SE531781C2 - Värmeöverföringsplatta och värmeväxlare innefattande sådan värmeöverföringsplatta - Google Patents

Description

15 20 25 30 531 785 angränsande värmeöverföringsplattor är vända mot varandra. Denna barriär mellan två angränsande värmeöverföringsplattor gör det svårare för ett medium att förflytta sig från en sida av barriären till barriärens andra sida utmed en värmeöverföringsyta.

Den svenska patentskriften SE 462060 beskriver en plattvärmeväxlare innefattande värmeöverföringsplattor innefattande en värmeöverföringsyta med ett mönster som innefattar sicksackformade passager. Mönstret är osymmetriskt placerat runt en centrumaxel i dess och värmeöverföringsplattans längdriktning. Nackdelen med uppfinningen enligt SE 462060 är att ett medium inte på ett effektivt sätt kan fördelas över hela värmeöverföringsytan. Ett medium i SE 462060 eftersträvar att flöda den kortaste vägen mellan en in- och en utloppsport i nämnda värmeöverföringsplatta. Detta resulterar i att delar av värmeöverföringsytan ej blir mediumberörda och därmed förblir outnyttjade.

SAMMANFATTNlNG AV UPPFlNNlNGEN Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att skapa en värmeöverföringsplatta, vilken värmeöverföringsplatta skall kunna staplas i en plattstapel till en värmeväxlare med liknande värmeöverföringsplattor.

Ett ytterligare ändamål är att värmeöverföringsplattan skall innefatta ett mönster på en värmeöverföringsyta som på ett effektivt sätt kan fördela ett medium över värmeöverföringsytan. Ytterligare ett ändamål är att värmeöverföringsplattan skall vara vrid- och böjstyv.

Ovannämnda och andra ändamål uppnås enligt uppfinningen genom att den inledningsvis beskrivna värmeöverföringsplattan har getts de av patentkravets 1 framgående kännetecknen. 10 15 20 25 30 53'l F31 En fördel som uppnås med en värmeöverföringsplatta enligt patentkravets 1 kännetecknande del är att två angränsande värmeöverföringsplattor gör det möjligt för ett medium som strömmar mellan värmeöverföringsplattorna att obehindrat kunna fördela sig över hela de värmeöverförande ytorna. Denna fördel uppnås genom att värmeöverföringsplattan innefattar ett pilformat mönster med spetsar vilka är osymmetriskt placerade på värmeöverföringsytan i förhållande till en i ytans och värmeöverföringsplattans längdriktning sig sträckande centrumaxel. Osymmetrin bidrar till att vid anliggning mellan två värmeöverföringsplattor, där den ena värmeöverföringsplattan är vriden 180” runt en vridningsaxel ivärmeöverföringsplattan, är respektive spets i respektive värmeöverföringsplatta placerad mittemot ett spetsfritt område i en angränsande värmeöverföringsplatta. Genom detta förhindras att en s.k. barriär mellan två angränsande värmeöverföringsplattor bildas.

Därmed kan ett medium flöda över hela värmeöverföringsytan på ett effektivt sätt eftersom nämnda yta ej innefattar någon barriär som helt eller delvis kan blockera ett mediums flödesväg.

En ytterligare fördel som uppnås med en värmeöverföringsplatta enligt patentkravets 1 kännetecknande del är att värmeöverföringsplattan kan staplas i en plattstapel med liknande värmeöverföringsplattor. Genom detta blir värmeväxlaren kostnadseffektiv och enkel att producera. Detta eftersom det endast behövs en typ av ett pressverktyg för att pressa nämnda värmeöverföringsplattor.

Föredragna utföringsformer av värmeöverföringsplattan har vidare getts de av underkraven 2 - 6 framgående kännetecknen.

Enligt en utföringsform av värmeöverföringsplattan är värmeöverföringsplattan staplad i plattstapeln med andra liknande 10 15 20 25 30 531 'F81 värmeöverföringsplattor, i vilken plattstapel varannan värmeöverföringsplatta är vriden 180” runt en vridningsaxel i värmeöverföringsplattan. l och med att det endast är en typ av värmeöverföringsplatta som skall tillverkas blir värmeväxlaren kostnadseffektiv. Detta eftersom det, vilket är nämnt tidigare, endast behövs en typ av ett pressverktyg för att pressa nämnda värmeöverföringsplatta.

Enligt en utföringsform av värmeöverföringsplattan är varannan värmeöverföringsplatta i plattstapeln vriden 180" runt en centrumaxel i värmeöverföringsplattans längdriktning, vilken centrumaxel är parallell med värmeöverföringsplattans långsidor.

Enligt en utföringsform av värmeöverföringsplattan är varannan värmeöverföringsplatta i plattstapeln vriden 180" runt en andra centrumaxel, vilken andra centrumaxel är parallell med värmeöverföringsplattans kortsidor.

Enligt en utföringsform av värmeöverföringsplattan är varannan värmeöverföringsplatta i plattstapeln vriden 180” runt en tredje centrumaxel, vilken tredje centrumaxel är vinkelrät till den första och den andra centrumaxeln.

Värmeöverföringsplattan har en definierad mittpunkt vilken är en punkt i värmeöverföringsplattan som genomkorsas av var och en av den första, andra och tredje centrumaxeln.

Enligt en utföringsform av värmeöverföringsplattan innefattar passagen en tredje passagedel, varvid den första, andra och tredje passagedelen är förknippade med och efter varandra i rad och bildande nämnda 10 15 20 25 30 531 ?8'l passage, vilken andra och tredje passagedel tillsammans bildar en andra pilformad vinkel innefattande en andra spets i mötet mellan nämnda två angränsande passagedelar två och tre. l och med detta erhålls en värmeöverföringsplatta som är vrid- och böjstyv i ett flertal riktningar p.g.a. att passagerna i mönstret har olika riktningar.

Enligt en utföringsform av värmeöverföringsplattan innefattar passagen minst tre passagedelar vilka är förknippade med och efter varandra i rad och vilken passage har formen av ett sicksack mönster. Den första spetsen är riktad mot den sträckning som den ena kortsidan har en och den andra spetsen är riktad mot den sträckning som den andra kortsidan har. Fördelen med ett sicksack mönster med minst en spets är att värmeöverföringsplattan blir vridstyv p.g.a. passagernas olika riktningar i mönstret. Detta jämfört med en värmeöverföringsplatta innefattande ett mönster passager, vilka passager alla har en riktning.

Enligt en utföringsform av värmeöverföringsplattan innefattar passagen minst tre passagedelar vilka är förknippade med och efter varandra i rad, varvid passagens första spets pekar i en riktning och passagens andra spets pekar i en annan riktning som skiljer sig från den första riktningen, vilka riktningar divergerar från varandra. Tre passagedelar förknippade efter varandra i en passage i denna utföringsform bildar tillsammans en form som delvis kan liknas vid en cirkeibàge. Passagedelen ett och två är förknippade med varandra i en första mötespunkt. Passagedelen två och tre är förknippade med varandra i en andra mötespunkt. Ändarna på den första och den tredje passagedelen som ej är förknippade med den andra passagedelen bildar tillsammans med nämnda mötespunkter fyra punkter. Punkternas position kan liknas som hörnpunkter i en fyrhörning. l nämnda utföringsform är den första och den tredje passagedelen vinklade mot den mellanliggande andra passagedelen. Den första 10 15 20 25 30 531 781 respektive den andra spetsen är därmed riktade mot en och samma sträckning som en kortsida har på värmeöverföringsplattan.

Enligt en utföringsform av värmeöverföringsplattan skiljer sig den första passagedelen i längd jämfört med den andra passagedelen varvid nämnda spets i mötet mellan de två passagedelarna är placerad på en sida om centrumaxeln och därmed har en osymmetrisk placering runt nämnda centrumaxel i dess längdriktning. l och med detta erhålles i mötet mellan den första och den andra passagedelen en spets. Spetsen blir p.g.a. längdskillnaden mellan passagedelarna placerad på en sida om centrumaxeln mellan passagedelarna.

Enligt en utföringsform av värmeöverföringsplattan skiljer sig den första passagedelen i längd jämfört med den tredje passagedelen varvid respektive spets bildad i ett möte mellan två angränsande passagedelar i en passage är placerad på olika vertikala avstånd till centrumaxeln, varvid respektive spets har en osymmetrisk placering runt nämnda centrumaxel i dess längdriktning. l och med detta förknippas den första passagedelen med den första långsidan på ett vertikalt avstånd från en kortsida. Vidare förknippas den tredje passagedelen med den andra långsidan på ett motsvarande vertikalt avstånd från samma kortsida.

Genom detta erhålls en passage vilken har en början och slut placerade på en och samma vertikala nivå till centrumaxeln i centrumaxelns längriktning.

Enligt en utföringsform av värmeöverföringsplattan är respektive spets, vilken spets är bildad mellan två angränsande passagedelar i en passage, placerad med ett vertikalt avstånd till centrumaxeln på ett sådant sätt att respektive spets har en osymmetrisk placering runt nämnda centrumaxel i dess längriktning. Genom att den första respektive 10 15 20 25 30 531 781 den första passagedelen är förknippade med respektive långsida på olika vertikala avstånd från en kortsida kan den första och den andra passagedelen vara lika långa. I och med att de är placerade på olika vertikala avstånd från en kortsida erhålls nämnda osymmetri för respektive spets.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att skapa en värmeväxlare som innefattar ett antal liknande värmeöverföringsplattor vilka är staplade till en plattstapel i värmeväxlaren. Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att skapa en värmeväxlaren som har en förbättrad verkningsgrad jämfört med traditionella värmeväxlare.

Ovannämnda och andra ändamål uppnås enligt uppfinningen genom att den inledningsvis beskrivna värmeöverföringsplattan har getts de av patentkravets 9 framgående kännetecknen.

En fördel som uppnås med en värmeväxlare enligt patentkravets 9 kännetecknande del är att värmeväxlaren är kostnadseffektiv att tillverka.

Detta eftersom värmeöverföringsplattorna i plattstapeln liknar varandra varvid det vid tillverkning och pressning av nämnda värmeväxlarplattor endast behövs en utformning av ett pressverktyg till pressningen av värmeöverföringsplattorna. En ytterligare fördel med nämnda värmeväxlare är att den har en ökad verkningsgrad. Detta p.g.a. att mediet mellan två angränsande värmeöverföringsplattor kan fördelas över en hel yta avsedd för värmeöverföring. Det möjliggörs genom att mediet kan flöda över en hela nämnda yta p.g.a. av avsaknaden av en barriär, s.k. ryggrad, i mönstret.

Föredragna utföringsformer av värmeväxlare har vidare getts de av underkraven 7 och 8 framgående kännetecknen. 10 15 20 25 531 731 Enligt en utföringsform av värmeväxlaren är angränsande värmeöverföringsplattor i plattstapeln permanent förbundna med varandra. Genom detta erhålls en värmeväxlare som har en hög utmattningsgrad samt är tryckbeständig under höga driftsbelastningar, såsom t.ex. ett högt mediumtryck.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föredragna utföringsformer av anordningen enligt uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hänvisning till bifogade schematiska ritningar, som endast visar de för förståelse av uppfinningen nödvändiga detaljerna.

Fig. 1 Visar en värmeväxlare innefattande en plattstapel och porturtag.

Fig. 2 Visar en värmeöverföringsplatta innefattande ett mönster med passager vilka är sicksackformade.

Fig. 3 Visar en värmeöverföringsplatta innefattande ett mönster med passager vilka bildar en fyrhörning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV OLIKA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar ett antal värmeöverföringsplattor (1b-c) staplade i en plattstapel (2) i en värmeväxlare (3). Värmeväxlaren (3) är försedd med ett antal porturtag för in- och utlopp för medium till och från värmeväxlaren (3). Överst pà plattstapeln (2) är en ändplatta placerad.

Med uttrycket ändplatta avses alla typer av en platta som anligger mot 10 15 20 25 30 531 781 minst den ena av den första eller den sista värmeöverföringsplattan (1) i nämnda plattstapel (2).

Fig. 2-3 visar ett antal olika utföringsformer på en värmeöverföringsplatta (1 b-c). Värmeöverföringsplattan (1 b-c) innefattar ett antal portu rtag, en första och en andra kortsida (4b-c och 5b-c), en första och en andra långsida (6b-c och 7b-c) samt en värmeöverföringsyta (8b-c). Kortsidorna (4b-c och 5b-c) är placerade mitt emot varandra och långsidorna (6b-c och 7b-c) är placerade mitt emot varandra. Kortsidorna (4b-c och 5b-c) och långsidorna (6b-c och 7b-c) innesluter en värmeöverföringsyta (8b-c).

Det är känt att en värmeöverföringsplatta kan innefatta ett mönster med åsar och dalar. Nämnda dal är definierad genom att den innefattar en botten, en första respektive en andra vägg till vilka nämnda botten är förbunden. Respektive dal är förbunden med en ås via respektive väggs topparti. Ett tvärsnitt genom ett mönster innefattande nämnda åsar och dalar är därmed att likna med formen hos en sinuskurva med omväxlande åsar och dalar. Två väggar enligt ovan bildar mellan sig ett utrymme vilket definierar en passage. Med uttrycket passage avses därmed i denna patentansökan ett utrymme bildat mellan två väggar i ett mönster innefattande åsar och dalar.

Värmeöverföringsytan (8b-c) i Fig. 2-3 innefattar ett turbulensalstrande mönster (9b-c). Mönstret innefattar åsar och dalar vilka bildar ett antal passager (10b-c), vilka passager är definierade ovan. Passagerna (10b- c) sträcker sig över Värmeöverföringsytan (8b-c) mellan de två motstående långsidorna (6b-c och 7b-c). Passagerna (1 Ob-c) har en sådan utformning att delar av respektive passages (10b-c) sträckning divergerar varvid passagernas (10b-c) volym per breddenhet varierar utmed en sträckning av respektive passage (10b-c). Genom detta blir det 10 15 20 25 30 531 781 10 möjligt att styra ett medium till delar av Värmeöverföringsplattan (1 b-c) som på en konventionell värmeöverföringsplatta är svåra att få mediumberörda. Det är känt att ett medium eftersträvar att flöda den kortaste vägen mellan en in- och utloppsport på en värmeöverföringsplatta. Detta resulterar i att det på flertalet konventionella värmeöverföringsplattor finns områden vilka ligger utanför en naturlig flödesväg mellan nämnda portar och som ej därför blir mediumberörda.

Passagerna (10b-c) i denna text utgörs av ett antal passagedelar.

Passagedelarnas ändar är förknippade med varandra i punkter bildandes en spets. Passagedelarna är att likna med ben till en vinkel innefattande en spets. Uttrycket passagedel och spets förtydligas genom följande illustreringar: En passage som har formen A innefattar två passagedelar och en spets; en passage som har formen W innefattar således fem passagedelar och tvâ spetsar.

Passagerna (10b-c) innefattar minst två passagedelar (Fig. 2-3: 12b-c, 13b-c och 14b-c). Passagedelarna (Fig. 2-3: 12b-c, 13b-c och 14b-c) är förknippade i rad med varandra varvid de tillsammans bildar nämnda passage (10b-c). Respektive passagedel (Fig. 2-3: 12b-c, 13b-c och 14b- c) bildar tillsammans med en angränsande passagedel en vinkel innefattande en spets (Fig. 2-3: 15b-c och 16b-c).

Värmeöverföringsplattan (1b-c), se Fig. 2-3, delas i sin längdrlktning av en centrumaxel (11b-c) i två lika stora delar. Centrumaxeln (11b-c) är parallell med respektive långsida (Gb-c och 7b-c) på Värmeöverföringsplattan (1 b-c).

W ß 20 25 30 531 781 11 I en utföringsform enligt Fig. 2 är en första spets (15b) bildad i mötet mellan en första och en andra angränsande passagedel (12b och 13b).

En andra spets (16b) är bildad i mötet mellan den andra och en tredje angränsande passagedel (13b och 14b). Den första spetsen (15b) är riktad mot en sträckning som sammanfaller med den första kortsidans (4b) sträckning. Den andra spetsen (16b) är riktad mot en sträckning som sammanfaller med den andra kortsidans (5b) sträckning. Den första passagedelen (12b) skiljer sig i längd jämfört med den tredje passagedelen (14b). Respektive spets (15b och 16b) befinner sig på olika vertikala avstånd till centrumaxeln (1 1 b). Därmed har spetsarna (15b och 16b) en osymmetrisk placering runt centrumaxeln i dess sträckning. l en plattstapel (2) enligt Fig. 1 innefattande värmeöverföringsplattor (1b) enligt Fig. 2 är varannan värmeöverföringsplatta (1b) vriden 180” runt en vridningsaxel (17b) pà ett sådant sätt att respektive första spets (15b) och andra spets (16b) i mönstret (Qb) anligger mot ett spetsfritt område hos en angränsande värmeöverföringsplatta (1 b). l en utföringsform enligt Fig. 3 är den första och den andra spetsen (15c och 16c) riktade mot en sträckning som sammanfaller med den första kortsidans (4c) sträckning. l denna utföringsform innefattar en passage (10c) tre passagedelar (12c, 13c och 14c). Passagens (10c) ingående passagedelar (12c, 13c och 14c) är vinklade i förhållande till varandra varvid de tillsammans delvis kan liknas vid formen hos en cirkelbåge. Den första passagedelens (120) fria ände, mötespunkten mellan den första och den andra passagedelen (120 och 130), mötespunkten mellan den andra och den tredje passagedelen (13c och 14c) samt den tredje passagedelens (14c) fria ända bildar fyra punkter. Dessa fyra punkter bildar tillsammans hörnen i en fyrhörning. Bildade fyrhörning innefattar en 10 15 20 25 53“'i 781 12 öppen sida. Den öppna sidan är definierad som en sträckning bildad mellan den första och den tredje passagedelens (12c och 14c) fria ändar.

Nämnda sträckning befinner sig således också mittemot den andra passagedelen (13c).

I en plattstapel (2) enligt Fig. 1 innefattande värmeöverföringsplattor (1c) enligt Fig. 3 är varannan värmeöverföringsplatta (1c) vriden 180” runt en vridningsaxel (17c) på ett sådant sätt att respektive första spets (150) och andra spets (16c) i mönstret (9c) anligger mot ett spetsfritt område hos en angränsande värmeöverföringsplatta (1 c).

Genom att spetsarna (15b-c och 16b-c) på varannan vänd värmeöverföringsplatta (1 b-c) är anlagda mot ett spetsfritt område hos en angränsande värmeöverföringsplatta (1b-c) i plattstapeln (2, Fig. 1) undviks att en barriär bildas mellan två angränsnade värmeöveföringsplattor. En barriär bildas mellan två angränsande värmeöverföringsplattor när ett pilmönsters spetsar i respektive angränsande värmeöverföringsplatta är vända mot varandra. Sådan barriär mellan två angränsande värmeöverföringsplattor kallas även för ryggrad. En sådan barriär, ryggrad, mellan två angränsande värmeöverföringsplattor försvårar för ett medium att på ett effektivt sätt fördela sig över den värmeöverförande ytan.

Uppfinningen är inte begränsad till den visade utföringsformen utan kan varieras och modifieras inom ramen för de efterföljande patentkraven, vilket delvis har beskrivits ovan.

Claims (1)

10 15 20 25 30 531 731 13 PATENTKRAV

1. En värmeöverföringsplatta (1 b-c) avsedd att tillsammans med andra värmeöverföringsplattor (1 b-c) bilda en plattstapel (2) för en värmeväxlare (3), vilken värmeöverföringsplatta (1 b-c) innefattar en första och en andra motstående kortsida (4b-c och 5b-c), en första och en andra motstående långsida (6b-c och 7b-c), en värmeöverföringsyta (8b-c) innefattande ett turbulensalstrande mönster (9b-c) av àsar och dalar, vilka àsar och dalar delvis innesluter utrymmen som bildar passager (10b-c), vilka passagers (10b-c) tvärsnittsarea över plattans bredd varierar utmed en sträckning av respektive passage (10b-c), vilka passager (10b-c) på värmeöverföringsytan (8b-c) sträcker sig mellan tvâ av värmeöverföringsplattans (1 b-c) motstående sidor som är parallella med en centrumaxel (11b-c), vilken centrumaxel (11b-c) delar värmeöverföringsplattan (1b-c) i två lika stora delar, kännetecknad därav, att respektive passage (10b-c) innefattar ett antal passagedelar (12b-c, 13b-c och 14b-c) vilka passagedelar (12b-c, 13b-c och 14b- c) är förknippade i rad efter varandra blldandes nämnda en passage (10b-c), varvid en första passagedel (12b-c) och en andra passagedel (13b-c) med varandra bildar en pilformad första vinkel med en första spets (15b-c) i mötet mellan tvâ angränsande passagedelar (12b-c, 13b-c och 14b-c), vilken första spets (15b-c) är placerad på en sida om centrumaxeln (11b-c), varvid den del av respektive passage (1 Ob-c) med nämnda första spets (15b-c) är osymmetriskt placerad i förhållande till nämnda centrumaxel (1 1 b- c) och varvid passagen (10b-c) innefattar en tredje passagedel 10 15 20 25 30 531 781 14 (14b-c), varvid den första, andra och tredje passagedelen (12b-c, 13b-c och 14 b-c) är förknippade med och efter varandra i rad och bildande nämnda passage (10b-c), vilken andra och tredje passagedel (13b-c och 14 b-c) tillsammans bildar en andra pilformad vinkel innefattande en andra spets (16b-c) i mötet mellan nämnda två angränsande passagedelar två och tre (13b-c och 14 b-c) samt att passagen (10c) innefattar minst tre passagedelar (12c, 13c och 14c) vilka är förknippade med och efter varandra i rad, varvid passagens (10c) första spets (15c) pekar i en riktning och passagens (10c) andra spets (16c) pekar i en annan riktning som skiljer sig från den första riktningen, vilka riktningar divergerar från varandra. . En värmeöverföringsplatta (1 b-c) enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att värmeöverföringsplattan (1 b-c) är staplad i plattstapeln (2) med andra liknande värmeöverföringsplattor (1 b- c), i vilken plattstapel (2) varannan värmeöverföringsplatta (1b-c) är vriden 180” runt en vridningsaxel (17b-c) i värmeöverföringsplattan (1 b-c). . En värmeöverföringsplatta (1b) enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att passagen (10b) innefattar minst tre passagedelar (12b, 13b och 14b) vilka är förknippade med och efter varandra l rad och vilken passage (10b) har formen av ett sicksack mönster. . En värmeöverföringsplatta (1 b-c) enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att den första passagedelen (12b-c) skiljer sig i längd jämfört med den andra passagedelen (13b-c), varvid nämnda spets (15b-c) i mötet mellan de två passagedelarna (12b-c 10 15 20 25 30 531 78% 15 och 13b-c) är placerad på en sida om centrumaxeln (11b-c) och därmed har en osymmetrisk placering runt nämnda centrumaxel (11b-c). _ En värmeöverföringsplatta (1b-c) enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att den första passagedelen (12b-c) skiljer sig i längd jämfört med den tredje passagedelen (14b-c), varvid respektive spets (15b-c resp. 17b-c), bildad i ett möte mellan två angränsande passagedelar (12b-c och 13b-c; 13b-c och 14b-c), i en passage (10b-c) är placerad på olika avstånd till centrumaxeln (11b-c), varvid respektive spets (15b-c resp. 17b-c) har en osymmetrisk placering runt nämnda centrumaxel (11b-c) i dess Iängdriktning. . En värmeöverföringsplatta (1b-c) enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att respektive spets (15b-c resp. 17b-c), vilken spets är bildad mellan två angränsande passagedelar (12b-c och 13b-c; 13b-c och 14b-c) i en passage (10b-c), är placerad med ett avstånd till centrumaxeln (11b-c) på ett sådant sätt att respektive spets (15b-c resp. 17b-c) har en osymmetrisk placering runt nämnda centrumaxel (11b-c). . En värmeväxlare (3), kännetecknad därav, att den innefattar värmeöverföringsplattor enligt något av patentkraven 1-6. _ En värmeväxlare (3) enligt patentkravet 7, kännetecknad därav, att angränsande värmeöverföringsplattor (1 b-c) i plattstapeln (2) är permanent förbundna med varandra.