FI84659C - Vaermevaexlare. - Google Patents

Description

1 84659 Lämmönsiirrin

Keksintö koskee lämmönsiirrintä, joka käsittää useita toisiinsa tiiviisti liitettyjä oleellisesti pyörei-5 tä, virtausrei'illä varustettuja levykomponentteja, jotka muodostavat ainakin yhden lämxnönsiirtoyksikön; levykom-ponenttien väliset välitilat lämmönsiirtimen ensiö- ja toisiovirtauksia varten; sisään- ja ulostulot ensiö- ja toisiovirtauksille; lämmönsiirtimen päissä olevat pääty-10 levyt, joiden kautta ainakin osa mainituista sisääntuloista on järjestetty.

Lämmönsiirtimellä siirretään energiaa väliaineesta toiseen. Yleisin lämmönsiirrin on ns. rekuperaattori, jossa lämmönsiirtopintojen läpi siirretään lämpöä väliainees-15 ta toiseen (neste/neste, neste/kaasu, kaasu/kaasu). Keksintö kohdistuu juuri tämän tyyppiseen lämmönsiirtimeen. Tässä lämmönsiirtimessä ensiöpuolen ja toisiopuolen olosuhteet (paine, lämpötila jne.) voivat olla toisistaan riippumattomia edellyttäen, että lämpöpinnat kestävät ko. 20 olosuhteet.

Rekuperaattorit jaetaan kahteen yleisesti tunnettuun perustyyppiin, nimittäin putkisiirtimiin ja levyläm-mönsiirtimiin.

Putkisiirtimessä lämmönsiirtopintoina käytetään 25 putkia, joissa toinen virtausaine on putkien sisäpuolella ja toinen virtausaine kulkee putkien ulkopuolella, putkia ympäröivän vaipan sisäpuolella. Putkisiirtimen etuina ovat yksinkertainen rakenne, hyvä paineen ja lämpötilan kestävyys sekä mahdollisuus käyttää valmistuksessa standardi-30 osia. Haittapuolina ovat vastaavasti putken huonot lämmön siirto-ominaisuudet, jolloin riittävän lämpötehon aikaansaamiseksi tarvitaan paljon putkia, jolloin laitteesta tulee kallis ja suurikokoinen. Lisäksi standardiputket ovat paksuseinäisiä, jolloin laitteesta tulee painava.

35 Levylämmönsiirtimessä lämmönsiirtopintoina ei käy- 2 84659 tetä putkia vaan ohutseinäisiä (0,4-1,0 mm) aallotettuja levyjä, jotka ovat yleensä suorakulmaisia. Levyt on yhdistetty tiiviisti toisiinsa kumitiivisteiden välityksellä ja niiden ylä- ja alapäässä on yhdereiät sekä ensiö- että 5 toisiovirtaukselle. Ensiö- ja toisiovirtaukset pääsevät virtaamaan levyjen välissä kumitiivisteiden ohjaamina toisiinsa sekoittumatta. Levyt on puristettu kahden pääty-levyn väliin erillisillä kiristyslaitteilla. Päätylevyjen paksuus on yleisesti 20-40 mm.

10 Levylämmönsiirtimen etuna on ensinnäkin yleensä vähintään kaksinkertaiset lämmönsiirto-ominaisuudet put-kisiirtimeen verrattuna. Hyvät lämmönsiirto-ominaisuudet on aikaansaatu sillä, että kapeassa raossa on huomattavasti enemmän lämmönsiirtopintaa kuin vastaavan poikkipinnan 15 omaavassa putkessa. Lisäksi levyn aallotus tai poimutus saa aikaan pyörteilevän virtauksen, jolloin lämmönsiirto on tehokkaampaa verrattuna putkisiirtimen tasaiseen virtaukseen. Lisäksi levylämmönsiirrin on putkisiirtimeen verrattuna kevyt ja pienikokoinen.

20 Vastaavasti levylämmönsiirtimellä on myös seuraavia huonoja ominaisuuksia. Koska levyjen ylä- ja alapäässä on yhteensä ainakin neljä yhdereikää, menetetään runsaasti hyvää ja kallista lämmönsiirtopintaa. Keskimäärin yhde-reikien ottama pinta-ala on 20-30 % koko levyn pinnasta. 25 Kumitiivisteiden johdosta levylämmönsiirtimen käyttöikä on lyhyt, koska kumi vanhenee nopeasti ulkoilman vaikutuksesta ja menettää samalla kimmoisuutensa, jolloin lämmön-siirrin menettää paineenkestävyytensä eli alkaa vuotaa. Lisäksi suorat päätylevyt ovat erittäin paksuja, jolloin 30 laitteesta tulee raskas etenkin jos käyttöpaine on korkea tai levyn koko on suuri.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada kokonaan uusi lämmönsiirrin, jossa ei ole putkisiirtimen eikä levylämmönsiirtimen huonoja ominaisuuksia. Tä-35 hän tavoitteeseen päästään keksinnön mukaisella lämmön- 3 84659 siirtimellä, jolle on tunnusomaista, että kukin levykom-ponentti on aallotettu ja niissä kussakin on ainoastaan kaksi virtausreikää, jotka toimivat ensiövirtauksen yhde-reikinä ja muodostavat yksikköön pelkästään kaksi yksikön 5 pituussuuntaista ensiövirtauksen virtauskanavaa, joiden sisään- ja ulostulo on järjestetty päätylevyjen kautta; yksikön levykomponenttien joka toinen välitila on suljettu, jolloin nämä välitilat muodostavat ensiövirtauksen poikittaiset virtauskanavat; että edellä mainittujen vä-10 litilojen viereiset välitilat ovat avoimia ensiövirtauksen pituussuuntaiset kanavat osaksi muodostavien yhdeosien ulkopuolella; ja yksikkö on ympäröity oleellisesti lieriömäisellä vaipalla, jossa on toisiovirtauksen sisääntulo ja ulostulo, jolloin mainitut avoimet välitilat ja yksikön ja 15 vaipan välinen tila muodostavat virtaustilan toisiovir-taukselle.

Keksinnön mukainen ratkaisu perustuu ajatukseen korvata putkisiirtimen putkistot yksinkertaistetulla ja uudella tavalla muotoillulla levylämmönsiirtimellä, jol-20 loin on saatu yhdistetyksi levylämmönsiirtimen hyvät lämpötekniset ominaisuudet ja putkisiirtimen yksinkertaisuus. Lämmönsiirtoyksikön levykomponenttien yhdereiät vähenevät puoleen, sillä niitä tarvitaan ainoastaan kaksi kussakin komponentissa; näin lämmönsiirtopinta-ala kasvaa myös le-25 vylämmönsiirtimeen verrattuna. Myös päätylevyjen ohentaminen on mahdollista, sillä voidaan käyttää putkisiirtimen päätelevyjä.

Lämmönsiirron tehostamiseksi edelleen, on mahdollista, että vaipan ja lämmönsiirtoyksikön väliseen oleel-30 lisesti rengasmaiseen tilaan on sovitettu oleellisesti lämmönsiirtimen pituussuuntaisia virtauksenohjauslevyjä toisiovirtauksen ohjaamiseksi.

Edullisimmin levykomponentit on liitetty toisiinsa hitsaamalla, jolloin hitsisaumat muodostavat tarvittavan 35 tiivistyksen ja rajaavat levykomponenttien kanssa ensiö- 4 84659 virtauksen virtauskanavat. Näin lämmönsiirtimestä saadaan sekä paineen että lämpötilankeston suhteen erittäin pitkäikäinen ja toimintavarma rakenne.

Seuraavassa keksintöä selitetään lähemmin eräiden 5 edullisten esimerkkitoteutusten avulla viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista lämmönsiirrintä kaaviomaisesti pitkittäisenä poikkileikkauksena, kuvio 2 kuvion 1 mukaista laitetta leikattuna ja 10 päädyn suunnasta nähtynä, kuviot 3a-3d kuvioiden 1 ja 2 mukaisen lämmönsiir-timen levykomponenttien liittämistapoja, ja kuvio 4 erästä keksinnön mukaista levylämmönsiir-timen toista toteutusta.

15 Kuvioissa 1-3 kuvattu lämmönsiirrin käsittää toi siinsa tiiviisti liitetyistä levykomponenteista la muodostetun lämmönsiirtoyksikön 1, tätä ympäröivän vaipan 2 ja vaipan 2 päädyt sulkevat päätylevyt 3.

Levykomponentit la, jotka ovat edullisimmin vals-20 sattua 0,3-0,7 mm:n vahvuista ohutlevyä, toimivat lämmön-siirtimen lämmönsiirtopintoina ja ne ovat muodoltaan aal-lotettuja tai poimutettuja ja oleellisesti pyöreitä. Kussakin levykomponentissa la on kaksi yhdereikää 4 ja 5 en-siövirtausta varten. Yhdereiät 4 ja 5 muodostavat kaksi 25 lämmönsiirtimen ja vastaavasti lämmönsiirtoyksikön 1 pituussuuntaista virtauskanavaa 6 ja 7 ensiövirtaukselle. Ensimmäinen kanava 6 toimii tällöin sisäänvirtauskanavana ja toinen kanava 7 ulosvirtauskanavana. Ensiövirtaukselle on järjestetty sisääntulo 8 ja ulostulo 9 toiseen pääty-30 levyyn 3. Lämmönsiirtoyksikön 1 joka toiseen levyväliin on muodostettu lämmönsiirtimen suhteen poikittaiset ensiö-virtauksen virtauskanavat 10, jotka ovat yhteydessä ainoastaan pituussuuntaisiin virtauskanaviin 6 ja 7. Edellä mainittujen levyvälien viereiset avoimet levyvälit muodos-35 tavat puolestaan poikittaiset virtauskanavat 11 toisiovir- 5 84659 taukselle, jolle on järjestetty sisääntulo 12 ja ulostulo 13 vaippaan 2.

Vaipan 2 poikkileikkaus (kuvio 2) vastaa levykom-ponenttien la muotoa, ts. vaipan muoto on oleellisesti 5 lieriömäinen. Vaipan 2 ja lämmönsiirtoyksikön välissä on rengasmainen tila 14, johon on edullisesti sovitettu pääasiassa lämmönsiirtimen pituussuuntaisia virtauksenohjaus-levyjä 15 toisiovirtauksen ohjaamiseksi. Toisiovirtaus ohjataan siis virtauksenohjauslevyjen 15 avulla poikittai-10 sesti lämmönsiirtoyksikön 1 läpi.

Levykomponentit la on liitetty toisiinsa edullisimmin hitsaamalla (ks. kuviot 3a ja 3b). Liittäminen on tehty avoimeksi jätettävien levyvälien, ts. toisiovirtauksen virtauskanavien 11 kohdalla yhdereikien 4 ja 5 ympäriltä. 15 Näitä hitsisaumoja on merkitty viitenumeroilla 16 ja 17. Ne levykomponentit la, joiden välissä taas ensiövirtauksen poikittaiset virtauskanavat 10 sijaitsevat, on puolestaan hitsattu toisiinsa hitsisaumalla 18, joka sijaitsee lähellä levykomponenttien la reunoja. Hitsisaumat 16-18 on teh-20 ty tällöin sellaisiksi, että ne muodostavat myös tarvittavan tiivistyksen. Hitsisaumat 16-18 rajaavat samalla myös levykomponenttien la kanssa ensiövirtauksen virtauskanavat 6, 7 ja 10.

Hitsisaumat 16-18 voidaan korvata myös kumitiivis-25 teillä, jolloin on edullisinta käyttää kuvioiden 3c ja 3d mukaisia kaksoistiivisteitä 19-21, joilla taataan, etteivät ensiö- ja toisiovirtaukset pääse missään tilanteessa sekoittumaan keskenään. Mikäli vuotovirtausta tapahtuu, se kulkeutuu kaksoistiivisteiden 19-21 välissä, levykomponen-30 teissä la olevien reikien 22 ja 23 kautta seuraavaan levy-väliin ja edelleen päätylevyssä olevan reiän (ei esitetty) kautta ulos lämmönsiirtimestä.

Kuvioissa 4 on esitetty keksinnön mukaisen lämmönsiirtimen toteutusmuoto, jossa yhteisen vaipan 2' sisälle 35 on sovitettu kaksi toisiinsa liitettyä lämmönsiirtoyksik- 6 84659 köä 1' ja 1", joiden kuminankin sisällä kulkee itsenäiset, toisistaan eristetyt virtaukset. Vaipan 2' sisällä ja läm-mönsiirtoyksiköiden 1' ja 1” läpi kulkeva lämmitys voi esimerkiksi lämmittää edellä mainittua kahta lämmönsiirto-5 yksiköissä virtaavaa virtausta. Vaipan 2' sisällä kulkevaa virtausta voidaan ohjata välilevyillä 15'.

Keksintöä on edellä selostettu vain muutaman edullisen esimerkkirakenteen valossa. Yksityiskohdiltaan keksinnön mukainen lämmönsiirrin voi kuitenkin vaihdella 10 oheisten patenttivaatimusten rajoissa. Esimerkiksi materiaalien suhteen voidaan todeta, että levykomponentit ja vaippa voidaan tehdä kummatkin samasta tai eri materiaalista. Esimerkiksi vaippa voidaan tehdä muovista ja levy-komponentit metallista tai esim. vaippa ja levykomponentit 15 kumpikin muovista. Näillä ratkaisuilla voidaan oleellisesti säätää kokonaispainoa.

Claims (5)

7 84659

1. Lämmönsiirrin, joka käsittää - useita toisiinsa tiiviisti liitettyjä oleellises-5 ti pyöreitä, virtausrei'illä (4, 5) varustettuja levykom- ponentteja (la), jotka muodostavat ainakin yhden lämmön-siirtoyksikön (1; 1'; 1"), - levykomponenttien (la) väliset välitilat (10, 11) lämmönsiirtimen ensiö- ja toisiovirtauksia varten, 10. sisään- ja ulostulot (8, 9, 12, 13) ensiö- ja toisiovirtauksille, - lämmönsiirtimen päissä olevat päätylevyt (3), joiden kautta ainakin osa mainituista sisääntuloista (8, 9, 12, 13) on järjestetty, 15 tunnettu siitä, että - kukin levykomponentti (la) on aallotettu ja niissä kussakin on ainoastaan kaksi virtausreikää (4, 5), jotka toimivat ensiövirtauksen yhdereikinä ja muodostavat yksikköön (1; 1'; 1") pelkästään kaksi yksikön pituussuun- 20 täistä ensiövirtauksen virtauskanavaa (6, 7), joiden sisään- ja ulostulo on järjestetty päätylevyjen (3) kautta, - yksikön (1; 1'; 1") levykomponenttien (la) joka toinen välitila (10) on suljettu, jolloin nämä välitilat (10) muodostavat ensiövirtauksen poikittaiset virtauskana- 25 vat (10), - että edellä mainittujen välitilojen (10) viereiset välitilat (11) ovat avoimia ensiövirtauksen pituussuuntaiset kanavat osaksi muodostavien yhdeosien (16-18, 19-21) ulkopuolella, ja 30. yksikkö (1; 1'; 1") on ympäröity oleellisesti lieriömäisellä vaipalla (2; 2'), jossa on toisiovirtauksen sisääntulo (12) ja ulostulo (13), jolloin mainitut avoimet välitilat (11) ja yksikön ja vaipan välinen tila muodostavat virtaustilan toisiovirtaukselle. 35 β 84659

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että vaipan (2) ja lämmönsiirto-yksikön (1) väliseen oleellisesti rengasmaiseen tilaan (14) on sovitettu oleellisesti lämmönsiirtimen pituussuun- 5 täisiä virtauksenohjauslevyjä (15) toisiovirtauksen ohjaa miseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että levykomponentit (la) on liitetty toisiinsa hitsaamalla, jolloin hitsisaumat (16- 10 18) muodostavat tarvittavan tiivistyksen ja rajaavat levy- komponenttien (la) kanssa ensiövirtauksen virtauskanavat (6, 7, 10).

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että levykomponentit (la) on 15 liitetty toisiinsa kumitiivisteiden (19-21) välityksellä, jotka yhdessä levykomponenttien (la) kanssa rajaavat ensiövirtauksen virtauskanavat (6, 7, 10).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että kumitiivisteet (19-21) ovat 20 kaksoistiivisteitä, jolloin levykomponentteihin (la) tii-vistepuoliskojen väliin on tehty lämmönsiirtimestä ulos johtavat kanavan muodostavat reiät (22, 23) mahdollisen vuotovirtauksen johtamiseksi ulos lämmönsiirtimestä. 9 84659