SE455229B - Vermevexlare med i ring placerade veckade lameller - Google Patents

Description

15 20 455 229 Ett tidigare känt problem som består i att horisontella fogar anrikas av korroderande vätska elimineras genom en ytterligare utföringsform av uppfinningen enligt efterföljande krav 4.

I det följande kommer nu nâgra utföringsformer av upp- finningen att beskrivas med hänvisning till bifogade rit- ningsfigurer.

Fig. 1 visar därvid principlängdsnitt av en värmeväxlare enligt uppfinningen.

Fig. 2 visar ett principiellt tvärsnitt.

Pig. 3 visar ett längdsnitt av en av tvâ plåtar samman- satt lamell.

Pig. 4 visar övre änden av en lamell betraktad mot plåt- ytan.

Fig. 5 visar vy i pilens C-C riktning i fig. 4.

Fig. 6 visar vy i pilens D-D riktning i fig. 4.

Fig. 7 visar vy uppifrån pílens A-A riktning i fig. 4.

Fig. 8 visar snitt utefter linjen B-B i fig. 4.

Pig. 9 visar längdsnitt genom uppfinningen applicerad såsom indunstare.

Fig. 1 visar en värmeväxlare 1 där båda medierna är väts- kor. Apparaten är helsvetsad, men kan givetvis utformas med lämpliga flänsanslutningar, om enkel isärtagning för inspektion och rengöring erfordras. en 10 15 20 25 30 35 455 229 Lz) Värmeytan är ringformad, se fig. 2, och består av ett antal radiellt ställda lamellelement 2, vart och ett bestående av två präglade plåtar 3, 4, hopsvetsade utefter långsidorna.

Värmeväxlaren är rotationssymmetrisk och består av en ytter- mantel 5, en takförsedd innermantel 6, mellan inner- och yttermanteln förlagda lamellelement 2, inloppskanal 7 till det inre av innermanteln 6, utloppskanal 8 härifrån, inlopps- stos 9 till utrymmet mellan mantlarna 5 och 6 samt utlopps- stos 10 härifrån. Med 13 betecknas fördelningslåda för mediet invändigt lamellerna och med 14 betecknas samlingslåda för mediet utvändigt lamellerna. Med 15 betecknas samlingslåda för mediet invändigt lamellerna. Heldragna pilarna visar det ena mediets (t.ex. det värmeavgivande, invändigt lameller- na) väg genom värmeväxlaren och de streckprickade pilarna det andra, utvändigt lamellerna, mediets väg. Lamellelemen- ten 2 visas närmare i en utföringsform i figurerna 7 och 8 och varje lamell består av två parallellt veckade plåtar 3 och 4 som är sammansvetsade utefter de med veckningarna 'parallella kanterna 11,12. En genomströmningskanal mellan plåtarna parallell med kanterna bildas således genom lamellen.

Som framgår av fig. 7 och 8 så ökar veckningarnas höjd h1, h2, h3 från värmeväxlarens inre och utåt så att motstàende lameller ligger mot varandra i veckningarnas toppunkter, varigenom lamellerna 2 stöder mot varandra.

Fig. 3 visar ett längdsnitt genom en lamell tvärs plåtar- nas 3, 4 plan. Plåtarna är bockade vid 16 och 17 så att de kan förlängas och förkortas i värmeväxlarens längd- riktning.

Härigenom minskas, eller helt elimineras pàkänningar i konstruktionen, som kan uppstå i apparater, där temperatur- skillnaden mellan medierna är stor, eller där kraftiga, momentana svängningar i temperaturer och flöden förekommer.

Elementen blir "förspända“. Förspända värmeväxlartuber har förekommit på marknaden sedan ett antal år. 10 15 20 25 30 35 455 229 Lamellerna kan präglas i en press i valfria bredder och längder. Pig. 7 och 8 visar en typ av prägling av lameller- na samt utformningen av ändanslutningsringarna. Fig. 1 visar, att lamellerna är snedskurna i ändarna vid 18 och E 19. Härigenom uppnås att s.k. döda hörn försvinnger, genom bättre strömningsbild. Vidare minskas risken för spaltkorro- sion genom bättre avrinning och byte av strömmande vätska.

En stor fördel med utformning av värmeytan enligt fig. 7 lu....u......._.-...,.. .i .... och 8 och med prägling är att godstjockleken i plåtarna kan minskas, jämfört med punktsvetsade konstruktioner utan att man därför förlorar något i mekanisk hållfasthet.

Detta är speciellt viktigt för utförande i titan eller motsvarande mycket dyrbara material.

Den yttre samlingslådan 13 är ansluten till värmeytan så att mediet strömmar invändigt elementen 2. Materialeti samlings- lådorna, såväl yttre som inre, liksom ävenvärmeytorna med inre och yttre anslutningsringar skall sålunda väljas efter de korrosionsangrepp, som kan förväntas. För mekanisk håll- fasthet gäller vanliga beräkningsnormer.

Den i fig. 1 visade innermanteln_6 tvingar det underifrån i centrum inströmmande mediet in på värmeytan utvändigt elementen 2, varefter mediet strömmar vidare uppåt i mot- ström mot det invändigt elementen 2 nedâtströmmande mediet.

I övre änden av värmeytan leds mediet in mot centrum och strömmar sedan ut ur apparaten genom den övre centrala utloppskanalen 8. Längden på den inre manteln 6 avpassas så att erforderliga öppningar för in- och utströmning ernås.

Den inre manteln 6 kan tillverkas i mycket tunt material, eftersom den endast utsätts för ett inre övertryck, svaran- de mot max tryckfallet för mediets strömning genom värme- växlaren. h: 10 15 20 25 30 35 455 229 5 Yttermanteln 5 i fig. 1 är tätsvetsad mot yttre anslutnings- ringar 20. Hållfasthetsmässigt skall yttermanteln dimensio- neras för invändigt övertryck svarande mot trycket och tem- peraturen, som râder i det utvändigt elementen strömmande mediet. Yttermanteln bör, i regel, också dimensioneras för fullt vakuum invändigt. Oftast förstärkes manteln i sådana fall med s.k. vakuumförstärkningsringar på lämplig delning utefter mantelns längd.

En intressant fördel med den ringformade radiellt ställda lamellvärmeytan är, att den även tjänstgör som del i vakuum- förstärkningen. Hur stor andel av förstärkningen, som lamel- lerna 2 utgör, beror på plåtarnas 3, 4 bredd och längden på den mantel, som skall vakuumförstärkas. Vakuumförstärknings- ringar kan vara en relativt sett ganska dyrbar del av en apparat, varför möjligheten att helt eller delvis kunna räkna in lamellerna kan ha ett hyggligt värde.

Den mekaniskt vekaste punkten i en lamellvärmeväxlare är anslutningen till samlingslådorna, där styrkan i svetsför- bandet mellan plâtarna och anslutningsdelen helt avgör, vid vilket tryck och temperatur apparaten kan arbeta. Det i fig. 4:6 visade anslutningssättet har visat sig vara mycket effektivt och klarar sprängtryck på över 300 kp/cmz. Det är vidare känt, att värmebelastningen vid svetsningen, beroende på de spänningar, som härvid bakas in i konstruktionen är av stor betydelse för apparatens livslängd. Vad gäller värme- växlare är lamellelementens längssvetsar liksom anslutnings- svetsarna mot de yttre och inre anslutningsringarna (20 och 21 i fig. 1) utförda med smältsvets utan tillsatsmaterial, vilket betyder svetsning med måttlig värmebelastníng och avsevärd minskad risk för sprickbildning intill svetsarna.

Väljer man dessutom mjukast möjliga utförande, t.ex. genom förspänning av lamellelementen, kan en mycket spänningsfri konstruktion erhållas.

Genom att prägla/pressa lamellplåtarna med en viss vinkel 10 15 20 25 30 35 455 229 6 och med stödpunkter enligt fig. 7 och'8, kan en ringformad, i tvärsnittet cirkulär värmeyta byggas, vilken är helt själv- bärande eller självstödande, oavsett tryckförhållanden invändigt/utvändigt lamellelementen. Punkt- eller sömsvets- ning inne på plåtarna för att hålla ihop elementen vid in- vändigt övertryck i kanalerna är helt onödig. Detta innebär att erforderliga presskrafter för formning av kanaler med tvärrillor och stödpunkter blir väsentligt lägre (sannolikt 70 ä 90 % lägre), än om perfekta anliggningsytor för punkt- eller sömsvetsning måste åstadkommas. De låga erforderliga presskrafterna medför också att påkänningen i plåtarna blir relativt obetydlig och riskerna för sprickbildningar i ned- pressningspunkterna elimineras. Eftersom inga svetsanligg- ningsytor behövs - bortsett från långsidorna - blir verk- tyget enkelt i tvillverkning och livslängden blir lång, tack vare låga presspåkänningar. Punktsvetsning försammanhåll- ning av lamellelementen kräver ganska stora plana nerpressa- de ytor för varje punkt (ca ø 10 mm), vilket medför ökade risker för både spännings- och spaltkorrosion. Vidare måste man, vid konstruktion av sådana lamellapparater, välja plåt- tjocklekar, som ger tillräcklig styrka i punktsvetsarna för att motstå belastningarna under drift. Lamellytan enligt fig. 7 och 8 kan tillverkas i mycket tunn plåt genom lämpligt präglingsmönster med stödpunkter. Eftersom stödpunkterna är ytmässigt små och väl rundade är risken för spaltkorrosion eliminerad, jämfört med punktsvetsytorna enligt ovan. Risken för uppbyggnad av beläggningar av fasta partiklar vid stöd- punkterna är också kraftigt minskad. Förspänning av lameller- na ger en näranog spänningsfri konstruktion, vilket är en viktig fördel.

Fig. 1 och fig. 9 visar lamellelementen snedskurna vid 18 och 19 upptill och nedtill, vilket ger bättre strömnings- förhållanden för in- och utströmmande medier utvändigt la- mellelementen.

Indunstaren enligt fig. 9 arbetar med drivångan invändigt lamellelementen 2. Ångan tas in i en fördelningskammare 22 10 15 20 25 30 35 455 229 I på toppen av apparaten och går därifrån in i överdelen av elementen. Fördelningskammaren är något förstorad, så att man kan gå in för inspektioner. Drivångan strömmar tillsam- mans med bildat kondensat neråt genom elementen. Tack vare värmeytans utformning med rillor, ryggar och stödpunkter, bryts och förtunnas kondensatfilmen på väggarna kontinuer- ligt, vilket medför en förbättring av värmegenomgången till vägg (5 ä 10%). Kondensatet rinner ner i ett kondensatrum 23 under värmeytan och avledes härifrån. Okondenserbara gaser tas ut från samma rum via en separat stuts 24, försedd med "stänkskärm" 25, vilken också den kan vara ringformad.

Ytter- och innermantlarna 5,6 sluter praktiskt taget tätt mot den ringformade värmeytan utefter näranog hela längden..

Upptill finns en distributionskammare 26 anordnad, i vilken yttermanteln 5 skurits ner ett stycke, för att ge en ring- spalt 27 runt övre delen av värmeytan för inlopp och jämn distribution av cirkulerande lösning utvändigt lamellelemen- ten. För utlopp har i nederdelen anordnats en öppning/spalt 28, genom att innermanteln fått en mindre diameter. I centrum av apparaten bildar innermanteln med sin toppgavel 29en stor separationskammare 30, vilken svarar mot de expansionskärl eller ångseparatorer, som_konventionella indunstningsappara- ter normalt är utrustade med. I nederdelen finns en inre cylinder 31, tätsvetsad mot värmeytans nedre inre anslutninge- ring 32 och även tätsvetsad mot apparatens botten vid 33, som kan vara en krona som på skissen, eller en kupad gavel.

I den centrala separationskammaren kan, om så erfordras, droppavskiljare byggas in.

Den lösning, som skall indunstas, cirkuleras med en pump från buffertrummet 34 i botten av apparaten till distributions- kammaren 26 runt värmeytans överdel. Ringspalten 27 för in- gående cirkulerad lösning dimensioneras för ett visst mått- ligt tryckfall, varigenom jämn distribution säkerställes.

I första momentet fylls hela det fria tvärsnittet utvändigt lamellelementen 2 helt med inströmmande cirkulationslösning, som sedan rinner neråt i form av en film på värmeytorna. Den 10 15 20 25 455 229 8 cirkulerade lösningen ligger mycket nära kokpunkten, varför kokning/ångavgivning börjar praktiskt taget omedelbart. Det fria utrymmet fylls sålunda med kraftigt övermättad/blöt z ånga, innehållande vätskedroppar i storlekar allt ifrån dimma och uppåt. Värmeytans utformning med sina rillor, ryggar och stödpunkter skapar snabbt virvelbildning i ångan, varvid fukt och droppar kastas ut mot väggarna. Virvelbildningen blir naturligtvis våldsammare allt eftersom ângmängden ökar på nervägen.

Utformningen av värmeytan säkerställer sålunda fullständigt vätning av alla delar av värmeytan, vilket är en förutsätt- ning för fullgod funktion och 100-procentigt utnyttjande av insatt värmeyta. Förhållandena på fallfilmsidan, enligt ovan, gör det också möjligt att köra apparaten med minimalt vätskeöverskott, vilket innebär lägre eleffektförbrukning i cirkulationspumpen.

I nederdelen av värmeytan är spalten 28 anordnad mellan vär- meytan och den inre manteln, så att bildad ånga och över- skott av cirkulationsvätska kan lämna värmepaketet. Bland- ningen av ånga och vätska passerar först en serie skärmplátar 35, där en första grovseparering sker. Huvudparten av vätskan kastas ut mot den cylinder, som utgör förlängning av värme- växlarens nedre, inre anslutningsring och rinner sedan ner i buffertrummet 34 för cirkulerande lösning. Ångan gör en U-vändning, varvid en ytterligare separation av vätskedroppar sker och går sedan vidare uppåt genom huvudseparationskam~ maren 30.

Claims (3)

45,5 229 P A T E N T K R A V

1. Värmeväxlare genomströmmad av två medier och för vär- meväxling via värmeväxlande ytor, så att medierna ej direkt berör varandra, varvid de värmeväxlande ytorna är förlagda rotationssymmetriskt i förhållande till en axel och varvid mediernas huvudströmningsriktning är parallell med nämnda axel och de värmeväxlande ytorna är förlagda i ett ring- formigt omtrâde kring nämnda axel, så att ett centralt hål- rum bildas runt centrumaxeln utan värmeväxlingsytor, k ä n n e t e c k n a d av att värmeväxlingsytorna består av parvis till lameller (2) sammansatta plåtar (3,4), vilka är veckade parallellt med nämnda axel, varvid respektive veckningarnas höjd (h1, h2,...) ökar med av- ståndet från axeln och utåt, så att veckningarna hos mot- stående lameller (2) anligger mot varandra och bildar stöd- punkter mellan lamellerna.

2. Värmeväxlare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att plåtarna (3,4) är bockade eller böjda något ur sitt plan kring en i planet förlagd linje, som är vinkelrät mot nämnda axel.

3. Värmeväxlare enligt krav 1, varvid lamellerna är före- nade sida vid sida vid sina två ändkanter (19, 19) medelst svetsning, k ä n n e t e c k n a d av att föreningskanten (18, 19) göres lutande snett nedåt för att underlätta av- rinning.