FI93773C - Lämmönvaihtoelementti - Google Patents

Description

93773

LÄMMÖNVAIHTOELEMENTTI - VÄRMEVÄXLARELEMENT

Keksinnön kohteena on kaIvolämmönvaihtimeen tarkoitettu lämmönvaihtoelementti ja tämän elementin pohjalta rakennettu kaIvolämmönvaihdin.

Tässä kuvauksessa esitetty kalvolämmönvaihdin soveltuu 5 käytettäväksi erityisesti sellaisissa lämmönvaihtotilanteissa, joissa lämpöpinnan ensimmäisellä puolella tapahtuu höyirymäisen komponentin tiivistyminen nesteeksi ja lämpö-pinnan toisella puolella tapahtuu nestemäisen komponentin haihtuminen höyryksi. Tällaisia lämmönvaihtimia voidaan 10 käyttää esimerkiksi termokompressorihaihduttimissa ja tavanomaisessa haihduttamossa, jossa käytetään tuorehöyryä energialähteenä.

Erityisen hyvin mainitut kalvolämmönvaihteet soveltuvat käytettäväksi termokompressoriperiaatteella toimivassa 15 kalvohaihduttimessa tai -tislaimessa. Tämä on laite, jonka lämmönvaihdinosa muodostuu toisiaan vasten asetetuista, litteistä pussimaisista elementeistä, jotka ovat ohutta kalvomateriaalia, kuten muovikalvoa. Lämmönsiirto tapahtuu elementtien sisällä lauhtuvasta höyrystä kalvon läpi ele-20 menttien ulkopintoja pitkin valuvaan höyrystyvään nesteeseen. Elementtien sisään johdettava höyry, joka lauhtues-saan luovuttaa lämpöä, on elementtien ulkopuolella syntynyttä höyryä, jonka paine ja lämpötila on kompressorin avulla nostettu ennen sen syöttöä elementtien sisään.

25 Kalvotislainten käyttötarkoituksena voi olla halutunlaatui-sen tisleen aikaansaaminen, kuten makean veden valmistus suolavedestä tai teollisuuden prosessivesien puhdistus ennen niiden johtamista takaisin prosessiin tai viemäriin. Toinen käyttötarkoitus voi olla ylimääräisen liuottimen 30 haihduttaminen erilaisista laimeista liuoksista tai suspensioista halutunpitoisen konsentraatin aikaansaamiseksi.

FI-kuulutusjulkaisuissa 79948 ja 86961 kuvataan kalvotis- 2 93773 laimeen soveltuva lämmönvaihdin, jossa lämpöpinnat ovat ohutta muovikalvoa. Muovikalvot on muodostettu pystysuuntaisiksi pussirakenteiksi, jotka on sovitettu vierekkäin. Haihdutettava neste johdetaan ylhäältä päin valumaan alas 5 pussien ulkopintoja myöten, jolloin osa haihtuu. Haihtuneen höyryn paine ja sen myötä tiivistymislämpötila nostetaan kompressorin avulla, jonka jälkeen se johdetaan pussiraken-teiden sisään. Siellä tapahtuu höyryn tiivistyminen ja saatu tisle tai lauhde johdetaan pois pussin pohjalta.

10 Pussirakenteeseen on aikaasaatu solia hitsaamalla kalvot yhteen pistehitseillä tai hitsaamalla kalvot kiinni toisiinsa katkonaisilla siksak-saumoilla. Kuulutus julkaisun 86961 mukaisessa ratkaisussa on pussirakenteiden yläpäässä kennorakenteinen päätylista, josta haihdutettavan nesteen 15 syöttö pussirakenteen ulkopinnalle tapahtuu. Päätylista sisältää myös kanavia, joiden lävitse syötetään pussirakenteen sisään menevää höyryä.

Edellä esitettyyn lämmönvaihtimeen liittyy kuitenkin eräitä riskikohtia. Muovikalvot saattavat puhjeta hitsauspis-20 teiden tai saumojen kohdalla, koska muovimateriaali on niissä hitsauksen takia muuttanut koostumustaan. Ajon aikana pussit lepattavat höyryn muodostuksen johdosta ja kahden vierekkäisen pussin kalvot tarttuvat usein kiinni toisiinsa huomattavalla pinta-alalla. Kun pussit irtoavat 25 toisistaan tapahtuu taas helposti kiinnittyminen toisessa kohdassa. Tällainen jatkuva lepattaminen ja kiinnittyminen saattaa johtaa muovikalvon rikkoutumiseen ja ennen kaikkea laitteen tehon laskuun, koska kiinnittymisen seurauksena aina huomattava osa lämpöpinnasta on poissa käytöstä.

30 Lisäksi höyrystettävän nesteen jako pussin ulkopinnalle on epätasainen, koska ylhäältä valuvat nestevirrat yhtyvät helposti, jolloin osa pinnasta jää kuivaksi ja yhdistetyt nestevirrat taas ovat liian voimakkaita maksimaalisen haihdutuksen aikaansaamiseksi. Tämä epätasainen nesteenjako 35 aiheuttaa tehonlaskun.

Edellä mainituista syistä lämmönsiirto on lämpöpintojen 3 93773 pinta-alaan nähden melko heikko, koska arviolta 40 - 50 % lämpöpinnasta on jatkuvasti käyttämättömänä. Tietyn lämmön-siirtotehon varmistamiseksi on siten pakko rakentaa ylisuuri lämpöpinta, ja tämä johtaa taas hyvin suuriin ja kallii-5 siin laitteistoihin.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetyt ongelmat ja aikaansaada parannettu lämmönvaihtoelementti, jolla ei ole näitä epäkohtia.

Keksinnön kohteena on siten lämmönvaihtoelementti, joka 10 käsittää ohuesta, myötenantavasta materiaalista kuten muovikalvosta muodostetun pussin. Pussin alaosa päätyy lauhteen keräilyt!laan, joka on varustettu lauhteen poisto-putkella. Pussin yläosassa on välineet höyryn syöttämiseksi pussin sisäpuolelle sekä haihdutettavan nesteen 15 levittämiseksi pussin ulkopinnalle. Keksinnön mukaan pussin sisälle on sovitettu pystysuuntaan aaltolevy, joka on rei'itetty ja jonka leveys on valittu sellaiseksi, että pussi sopivasti kiristyy aaltolevyn ympärille, ja jonka pituus vastaa huomattavaa osaa pussin pituudesta. Lisäksi 20 on pussin ulkopintaa vasten sovitettu vaakasuuntaan asetettu rei'itetty aaltolevy, jonka pituus olennaisesti vastaa pussin leveyttä.

Keksinnön kohteena on myös edellä mainittujen lämmönvaih-toelementtien pohjalta rakennettu kalvolämmönvaihdin, jossa 25 lämmönvaihtoelementit on sovitettu vierekkäin siten, että ensimmäisen elementin pussimainen osa kohtaa seuraavan elementin vaakasuuntaan asetetun rei'itetyn aaltolevyn.

Näin ollen muodostuu rakenne, jossa jokaisen pussimaisen osan välissä sijaitsee vaakasuuntaan asetettu rei'itetty 30 aaltolevy.

Keksinnön avulla saadaan hyvin stabiili ja kestävä lämmön-vaihdin, jossa pussit eivät pääse liikkumaan. Tämä seikka samoin kuin luopuminen kalvon hitsauksesta ovat syitä siihen, että muovikalvon vaurioitumisriski on vähentynyt 4 93773 merkittävästi. Pussit eivät pääse kiinnittymään toisiinsa ja höyrystettävän nesteen jako pussin pinnan päälle on saatu hyvin tasaiseksi. Näistä syistä pystytään huomattavasti tehostamaan olemassa olevan lämpöpinnan hyväksikäyt-5 töä, eli saavutetaan tietty lämmönsiirtoteho selvästi pienemmällä lämpöpinnalla kuin ennestään tunnetuissa kalvo-lämmönvaihtimissa. Tämän seikan ja lämmönvaihtoeiementin kompaktisen rakenteen ansiosta laitteiston tilantarve vähenee ratkaisevasti.

10 Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen lämmönvaihtoeiementin rakennetta perspektiivikuviona

Kuvio 2 esittää kuvion 1 lämmönvaihtoeiementin aaltolevyn 15 yksityiskohtaa

Kuvio 3 esittää kuvion 1 lämmönvaihtoeiementin aaltolevyn toista yksityiskohtaa

Kuvio 4 esittää kahta vierekkäin asetettua lämmönvaihto-20 elementtiä läpileikkauksena sivulta katsottuna

Kuviossa 1 on esitetty pystysuuntaan asetettu lämmönvaih-toelementti 10, joka käsittää muovikalvosta 11 muodostetun pussin. Pussin sisälle on sovitettu aaltolevy 12 pystysuuntaan. Höyry virtaa jakelulaitteesta (jakelulaitetta ei ole 25 esitetty kuviossa) ylhäältä alas pussin sisään aaltolevyn 12 molemmin puolin nuolien osoittamalla tavalla. Höyry tiivistyy kulkiessaan alas pussissa ja pussin alaosa muodostaa lauhteen keräilytilaan 13, joka on varustettu lauh-teen poistoputkella 14, joita voi olla yksi tai useita.

30 Aaltolevyn leveys L on valittu sellaiseksi, että pussi sopivasti kiristyy sen ympärille, jollon muovikalvo pysyy paikoillaan. Aaltolevyn 12 pituus P vastaa huomattavaa osaa 5 93773 pussin pituudesta, mutta päätyy edullisesti hieman pohjan yläpuolelle, jotta muodostuu yhtenäinen lauhteen keräilyti-la 13. Aaltolevy 12 on varustettu rei'illä 15 kuvion 2 osoittamalla tavalla. On kuitenkin tärkeää, että reiät 5 eivät ulotu aaltojen harjaan tai pohjaan asti, joska nämä alueet, jotka painavat muovikalvoa vasten, saattavat aiheuttaa kalvon vaurioitumista. Reikien 15 ansiosta höyry voi jakautua tasaisesti pussin leveyssuunnassa. Aaltolevyn 12 leveys L on huomattavan suuri aallonkorkeuteen K verrattu-10 na, jotta saadaan lämmönsiirron kannalta sopivasti litteä pussi. Hyvin pieni aallonkorkeus johtaa taas ahtaisiin virtauskanaviin ja suureen virtausvastukseen. Käytännössä 5 - 10 mm:n aallonkorkeus lienee sopiva useimpiin käyttötarkoituksiin. Aallot ovat melko teräviä niin, että niiden 15 profiili muodostaa likimain 90 °:n kulman (kuvio 3). Aalto-levy voi olla valmistettu sopivasti jäykästä muovista tai alumiinista, joskin muitakin materiaaleja voi tulla kysymykseen .

Muovipussin ulkopintaa vasten on sovitettu vaakasuuntaan 20 asetettu, rei'itetty aaltolevy 12', jonka pituus P' olennaisesti vastaa pussin leveyttä. Aaltolevyn 12' aallonkorkeus, aaltoprofiili ja valmistusmateriaali voivat olla samanlaiset tai erilaiset kuin edellä kuvatun aaltolevyn 12.

25 Kuviossa 4 nähdään kaksi vierekkäistä lämmönvaihtoelement-tiä läpileikkauksena sivulta katsottuna. Haihdutettava neste valuu altaasta 20 alas pitkin muovipussien kalvojen 11 ulkopintoja. Ajon aikana pussien pinnat pullistuvat höyryn paineesta hieman vaakatasoon asetettuun aaltolevyyn 30 12' päin. Alas valuva neste kertyy aaltolevyn ja kalvon muodostamiin taskuihin 17, kunnes nämä täyttyvät, jonka jälkeen tapahtuu ylijuoksu reikien 15 kautta (aaltolevyn 12' reiät 15 eivät näy) nuolien osoittamalla tavalla. Jokaisen aallon harjan ja pohjan kohdalla tapahtuu nesteen-‘ 35 jako uudelleen ja tästä syystä saadaan hyvin tasainen nesteenjako pussin leveyssuunnassa. Muodostunut höyry 6 93773 pääsee vapaasti purkautumaan sivusuuntaan. Mikäli lämmön-vaihtoelementit 10 ovat osa termokompressorihaihduttimen lämmönvaihtimesta, silloin purkautunut höyry johdetaan kompressoriin, jossa nostetaan sen paine ja sen myötä sen 5 tiivistymislämpötilaa. Kompressorista tuleva höyry johdetaan sen jälkeen pussien sisäpuolelle.

Lämmönvaihtimessa sovitetaan lämmönvaihtoelementit 10 vierekkäin siten, että ensimmäisen elementin pussimainen 10 osa kohtaa seuraavan elementin vaakasuuntaan asetetun rei'itetyn aaltolevyn. Tällöin muodostuu tiivis paketti, jossa jokaisen pussimaisen osan välissä sijaitsee vaakasuuntaan asetettu rei'itetty aaltolevy.

Aaltolevyn 12' aalltojen ei välttämättä tarvitse olla ihan 15 vaakasuuntaisia. Aallot voivat esimerkiksi kulkea hieman viistosti siten, että aaltoharjat kallistuvat alaspäin, kun mennään pussin reunoilta sen keskiosalle.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset 20 sovellutusmuodot voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (6)

7 93773 PATENTTIVAATIMUKS ET

1. Lämmönvaihtoelementti (10), joka käsittää - ohuesta, myötenantavasta materiaalista kuten muovikalvosta (11) muodostetun pussin, jonka alaosa päätyy lauhteen keräilytilaan (13), joka on varustettu lauhteen poistoput- 5 keila (14), ja jonka yläosassa on välineet höyryn syöttämiseksi pussin sisäpuolelle sekä haihdutettavan nesteen levittämiseksi pussin ulkopinnalle, tunnettu siitä, että - pussin sisälle on sovitettu pystysuuntaan aaltolevy (12), joka on rei'itetty ja jonka leveys (L) on valittu sellai- 10 seksi, että pussi sopivasti kiristyy aaltolevyn ympärille, ja jonka pituus (P) vastaa huomattavaa osaa pussin pituudesta, ja - pussin ulkopintaa vasten on sovitettu vaakasuuntaan asetettu rei'itetty aaltolevy (12'), jonka pituus (P') 15 olennaisesti vastaa pussin leveyttä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönvaihtoelementti tunnettu siitä, että aaltolevyn (12) leveys (L) on huomattavan suuri aallonkorkeuteen (K) verrattuna.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen lämmönvaihtoele-20 mentti tunnettu siitä, että aaltolevyjen reiät (15) on sijoitettu ainoastaan aallon huipun ja aallon pohjan väliseen alueeseen.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen lämmönvaihtoelementti tunnettu siitä, että aaltojen profiili muodostaa 25 likimain 90 °:n kulman ja että aallon harjat ja pohjat on pyöristetty.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen lämmönvaihtoelementti tunnettu siitä, että aaltolevyt ovat sopivasti jäykkää muovia, alumiinia tai vastaavaa. 30

6. Lämmönvaihdin, jossa on vierekkäin sovitetut lämmönvaih- toelementit, jossa jokainen lämmönvaihtoelementti (10) 8 93773 käsittää - ohuesta, myötenantavasta materiaalista kuten muovikalvosta (11) muodostetun pussin, jonka alaosa päätyy lauhteen keräilytilaan (13), joka on varustettu lauhteen poistoput- 5 keila (14), ja jonka yläosassa on välineet höyryn syöttämiseksi pussimaisen muovikalvon sisäpuolelle sekä haihdutettavan nesteen levittämiseksi pussimaisen muovikalvon ulkopinnalle tunnettu siitä, että lämmönvaihtoelementin (10) - pussin sisälle on sovitettu pystysuuntaan aaltolevy (12), 10 joka on rei'itetty ja jonka leveys (L) on valittu sellaiseksi, että pussi sopivasti kiristyy aaltolevyn ympärille, ja jonka pituus (P) vastaa huomattavaa osaa pussin pituudesta, ja - pussin ulkopintaa vasten on sovitettu vaakasuuntaan 15 asetettu rei'itetty aaltolevy (12'), jonka pituus (P') olennaisesti vastaa pussin leveyttä, ja että - lämmönvaihtoelementit (10) on sovitettu vierekkäin siten, että ensimmäisen elementin pussimainen osa kohtaa seuraavan elementin vaakasuuntaan asetetun rei'itetyn aaltolevyn, 20 jolloin muodostuu rakenne, jossa jokaisen pussimaisen osan välissä sijaitsee vaakasuuntaan asetettu rei'itetty aalto-levy. 95773 9