SE528629C2 - Rillmönster för värmeväxlare - Google Patents

Description

20 25 30 528 629 2 gyxmsammare med en mindre hastighetsvariation, än den som erhållS Vid CH värmeväxlare med fiskbensmönster.

När det strömmande mediet innehåller två faser, alltså en blandning av gas och vätska, innebär de ständiga riktningsändringarna vid âsarna och dalarna att gasen tvingar undan vätskan fi~ân kontakt med plåtarna. Demia sämre vätning innebär också ett sämre värmeutbyte.

Kanalemas form genom värrneväxlaren innebär också att mediet får ett högt tryclcfall genom värmeväxlaren. Tryclcfallet är proportionellt mot arbetet som går åt för att bringa mediet att passera genom värmeväxlaren. Ett högt tryckfall innebär alltså hög effektiörbrukning.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning löser bland annat ovanstående problem genom att tillhandahålla ett mönster på en värmeväxlarplatta som innefattar rillor i fonn av bulor och gropar mellan vilka kanaler bildas genom värmeväxlaren. Kanalerna har en utformning som innebär en måttlig hastighetsvariation genom värmeväxlaren och därmed bättre värmeutbyte.

Uppfinningen tillhandahåller en värmeväxlare innefattande ett antal par av värmeväidarplattor med ett mönster innefattande åtminstone ett parti med bulor och gropar, vilka bulor och gropar har flata toppar och bottnar avsedda att placeras mot respektive gropar och bulor hos en värmeväxlarplatta med motsvarande utfonrmíng, varvid ytstorleken hos nämnda toppar och bottnar i förhållande till avståndet mellan nämnda toppar och bottnar är vald så att kanaler för strömming av ett medium bildas mellan bulorna.

Enligt uppfinningen är värmeväxlarplattoma är fast sammanfogade mellan toppar och bottnar.

Uppfinningen är definierad i patentkrav 1 medan föredragna uttöringsfonner är angivna i underkraven.

Kortfattad beskrivnin av ritnin arna Uppfmningen kommer att beskrivas i detalj nedan, med hänvisning till 10 15 20 25 30 528 629 bifogade ritningar, i vilka: fig. 1 är en planvy över en värmeväxlarplatta enligt uppfinningefl, fig. 2 är ett tvärsnitt genom ett antal sådana plattor, och fig. 3 är en planvy över ett område av plattan med fyra bulor och en grop.

Detaljerad beskrivning av iördragga utfóringsformer Plattvärmevärrlare är allmänt kända anordningar för värmeväxling mellan två olika medier. Plattvärmeväxlare används i en mängd olika sammanhang och före- liggande uppfinning är inte heller begränsad till någon särskild tillämpning.

Uppfmningen är avsedd att tillämpas vid plattvärmeväxlare av hellödd typ eller plattvärmeväxlare sarmnanfogade på annat sätt, t ex med svetsning, lim eller diffusion. Värrneväxlaren består av plattor med ett mönster av rillor samt anslutningar för inlopp och utlopp för två medier. Plattoma placeras i ett paket och fogas samman till en fast enhet. Separata kanaler bildas då för de två medierna som cirkulerar mot varandra mellan omväxlande par plattor. Denna teknik är allmänt känd och beskrivs därför inte i detalj här.

I fig. 1 visas en planvy över ett exempel på en värmeväxlarplatta 1 enligt uppfinningen. I de fyra hömen finns de konventionella anslutningarna för inlopp och utlopp för två olika medier. I stället för det traditionella fiskbensmönstret är plattan försedd med ett mönster av bulor 2 och gropar 3.

Såsom även visas i fig. 2, är buloma 2 upphöjningarna med en viss höjd medan groparna 3 är nedsänkningar med ett visst djup i en platta. Buloma och gropama har platta toppar 4 och bottnar 5. I fig. 1 symboliseras buloma 2 av ringar, medan gropama 3 symboliseras av ringar med kryss. I fig. l är buloma och gropama illustrerade avsevärt förstorade jämfört med en realistisk värmeväxlare.

Liksom i den tidigare tekniken tillverkas plattan genom att pressas i ett verktyg. Till skillnad från fiskbensmönstret, lämpar sig mönstret enligt uppfinningen väl för att pressas.

Pressverktyget består av verktygshalvor med uppåtrilctade respektive nedåtriktade tappar. Tappama har en plan övre yta och flanker i ca 45° vinkel. Vid början av pressningen låses plåtmaterialet mot tapparna och följer deras form så att 10 l5 20 25 528 629 4 bulomas och groparnas flanker också får ca 45° vinkel vid sina kanter. Efier en viss presshöjd släpper plåtmaterialet fiån tapparna. I avsnittet mellan en topp 4 av en bula 2 och en botten 5 av en grop 3 fär materialet i viss grad flyta fiítt. Denna kombination av låsning och släppning innebär att det är mycket mindre risk för att sprickor uppkommer i plattorna.

En värmeväxlare tillverkas genom att företrädesvis löda ihop sådana plattor.

Såsom visas i fig. 2 är en övre platta, som visas med streckprickad linje, vänd så att dess nedåtriktade gropar (bottnar) hamnar mot uppåtriktade toppar 4 för en undre platta, som visas med heldragen linje. De övre och undre plattoma löds samman såsom visas vid siffian 4. Då bildas här starka lödningar tack vare ytstorleken hos de platta topparna och bottnar-na. Den undre plattan har också gropar 5. Gropen 5 ligger inte i samma snitt som toppen 4 och visas därför med streckad linje. Gropen 5 löds fast vid en motsvarande topp hos en underliggande platta.

Under drifl av värmeväxlaren fylls denna med medium under tryck som försöker tvinga plattoma från varandra. Plattorna kan också utvidga sig på grund av ökad temperatur. Tack vare mönstret med bulor och gropar alstras alla påkärmirrgar i plattrnaterialet i materialets riktning, och inga eller enbart små böjande moment skapas. Frånvaron av böj ande moment ökar konstruktíonens styrka. Styrkan hos värmeväxlaren ökas också av de förbättrade lödníngarna. Tack vare den ökade styrkan kan tunnare plåt användas i värmeväxlarplattorna. Alternativt kan den vanliga plåttjockleken om t ex 0,4 mm användas. En sådan värmeväxlare har 600 bar sprängüyck före brott, vilket ska järnföras med ca 200 bar sprängtryck för en värmeväxlare med fiskbensmönster och samma plåttjocklek.

För att optimera styrkan kan radien hos toppen av en bula 2 i förhållande till avståndet mellan bula 2 och grop 3 optimeras. I fig. 3 visas de variabler som används vid beräkningen. radien av toppen av en bula (=bottnen av en grop) h = flanken av en rilla b = hj älpvariabel (produktionsrelaterat mått) a = h + b, alltså avståndet mellan randen av en topp och randen av en botten S 10 15 20 25 528 629 5 c = materialets flyt- eller brottgräns k = korrektion på grund av att lcrafien inte är vinkelrät mot plåten Med flanken på en rilla h menas det radiella avståndet från området där toppen börjar resa sig från plattans höjd = 0 till randen av toppen. Inom ett ytområde som definieras av fyra stycken toppar 4 blir tryckytan 2 (2r + af - n: rz.

Samtidigt är mothållskraften från plåten = 2 r :r d a k. mothåll tyckyta Trycket = Vi vill maximera trycket när r varierar. Alltså gš=0 . -2-=o,64-a Detta gerr= a - 8%: Det föredras alltså att radien r hos topparna och bottnama är cirka 0,64 - a, där a är avståndet mellan rändema av toppar och bottnar. En utmärkt styrka erhålls också när r ligger i intervallet (0,5 - 1) - a. I en uttöringsform är till exempel a=1,5 mm med h=1,3 mm och b=0,2 mm. Höjden av rillan är ungefär lika med h vid flankvinkeln 45°. Om r blir ßr stort blir lödpunktema för få, medan om r blir för litet kan lödpunkterna bli för svaga.

I fig. 2 är ett snitt taget genom några plattor vid den streckprickade linjen i fig. 1. Det framgår att det bildas kanaler 6 genom värmeväxlaren. Över den heldragna plattan bildas kanaler 6 mellan topparna 4. Kanalerna 6 passerar också över och under gropar som vid 5. Endast gropar nedåt visas. Under den heldragna plattan bildas kanaler mellan gropar 5, vilka på motsvarande sätt passerar toppar 4.

I fig. 1 och 2 år bulorna 2 och gropama 3 placerade symmetriskt i ett rätvinkligt rutnät med bulor och gropar på vararman plats. Kanalerna blir då räta kanaler med 45° vinkel mot värmeväxlarens kant med fi'i sikt rakt igenom värmeväxlaren En sådan kanal visas med den streckade linjen vid 6 i fig. 1. Med andra ord behöver mediet inte strömma över åsar och dalar som i fiskbensmönstret 10 15 20 25 30 528 629 6 utan påträffar endast de rundade fórträngningarna vid lödpunkterna där toppar möts och utvidgningarna där gropar ligger mitt för varandra. Bulorna och groparna åstadkommer dock fortfarande en viss hastighetsvariation och turbulens i mediet.

Som bekant är det inte önskvärt att helt eliminera turbulensen eftersom laminär strömning ger sämre värmeutbyte. I mönstret enligt uppfinnirigen erhåller man måttlig turbulens och en måttlig hastighetsvariation i mediet. Därmed erhålls ett lägre tryckfall genom värmeväxlaren vid en viss medelhastighet hos mediet.

Effekten för att driva ett medium genom värmeväxlaren blir också lägre.

Jämfört med en värmeväxlare med fiskbensmönster, kan man med före- liggande uppfinning få ett bättre värmeutbyte vid samma driveffekt (tryckfall).

Alternativt kan man driva värmeväxlaren med samma värmeutbyte men med lägre driveffekt.

Såsom synes i fig. 2, har kanalema 6, speciellt vid mitten, en spalt 7 med fii strömming. Mediet behöver här inte ändra riktning på grund av närheten till topparna 4, utan påverkas endast i någon mån av gropama 5. Om en värmeväxlare med sådana kanaler används i ett tvåfassystem, dvs mediet innehåller både gas och vätska, tenderar gasfasen att strömma i en sådan spalt 7 i mitten av kanalen 6.

Därigenom strömmar gasen genom värmeväxlaren utan att iörsärnra vätskefasens vätning av värmeväxlarplattorna. Därigenom erhålls ett bättre värmeutbyte.

Vid viss drift kan också kärnkolcning (nuclear boiling) erhållas i stället för ytfórângning, speciellt i groparna där hastigheten är som lägst. Groparna underlättar att kokning uppkommer spontant. Detta förbättrar ytterligare värmeutbytet. Även om den cirkulära formen av rilloma är gynnsam, är denna inte helt nödvändig. Andra former, t.ex. ovala och till och med kantiga former, kan användas, t ex fyrkantiga kvadrater med sidoma mot varandra. Ett exempel på fyrkantiga toppar visas vid 9 i fig. 1.

I en alternativ utñringsform är buloma och groparna placerade symmetriskt i ett rutnät men till skillnad från vad som visas i figur 1 är rutnätet riktat så att kanalerna som bildas blir parallella med värmeväxlarens kanter (visas ej). Detta arrangemang medför lägre tryckfall men lägre värmeutbyte eftersom topparna skuggar varandra. Olika arrangemang kan på så sätt utnyttjas för att rikta 528 629 7 strömningen av medierna på önskvärt sätt och kontrollera turbulensen och tryckfallet.

Mönstret behöver inte heller vara symmetriskt över hela plattan även om ett symmetriskt mönster ger den starkaste formen. 5 Det är inte nödvändigt att mönstret enligt uppfinningen täcker hela värme- växlarplattan 1. Mönstret kan kombineras med avledande barriärer och kanter, med helt plana ytor, och även med konventionella fiskbensmönster om sådana utföranden krävs av skäl som i och för sig inte berörs av föreliggande uppfinning.

Ytterligare varianter är också uppenbara för en fackman. Uppfinningens omfattning 10 begränsas endast av nedanstående patentkrav.

Claims (13)

10 15 20 25 30 528 629 8 PATENTKRAV

1. Värmeväxlare innefattande ett antal par av värmeväxlarplattor (l) med ett mönster innefattande åtminstone ett parti med bulor (2) och gropar (3), vilka bul0r och gropar har flata toppar (4) och bottnar (5) avsedda att placeras mot respektive gropar och bulor hos en värmeväarlarplatta med motsvarande utformning, varvid ytstorleken hos nämnda toppar (4) och bottnar (5) i förhållande till avståndet mellan nänmda toppar och bottnar är vald så att kanaler (6) för strömning av ett medium bildas mellan bulorna (2), kännetecknad av att värmeväxlarplattoma (1) är fast sarnmanfogade mellan toppar (4) och bottnar (5).

2. Värmeväxlare enligt krav 1, kännetecknad av att värmeväxlarplatítorna (1) är fast samrnanfogade genom lödning.

3. Värmeväxlare enligt krav 1, kännetecknar! av att värmeväxlarplattorna (1) är fast sammanfogade med svetsning, lim eller diffusion.

4. Värmeväxlare enligt något av kraven 1 till 3, kännetecknad av att kanalema (6) innefattar en spalt (7) med strömning utan riktningsändring.

5. Värmeväxlare enligt något av kraven 1 till 4, kännetecknar! av att nämnda bulor (2) och gropar (3) är placerade på ett antal parallella linjer efter varandra med lika avstånd mellan bulor (2) och gropar (3) och lika avstånd mellan linjer (som i ett rätvinkligt rutnät). v

6. Värrneväxlare enligt krav 5, kännetecknad av att kanalerna (6) är riktade ca 45° mot plattans kant.

7. Värmeväxlare enligt något av kraven 1 till 6, kännetecknad av att nämnda flata toppar (4) och bottnar (5) är cirkulära.

8. Värmeväxlare enligt krav 5 eller 6 och 7, kännetecknad av att radien r hos 10 15 528 629 9 toppar och bottnar ligger i intervallet (0,5-1)> av toppar (4) och bottnar (S). '

9. Värmeväxlare enligt krav 8, kännetecknad av att radien r hos toppar (4) och bottnar (5) är ca 0,64>

10. Värmeväxlarplatta enligt något av kraven 1 till 6, kännetecknad av att nämnda flata toppar (9) och bottnar är kantiga.

11. ll. Värrneväzdarplatta. enligt krav 10, kännetecknad av att nämnda flata toppar (9) och bottnar är fyrkantiga och placerade så raka kanter av bulor (2) vetter mot raka kanter av gropar (3).

12. Värmeväxlare enligt något av kraven 1 till ll, kännetecknar! av att bulomas och gropamas flanker har ca 45° kantvinkel.

13. Värmeväxlare enligt något av kraven 1 till 12, kännetecknad av att plattoma har en plåttjocklek upp till 0,4 mm.