är dimensionernade att i drift åstadkomma en relativt förstorad strömningsarea jämfört med den varma luftens strömningsbanpassager 18, och har en utvändig ytutformning för förhindrande av överdriven isbildning vid värmeväxlarens inloppsyta för den kalla luf- ten. Detta innebär att de ihåliga stängerna 40 är dimensione- rade att exempelvis leda ungefär 5 - 10 % av det totala flö-_ det av varm luft, varigenom värmeväxlarens 10 inloppsyta för den kalla luften bibehålls vid en temperatur som ligger vä- sentligt över temperaturen för den inkommande kalla luften.

Denna relativa uppvärmning vid den kalla luftens inloppsyta strävar tillsammans med de konvext rundade ytorna 42 på sam- lingsstängerna 40, att åstadkomma snabb smältning, lossryck- ning, och bortbrytning av alla ispartiklar eller andra kri- staller som kan komma att bildas eller samla sig på inlopps- ytan för den kalla luften. Samlingsstängerna 40 åstadkommer på detta sätt temperaturreglering för att förhindra isbild- ning (eller annan kristallbildning), och bibehåller därige- nom värmeväxlarens driftsverkningsgrad.

En mångfald modifikationer och förbättringar av upp- finningen får anses vara möjliga utan att man därför går utanför uppfinningens skyddsomfång. Tvärsnittsarean för de ihåliga samlingsstängerna 40, och därmed samlingsstängernas 40 procentuella flödeskapacitet, kan exempelvis avpassas ef- ter de konstruktionskrav som gäller för en viss speciell värmeväxlare. Ovanstående beskrivning av den föredragna utfö- ringsformen avser därför på intet sätt att begränsa uppfin- ningen, som enbart begränsas genom de bifogade patentkraven.

Claims (4)

454 211 Patentkrav

1. .l. Värmeväxlare ned en kärna (12) vari ingår dels ett flertal värmeöverföringselement (28.30) som avgränsat första och andra fluidströmningsbanor med inlopps- och utloppsändar för passage av ett par fluider under inbördes värneväxling, dels samlings- rörorgan för ledande av en relativt vara fluid för passage ge- nom den första strömningsbanan och för ledande av en relativt kall fluid för passage genom den andra strönningsbanan, k ä n n e t etc k n a d av strömningsledande kanalorgan (40) som utgör en integrerad sektion av värneväxlarkärnan (12) och avgränsar en tredje strönningsbana son sträcker sig väsent- ligen parallellt ned den första strönningsbanan och på tvären över inloppsänden (vid 22) av den andra strölningsbanan. för att leda en del av den relativt varna fluiden så att densamma strömmar under värneväxling ned den relativt kalla fluiden direkt vid inloppsänden (direkt nedströms inloppsröret 22) av den andra strömningsbanan.

2. Värmeväxlare enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att kanalorganen (40) samt inloppsröret (22) för den relativt kalla fluiden. son genonströnnar den andra strölningsbanan. är anordnade mellan ett inloppsrör (16) och ett utloppsrör (20) för den relativt varma fluiden.

3. Värmeväxlare enligt krav 2. k ä n n e t e c k n a d av att kanalorganen (40) är rörforniga organ son uppvisar en tvärsnittsforn ned avrundade (42) resp-tillplattade delar. varvid en avrundad sidodel (42) är vänd not den från den rela- tivt kalla fluidens inloppsrör (22) inströnnande fluiden.

4. Värmeväxlare enligt något av föregående krav. k ä n n e - t e c k n a d av att kanalorganen (40) är placerade mellan plattor (36) i en plattstapel i värleväxlarkärnan (12) och är fast förbundna med dessa plattor (36), så att den relativt varma och den relativt kalla fluiden. son strömmar mellan plattorna, är förhindrade att blanda sig med varandra. år