SE517219C2 - Sätt och anordning för värme eller massöverföring - Google Patents

Description

25 n,.ns 517 219 åstadkomma ett sätt för värme- eller massöverföring vid vilket överföringstalen förbättras under utnyttjande av strömningsmekanikens naturliga fenomen, utan att fluidum- strömmen störs eller påtvingas en onaturlig rörelse. Med detta syfte som grund àstadkommes ett sätt för mass- och värmeöverföring vid vilket mycket höga överföringstal uppnås.

Ett annat syfte är att åstadkomma ett sätt för värme- och massöverföring vid vilket överföringsprestanda enkelt kan regleras till önskade värden. Ännu ett syfte är att åstadkomma en anordning för värme- och massöverföring vilken är kompakt i förhåll- ande till erhållna överföringstal genom att överföringen beror av andra faktorer än överföringsytans storlek.

Dessa och andra syften med uppfinningen uppnås genom att sättet och anordningen erhållit de i de följande patentkraven angivna kännetecknen.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare i samband med på ritningen visade utföringsexempel.

Figur l visar därvid ett snitt genom en anordning enligt upp- finningen för sättets genomförande. Figur 2 visar hastighets- fördelningen nära en skiva som roterar i ett stillastående fluidum. Figur 3 visar motsvarande strömningsbild för skivan, då fluidet tillföres vid centrum av skivan. Figur 4 visar motsvarande strömningsbild då fluidet tillföres vid skiv- ans periferi. Figur 5 visar ett vertikalsnitt genom en annan utföringsform enligt uppfinningen. Figur 6 visar schematiskt principen för utföringsformen enligt figur 5. Figur 7 visar ett diagram för laminär och turbulent strömning vid ut- föringsformen enligt figur 6 och 7.

Vid den i figur 1 visade anordningen är på en rotationsakel 10 medelst hylsor 12 lagrade ett antal plana skivor 14 som är anordnade att rotera med axeln 10 med lämpligt varvtal. Axeln 10 och skivorna 14 roterar i ett cylindriskt hus vars yttervägg 16 uppbär ett antal vid väggen 16 fästade plana skivor 18, vilka skjuter in mellan skivorna 14 och slutar kort före axeln 10 så att ett mellan- 'HI Ilšllïí Iïš EH' 10 15 20 25 onan- 517 219 rum uppstår mellan skivornas 18 ändar och axeln 10. De på axeln 10 och hylsorna 12 anordnade skivorna 14 skjuter fram till väggen 16 i en fördjupning i denna i vilken är anordnade labyrinttätningar eller i fråga om tätning mot vätskor exempel- vis axialtätningar eller liknande, som gör att inget läckage uppstår mellan skivan 14 och väggen 16. I väggen 16 är omväx- lande anordnade inlopp 20 och utlopp 22 för tillförsel av ett fluidum till den kanal som bildas mellan två skivor 14 och mellanliggande skiva 18. Det framgår att kanalen för- löper från inloppet 20 till urtagningen i hylsorna 12 och tillbaka till utloppet 22. Genom att tillföra två olika fluider i kanalerna sker en överföring mellan fluiderna av exempelvis värme utan att fluiderna blandas med varandra.

Vid utföringsformen i figur 1 kan inloppen 20 och utloppen 22 ligga omväxlande i navet och husväggen. Genom ett sådant arrangemang erhålles en motströmseffekt mellan de fluider mellan vilka utbyte skall ske på varje yta av skivorna 14, 18.

Genom att rotera skivorna 14, 18 med olika hastig- het såsom genom rotation av axeln 10 och därmed skivorna 14 erhålls en mycket god överföring då fluidet får sin största radiella hastighetskomponent i ett gränsskikt nära skivytan.

Genom rotationen erhålls även en pumpeffekt av skivan, vil- ken dock kan förstärkas genom att anordna skovlar 24 med lämlig form och vinkel på den roterande skivan 14, medan skivan 18 kan vara försedd med ledskovlar 26. Naturligtvis är det tänkbart att även husväggen 16 med skivorna 18 roterar, varvid dock skivorna 14 och 18 kan roteras med in- bördes olika varvtal eller med samma varvtal.

Strömningsmekaniken för en oändlig roterande skiva i en fluid icke roterande långt från skivan återges i figur 2 som visar hastighetsfördelningen nära skivan.

Strömningsbilden eller -fältet ser då ut enligt figur 3 och 4, varvid figur 3 visar det förhållandet att fluidet tillföres vid skivans centrum medan fluidet vid figur 4 tillföres skivans periferi och strömmar mot centrum såsom vid utföringsformen enligt figur 1.

TW .ïšïíišï EEÉÉME 10 15 20 25 nana» 517 219 4 Vid den i figur 5 visade utföringsformen är på en axel 30 anordnade hylsor 32 vilka uppbär plåtar 34 på lik- nande sätt som i figur l, vilka plåtar vid sina mot väggen 36 i ett omgivande hus slutar med sina fria ändar lagrade i labyrinttätningar, axialtätningar eller liknande tätningar som tidigare beskrivits. På liknande sätt är vid husväggen 36 anordnade plåtar 38 som slutar kort före axeln 30 och hyl- sorna 32.

Till skillnad mot skivorna 14, 18 i figur l är plå- tarna 34, 38 bockade till bildande av cylinderytor som är i huvudsak vertikala och mellan vilka bildas en i huvudsak vertikal kanal för de båda medierna som skall genomströmma resp. kanal. Då axeln 30 roteras och med den plátarna 34 erhålles en s.k. Taylorströmning i kanalen mellan plátarna 34 och 38, dvs. virvlar uppstår varigenom mediet i kanalen förflyttar sig mellan kanalens ytor vilket förbättrar över- föringen av exempelvis värme mellan de båda åtskilt strömmande medierna. Effekten är störst då plátarna 34 roterar och plå- tarna 38 står stilla, men det är även tänkbart att även väggen 36 roterar i förhållande till axeln 30, varvid dock rotationen kan ske med olika varvtal hos plátarna 34 och plátarna 38 eller med samma varvtal. Även vid utföringsformen enligt figur 5 är anord- nade inlopp 40 och utlopp 42 för medierna och plátarna 34, 38 kan uppbära skovlar 44, 46 för att styra och pumpa medierna.

På samma sätt som vid utföringsformen i figur l kan inloppen 40 och utloppen 42 ligga omväxlande i navet och husväggen 36 för att erhålla en motströmseffekt mellan de i kanalerna strömmande fluiderna.

Vid utföringsformen enligt figur 5 bildas mellan de vertikala partierna av plátarna 34, 38 s.k. Taylorvirvlar på det sätt som återges i figur 6. Enligt mätningar påver- kar ett axiellt nettoflöde omständigheterna för Taylorvirv- lar enligt det diagram som visas i figur 7, där Taylortalet är avsatt i förhållande till Reynolds-talet. För att erhålla bästa möjliga överföringstal skall man befinna sig inom om- rådet b och c i diagrammet. 21 If 1 || .H åïlliïí Eli!!! 10 15 20 517 219 Båda de visade utföringsformerna enligt uppfinning- en, dvs. med plana skivor och med roterande cylinderytor, ger möjlighet att göra en kompakt kontaktkropp, vars över- föringsprestanda mer ges av varvtalet än av ytans storlek.

I de båda utföringsfomerna har beskrivits över- föring såsom värmeöverföring mellan två fluider som leds skilda åt av överföringsytorna. Det är dock klart att upp- finningens idé även kan tillämpas vid annan överföring såsom massöverföring. Den roterande cylinderliknande ytan eller skivytan kan t.ex. bestå av en katalysator eller förses med ett ämne, flytande eller fast eller liknande, som har en kemisk/fysikalisk eller annan påverkan på en eller flera komponenter i den i spalten passerande fluiden. Den goda överföringen som råder i spalten nära skivytan eller de cylinderliknande ytorna underlättar då överföringen av komponenterna från fluiden till ytan eller tvärtom.

Det är klart att de visade och beskrivna utförings- formerna endast är exempel på uppfinningens realiserande och att uppfinningen kan varieras inom ramen för de följande patentkraven. lf lšï ÉÉW Vlïšlíïš F! 'ïiïš

Claims (11)

517 219 6 i Patentkrav

1. l. Sätt för värme eller massöverföring med tillhjälp av roterande ytor mellan minst två strömmande medier eller ett strömmande medium innehållande komponenter avsedda att kemiskt/fysikaliskt reagera med pà ytorna anordnade ämnen, kännetecknat av att det medium eller de medier med vilka utbytet iskall ske inleds vid periferien eller centrum av de roterande ytorna i flera parallella spalter, som bildas mellan nämnda ytor, och som var och en har ett flöde som är anpassat att maximera överföringsförmàgan, varvid huvuddelen av det strömmande mediet bringas att passera genom ett roterande gränsskikt intill den roterande överföringsytan i laminär eller turbulent strömning, varefter mediet bringas att lämna spalterna vid centrum eller periferien.

2. Sätt enligt patentkravet 1, kännetecknat av att mediet " inleds i centrum av en spalt och lämnar denna vid periferien eller vice versa.

3. Sätt enligt patentkravet l eller 2, kännetecknat av att att de roterande ytorna bringas att rotera med samma hastighet.

4. Sätt enligt patentkravet l-3, kännetecknat av att de Å " roterande ytornas varvtal regleras för att reglera överförings- effekten.

5. Sätt enligt nàgot av patentkraven 1-4, kännetecknat av att mediet inleds i flera spalter som bildas mellan roterande skivytor eller roterande cylinderytor. I. ||

6. Sätt enligt något av patentkraven l-5, kännetecknat av att mediet eller medierna inleds i flera spalter som bildas mellan fšïllïi N! "Eli korrugerade, omväxlande skivformiga och cylindriska ytor. 'HET

7. Sätt enligt något av patentkraven l, 2 eller 4-6, kännetecknat av att flera roterande ytor drivs med inbördes olika varvtal. 517 219 ?

8. Sätt enligt något av patentkraven l-7, kännetecknat av att medierna leds i motström till varandra i intilliggande spalter.

9. Anordning för att genomföra sättet enligt något av patentkraven l-8, innefattande roterande ytor för värme- eller massöverföring mellan två strömmande medier eller ett strömmande medium innehållande komponenter avsedda att kemiskt/fysikaliskt reagera med på ytorna anordnade ämnen, kännetecknad av att minst en på en rotationsaxel (l0,30) lagrad rotationskropp (l6,36,50), vilken innefattar ett antal intill varandra belägna överförings- ytor (l4,34) samt inlopp (20,40) och utlopp (22,42) för till- försel och bortförsel av ett eller flera medier parallellt till och från de mellan överföringsytorna bildade kanalerna eller mellanrummen.

10. Anordning enligt patentkravet 9, kännetecknad av att överföringsytorna (l4.34) är fästa på en axel (10,30) vilken roterar i ett hus (l6,36) som vid periferien uppbär andra överföringsytor (l8,38) vilka skjuter in mellan de förstnämnda överföringsytorna (l4,l8) varvid inloppen (20,40) och utloppen (22,42) är anordnade vid axeln eller husets ytterperiferi eller båda.

11. ll. Anordning enligt patentkravet 9 eller lO, kännetecknad av att överföringsytorna utgörs av plana skivor (l4,l8) eller av skivor (34,38) som är korrugerade till bildande av cylinderytor som förlöper i skivornas axelriktning så att kanalerna mellan skivorna (34,38) blir i huvudsak axiella.