DK159086B - HEAT EXCHANGES OF THE PLATE / RIB TYPE - Google Patents

Description

iin

DK 159086 BDK 159086 B

Opfindelsen angår en varmeveksler af den i krav l's indledning angivne type.The invention relates to a heat exchanger of the type specified in the preamble of claim 1.

Varmevekslere af plade/ribbetypen er hovedsagelig af den kon-5 struktionstype, der består af kanaler og ribber. Oer kan opnås modstrømmende strøm, men den i forbindelse med en pladestabel anvendte forgrening, som skal adskille strømmene ved indløbet og udløbet, er yderst kompliceret. Som følge af, at forgreningen i forbindelse med tværstrømsvarmeveks1ere er forholds-10 vis enkel, er dette varmevekslersystem mere almindeligt an vendt, selv om det er mindre effektivt end modstrømssystemet, og det frembringer alvorlige termiske og mekaniske spændinger.Plate / rib type heat exchangers are mainly of the construction type consisting of ducts and ribs. Overflow can be obtained counter flow, but the branching branch used to separate the currents at the inlet and outlet is extremely complicated. Because the branching in conjunction with cross-flow heat exchangers is relatively simple, this heat exchanger system is more commonly used, although less efficient than the countercurrent system, and generates severe thermal and mechanical stresses.

Et modstrømssystem, som har forsøgt at løse forgreningspro-15 blemet ved modstrømsvarmeveksleren, kendes fra U.S.A. patentskrift nr. 3.305.010 tilhørende Campbell m.fl.. Denne varmeveksler har oven på hinanden stablede plade- og ribbelementer og komplicerede forgreningsorganer til indføring af fluider med forskellige temperaturer ved modsatte ender af samlingen.A countercurrent system which has attempted to solve the branching problem of the countercurrent heat exchanger is known from U.S.A. Patent No. 3,305,010 to Campbell and others. This heat exchanger has stacked plate and rib elements and complicated branching means for introducing fluids of different temperatures at opposite ends of the joint.

20 Det nævnte patentskrift viser imidlertid ikke en plade, som tjener som både plade og ribbe, og det viser heller ingen organer til indvendig forgrening inden for pladens plan.20 However, the said patent does not show a plate which serves as both plate and rib, nor does it show internal branching means within the plane of the plate.

Et andet modstrømssystem, fig. 1, er beskrevet af A1fa-Laval i 25 protokollen fra 5. OTEC-konference, Miami, Florida (februar 1978), siderne VI 288-320. Alfa-Laval-systemet indeholder hovedsageligt en pakning af tynde metalplader, en ramme og midler til at holde stykkerne sammen. Pladerne er ophængt imellem vandrette bærestænger ved toppen og bunden og presses sammen 30 imod den stationære rammeplade ved hjælp af fastspændingsbolte og en bevægelig trykplade. Rammepladen er udstyret med dyser til indløbs- og udløbsforbindelser. Hver plade er forseglet langs dens periferi ved hjælp af en pakning, som er fastklæbet i et spor. Strømporte ved hvert pladehjørne er individuelt 35 tætnet og opdeler mellemrummene imellem pladerne i to systemer af alternerende strømningskanaler. De to medier passerer igennem disse kanaler, idet det varmere medium afgiver varme 2Another countercurrent system, fig. 1, is described by A1fa-Laval in the minutes of the 5th OTEC Conference, Miami, Florida (February 1978), pages VI 288-320. The Alfa-Laval system mainly contains a pack of thin metal sheets, a frame and means for holding the pieces together. The plates are suspended between horizontal support rods at the top and bottom and are pressed together against the stationary frame plate by means of clamping bolts and a movable pressure plate. The frame plate is equipped with nozzles for inlet and outlet connections. Each plate is sealed along its periphery by means of a gasket clamped in a groove. Flow ports at each plate corner are individually sealed and divide the spaces between the plates into two systems of alternating flow channels. The two media pass through these channels as the warmer medium emits heat 2

DK 159086BDK 159086B

til det koldere medium ved ledning igennem de tynde plader.to the colder medium by passing through the thin plates.

Dette pakningsarrangement eliminerer risikoen for lækage imellem medierne. Den plade, der er basiselementet i dette system, har et udstanset eller præget, korrugeret mønster. Disse kor-5 rugeringer kan være således arrangeret, at der frembringes et ubegrænset antal af plademønstre. Oet specielle mønster er et resultat af en omhyggelig afvejning imellem trykfalds- og varmeledningsoverførings-karakteristika.This packing arrangement eliminates the risk of media leakage. The plate that is the basic element of this system has a stamped or embossed, corrugated pattern. These corrugations may be arranged so as to produce an unlimited number of plate patterns. This particular pattern is a result of careful balancing of pressure drop and heat conduction characteristics.

10 Pakninger i Alfa-Laval-systemet er fremstillet af elastomermateriale, såsom naturgummi, nitril, butyj, neopren, viton, osv. Materialevalget afhænger af arbejdsforholdene. De øvre grænser er imidlertid ca. 25 kp/cm2 og 205eC.10 Gaskets in the Alfa-Laval system are made of elastomeric material such as natural rubber, nitrile, butyj, neoprene, viton, etc. The choice of material depends on the working conditions. However, the upper limits are approx. 25 kp / cm 2 and 205 ° C.

15 Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en varmeveksler af den indledningsvis nævnte type, som er enkel at sammenbygge og adskille, og hvis enkeltpaneler er således tildannet, at de kan fremstilles i en enkel operation, f.eks. ved støbning i en enkel støbeform. En varmeveksler kan fremstilles af sådanne 20 paneler ved at flere paneler anbringes oven på hinanden eller ved siden af hinanden med ribberne pegende i samme retning eller med panelerne alternerende i den ene og i den anden retning, hvorefter panelerne kan forbindes med hinanden, f.eks. ved sammenklemning ved hjælp af bolte. Der kan imidlertid også 25 anvendes andre forbindelsesmåder, såsom lodning eller svejsning.The object of the invention is to provide a heat exchanger of the type mentioned initially which is easy to assemble and separate, and whose single panels are so designed that they can be manufactured in a simple operation, e.g. by casting in a simple mold. A heat exchanger can be made of such panels by placing several panels on top of each other or side by side with the ribs pointing in the same direction or with the panels alternating in one and the other direction, after which the panels can be connected to each other, e.g. . by clamping using bolts. However, other modes of connection, such as soldering or welding, may also be used.

Den indledningsvis nævnte varmeveksler ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at i det mindste de fleste af panelerne be-30 står af en plan plade, som udgør panelets bund eller top og som på sin ene plane side er tildannet med ud i ét tildannede udragende ribber eller finner, som over i det mindste en del af panelet mellem sig danner i det væsentlige parallelle kanaler, som i det mindste ved én ende er forbundet med hinanden 35 ved hjælp af endeforgreningsorganer med indløb eller udløb i panelets sider, og hvor ribberne, sidevæggene og forgreningsorganernes endevægge har i alt væsentligt samme højde. Fordelen 3 DK 159086 ved denne varmeveksler er blandt andet, at den er uafhængig af brugen af tætninger, som begrænser driftstrykket og driftstem- peraturen.The initially mentioned heat exchanger according to the invention is characterized in that at least most of the panels consist of a flat plate which forms the base or top of the panel and which is formed on one plane side with one formed protruding ribs or fins which form at least a portion of the panel between them substantially parallel channels at least at one end connected to each other by means of end branching means with inlet or outlet at the sides of the panel, and wherein the ribs, side walls and the end walls of the branch members have substantially the same height. The advantage of this heat exchanger 3 among other things is that it is independent of the use of seals which limit the operating pressure and the operating temperature.

55

Andre formål, fordele og nye trask ved opfindelsen vil blive forklaret nedenfor under henvisning til tegningen, hvor samme henvisningstal anvendes til at betegne samme eller lignende dele, og hvor 10 fig. 1 viser den kendte teknik i form af den kendte korru-gerede Alfa-Laval-plade, set ovenfra, fig. 2a en perspektivisk afbildning af en ribbeplade med 15 indvendig forgrening og åben overflade, fig. 2b den indvendigt forgrenede ribbeplade med åben overflade vist skematisk, set ovenfra, 20 fig. 2c en plade med indvendig forgrening og åben overflade vist skematisk, set fra en åben ende, fig. 2d perspektivisk en pladestabel med indvendig forgrening og åben overflade vist skematisk, 25 fig. 3a en yderligere skematisk udførelsesform for den indvendige forgrening til en plade med åben overflade og indvendig forgrening, fig, 3b endnu en skematisk udførelsesform for den i.ndven-· 30 dige forgrening til en plade med åben overflade og indvendig forgrening, 35 4Other objects, advantages and novel features of the invention will be explained below with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used to denote the same or similar parts, and wherein FIG. 1 is a plan view of the prior art in the form of the known corrugated Alfa-Laval plate; FIG. 2a is a perspective view of a rib plate with internal branching and open surface; FIG. 2b is a schematic top plan view of the internally branched open surface ribbed plate, FIG. 2c is a schematic plan view of an internal branch and open surface, FIG. 2d is a perspective view of a plate stack with internal branching and open surface shown schematically; Fig. 3a shows a further schematic embodiment of the inner branch for an open-surface and inner-branch plate; Fig. 3b shows another schematic embodiment of the internal branch for an open-surface and inner-branch plate;

DK 159086 BDK 159086 B

fig. 4a endnu en skematisk udførelsesform for ribbe-kanal-formen, 5 fig. 4b en yderligere skematisk udførelsesform for ribbe-kanalformen, set ovenfra, fig. 4c en tredje skematisk afbildning af en ribbe-kanal-form, set ovenfra, 10 fig. 5 skematisk en ribbeplade med åben overflade og indvendig forgrening med forskellige kanal- og ribbegeometrier, set fra enden, 15 fig. 6a en ribbeplade med åben overflade og indvendig forgrening, og som har ud i ét tildannede udvendige side-og endeforgreninger, vist skematisk set ovenfra, fig. 6b skematisk en anden afbildning af en ribbeplade med 20 åben overflade og indvendig forgrening og med ud i ét tildannede indre side- og endeforgreninger, set ovenfra, fig. 6c perspektivisk en yderligere udførelsesform med en ribbeplade med åben overflade og indvendig forgrening og 25 med ud i ét tildannede indvendige hjørneforgreninger, fig. 6d en yderligere udførelsesform for strømningsføringerne for den i fig. 6c viste ribbeplade, set ovenfra, 3 0 fig. 7a et forstørret perspektivisk vist brudstykke, som viser ribbernes og kanalernes relative proportioner, fig. 7b skematisk pladestabelen med finnerne forskudt for hinanden, set i lodret retning, 35 5FIG. 4a shows another schematic embodiment of the rib channel shape; FIG. Fig. 4b is a top plan view of a further schematic embodiment of the rib channel channel; 4c is a top schematic view of a rib channel shape, seen from above; 5 is a schematic end view of an open surface rib and inner branch with different channel and rib geometries, seen from the end; FIG. Fig. 6a shows an open surface rib and inner branch, and having one formed outer side and end branches, shown schematically from above; Fig. 6b is a schematic view of a top view of a ribbed surface with 20 open surfaces and internal branches and with one formed inner side and end branches, seen from above; Fig. 6c is a perspective view of a further embodiment with an open surface and inner branching rib plate and 25 with one formed inner corner branches; 6d is a further embodiment of the flow guides for the embodiment shown in FIG. 6c from above, fig. 7a shows an enlarged perspective view showing the relative proportions of the ribs and channels; FIG. 7b schematically the plate stack with the fins offset to one another, seen in a vertical direction, 5

DK 159086BDK 159086B

fig. 8a en perspektivisk afbildning af en enkelt indvendigt og udvendigt forgrenet plade, 8b en perspektivisk afbildning af en stabel af plader med åben overflade og indvendig forgrening, hvilken stabel har 5 side- og endeforgreninger, som er forbundet ud i ét med de indvendigt forgrenede plader med åben overflade, fig. 8c perspektivisk og i større målforhold et brudstykke, som viser ribbernes, kanalernes og forgreningsorganernes relative proportioner, 10 fig. 9a skematisk en ringformet konstruktion med åben overflade og indvendig forgrening, hvor hver ringformet konstruktion omfatter flere plader, fig. 9b en ringformet stabel af indvendigt forgrenede ringkonstruktioner med åben overflade, og hvor hver ring-15 konstruktion omfatter flere plader, vist perspektivisk med dele for tydeligheds skyld skåret væk, fig. 9c en perspektivisk afbildning, set i større målforhold af et brudstykke af fig. 9a, og som viser ribbernes og kanalernes relative proportioner, 20 fig. 10a en udstrømningsplade til en ringformet indvendigt forgrenet plade med åben overflade, vist skematisk set ovenfra, fig. 10b en indstrømningsplade til en ringformet indvendigt forgrenet plade med åben overflade, vist skematisk set 25 ovenfra, fig. 11 en grafisk afbildning, som viser virkningen af strømningsarrangementet på varmevekslerydeevnen,FIG. 8a is a perspective view of a single internally and externally branched plate; 8b is a perspective view of a stack of open-surface and internal-branch plates, said stack having 5 side and end branches connected integrally to the internally-branched plates with open surface, fig. Fig. 8c is a fragmentary perspective view, and in larger dimensions, of a fragment showing the relative proportions of the ribs, ducts and branching means; Fig. 9a schematically shows an annular structure with open surface and internal branching, each annular structure comprising several plates; Fig. 9b shows an annular stack of internally branched open surface annular structures, each ring structure comprising several plates, shown in perspective, with parts cut away for clarity; 9c is a perspective view, in larger scale, of a fragment of FIG. 9a, showing the relative proportions of the ribs and channels; FIG. Fig. 10a shows an outflow plate for an open-ended annular branched plate, shown schematically from above; Fig. 10b shows an inflow plate for an open-ended annular branched plate with open surface, schematically shown from above; 11 is a graph showing the effect of the flow arrangement on the heat exchanger performance;

DK 159086 BDK 159086 B

6 fig. 12a skematisk arrangementet af en modstrømsvarmeveksler med bølgeformede vægge, fig. 12b skematisk arrangementet af en modstrømsvarmeveksler med ribbede plader, 5 fig. 12c skematisk arrangementet af en modstrømsvarmeveksler med en pladestabel, fig. 13 en grafisk afbilding af grænser for udviklet varmeveksler-vægtykkelser, fig. 14 en grafisk afbildning af forøgelsesforhold som 1Q funktion af forhold imellem ribbehøjde og -bredde, fig. 15 en grafisk afbildning af den udviklede, indvendigt forgrenede pladestabels (IMPS) totale filmkoefficient som funktion af gasfilmkoefficienten, og fig. 16 en grafisk afbildning af ydeevnefaldet som funktion 15 af biottallet.6 FIG. Fig. 12a is a schematic arrangement of a countercurrent heat exchanger with corrugated walls; 12b schematically the arrangement of a countercurrent heat exchanger with ribbed plates; Fig. 12c schematically shows the arrangement of a countercurrent heat exchanger with a plate stack; 13 is a graphical representation of boundaries of developed heat exchanger wall thicknesses; FIG. 14 is a graph of elevation ratio as a function of ratio of rib height and width; FIG. 15 is a graphical representation of the total film coefficient of the developed internally branched sheet stack (IMPS) as a function of the gas film coefficient; and FIG. 16 is a graphical representation of the performance drop as a function 15 of the bio count.

Som nævnt viser fig. 1 en tidligere kendt varmevekslerplade. I fig. 2a, 2b og 2c er der vist en ud i ét tildannet ribbeplade 10 eller et panel, som omfatter en åben overflade 12 og i tværretningen orienterede sideporte 14 igennem ribbepladens 10 topkant 17. Sideportene 14, 14 er tildannet ud i ét, i ti 1 -stødning til og i forbindelse med et indvendigt forgreningsorgan 16. I tilstødning til og langs siden af den bageste ende af det indvendige forgreningsrør 16 er der en lukket ende 18.As mentioned, FIG. 1 shows a prior art heat exchanger plate. In FIG. 2a, 2b and 2c there is shown an integrally formed rib plate 10 or a panel comprising an open surface 12 and transversely oriented lateral gates 14 through the top edge 17. of the rib plate 10. The side gates 14, 14 are formed integrally abutment to and in connection with an internal manifold 16. In abutment to and along the side of the rear end of the internal manifold 16, there is a closed end 18.

I tilstødning til og på tværs af den forreste ende af forgre-2^ ningsrøret 16 er der tildannet kanaler (20) ved hjælp af ribber 22, hvilke kanaler 20 er indrettet til at dirigere flui-dumstrømme til endeporte 24. Pladens bund 26 tilvejebringer en varmeovergangsoverf1ade til forbindelse med ribber 22 på en 7Adjacent to and across the front end of the manifold 16, channels (20) are formed by ribs 22, which channels 20 are arranged to direct fluid flows to end ports 24. The bottom 26 of the plate provides a heat transfer surface for connection with ribs 22 on a 7

DK 159086 EDK 159086 E

tilstødende plade samt et middel til at adskille fluider, såvel som et middel til forseglende at forbinde ribbepladerne i en pladestabel. Det skal bemærkes, at pladestabelen kan anvendes til høj- eller lavtrykssituationer, og at indvendige 5 lækagebaner er ikke-kritiske. Et pladedæksel 15 kan enten være massivt som vist eller blot en anden fundamental ribbeplade 10. Fig. 2b viser endvidere valgfrie forgreningsribber 28. Forgreningsribberne 28 tilvejebringer yderligere understøtning og ekstra midler til varmeoverføring.an adjacent plate as well as a means for separating fluids, as well as a means for sealingly connecting the ribs in a plate stack. It should be noted that the plate stack can be used for high or low pressure situations and that inside 5 leakage paths are non-critical. A plate cover 15 can be either solid as shown or just another fundamental rib plate 10. FIG. 2b further shows optional branching ribs 28. The branching ribs 28 provide additional support and additional means for heat transfer.

10 I fig. 2d er der skematisk vist en indvendigt forgrenet pladestabel 30, som omfatter flere invendigt forgrenede ribbeplader 10. I den foretrukne operationstilstand er ribbepladerne stablet på en over for hinanden beliggende måde i alternerende rækkefølge. Selvom ribberne 22 er vist 15 rettet ind efter en lodret linie, kan de også være anbragt forskudt i forhold til hinanden, således som vist i fig.10 In FIG. 2d, there is schematically shown an internally branched plate stack 30 comprising several internally branched rib plates 10. In the preferred mode of operation, the rib plates are stacked in an opposite manner in alternating order. Although the ribs 22 are shown 15 aligned along a vertical line, they may also be disposed offset relative to each other, as shown in FIG.

7b. Selvom ribbepladerne i de foretrukne operationstilstande er ens, kan den indvendige konstruktion på alternerende ribbeplader varieres for at opnå ønskede termodynamiske 20 effekter. I den foretrukne rækkefølge ledes der et første fluidum ind igennem sideporte 14 på alternerende ribbeplader og ind i indvendige forgreningsorganer 16, hvorfra det ledes langs kanaler 20, som dannes ved hjælp af ribberne 22 for til sidst at strømme ud igennem endeporte 24. Et andet 25 fluidum med enten højere eller lavere temperatur ledes tilsvarende ind igennem sideporte 14 i nærliggende alternerende ribbeplader, hvorved opnås en modstrømsst.røm. Selvom dette udgør den foretrukne strømningsretning ligger det inden for opfindelsens ide at have strømningen forløbende i 30 modsat retning, idet fluidet passerer ind igennem endeportene 24, strømmer videre igennem kanalerne 20 og ind i den indvendige forgrening 16 og strømmer ud igennem sideporten 14. Strømmen kan også være parallelt forløbende ved, at det 35 87b. Although the ribs in the preferred operating modes are similar, the interior construction of alternating ribs can be varied to achieve desired thermodynamic effects. In the preferred sequence, a first fluid is passed through side gates 14 on alternating ribs and into internal branching means 16, from which it is passed along channels 20 formed by the ribs 22 to eventually flow out through end gates 24. Another 25 correspondingly, fluid of either higher or lower temperature is passed through side ports 14 into adjacent alternating rib plates, thereby obtaining a countercurrent flow. While this is the preferred flow direction, it is within the idea of the invention to have the flow extending in the opposite direction as the fluid passes through the end ports 24, flows further through the channels 20 and into the internal branch 16 and flows out through the side port 14. The flow may also be parallel in that it 35 8

DK 159086BDK 159086B

ene fluidum ledes ind igennem sideporten 14, og det andet fluidum igennem endeporten 24 på den nærliggende ribbeplade.one fluid is passed through the side port 14, and the other fluid through the end port 24 of the adjacent rib plate.

Det skal bemærkes, at det første og det andet fluidum kan være samme fluidum eller forskellige fluider, og at der 5 afhængig af termodynamiske krav kan anvendes to fluider.It should be noted that the first and second fluids may be the same fluid or different fluids and that two fluids may be used depending on thermodynamic requirements.

' I fig. 3a og 3b er der vist' to yderligere udførelsesformer for indvendige forgreningsorganer 16. Det indvendige forgreningsorgan 16 kan have en tilspidset geometri, der 10 afgrænses ved hjælp af en vinkel 33. I fig. 3a har den indvendige forgrening 16 to sideporte 14, 14, og tilspidsningen indsnævres, efterhånden som fluidet når frem til midtpunktet 32. Ved midtpunktet 32 kan der efter ønske, være indsat en afgrænsning. I fig. 3b har udførelsesformen en 15 indvendig forgrening 16 bestående af en sideport 14 og en tilspidsning, der strækker sig over hele ribbepladens fulde bredde, idet den indsnævres, efterhånden som den nærmer sig den lukkede side 23. Selvom der kun er vist tre indvendige forgrenings-geometriformer, kan der naturligvis også 20 anvendes andre former, som kan kanalisere fluidet fra en sideport 14 til kanalerne 20, uden at man herved afviger fra opfindelsens ide.In FIG. 3a and 3b there are shown two further embodiments of internal branching means 16. The inner branching means 16 may have a tapered geometry defined by an angle 33. In FIG. 3a, the inner branch 16 has two side ports 14, 14 and the taper narrows as the fluid reaches the midpoint 32. At the midpoint 32, a delimiter may be inserted as desired. In FIG. 3b, the embodiment has an internal branch 16 consisting of a side port 14 and a taper extending over the full width of the rib plate as it narrows as it approaches the closed side 23. Although only three internal branching geometries are shown , of course, other forms can also be used which can channel the fluid from a side port 14 to the channels 20, without departing from the idea of the invention.

I fig. 4a, 4b og 4c er der vist yderligere geometrier for 25 ribber 22 og kanaler 20. I fig. 4a er der vilkårligt anbragt ribber 22 og kanaler 20 inden for hovedkanalen 20 i den fundamentale ribbeplade 10. I modsætning hertil viser fig. 4b og 4c en ribbegeometri med intermitterende ribbegeometrier anbragt på linie med hinanden. En intermitterende 30 ribberække kan enten være anbragt alternerende som vist i fig. 4b eller på linie, som vist i fig. 4c. Kanaloverfladen kan enten være glat eller ru afhængig af de specielle konstruktionskrav, og der skal bemærkes, at ligegyldigt 35In FIG. 4a, 4b and 4c, further geometries for 25 ribs 22 and channels 20 are shown. 4a, ribs 22 and channels 20 are arranged arbitrarily within the main channel 20 of the fundamental rib plate 10. In contrast, FIG. 4b and 4c are a rib geometry with intermittent rib geometries aligned with one another. An intermittent rib row may either be arranged alternately as shown in FIG. 4b or in line, as shown in FIG. 4c. The channel surface can be either smooth or rough depending on the particular design requirements and it should be noted that no matter 35

DK 159086BDK 159086B

9 hvilken ribbegeometri, der anvendes, er ribberne og kanalerne konstrueret til at øge den konstruktionsmæssige integritet, såvel som den samlede varmeoverføringsydeevne.9 which rib geometry is used, the ribs and ducts are designed to increase the structural integrity, as well as the overall heat transfer performance.

5 Kanalerne kan også være tilspidset både i højderetningen og bredderetningen.The channels may also be tapered in both the height and the width directions.

I fig. 5 er der vist flere kanal- og ribbeformer. Den mest almindeligt anvendte kanal- og ribbeform er den, der er iø vist ved hjælp af kanalen 20 og ribben 22. Kanaler med forskellige former, såsom dem med afrundede hjørner 36, U-form 38, V-form 40 og trapezform 42 sammen med disses tilhørende ribbeformer, ligger også inden for opfindelsens ide. Et kritisk træk ved den foreliggende opfindelse er, at i5 kanalerne og ribberne forenes til at forøge varmeoverfør-slen og den konstruktionsmæssige integritet, mens selve kanalen har en åben overflade eller side, således at den er let at fremstille. Endvidere skal det bemærkes, at selve kanalerne kan være glatte eller rug eller korrugerede eller 2ø have en hvilken som helst anden overfladegeometri, som vil fremme strømning og varmeoverføring.In FIG. 5, several channel and rib shapes are shown. The most commonly used channel and rib shape is that shown by channel 20 and rib 22. Channels of various shapes such as those with rounded corners 36, U-shape 38, V-shape 40 and trapezoidal 42 together with their associated ribs are also within the scope of the invention. A critical feature of the present invention is that the ducts and ribs are joined to enhance heat transfer and structural integrity while the duct itself has an open surface or side so that it is easy to fabricate. Furthermore, it should be noted that the channels themselves can be smooth or rye or corrugated or 2o have any other surface geometry which will promote flow and heat transfer.

I fig. 6 er der vist en ribbeplade med åben overflade og indvendig forgrening og hjælpeforgrening. Ribbepladen 62 er 25 i princippet den samme som ribbepladen 10. Derudover har ribbepladen 62 et udvendigt forgreningsorgan 64 med lukket ende, et udvendigt forgreningsrør 66 med åben ende og to par af sideforgreningsorganer 68, 70. Hvert par af sideforgreninger omfatter et sideindløbs forgreningsorgan 68 og et 30 diagonalt placeret aflukket sideforgreningsorgan 70. Alle udvendige forgreningsorganer er tildannet ud i ét og i tilstødning til ribbepladen 10. Selvom den udvendige forgreningsorganer er vist med rektangulære former, kan der 35In FIG. 6, an open surface rib and inner branch and auxiliary branch are shown. The rib plate 62 is in principle the same as the rib plate 10. In addition, the rib plate 62 has a closed end outer branch member 64, an open end outer branch tube 66 and two pairs of side branch members 68, 70. Each pair of side branches comprises a side inlet branch member 68 and a 30 diagonally positioned closed side branch member 70. All exterior branch members are formed integrally and adjacent to the rib plate 10. Although the outer branch members are shown in rectangular shapes, 35

DK 159086BDK 159086B

10 anvendes en hvilken som helst geometrisk form til at overføre fluidum til og fra ribbepladen.10, any geometric shape is used to transfer fluid to and from the rib plate.

I fig. 6b er der vist en ribbeplade 63 med indvendig forgrening og åben overflade. Denne plade 63 er i prin-5 cippet den samme som ribbepladen 62, men har derudover en hjælpeforgrening 64 ved den lukkede ende, en hjælpeforgrening 66 ved den åbne ende, to par indvendige sideforgreninger 68, 70, samt et par indre indløb 65. Hvert par indre sideforgreninger omfatter en sideindløbsforgrening 68 samt 10 en diagonalt placeret, lukket sideforgrening 70.In FIG. 6b, a rib plate 63 with internal branching and open surface is shown. This plate 63 is in principle the same as the rib plate 62, but additionally has an auxiliary branch 64 at the closed end, an auxiliary branch 66 at the open end, two pairs of internal side branches 68, 70, and a pair of inner inlets 65. Each pair of inner side branches include a side inlet branch 68 and a diagonally located closed side branch 70.

I fig. 6c er der vist en perspektivisk afbildning af endnu en udførelsesform for den indvendigt forgrenede ribbeplade, der her er forsynet med det generelle henvisningstal 67. Ribbepladen 67 er i princippet den samme som ribbepladen 15 63. Ribbepladen 67 omfatter imidlertid et indre hjørneind løb 69 og et par indre hjørneforgreninger, hvor hvert par omfatter en indre hjørneindløbsforgrening 71, som er placeret ved det indre hjørneindløb 69, og en indre hjørneudløbsforgrening 73, som er placeret ved den samme side som 20 indløbsforgreningen 71, men ved den modsatte ende af Dladen 67. Når et varmevekslerfluidum strømmer ind på ribbepladen 67, strømmer den igennem den åbne forgrening 71 og indløbet 69, langs indre strømføringer 75, ned langs kanaler 77, som afgrænses ved hjælp af ribber 79, ud igennem en åben 25 endeport 81 og ud igennem den indre hjørneudløbsforgrening 73. Det skal bemærkes, at strømføringerne er magen til forgreningsribberne 28 og tjener samme konstruktionsmæssige og termodynamiske formål, bortset fra at efterhånden som forgreningsbanen tiltager i længde, vokser forgreningsstrøm-30 ningskanalerne 83 i bredden. Denne konstruktion giver optimal strømfordeling hen over pladens 67 overflade.In FIG. 6c, there is shown a perspective view of yet another embodiment of the internally branched rib plate provided here with the general reference numeral 67. The rib plate 67 is in principle the same as the rib plate 15 63. However, the rib plate 67 comprises an inner corner entrance 69 and a a pair of inner corner branches, each pair comprising an inner corner inlet branch 71 located at the inner corner inlet 69 and an inner corner outlet branch 73 located at the same side as the inlet branch 71, but at the opposite end of the drawer 67. a heat exchanger fluid flows into the rib plate 67, it flows through the open branch 71 and inlet 69, along internal flow guides 75, down channels 77, which are defined by ribs 79, out through an open end port 81 and out through the inner corner outlet branch 73. It should be noted that the flow guides are similar to the branch ribs 28 and serve the same design. operational and thermodynamic purposes, except that as the branching path increases in length, the branching flow channels 83 grow in width. This design provides optimum power distribution across the surface of the plate 67.

IXIX

DK 159086 BDK 159086 B

En anden form for strømføring 75, som vil tilvejebringe optimal strømfordeling hen over ribbepladen 67, indebærer som vist i fig. 6d, brugen af strømføringer 75, der er konstrueret til at føde hver enkelt kanal 77 ved, at 5 strømføringerne 75 er tildannet ud i ét med ribberne 79.Another form of flow guide 75, which will provide optimal flow distribution across the rib plate 67, involves as shown in FIG. 6d, the use of current guides 75 designed to feed each channel 77 in that the current guides 75 are formed integrally with the ribs 79.

Ligesom ved det sæt af strømføringer, der er afbildet i fig. 6c, vil afstanden 83 imellem strømføringerne 75 vokse med afstanden hen til ribberne 79 og kanalerne 77. Et par lukkede forgreningsorganer 85 og 87 er placeret ved de 1Q resterende to hjørner af ribbepladen 67, med et ved hvert hjørne. Disse lukkede forgreningsorganer 85 og 87 tilvejebringer de nødvendige sammenhængende strømningspassager for ribbeplader 67, når disse er stablet på overfor hinanden beliggende måde i alternerende rækkefølge.As with the set of flow guides depicted in FIG. 6c, the distance 83 between the flow guides 75 will grow with the distance to the ribs 79 and the channels 77. A pair of closed branching means 85 and 87 are located at the remaining two corners of the rib plate 67, with one at each corner. These closed branching means 85 and 87 provide the necessary continuous flow passes for ribs 67 when stacked in opposite order in alternating order.

15 I fig. 7a og 7b og fig. 8a, 8b og 8c er der vist forskellige afbildninger af en indvendigt forgrenet ribbeplade og en piadestabelsamling 72. I den foretrukne anvendelsessituation er ribbepladerne stablet på over for hinanden beliggende måde i alternerende rækkefølge. Et første 20· fluidum ledes til indløbssideforgreningen 68, i hvilken fluidet strømmer ind igennem sideporten 14 langs det indvendige forgreningsorgan 16 og vendes, således at det strømmer ned igennem de kanaler 20, der dannes, af ribberne 22. Dette første fluidum strømmer derefter ud igennem 25 endeporten 24 og ind i hjælpeforgreningen 66 ved den åbne ende. Fra hjælpeforgreningen 66 ledes det første fluidum derpå til et passende sted. Et andet fluidum, som enten er varmere eller koldere end det første fluidum transporteret ind i de tilstødende ribbeplader igennem disses respektive 50- sideindløbs forgreninger 68, hvorfra det andet fluidum ligesom den første fluidumsstrøm ledes ind igennem indgangsporten 14 langs det indre forgreningsorgan 16, ind i kanalerne 20 og langs med· ribberne 22. Herfra strømmer det andet fluidum ind i den enkelte anden forgrening 66 ved denIn FIG. 7a and 7b and FIG. 8a, 8b and 8c, various views of an internally branched rib plate and a pad stack assembly 72 are shown. In the preferred application situation, the rib plates are stacked in opposite directions in alternating order. A first 20 fluid is directed to the inlet side branch 68, in which the fluid flows through the side port 14 along the inner branch member 16 and is turned so that it flows down through the channels 20 formed by the ribs 22. This first fluid then flows out through 25 the end port 24 and into the auxiliary branch 66 at the open end. From the auxiliary branch 66, the first fluid is then directed to a suitable location. A second fluid which is either hotter or colder than the first fluid is transported into the adjacent rib plates through their respective 50-side inlet manifolds 68, from which the second fluid, like the first fluid stream, is passed through the entrance port 14 along the internal manifold 16 into the the channels 20 and along the ribs 22. From here, the second fluid flows into the individual second branch 66 at the

DK 159086BDK 159086B

12 åbne ende, hvorfra det ledes til et hvilket som helst passende sted. Sekundære forgreninger 64 med lukkede ender og lukkede sideforgreninger 70 anvendes til at fremstille sammenhængende, sekundære forgreninger imellem alternerende 5 ribbeplader. Det skal bemærkes, at selvom side- og endefor greningerne er vist i rektangulær form, kan de om ønsket have en hvilken som helst form. Yderligere kan varmevekslerfluiderne være væske eller luftarter eller kombinationer af væsker og luftarter.12 open ends from which it is directed to any convenient location. Secondary branches 64 with closed ends and closed side branches 70 are used to produce continuous secondary branches between alternating 5 ribs. It should be noted that although the side and end branches are shown in rectangular shape, they may, if desired, be of any shape. Further, the heat exchanger fluids may be liquids or gases or combinations of liquids and gases.

IQ I fig. 9a er der vist en yderligere udførelsesform for en indvendigt og sekundært forgrenet ribbeplade med åben overflade. Ribbepladerne 74 og 76 er kileformede og er via forseglelige forgreninger kombineret til fremstilling af en ringformet konstruktion 72. Det skal bemærkes, at selvom 15 den mest foretrukne ringformede konstruktion 72 er cirkulær, kan der anvendes en hvilken som helst regelmæssig ringformet geometrisk konstruktion med et lige sideantal, og en sådan hvilken som helst ringformet geometrisk konstruktion vil ligge inden for opfindelsens ide. Repræsen- 20. tative ringformede konstruktioner omfatter et kvadrat, en sekskant, en.ottekant, osv. Selvom der i den mest foretrukne udføreisesform forefindes seks ind i hinanden gribende ribbeplader, vil systemet arbejde lige så godt sammen med en eller flere ribbeplader. Nogle ribberplader kan endvi-25 dere ikke blot bære et fluidum, men tjener som afstandsor ganer og lignende. I den foretrukne udførelsesform omfatter den ringformede konstruktion 72 i det mindste en udløbsribbeplade 74 og en indløbsribbeplade 76. Under brug strømmer et første fluidum igennem en sideindløbsforgrening 82 og 30· ind igennem en sideport 84, hvorfra det strømmer langs det indvendige forgreningsorgan 84 og vendes, således at det strømmer videre langs kanaler 88, som dannes af ribberne 90. Det første fluidum strømmer derefter ud af endeporten 92 på den ydre periferi og ind i det åbne, sekundæreIQ In FIG. 9a, there is shown a further embodiment of an inner and secondary branched open surface rib plate. The ribs 74 and 76 are wedge shaped and are combined via sealable branches to produce an annular structure 72. It should be noted that although the most preferred annular structure 72 is circular, any regular annular geometric structure having a straight page number, and any such annular geometric construction will be within the scope of the invention. Representative annular structures include a square, a hexagon, a hexagon, etc. Although in the most preferred embodiment, six interlocking rib plates are present, the system will work equally well with one or more rib plates. Furthermore, some rib plates may not only carry a fluid, but serve as spacers and the like. In the preferred embodiment, the annular structure 72 comprises at least one outlet rib plate 74 and an inlet rib plate 76. In use, a first fluid flows through a side inlet branch 82 and 30 through a side port 84 from which it flows along the internal branch means 84 and is reversed. so that it flows further along channels 88 formed by the ribs 90. The first fluid then flows out of the end port 92 on the outer periphery and into the open secondary

DK 159086 BDK 159086 B

13 forgreningsområde 78, hvor en opsamlingsindretning vil være tilstrækkelig. Det første fluidum ledes derfra videre til et hvilket som helst passende sted. Et andet fluidum, som enten er varmere eller koldere end det første fluidum, 5 ledes ind i den nærliggende ribbeplade 76 ved at strømme igennem en sideindløbsforgrening 94, igennem en sideport 96, langs det indvendige forgreningsorgan og videre langs kanaler 100, der dannes af ribber 102. Herfra strømmer det andet fluidum ud igennem en udgangsport 104 langs den indre periferi og ind i den tilhørende sekundære forgrening 80 med åbnet ende. Med denne specielle udførelsesform viser fig. 9b et udsnit af en indvendigt forgrenet pladestabel til frembringelse af modstrøms strømning. Denne strøm opnås ved alternerende anbringelse af ribbeplader 74 oven på 15 ribbeplader 76. Et hvilket som helst antal af ringformede konstruktioner 72 kan stables oven på hinanden, afhængig af varmevekslerens ønskede kapacitet. For at fuldende stabelen af ringformede konstruktioner er der oven på den ringformede konstruktion bestående af den indvendigt forgrenede, 2Q ringformede pladestabel· anbragt en ringformet dækselplade, som forseglende er forbundet hermed. Denne dækselplade kan blot være endnu en varmeoverførende, ringformet konstruktion 72. Derefter er der fastgjort hvilke som helst passende indretninger til ledning af varmeoverføringsfluidum til 25 og fra varmeveksleren af piade/ribbe-typen. Fig. 9c er en perspektivisk afbildning af et brudstykke set i større målforhold, hviilken afbildning viser de omtrentlige indbyrdes proportioner af ribberne og kanalerne.13 branching area 78 where a collection device will suffice. The first fluid is then conveyed to any convenient location. A second fluid, which is either hotter or colder than the first fluid, is conducted into the adjacent rib plate 76 by flowing through a side inlet branch 94, through a side port 96, along the internal branch and further along channels 100 formed by ribs. 102. From here, the second fluid flows out through an exit port 104 along the inner periphery and into the associated secondary end branch 80 with open end. With this particular embodiment, FIG. 9b is a section of an internally branched sheet stack for producing countercurrent flow. This flow is obtained by alternately placing ribs 74 on top of 15 ribs 76. Any number of annular constructions 72 can be stacked on top of one another, depending on the heat exchanger's desired capacity. To complete the stack of annular structures, on top of the annular structure consisting of the internally branched, 2Q annular plate stack · is provided an annular cover plate, which is sealed therewith. This cover plate may simply be another heat transferring annular structure 72. Thereafter, any suitable means for conducting heat transfer fluid to 25 and from the pie / rib type heat exchanger are attached. FIG. 9c is a perspective view of a fragment seen in larger dimensions, showing the approximate proportions of the ribs and channels.

Foretrukne operationstilstand er den ringformede konstruk-3(1 tion 72 fremstillet af flere ringformede cementer. I andre funktionstilstande kan den ringformede konstruktion udgøre en ud i ét tildannet konstruktion, som er indrettet til at bære et eller flere fluider. Endvidere kan den ringformede stabel være konstrueret til at rotere omkring dens akse,Preferred mode of operation is the annular structure 3 (1 tion 72 made of several annular cements. In other operating states, the annular structure may constitute an integrally formed structure adapted to support one or more fluids. In addition, the annular stack may be designed to rotate about its axis,

DK 159086 BDK 159086 B

14 hvis de nævnte specielle konstruktionsparametre gør det muligt.14 if said special design parameters make it possible.

I fig. 10a er der vist endnu en udførelsesform‘for den indvendigt forgrenede ribbeplade med åben overflade og 5 ekstra indvendig forgrening. Selvom den ringformede ribbeplade 106 er cirkulær, vil en hvilken som helst geometrisk tildannet regelmæssig ringformet plade falde inden for opfindelsens ide. Selvom den ringformede konstruktion 72 er magen til ribbepladen 106, skal det bemærkes, at konstruk-10 tionen 72 er fremstillet af flere ribbepladecementer. IIn FIG. 10a there is shown yet another embodiment of the internally branched open surface rib plate and 5 additional internal branching. Although the annular rib plate 106 is circular, any geometric shaped regular annular plate will fall within the scope of the invention. Although the annular structure 72 is similar to the rib plate 106, it should be noted that the structure 72 is made of several rib plate elements. IN

modsætning hertil er ribbepladen 106 ifølge fig. 10a en ud i ét tildannet udstrømningsplade. Under brug strømmer et første fluidum igennem en indløbsåbning 108 og langs det indvendige forgreningsorgan 110. Herfra drejes det første 15 fluidum således, at det strømmer langs kanaler 112, som dannes af ribber 114. Dette første fluidum strømmer derpå ud af en endeport 116 langs den ydre· periferi og ind i et åbent, sekundært forgreningsområde 118. En indre port 120 er placeret inden for den ydre periferi af udstrømningerib-20 bepladen 106, så at der tilvejebringes et middel til at kanalisere det andet fluidum til en anden plade. I fig. 10b er der vist en indstrømningsribbeplade 122. Et andet fluidum, som enten er varmere eller koldere end det første fluidum, ledes ind i ribbepladen 122 igennem en åbning 120.In contrast, the rib plate 106 of FIG. 10a is a discharge plate formed in one. In use, a first fluid flows through an inlet opening 108 and along the internal branching means 110. From there, the first fluid is rotated to flow along channels 112 formed by ribs 114. This first fluid then flows out of an end port 116 along it. outer periphery and into an open secondary branching area 118. An inner port 120 is located within the outer periphery of the outflow rib plate 106 so as to provide a means for channeling the second fluid to another plate. In FIG. 10b there is shown an inflow rib plate 122. A second fluid, which is either hotter or colder than the first fluid, is fed into the rib plate 122 through an opening 120.

25 Herfra strømmer det andet fluidum langs et forgreningsorgan 124 og vendes således, at det strømmer ned igennem kanaler 126, der dannes af ribber 128. Herfra strømmer det andet fluidum ud igennem udgngsporte 130 langs den indre periferi og ind i det tilhørende sekundære forgreningsområde med 20 åben ende. En indvendig port 108 er placeret inden for den indre periferi af ribbepladen 122, så at der tilvejebringes midler til kanalisering af det første fluidum til en anden plade. I denne specielle udførelsesform tilvejebringes der en indvendigt forgrenet stabel af plader med ringformet 15From here, the second fluid flows along a branch member 124 and is reversed so that it flows down through channels 126 formed by ribs 128. From here, the second fluid flows out through exit gates 130 along the inner periphery and into the associated secondary branch area by 20. open end. An inner port 108 is located within the inner periphery of the rib plate 122 so as to provide means for channeling the first fluid to a second plate. In this particular embodiment, an inner branched stack of annular plate 15 is provided.

DK 159086BDK 159086B

konstruktion ved, at indstrømningsribbeplader 122 og udstrømningsribbeplader 106 anbringes oven på hinanden i alternerende rækkefølge, så at den ønskede pladestabelhøjde dannes. Det skal bemærkes,'at der kan være anbragt flere 5 indstrømningsåbninger og udstrømningsåbninger inden for hver plade, hvis det ønskes.For at fuldende pladestabelen anbringes der forseglet forbundet en ringformet dækselplade oven på den øverste plade i den indvendigt forgrenede, ringformede pladestabel. Det skal bemærkes, at dækselpladen 10 blot kan være en anden ringformet plade eller være en solid plade. Derpå kan der tilknyttes hvilke som helst .konventionelle indretninger til at transportere varmeoverføringsflui-der til og fra en varmeveksler af plade/ribbetypen.construction in that inflow ribs 122 and outflow ribs 106 are arranged on top of one another in alternating order so that the desired plate stack height is formed. It should be noted that more than 5 inflow openings and outflow openings may be provided within each plate, if desired. To complete the plate stack, an annular cover plate is placed sealed on top of the top plate of the internally branched annular plate stack. It should be noted that the cover plate 10 may simply be another annular plate or be a solid plate. Thereafter, any conventional device may be attached to transport heat transfer fluids to and from a plate / rib type heat exchanger.

Afhængig af den endelige anvendelse og den ønskede varmeover-15 føringshastighed kan der anvendes forskellige pladertykkelser, kanal- og ribbeforhold, længde- og breddeforhold og forskellige termisk ledende materialer. De følgende materialer er angivet som eksempler og ikke på nogen som en begrænsning: Metaller, keramiske materialer, polymere, osv.Depending on the final application and the desired heat transfer rate, different plate thicknesses, duct and rib ratios, length and width ratios and various thermally conductive materials may be used. The following materials are given by way of example and not by anyone as a limitation: Metals, ceramics, polymers, etc.

2Q Den ovenfor beskrevne konstruktion er den første virkeligt automatiserede indretning til fremstilling af varmevekslere. Den vil reducere de arbejdstimer, der er involveret i tilskæring, lodning, svejsning, lækagekontrollering, osv., i sammenligning med varmevekslere med rør i en kappe og 25 plade/ribbevarmevekslere. Derudover muliggør konstruktionens mulige graduering, at der kan anvendes mange forskellige størrelser, materialer og fluider. Den følgende beskrivelse angiver i store træk IMPS-konstruktionens fundamentale termiske fortrin, set i forhold til tidligere kendte 3Q konstruktioner.2Q The construction described above is the first truly automated device for producing heat exchangers. It will reduce the working hours involved in cutting, brazing, welding, leakage checking, etc., compared to heat exchangers with tubes in a jacket and 25 plate / rib heat exchangers. In addition, the possible modulation of the structure enables many different sizes, materials and fluids to be used. The following description broadly outlines the fundamental thermal advantages of the IMPS construction, as compared to previously known 3Q designs.

Den fundamentale tekniske-fordel, der tilvejebringes ved hjælp af konstruktionen, der er vist i fig. 8c, er, at denThe fundamental technical advantage provided by the construction shown in FIG. 8c, is that it

ISICE

DK 159086BDK 159086B

muliggør en modstrømsvarmevekslerkonstruktion, hvori alle arbejdsflader af samme ΔΤ til den nærliggende overflade.enables a countercurrent heat exchanger assembly in which all work surfaces of the same ΔΤ to the adjacent surface.

Som det kan ses har hver passage (kold eller varm) en nærliggende passage (varm eller kold) på hver side. Forbun-5 det forbindelse 11 imellem pladerne 10 muliggør termisk ledning fra plade til plade og derved øges varmevekslerevnen betydeligt i forhold til den ikke i kontakt værende forbindelse, som foreligger i Alfa-Laval-konstruktionen. Skrædersyningen af køle middelpassagerne for at tilveje-1Q bringe variabelt strømningsareal er mulig i denne konstruktion, både i bredden og højden, ved en passende ændring af væg- og felttykkelserne. I den fundamentale varmevekslingsproces opnås den bedste varmevirkningsevne med en ren friktionsmæssig strømningsproces. En hvilken som helst 15 turbulens som følge af bølgedannelser, fremspring eller ruheder resulterer i et ineffektivt trykfelt og et aktuelt fald i den samlede varmeoverføring. Hvis det ønskes varmeveksler kompakthed, kan der indbygges varmevekslerfordele i form af bølger, ruhed, afbrudte ribber, osv. i IMPS-konstruk-20. tionen ved prægning, ætsning, fræsning, osv. på bekostning af strømtrykstab. Den tilføjede fordel ved en anden rillestørrelsesgeometri ved blot bearbejdningsændringer er et tilføjet træk ved konstruktionen.As can be seen, each passage (cold or hot) has a nearby passage (hot or cold) on each side. Connecting the connection 11 between the plates 10 enables thermal conduction from plate to plate, thereby considerably increasing the heat exchange capacity relative to the non-contacting compound present in the Alfa-Laval construction. The tailoring of the cool medium passages to provide variable flow area is possible in this construction, both in width and height, by a suitable change of wall and field thicknesses. In the fundamental heat exchange process, the best heat efficiency is achieved with a clean frictional flow process. Any turbulence due to waveforms, projections or roughness results in an inefficient pressure field and a current decrease in overall heat transfer. If heat exchanger compactness is desired, heat exchanger advantages in the form of waves, roughness, interrupted ribs, etc. can be incorporated into the IMPS construct-20. by embossing, etching, milling, etc. at the expense of power loss. The added advantage of a second groove size geometry by simply machining changes is an added feature of the construction.

Det indvendige forgrenings trask, som er vist på figurerne, 25 muliggør både et minimalt strømadgangs tab og varmeveksling inden for forgreningssektionen, således at der sikres den størst mulige effektivitet inden for en given konstruktionslængde .The internal branch trough shown in the Figures 25 allows for both a minimum power loss and heat exchange within the branch section, thus ensuring the greatest possible efficiency within a given design length.

Under normale omstændighed opnås den bedste termiske 30 effektivitet eller virkningsgrad med en god modstrømskonstruktion. Fig. 11 viser en fundamental sammenligning imellem parallelstrøms-, tværstrøm- og modstrømskonstruktioner. Det ses, at virkningsgraden for parallelstrømning 17Under normal circumstances, the best thermal efficiency or efficiency is obtained with a good countercurrent design. FIG. 11 shows a fundamental comparison between parallel-current, trans-current and counter-current constructions. It can be seen that the efficiency of parallel flow 17

DK 159086BDK 159086B

nærmer sig 50%, tværstrømning 80% og modstrømning 90% med tilstrækkelig længde, Da størstedelen af ribbepladevarmevek-slere er tværstrømstyper som følge af forgreningsmæssige årsager udviser den foreslåede konstruktion en begyndende 5 10-15% fordel alene som følge heraf.approaching 50%, cross-flow 80%, and counter-flow 90% of sufficient length, since the majority of rib plate heat exchangers are cross-flow types due to branching reasons, the proposed construction exhibits an initial 5-10-15% advantage only as a result.

Muligheden for håndtering af enten tværstrøm- eller parallelstrømstilfældet er imidlertid ikke udelukket ved IMPS-kon-struktionen, og som en anden mulighed kan der også tillades anvendelse af tilsatte tværstrøm-modstrømsfluider og 10 -baner.However, the possibility of handling either the cross-current or parallel-flow case is not excluded by the IMPS design, and as another option, the use of added cross-flow countercurrent fluids and 10 paths may also be allowed.

Tre forskellige varmeveksler eksempler er vist i fig. 12a, 12b og 12c, der alle er modstrømskonstruktioner, som, som nævnt, udviser den bedste varmeoverføringsvirkningsgrad.Three different heat exchanger examples are shown in FIG. 12a, 12b and 12c, all of which are countercurrent constructions which, as mentioned, exhibit the best heat transfer efficiency.

I en konstruktion med korrugeret eller bølgetformet væg, 15 som den der er vist i fig. 12a, vil virkningen af bølgerne være tilføjelsen af turbulens, som vil øge varraeoverførin-gen, men på kraftig bekostning af trykfaldet som følge af aerodynamiske trykfald i stedet for ren friktion. Med mindre overfladeopretningen og afstanden er ensartet 2Q tilpasset imellem kolde og varme sideflader på korrekt måde, vil. der, som det også ses, forekomme utilsigtede tryktab og ueffektiv varmeoverføring. Derudover kan der ikke forekomme ledning fra plade til plade i samlingen ifølge denne konstruktion.In a corrugated or corrugated wall structure 15, such as that shown in FIG. 12a, the effect of the waves will be the addition of turbulence which will increase the charge transfer, but at a considerable expense to the pressure drop due to aerodynamic pressure drop rather than pure friction. Unless the surface alignment and spacing are uniformly 2Q aligned between cold and hot side surfaces correctly, will. which, as can also be seen, occur inadvertent pressure loss and ineffective heat transfer. In addition, plate-to-plate conduction may not occur in the assembly of this construction.

25 i fig. 12b er der vist en modstrømsribbeplade. Denne har fordelen ved større ribbeflader, men ikke virkningen med hensyn til termisk ledning fra plade til plade. Afstanden imellem passagerne er endvidere sådan, at kun lavtryksforskelle kan opretholdes imellem pladerne, og som følge heraf 30. varierer varmeoverføringshastighederne fra plade til plade25 in FIG. 12b, a countercurrent rib plate is shown. This has the advantage of larger rib surfaces, but not the effect of plate-to-plate thermal conduction. Furthermore, the distance between the passageways is such that only low pressure differences can be maintained between the plates, and as a result 30. the heat transfer rates vary from plate to plate.

DK 159086BDK 159086B

18 og på langs og på tværs af en hvilken som helst given plades overfladeareal.18 and longitudinal and transverse to the surface area of any given plate.

Den foreslåede stabelkonstruktion med den varmeveksler, der er vist i fig. 12c, tilvejebringer optimal modstrømskonstruk-5 tion samtidigt med udvidet ribbeoverfladekonstruktion uden nogen korrugeringer (hvis der ønskes minimalt trykfald). Derudover er det en væsentlig fordel, at der foreligger intim termisk forbindelse i pladestabelen, hvilket sikrer termiske forbedringer under (næsten) alle omstændigheder.The proposed stack construction with the heat exchanger shown in FIG. 12c, provides optimal countercurrent construction at the same time as expanded rib surface construction without any corrugations (if minimum pressure drop is desired). In addition, it is a significant advantage that there is intimate thermal connection in the plate stack, which ensures thermal improvements in (almost) all circumstances.

1Q Ved konstruktioner med stor passagehøjde, hvor varmeoverføringskoefficienterne er små i sammenligning med forholdet imellem materialets termiske ledningsevne og den gennemsnitlige karakteristiske højde (dvs. Nsi^1,0), vil plade til plade kontakten betyde fordelen ved stor termisk ledning af metallet, ikke blot imellem to nærliggende plader, men fra 15 andre plader langt væk fra den direkte termiske forbindelse. På denne måde skyldes konstruktionens tilføjede eyne til forbedret varmeledning, den tredimensionale termiske ledning, inden for pladestabelen. Den bedre 3D-termiske ledning inden for konstruktionen reducerer også termiske 2Q spidsspændinger ved den proportionale reduktion i spidsoverfladetemperaturer inden for varmeveksleren.1Q For high passage height designs where the heat transfer coefficients are small compared to the ratio of the thermal conductivity of the material to the average characteristic height (i.e. Nsi ^ 1.0), plate to plate contact will mean the advantage of large thermal conductivity of the metal, not only between two nearby plates, but from 15 other plates far away from the direct thermal connection. In this way, the added eyeliner of the construction is due to improved heat conduction, the three-dimensional thermal conduction, within the plate stack. The better 3D thermal conduction within the construction also reduces thermal 2Q peak voltages by the proportional reduction in peak surface temperatures within the heat exchanger.

Fordelen ved plade til plade kontakt kan udtrykkes i et forøgelsesforhold: 5 = ET- Ligning 1 1The advantage of plate to plate contact can be expressed in an increase ratio: 5 = ET- Equation 1 1

25 hvor K er materialets ledningsevne, h er den gennemsnitlige varmeovergangskoefficient eller varmeovergangstal, L er feltbredden og W kanalbredden. Værdien s' er omtrent vægtykkelsen S plus halvdelen af kanalhøjde. Ud fra den nævnte formel kan det ses, at 6 -værdier større end 1,Q25 where K is the conductivity of the material, h is the average heat transfer coefficient or heat transition number, L is the field width and W the channel width. The value s' is approximately the wall thickness S plus half the channel height. From the above formula, it can be seen that 6 values greater than 1, Q

DK 159086 BDK 159086 B

19 viser en fordel ved fastgørelse af plade imod plade. I praksis kan der realiseres δ-værdier på op til 10 gange ved passende konstruktionsgeometri. Dette er især vigtigt, når varmeoverføringskoefficienten ønskes at være lav for at 5 spare trykfald og pumpeeffekt.19 shows an advantage of plate-to-plate attachment. In practice, δ values of up to 10 times can be realized by appropriate structural geometry. This is especially important when the heat transfer coefficient is desired to be low to save pressure drop and pump power.

Fig. 13 viser kravene til S1 som funktion, af varmeoverføringskoefficienten. For alle bortset fra de højeste varme-overgangs-hastighedsforhold kan der findes en praktisk tykkelse til brug i IMPS-pladestabelen.FIG. 13 shows the requirements for S1 as a function of the heat transfer coefficient. For all but the highest heat-transfer rate ratios, a practical thickness can be found for use in the IMPS plate stack.

Den totale varmeoverføringshastighed q/A for pladestabelvarmeveksleren på basis af en overfladearealenhed imellem plader kan udtrykkes som (tilnærmelsesvis):The total heat transfer rate q / A of the plate stack heat exchanger based on a surface area unit between plates can be expressed as (approximately):

Ligning 2Equation 2

Hu ΔΤ q/A = —-—-- <r ><££> +1rf > + ί 13 + 1/4 (hh + hc>> c h h+w h med mere detaljerede analyser udført ved hjælp af computer-15 løsning. Til en speciel pumpeeffekt, idet varmeovergangsko- efficienterne på den kolde side og den varme side (H^ og H ) specificeret kan vægvarmestrømmen optimaliseres vedHu ΔΤ q / A = —-—-- <r> <££> + 1rf> + ί 13 + 1/4 (hh + hc >> ch h + wh with more detailed analyzes performed using computer-15 solution For a special pumping effect, specifying the heat transfer coefficients on the cold side and the hot side (H ^ and H), the wall heat flow can be optimized by

CC

hjælp af den valgte geometri og det valgte materiale.using the selected geometry and material.

Forholdet imellem varmen, der overføres til en pladestabel-2a varmeveksler og en reference plan vægkonstruktion (ligning 2, rør i en kappe) er :The ratio of heat transferred to a plate stack-2a heat exchanger and a reference planar wall structure (equation 2, tube in a jacket) is:

Ligning 3 (^/^o . L+W , Hh .L+W. ~ Hh (S + 1/4 ^h^c^Equation 3 (^ / ^ o. L + W, Hh. L + W. ~ Hh (S + 1/4 ^ h ^ c ^

( h+W V H lh+W; K(h + W V H lh + W; K

h c ch c c

DK 159086 BDK 159086 B

2020

For omtrent samme værdier af kold (c) og varm (h) varmeover-føringskoefficienter og en høj ledningsevne (K) i væggen reduceres dette forhold (φ) til:For approximately the same values of cold (c) and hot (h) heat transfer coefficients and a high conductivity (K) in the wall, this ratio (φ) is reduced to:

Ligning 4 φ = , 1+L/W . . ,1+L/W. ' Hh^Hc 1,0Equation 4 φ =, 1 + L / W. . , 1 + L / W. Hh ^ Hc 1.0

* 1+h/W J + ll+h/W;h K = M* 1 + h / W J + ll + h / W; h K = M

c 5 Med ens kolde og varme sidegeometrier og smalle felter imellem kanalerne, set i forhold til kanalernes bredder, bliver derefter:c 5 With even cold and hot side geometries and narrow fields between the channels, in relation to the widths of the channels, then:

Ligning.5 ^MAX = + §* (maksimal φ-værdi)Equation.5 ^ MAX = + § * (maximum φ value)

En følge heraf er, at grænsen for det teoretiske varmevek-1Q slerforøgelsesforhold bindes således, som det vil blive vist nedenfor.A consequence of this is that the limit of the theoretical heat-growth-1Q slip increase ratio is bound as will be shown below.

For forskellige variationer af kolde og varme overgangskoefficienter og materialer og realistiske geometrier kan der enten drages brug af ligning 3 eller nøjagtige computerløs-15 ninger.For various variations of cold and hot transition coefficients and materials and realistic geometries, either Equation 3 or exact computer solutions can be used.

Det maksimale teoretiske, termiske forøgelsesforhold, som kan tilvejebringes ved hjælp af pladestabelen, kan ses i fig. 14. Værdien ψ repræsenterer den forøgelse, der kan opnås ved hjælp af et kraftigt ledende materiale (kobber 20- eller sølv) som et eksempel. En værdi på φ = 1,0 udgør en normal (f.eks. rør i kappe) basislinie-varmevekslerkonstruktion. Yderligere grænseværdier er vist for den teo-The maximum theoretical thermal increase ratio which can be provided by the plate stack can be seen in FIG. 14. The value ψ represents the increase that can be obtained by means of a strong conductive material (copper 20 or silver) as an example. A value of φ = 1.0 represents a normal (eg sheathed tube) baseline heat exchanger construction. Additional limit values are shown for the theo-

DK 159086BDK 159086B

21 retiske bedste linie og en (typisk) fremstillingsgrænselinie. Det ses, at typiske værdier på 3-4 gange varmeover-gangskoefficienter for rør i kappe vil optræde med en typisk konstruktion med samme varmeovergangskoefficient21 best line and a (typical) production line. It is seen that typical values of 3-4 times the heat transfer coefficients for casing pipes will occur with a typical construction with the same heat transfer coefficient

(samme pumpeeffekt). Værdier for φ ved 10 gange eller S(same pumping effect). Values for φ at 10 times or S

større basislinie-varmevekslerværdierne kan forventes under visste planlagte omstændigheder med ens effekttab.greater baseline heat exchanger values can be expected under certain planned circumstances with similar power loss.

Fig. 15 viser for et specielt konstruktionseksempel ved en rekuperatorgeometri en pladestabel-computerkonstruktions-analyse med en nominel φ-værdi på 1,4, dvs. 40% bedre end rør i kappe. Som vist kan pladestabelkonstruktionen alternativt reducere den krævede varmeoverføringskoefficient på den kolde side til 50% af rør i kappeværdien (25% af den oprindelige pumpeeffekt).FIG. 15 shows for a particular construction example by a recuperator geometry a plate stack computer design analysis with a nominal φ value of 1.4, i.e. 40% better than sheath pipes. As shown, the plate stack construction can alternatively reduce the required heat transfer coefficient on the cold side to 50% of tubes in the sheath value (25% of the original pump power).

1515

For materialer med en lavere termisk ledningsevne vil der ske en forringelse af effekten, således som vist i fig. 16. For ψ-værdier (reduktionsfaktor) liggende i intervallet fra 0 4 ψ i 0,1, er der vist en minimal forringelse, dette indebarer di-20 mensioner ingen af pladestabel varmeveksleren, således at det valgte materiale og tykkelsesvardierne er tilfredsstillende sammenlignet med den laveste varmeoverføringskoefficient i stabelen (den kolde eller den varme side).For materials with a lower thermal conductivity, the effect will decrease, as shown in FIG. 16. For ψ values (reduction factor) lying in the range of 0 4 ψ in 0.1, a minimal deterioration is shown, this implies that no dimensions of the plate stack heat exchanger, so that the selected material and thickness values are satisfactory compared with the lowest heat transfer coefficient in the stack (the cold or hot side).

25 For f.eks. ens pladegeometrisituationer på den kolde og den varme side kan brugen af flere udledte parametre være af betydning.( Disse kan også udledes i situationer med uens geometri). Disse er følgende: 30For example. the same plate geometry situations on the cold and hot side, the use of several derived parameters can be important (these can also be deduced in situations with different geometries). These are the following: 30

Overfladeareal pr. volumenenhed β = - (i + Ligning 6 35Surface area per unit of volume β = - (i + Equation 6 35

Claims (11)

1. Varmeveksler omfattende mindst én panelstabel med et antal oven på hinanden placerede paneler (10), som er således tildannet, at de imellem sig danner lag. eller sæt med kanaler til mindst ét varmevekslerfluidum, og hvor kanalerne i forskellige lag, fortrinsvis i hvert andet lag, står i forbindelse med hinanden, kendetegnet ved, at i det mindste de fleste af panelerne (10) består af en plan plade (26), som udgør panelets bund eller top, og som på dens ene plane side er udformet med ud i ét tildannede udragende ribber (22) eller finner, som over i det mindste en del af panelet mellem sig danner i det væsentlige parallelle kanaler (20), som i det mindste ved én ende er forbundet med hinanden ved hjælp af endeforgreningsorganer (16) med indløb eller udløb (14) i panelets sider (17), og hvor ribberne (22), sidevæggene (17) og forgrenings-organernes endevægge (18) har i det væsentlige samme højde.A heat exchanger comprising at least one panel stack having a plurality of superimposed panels (10) formed so as to form layers between themselves. or sets of channels for at least one heat exchanger fluid, wherein the channels in different layers, preferably in each other layer, are interconnected, characterized in that at least most of the panels (10) consist of a flat plate (26) forming the bottom or top of the panel and formed on its one planar side with one projecting protruding ribs (22) or fins forming at least a portion of the panel between them substantially parallel channels (20) , which are at least at one end connected to each other by end orifice means (16) with inlet or outlet (14) at the sides (17) of the panel, and wherein the ribs (22), the side walls (17) and the end walls of the orifices ( 18) has essentially the same height. 23 DK 159086 B23 DK 159086 B 2. Varmeveksler ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kanalernes (20) bort fra endeforgreningsorganerne (16) vendende ender slutter med endeåbninger (24) i panelets (10) og 5 pladens (26) endeplan og tjener som udløbsåbninger.Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the ends of the ducts (20) away from the end branch means (16) end with end openings (24) in the end plane of the panel (10) and plate (26) and serve as outlet openings. 3. Varmeveksler ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at endeforgreningsorganernes (16) tværsnit varierer fra udløbsåbningen (14) mod lsngdemidten eller mod den anden ende. 10 (Fig. 3a, b).Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the cross-section of the end branch members (16) varies from the outlet opening (14) towards the locking center or towards the other end. 10 (Figs. 3a, b). 4. Varmeveksler ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at endeforgreningsorganerne (16) har bare en indløbsåbning. Fig. 3b, 6c). 15Heat exchanger according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the end branch means (16) have only one inlet opening. FIG. 3b, 6c). 15 5. Varmeveksler ifølge et eller flere af kravene 1-4, kendetegnet ved, at panelet (62, 63) ved forgreningsorga-nernes ende (16) har en ydre lukket hjælpeforgrening (64) og ved kanalåbningsenden en ydre, åben hjælpeforgrening (66),som 2q står i forbindelse med alle kanalåbningerne (24), at ydre åbne sideforgreninger (68) er indrettet på den udvendige side af panelpladens sider (62a, 63a) ved enderne af og. i forbindelse med de indre endeforgreningsorganer (16), og at ydre lukkede sideforgreninger (70) er indrettet på tilsvarende steder ved 25 de modsatte ender af sidevæggene (62, 63a). (Fig. 6 og 8).Heat exchanger according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the panel (62, 63) at the end (16) of the branching means has an outer closed auxiliary branch (64) and at the channel opening end an outer open auxiliary branch (66). , which 2q communicates with all the channel openings (24), that external open side branches (68) are arranged on the outside of the sides of the panel plate (62a, 63a) at the ends of and. in connection with the inner end branch members (16), and that outer closed side branches (70) are arranged at corresponding locations at the opposite ends of the side walls (62, 63a). (Figs. 6 and 8). 5 Disse parametre er vigtige for konstruktionen af varmveksler-hastigheden, pumpeeffekten henholdsvis vægten (omkostninger) for at hjælpe til under konstruktionsspecificeringen. Opfindelsen er falevet beskrevet under henvisning til foretrukne udførelsesformer. Der kan foretages mange ændringer, uden at 10 man herved afviger fra opfindelsens ide. Patentkrav.These parameters are important for the design of the heat exchanger speed, the pump power and the weight (cost), respectively, to assist in the design specification. The invention is described in detail with reference to preferred embodiments. Many changes can be made without departing from the idea of the invention. Claims. 6. Varmeveksler ifølge et eller flere af kravene 1-4, kendetegnet ved, at panelets (67) endepartier ved begge ender af ribber (79) henholdsvis kanaler (77) har indre ende- 3Q forgreningsorganer (83) med indløb (71) og udløb (73) inden for panelets ved enderne udvidede bundplade, og hvor hvert endeparti er udført med en fortykket sektion, som indeholder en ydre, "lukket" forgreningsorganåbning (85, 87), som er isoleret fra endeforgreningsorganerne, idet endepartisektio-35 nens tykkelse er omtrent lig »ed ribbernes (79) højde. (Fig. 6c). ί DK 159086 ΒHeat exchanger according to one or more of claims 1-4, characterized in that the end portions of the panel (67) at both ends of ribs (79) and ducts (77), respectively, have inner end 3Q branching means (83) with inlets (71) and outlet (73) within the bottom plate of the panel extended at the ends, each end portion being provided with a thickened section containing an outer "closed" branch member opening (85, 87) isolated from the end branch members, the thickness of the end portion section is approximately equal to the height of the ribs (79). (Fig. 6c). ί DK 159086 Β 7. Varmeveksler ifølge krav 6, kendetegnet ved, at ribberne (79) henholdsvis kanalerne (77) er forlænget (ved 75) frem til indløbet/udløbet (71, 73), som derved virker som in-5 dre endeforgreningsorganer (som 16). (Fig. 6d)..Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the ribs (79) and the ducts (77) are respectively extended (at 75) to the inlet / outlet (71, 73), which thereby act as inner end branching means (as 16). . (Fig. 6d). 8. Varmeveksler ifølge et eller flere af kravene 1-4, kendetegnet ved, at panelet er i det væsentlige cirkelformet eller mangekantformet og eventuelt består af et antal panelsegmenter, og at panelet har en central åbning (80), der virker som forgreningsorganernes ydre udløb/indløb, og hvor ribber (90) og kanaler (8) forløber i det væsentlige radialt imellem forgreningsorganerne og vinkelret på panelbundpladen eller panel toppladen (74, 76). 15Heat exchanger according to one or more of claims 1-4, characterized in that the panel is substantially circular or polygonal and possibly consists of a plurality of panel segments and the panel has a central opening (80) which acts as the outer outlet of the branching means. / inlets, and wherein ribs (90) and channels (8) extend substantially radially between the branching means and perpendicular to the panel bottom plate or panel top plate (74, 76). 15 9. Varmeveksler ifølge krav 8, kendetegnet ved, at panelpladen (74) med de ud i ét tildannede ribber (90) er delt op i segmenter, hvis indre endeforgreningsorganer (86, 98. er anbragt skiftevis ved den radialt indad og den radialt 20 udadrettede ende.Heat exchanger according to claim 8, characterized in that the panel plate (74) with the ribs (90) formed in one formed into segments whose inner end branching means (86, 98) are arranged alternately at the radially inward and radially 20 outward end. 10. Varmeveksler ifølge krav 9, kendetegnet ved, at i nogle af segmenterne har de indre forgreningsorganer (86, 98. en endevæg (indre henholdsvis ydre periferivæg 92, 104). 25Heat exchanger according to claim 9, characterized in that in some of the segments the inner branching means (86, 98. have an end wall (inner and outer peripheral walls 92, 104), respectively). 11. Varmeveksler ifølge krav 9 eller 10, kendetegnet ved, at der imellem segmenterne er anbragt radiale, ydre forgreningsorganer, og at der imellem de indre og ydre forgreningsorganer er anbragt ydre forgreningssektioner (94, 30 84). (Fig'. 9, 10). 35Heat exchanger according to claim 9 or 10, characterized in that radial outer branch members are arranged between the segments and outer and outer branch sections (94, 30 84) are arranged between the inner and outer branch members. (Figs. 9, 10). 35