SE515132C2 - Anordning vid värme-/fuktväxlare med turbulensalstrare - Google Patents

Description

25 30 35 _ _ :g z _". . . ."..“ ; _; ,, ,. g. o o an. *nan- vl 'ß "{ :1 1' ~ _ v I L' '_.' '..' .. u . - . f - 2 ningen från ett skikt till ett annat blir större. Detta' kan ske genom så kallad turbulent strömning. I släta, jämna kanaler övergår den laminära strömningen till tur- bulent, när Reynolds tal når över ca 2000. Om man skall uppnå så höga Reynolds-tal i kanalerna i de värme- /fuktväxlare som här berörs, erfordras väsentligt högre luftflödeshastigheter än vad som är normalt i dessa sam- manhang. Vid de låga Reynolds-tal, som gäller för ovan beskrivna växlare, måste turbulens därför skapas på arti- ficiell väg, såsom genom att anordna speciella turbulens- alstrare i kanalerna.

Sådana turbulensalstrare är kända i många olika ut- föranden. Genom SE-B-444 071 är känd en rulle för värme- överföring, som har turbulensalstrare i form av tvärgåen- de korrugeringar. Dessa korrugeringar har främst uppgif- ten att sammanhålla de runt ett centrumrör upplindade banden så att de ej teleskoperar, men har samtidigt ett turbulensalstrande effekt, som ger en viss förbättring av värme och fuktöverföringsegenskaperna i förhållande till växlare med helt släta kanaler, vilka beskrivits ovan.

Denna typ av turbulensalstrare ökar som således märk- bart värme- och fuktöverföringen. Emellertid ökar även tryckfallet drastiskt. Tryckfallsökningen har visat sig vara större än ökningen av värme- och fuktöverföringen. I luft-till-luft växlare är det emellertid väsentligt med ett lågt tryckfall, eftersom tryckfallet dimensionerar storleken och effektbehovet hos de fläktar, som är anord- nade att driva luftflödet genom växlaren. Detta tryckfall har vidare visat sig vara beroende av turbulensalstrarnas utformning, dimension och geometri.

Uppfinningens syfte Syftet med uppfinningen är således att erhålla en värme-/ fuktväxlare, i vilken turbulensalstrarna skall ha en sådan placering och utformning i växlarens kanaler att man erhåller ett optimalt förhållande mellan det uppkomna 10 15 20 25 30 35 .515 132 3 tryckfallet vid luftströmningen och värme- och fuktöver- Sammanfattning av uppfinningen Ovanbeskrivna syften uppnås enligt uppfinningen av en anordning vid värme-/ fuktväxlare, i vilken kanalernas uppbyggnad skall följa nedan angivna vilkor: att avståndet mellan kanalernas inlopp och närmast belägna turbulensalstrares mitt är bestämt av att förhål- landet mellan avståndet och produkten av den hydrauliska diametern och Reynolds tal skall ligga i intervallet 0,01-0,04, att vinkeln 6, lensalstrarnas bakkantssidor relativt ett vertikalplan som anger lutningen hos turbu- genom kanalernas bottnar, skall ligga i intervallet 30°- 60°, att förhållandet mellan ovansidans höjd e över ka- nalbotten och kanalens hydrauliska diameter skall ligga mellan 0,30 och 1,1, mellan turbulensalstrarna i kanalen och ovan nämnda höjd- att förhållandet mel- att förhållandet mellan avståndet mått e skall ligga mellan 8 och 30, lan längden av varje turbulensalstrares ovansida och den- nas höjd e över kanalens botten skall ligga mellan 1,0 och 4,0, kantradie och den hydrauliska diametern skall ligga mel- lan 0,01 och 0,2.

För att optimera förhållandet mellan tryckfall och och att förhållandet mellan turbulensalstrarnas värme/fuktöverföringshastigheten måste de tvärgående vå- gorna som skapar turbulens, de s.k. turbulensalstrarna, placeras dels på rätt avstånd från kanalöppningen och dels på rätt inbördes avstånd. Vidare måste du vara rätt utformade och ha en viss utsträckning i såväl kanalens längd- som höjdled.

Vid inloppet till en värme-/ fuktväxlares kanaler år värme- och fuktöverföringskoefficienten hög, därför att gränsskiktet är mycket tunt. Gränsskiktets tjocklek ökar därefter i huvudflödesriktningen och värme- och fuktöver- föringskoefficienten reduceras. För att öka värme- och fuktöverföringen bör man ej anordna turbulensalstrarna i v n» n unna cava 10 15 20 25 30 35 .515 132 4 kanalväggarna för nära inloppet, eftersom värme- och fuktöverföringen redan ar hög i detta område, En turbu- lensalstrare skulle därför i huvudsak endast förorsaka ett ökat tryckfall, vilket inte är önskvärt. Därför är det optimalt att placera första turbulensalstraren i ka- nalen pà ett sådant avstånd att den naturliga inloppstur- bulensen dött ut.

När luften när den första turbulensalstraren genere- ras ett ordnat turbulent luftflöde och luften fås att strömma mot kanalväggarna. Därigenom erhålles markant ök- ning av värme/fuktöverföringshastigheten_ När det sålunda turbulenta luftflödet sedan lämnar turbulensalstraren sà minskar turbulensen successivt. När turbulensen dött ut är det optimalt att placera nästa turbulensalstrare.

Genom omfattande provning och forskning har framkom- mit de definitioner av turbulensalstrarnas geometri och deras placering i kanalen som leder till ett optimalt förhållande mellan värme/fuktöverföringshastigheten och tryckfallet.

I dessa sammanhang talar man om uttrycket hydraulisk diameter, vilket är ett utryck för förhållandet mellan en genomströmningskanals tvärsnittsarea och omkretsen hos kanalens tvärsnitt. Man karaktäriserar luftströmningen medelst de så kallade Reynolds tal och Schmidts tal.

Kort beskrivning av ritningen Uppfinningen skall nedan beskrivas närmare med hän- visning till bifogade ritning.

Fig 1 är en perspektivvy av en kanal hos en värme-/ fuktväxlare som har turbulensalstrare i enlighet med upp- finningen.

Fig 2 visar kanalen i fig 1 schematiskt från sidan.

Fig 3 visar ett tvärsnitt genom kanalen som visas i fig 1 och 2, tagen längs linjen I-I i fig 2. u c avo- vua- una, u...- 10 15 20 25 30 35 y¿yg; L~n~..~H~ ¿:"fl.¿ ..... ..... ..". .".... un» »u-ø o; n» so» nu 00 I 'I . ..... H ..... _L“,, ~ . u . »a s» :i 22 ~ - - - ~ 5 Beskrivning av föredragna utföringsformer I fig 1 och 2 visas inloppet 1 och en del av en ka- nal 2 till en värme-/fuktvâxlare enligt uppfinningen. På ritningen har endast medtagits en första närmast inloppet 1 belägen turbulensalstrare 3 och en andra turbulensalst- rare 4. Kanalen 2 har en höjd h. Avståndet A mellan in- loppets öppning och den första turbulensalstrarens 3 mitt är bestämt av att förhållandet mellan avståndet A och produkten av den hydrauliska diametern och Reynolds tal skall ligga i intervallet 0,01-0,04. Här är den hydrau- liska diametern ett utryck för förhållandet mellan en genomströmningskanals tvärsnittsarea och omkretsen hos kanalen och Reynolds tal är beroende av luftflödet.

Av ovan beskrivna förhållande framgår även att A.be- ror av Reynolds tal och således på luftflödeshastigheten.

Den optimala placeringen av den första turbulensalstraren är således beroende av rådande driftsförhållanden.

Såsom speciellt framgår av fig 2 har turbulensalst- rarna 3,4 en särskild geometri. De är således utformade med en sned bakkantssida 5, en plan ovansida 6 och en sned framkantssida 7.

Enligt uppfinningen gäller vidare följande vilkor: vinkeln 9, som anger lutningen hos turbulensalstrarnas 3,4 bakkantssida 5 relativt kanalens 2 botten 8, skall vara mellan 30 och 60° och förhållandet mellan ovansidans 6 höjd e över bottnen 8 och kanalens 2 hydrauliska diame- ter Dh Skall ligga mellan 0,30 och 1,1. Vidare skall för- hållandet mellan avståndet P mellan mitten av den första 3 och den andra turbulensalstraren 4 och nämnda höjdmàtt e ligga mellan 8 och 30 samt förhållandet mellan längden B av varje turbulensalstrares 3,4 ovansida 6 och ovansi- dans höjd e över bottnen 8 ligga mellan 1,0 och 4,0.

Genom att på så sätt enligt uppfinningen använda tur- bulensalstrare 3,4 med speciell geometri och på beräknade avstånd från varandra och från inloppet 1 i kanaler 2 med lämpligen triangulärt och/eller trapetsoidformigt tvär- snitt uppnår man en markant ökad värme- och fuktöverfö- vn u o a arv. van. ~øøo 10 15 20 25 30 35 515132 6 ringshastighet men endast en måttlig tryckfallsökning.

När luftflödet närmar sig turbulensalstraren 3, ökar flö- deshastigheten lokalt beroende på en reducerad tvär- snittsyta, vilket fig 3 avser att åskådliggöra. När luf- ten sedan passerar turbulensalstraren 3 och släpper från den skarpa kanten vid övergången från ovansidan 6 till framkantsidan 7, uppstår en intensiv turbulent rörelse på grund av separationen och det kraftigt divergerande tvär- snittet. Denna process är mycket effektiv för att öka värme- och fuktöverföringen.

Turbulensalstraren 4 anordnas på ett beräknat avstånd P från den första turbulensalstraren 3, så att den bilda- de turbulensen så fullständigt som möjligt kan utnyttjas och härefter ett så kallat återanläggningsområde, marke- rat med O i fig 1, skall bildas före luftens passering av den andra turbulensalstraren 4. Härigenom förhindras ett onödigt extra tryckfall utan nämnvärd ökning av värme- och fuktöverföringshastigheten i det redan turbulenta luftflödet. I återanläggningsområdet O uppnår man, att luften på nytt i stor utsträckning anlägges mot den släta ytan, innan den når fram till nästa turbulensalstrare.

Det är viktigt, att turbulensalstrarnas 3,4 kanter är tillräckligt skarpa för att framkalla separationspunkter- na (avlösningspunkterna). Kantradien r, se fig 2, bör vara sådant, att förhållandet r/Dh ligger mellan 0,01 och 0,2.

För att ytterligare minska tryckfallet, under bibe- hållande av värmeöverföringshastigheten, kan höjden e från bottnen 8 hos turbulensalstraren göras högre än mot- svarande höjd f från kanalens ovansida, se fig 2. Detta utförande tar bort onödig turbulens i detta utskjutande utrymme. Lämpligen har denna utskjutande del en sådan ut- formning att den passar väl i motsvarande urtag, definie- rat av väggpartierna 5, 6 och 7, på kanalens undersida, i syfte att erhålla en stabil sammanfogning vid lagerlägg- ning av kanaler på varandra och exempelvis undvika teles- kopering. v nu .. ~..- mv.. ~oøo ou.- 51; 152 7 Genom att utforma turbulensalstrarna i enlighet medl uppfinningen blir de även effektiva vid hög luftgenom- AJ strömningshastighet, där turbulent flöde skulle bildas även i en slät kanal. Den naturligt bildade turbulensen förstärks genom den konvergerande/divergerande effekten och mekanismer för separation och äteranläggning av luf- ten.

Claims (1)

u p nano con: 10 15 20 25 30 35 1 5,5 8 PATENTKRAV

1. Anordning vid värme-/fuktväxlare för optimering av förhållandet mellan värme- respektive fuktöverförings- hastighet och tryckfall hos ett luftflöde som strömmar genom växlaren, varvid växlaren i detta syfte är försedd med kanaler (1) med tvärs kanalerna sig sträckande turbu- lensalstrare (3,4) med en bakkantssida (5), en ovansida (6) och en framkantssida (7), k ä n n e t e c k n a d av att kanalernas (1) uppbyggnad för uppfyllande av nämnda syfte skall följa nedan angivna villkor: att avståndet A mellan kanalernas (1) inlopp och när- mast belägna turbulensalstrares (3) mitt är bestämt av att förhållandet mellan avståndet A och produkten av den hydrauliska diametern Dh och Reynolds tal skall ligga i intervallet 0,01-0,04, att vinkeln 9, som anger lutningen hos turbulensalst- rarnas (3,4) bakkantssidor (5) relativt ett vertikalplan genom kanalens (1) botten (8), skall ligga i intervallet 30°-60°, att förhållandet mellan ovansidans (6) höjd e över kanalbotten (8) och kanalens hydrauliska diameter Dh skall ligga mellan 0,3 och 1,1, att förhållandet mellan avståndet P mellan mitten av den första (3) och den andra (4) turbulensalstraren i ka- nalen, räknat från inloppet, och ovan nämnda höjdmått e skall ligga mellan 8 och 30, att förhållandet mellan längden B av varje turbulens- alstrares (3,4) ovansida (6) och dennas höjd e över kana- lens botten (8) skall ligga mellan 1,0 och 4,0, och att förhållandet mellan turbulensalstrarnas (3,4) kantradie r och den hydrauliska diametern Dh skall ligga mellan 0,01 och 0,2.