NO316995B1 - Platevarmeveksler for en ovn eller kalorifer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en hovedsakelig plan platevarmeveksler for bruk i et oppvarmingsapparat innbefattende en brenner for fremstilling av varme forbrenningsgasser, og der platevarmeveksleren forbrenningsgass fra brenneren for utstøting av varme fra forbrenningsgassen til luft som strømmer igjennom apparatet, hvilken varmeveksler har en meanderformet strømningspassasje for forbrenningsgassen.

Det er kjent å bygge varmevekslere for gassfyrte varmluftsovner av et par metallplater som er lagt mot hverandre for dannelse av en meander-strømningspassasje for ovnens varme forbrenningsgass. Denne type varmevekslere benevnes vanligvis som platevarmevekslere. Typisk innbefatter strømningspassasjen en innløpsseksjon, en utløps-seksjon, og et eller flere strekk som forbinder innløps- og utløpsseksjonene. Innløps-seksjonen mottar varm forbrenningsgass fra en brenner og danner en forbrenningssone for gassen. Utløpsseksjonen står i forbindelse med en induksjons-vifte eller kraftdreven ventilator som tjener til å trekke de varme forbrenningsgasser gjennom meander-strømningspassasjen i varmeveksleren. Når forbrenningsgassen strømmer gjennom varmeveksleren, avkjøles den og blir tettere. For å opprettholde høy gasshastighet er det kjent å minske strømningsarealet i varmeveksleren fra strekk til strekk. Det er vanlig for en gassfyrt ovn å innbefatte et antall slike platevarmevekslere, anordnet i innbyrdes av-stand i en parallell rekke for derved å danne luftstrømningsbaner, slik at varmen kan overføres fra den varme forbrenningsgass gjennom platene i varmeveksleren og til den luft som strømmer gjennom ovnen. Eksempler på slike platevarmevekslere finnes i US 5.359.989, og US 4.467.780

Et vanlig problem i forbindelse med de kjente platevarmevekslere er de relativt krappe vinkelbøyer som oppstår ved dannelsen av gasstrømningspassasjen i platemetallet. Ek-sempelvis krever platevarmeveksleren 12 i US 5.359.989 fire relativt skarpe vinkelbøyer for hver passasje 24a,25a-c, 26a-c, og 27a-c. Slike skarpe vinkelbøyer gir lokale materi-alstrekkinger som vil kunne redusere eller ødelegge antikorrisjonsbelegg på material-overflaten, slik at derved faren for tidlig korrosjonssvikt øker.

Videre gjelder at selv om mange av de kjente platevarmevekslerne virker tilfredsstillen-de, foreligger det et stadig behov for mer kompakte og effektive ovner, med reduksjon av størrelsen til varmevekslerne og/eller øking av deres yteevne.

Det er en hovedhensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en ny og forbedret varmeveksler, mer særskilt å tilveiebringe en relativt kompakt varmeveksler for bruk i opp-varmingsapparater, såsom gassfyrte varmluftsovner eller kalorifere, hvilke varmevekslere har bedre varmeoverøfringsevner og/eller mindre fare for tidlige korrosjonsskader.

Et er således frembrakt en platevarmeveksler som angitt over og i innledningen til det medfølgende krav 1. Platevarmeveksleren ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved et første plateelement med en første veggseksjon som er ikke-parallell med varmevekslerens plan, et andre plateelement med en andre veggseksjon som er parallell med den første veggseksjonen og ligger an mot denne over en felles lengde, et første strekk av den meanderformede passasje definert av de første og andre plater, og et andre strekk av den meanderformede passasje definert av de første og andre plater, idet det andre strekk går parallelt med det første strekk og det andre strekk er skilt fra det første strekk ved hjelp av de nevnte første og andre sammenliggende veggseksjoner.

Varmeveksleren mottar forbrenningsgass fra brenneren og overfører varme fra forbrenningsgassen til luft som strømmer gjennom ovnen. Varmeveksleren har en meanderformet strømningspassasje for forbrenningsgassen og innbefatter et første plateelement og et andre plateelement. Det første plateelement har en første serie parallelle rygger og daler, idet minst en av dalene er dypere enn de andre. Det andre plateelement vender mot det første plateelement og har en andre serie rygger og daler som går parallelt med den første serie rygger og daler, idet minst en av dalene i den andre serie er dypere enn de andre dalene i den andre serie. Et første strekk av strømningsløpet dannes av et antall NI rygger og daler i de første og andre serier. Et andre strekk av strømningspassasjen dannes av et antall N2 rygger og daler i den første og andre serie. Tallene NI og N2 er ulike hele tall. Den i det minste ene dypere dal i den første serie samvirker med den i det minste ene dypere dal i den andre serie for derved å skille det andre strekk fra det første strekk.

I en utførelsesform er antallet N2 mindre enn antallet NI.

Ifølge et inventivt aspekt innbefatter platevarmeveksleren altså et første plateelement ved den første veggseksjon som er ikke-parallell med varmevekslerens plan, og et andre plateelement med en andre veggseksjon som er parallell med den første veggseksjon og støter an mot den første veggseksjon over en felles lengde. Et første strekk av en meanderformet strømningspassasje defineres av den første og andre plate, og et andre strekk defineres av den første og andre plate. Det andre strekk går parallelt med det første strekk og er adskilt fra dette med de første og andre sammenstilte veggseksjoner.

Ifølge et inventivt aspekt innbefatter varmeveksleren et første strekk med et i hovedsaken sinusformet tverrsnitt-strømningsareal, og et andre strekk nedstrøms det første og med et andre, i hovedsaken sinusformet tverrsnitt-strømningsareal. Det andre strøm-ningsareal er mindre enn det første strømningsareal.

Ifølge nok et inventivt aspekt innbefatter varmeveksleren en første plan metallplate og

en andre plan metallplate. Den første plane metallplate har minst to seksjoner med parallelle rygger anordnet på den ene siden av planet til den første plate, daler mellom ryggene, og en dal som skiller seksjonene og strekker seg til den andre side av den første pla-tes plan. Den andre plate har minst to seksjoner med parallelle rygger anordnet på den siden av den andre plate som vender fra den andre siden på den første plate, daler mellom ryggene i den andre plate og en dal som skiller seksjonene på den andre plate og strekker seg mot den siden av planet til den andre plate som er motliggende den nevnte fravendte side for derved i det minste nominelt å tette langs lengden med den dal som skiller seksjonene i den første plate. Ryggene i de to plater er motsatt rettet og går i hovedsaken parallelt med hverandre for derved å danne seksjonspar. Dalene i den andre plate er nominelt innrettet relativt ryggene på den første plate. Varmeveksleren innbefatter videre et forbrenningsgassinnløp til et seksjonspar, et forbrenningsgassutløp fra et annet seksjonspar, og en ledning utformet ved grensesnittet mellom platene, hvilken ledning forbinder det ene seksjonspar med det andre seksjonspar.

Andre hensikter og fordeler med oppfinnelsen vil gå frem av den etterfølgende beskri-velse under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et perspektivriss av en platevarmeveksler ifølge oppfinnelsen, vist i kombi-nasjon med en antydet gassbrenner og en kraftdrevet ventilator for bruk i et varmeappa-rat,

fig. 2 viser et perspektivriss av varmevekslerens andre side,

fig. 3 viser et tverrsnitt etter linjen 3-3 i fig. 1,

fig. 4 viser et riss som i fig. 3, men gjennom en alternativ utførelsesform av varmeveksleren, og

fig. 5 viser et skjematisk riss med flere varmevekslere ifølge oppfinnelsen, anordnet parallelt i et oppvarmingsapparat.

Utførelseseksempler av en varmeveksler ifølge oppfinnelsen er vist på tegningene og beskrevet nedenfor i forbindelse med en varmeoverføring mellom varm forbrenningsgass og luft i et oppvarmingsapparat såsom en varmluftsovn eller en kalorifer. Det skal imidlertid her være underforstått at oppfinnelsen kan anvendes i andre forbindelser og at den ikke er begrenset til bruk i gassfyrte varmluftsovner eller kalorifere, med unntagelse som angitt spesifikt i kravene.

Som vist i fig. 1 og 2 innbefatter varmeveksleren 10 en strømningspassasje 11 med fire strekk, idet det forefinnes et første J-formet strekk eller forbrenningsgass-innløpsseksjon 12, et andre strekk 14, et tredje strekk 16, et fjerde strekk eller forbrenningsgassutløps-seksjon 18, en første ledningsseksjon 20 som forbinder de andre og tredje strekk 14 og 16, og en andre ledningsseksjon 22 som forbinder det tredje strekk 16 og utløps-seksjonen 18. Som vanlig i gassfyrte ovner mottar strømningspassasjen 11 varm forbrenningsgass fra en brenner 24, og den varme forbrenningsgass trekkes gjennom passasjen 11 ved hjelp av en induksjons-vifte eller en kraftdrevet ventilator 26.

Som best vist i fig. 3 er varmeveksleren 10 tilformet ved hjelp av første og andre plater 30 og 32 som er deformert ut av de respektive plan for dannelse av strømningspassasjen 11. Fortrinnsvis er platene 30,32 tilformet av et egnet platemetall og er sammenføyet ved periferien ved hjelp av falser 34. Hver plate 30 og 32 innbefatter en serie parallelle rygger 36 og daler 38a og 38b som danner de enkelte strekk 14,16 og 18. Dalene 38a i platene 30,32 er dypere enn dalene 38b og samvirker med dalene 38a i den andre plate 30,32 for derved å skille det andre strekk 14 fra det tredje strekk 16 og det tredje strekk 16 fra utløpsseksjonen 18. Mer særskilt ser man at hver av dalene 38a har en veggseksjon 40 som er ikke-parallell med varmevekslerens plan og som ligger an mot en parallell veggseksjon 40 i en korresponderende dal 38a over en felles lengde for derved å skille strekkene 14,16 og 18. Fortrinnsvis har hver av de anliggende veggseksjoner 40 en bredde W som er tilstrekkelig for at dalene 38a i det minste skal være nominelt avtettet langs den felles lengde av de mot hverandre liggende veggseksjoner 40.

Innløpsseksjonen 12 er skilt fra det andre strekk 14 med veggseksjonene 42 og 44 som er anordnet på henholdsvis den første og andre plate 30,32. Veggseksj onene 42 og 44 er parallelle med og ligger i planet til de respektive plater 30 og 32. Fortrinnsvis er veggseksjonene 42 og 44 i det minste nominelt avtettet over deres felles lengde. Man vil for-stå at det må forefinnes en overgang mellom veggseksj onene 40, som er ikke-parallelle med planet til varmeveksleren 10, og periferien 45 til platene 30,32 som er parallell med planet til varmeveksleren. Som best vist i fig. 1 og 2 ligger disse overganger i en sone 46 mellom det andre strekk 14 og det tredje strekk 16, og i en sone 46 og 47 mellom det tredje strekk 16 og gassutløpsseksjonen 18, som best vist i fig. 2. Formen til hver plate 30 og 32 er således parallell med planet til varmeveksleren 10 inn i hver av overgangssonene 46 og 47 og går gradvis over til en vinkel som veggseksjonen 40 har, mellom periferien 45 og begynnelsen av hvert strekk 14,16. På denne måten oppnås størst mulig avtetning i hver av overgangssonene 46 og 47.

I en meget foretrukket utførelsesform er veggseksj onene 40 og veggseksj onene 42 og 44 forbundne med hverandre ved hjelp av klinkehull eller knapper, eller slått sammen med en TOX® forbindelse under utnyttelse av verktøy som markedsføres av Pressoteknik, Inc., 730 Racquet Club Drive, Addison, Illinois, USA.

Som vist i fig. 3 har det andre strekk 14 et sinusformet strømningsareal 50 som begrenses av to av ryggene 36, to av dalene 38b og en av dalene 38a i den første plate 30 og to av ryggene 36 og to av dalene 38b i den andre plate 32. Det tredje strekk 16 har et sinusformet strømningsareal 52 som begrenses av to av ryggene 36 og en av dalene 38b i den første plate 30 og en av ryggene 36 og to av dalene 38a i den andre plate 32. Utløps-seksjonen 18 har et sinusformet strømningsareal 54 som begrenses av en av ryggene 36, en av dalene 38a og en av dalene 38b i den første plate 30 og av en av ryggene 36 og en av dalene 38b i den andre plate 32. Det andre strekk 14 begrenses således av ni av ryggene 36 og dalene 38a-b; det tredje strekk 16 begrenses av seks av ryggene 36 og dalene 38a-b og utløpsseksjonen 18 begrenses av fem av ryggene 36 og dalene 38a-b. Som føl-ge herav vil strømningsarealet 50 i det andre strekk 14 være større enn fullt strømnings-areal 52 i det tredje strekk 16, og strømningsarealet 52 i det tredje strekk 16 er større enn strømningsarealet 54 i utløpsseksjonen 18.

Fig. 4 viser en annen utførelsesform av varmeveksleren 10 som er lik utførelsen i fig. 3 med unntagelse av at hver av platene 30 og 32 har en ekstra dal 38a som erstatter veggseksjonene 42 og 44, en dal 38b i platen 30 og en dal 38b i platen 32. Dette muliggjør en kortere lengde L for utførelsen i fig. 4 enn for utførelsen i fig. 3.

Som best vist i fig. 5 kan et antall varmevekslere 10 anordnes parallelt i en ovn eller kalorifer 50 for derved å danne et antall kontinuerlige, sinusformede strømningsbaner 52 for luft som strømmer gjennom ovnen og bestryker utsiden av varmevekslerne 10. Det skal her underforstås at varmeveksleren 10 kan monteres slik i ovnen eller kaloriferen 50 at luft kan strømme gjennom strømningsbanene 52 enten i retning av pilene A eller i retning av pilene B. Det skal også være underforstått at varmevekslerne 10 kan være anordnet i ovnen eller kaloriferen 50 med varmevekslernes plan forløpende vertikalt, slik at luften strømmer vertikalt i strømningsbanene 52, eller med varmevekslernes plan anordnet horisontalt, slik at luftstrømmen går horisontalt i strømningsbanene 52.

Ved bruk vil varm forbrenningsgass føres inn i innløpsseksjonen 12 fra brenneren 24 og fortsatt forbrennes i innløpsseksjonen 12. Ventilatoren 26 gir en trekkvirkning som trekker varm forbrenningsgass fra brenneren 24 slik at den strømmer gjennom passasjestrekkene 12,14,16 og 18. Den trinnvise reduksjon av de respektive tverrsnittsarealer 50,52 og 54 bidrar til å opprettholde en høy gasshastighet for forbrenningsgassen under strømningen gjennom passasjene 11.

Den myke sinusform som platene 30 og 32 har bidrar til å minimalisere antall skarpe vinkler i varmeveksleren 10. Derved reduseres faren for tidlig korrosjonssvikt som følge av skader på antikorrosjonsbelegg på overflatene til platene 30 og 32 under tilforming-en.

Det skal også nevnes at sinusformen til strømningsarealene 50,52 og 54 muliggjør et øket varmeoverføringsoverflateareal pr. enhetsvolum med en relativ liten hydraulisk diameter og en relativ stor fuktet omkrets, med tilhørende øket varmeoverøfringsevne. Videre bidrar passasjeformene til å gi turbulens i den luft som strømmer på utsiden av varmevekslerne.

Det skal også nevnes at ved at passasjestrekkene 12,14,16 og 18 er separert med veggseksjoner 40 som er ikke-parallelle med planene til platene 30 og 32 vil den totale lengde L for varmevekslerne 10 kunne reduseres med bibehold av en bredde for kontaktarea-let W mellom seksjonene som vil være tilstrekkelig til i det minste nominelt å gi en avtetning mellom seksjonene og muliggjøre en adekvat strukturell forbindelse.

Det skal også nevnes at ryggene 36 og dalene 38a-b gir en avstivning av platene 30 og 32 slik at man derved reduserer faren for uønsket deformering av passasjestrekkene 14 og 16 som følge av termisk induserte spenninger.

Claims (7)

1. En hovedsakelig plan platevarmeveksler (10) for bruk i et oppvarmingsapparat innbefattende en brenner (24) for fremstilling av varme forbrenningsgasser og der platevarmeveksleren (10) mottar forbrenningsgass fra brenneren (24) for utstøting av varme fra forbrenningsgassen til luft som strømmer igjennom apparatet, hvilken varmeveksler (10) har en meanderformet strømningspassasje (11) for forbrenningsgassen, der varmeveksleren (10) er karakterisert ved: - et første plateelement (30) med en første veggseksjon (40 som er ikke-parallell med varmevekslerens plan, - et andre plateelement (32) med en andre veggseksjon (40) som er parallell med den første veggseksjon og ligger an mot denne over en felles lengde, - et første strekk (14) av den meanderformede passasje (11) definert av de første og andre plater (30,32), og - et andre strekk (16) av den meanderformede passasje (11) definert av de første og andre plater (30,32), idet det andre strekk går parallelt med det første strekk (14) og det andre strekk er skilt fra det første strekk ved hjelp av de nevnte første og andre sammenliggende veggseksjoner (40).

2. Platevarmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved: - et første plateelement (30) med en første serie av parallelle rygger og daler, idet minst en av dalene er dypere enn de andre av dalene, - et andre plateelement (32) som vender mot det første plateelement (30), hvilket andre plateelement har en andre serie av rygger og daler som er parallelle med den første serie rygger og daler, idet minst en av dalene i den andre serie er dypere enn de andre dalene i den andre serie, idet i det minste en dypere dal i den første serie samvirker med den nevnte i det minste ene dypere dal i den andre serie for derved å skille det andre strekk fra det første strekk.

3. Platevarmeveksler ifølge krav 2, karakterisert ved a t : - et første strekk (14) av den meanderformede passasje (11) er definert av et antall NI av de nevnte rygger og daler i nevnte første og andre serie, og - et andre strekk (16) av den meanderformede passasje (11) er definert av et antall N2 av de nevnte rygger og daler i de nevnte første og andre serier.

4. Platevarmeveksler ifølge krav 3, karakterisert ved at antallet N2 er mindre enn antallet NI.

5. Platevarmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved at det nevnte første strekk (14) har et strømningsareal (50) som er større enn strømnings-arealet (52) i den nevnte andre strekk (16).

6. Platevarmeveksler ifølge krav 1, karakterisert ved en ledning utformet mellom platene, hvilken ledning forbinder det nevnte første strekk med det nevnte andre strekk.

7. Platevarmeveksler for bruk i et oppvarmingsapparat innbefattende en brenner (24) for fremstilling av varme forbrenningsgasser, og platevarmeveksleren (10) for utstøting av varme fra forbrenningsgassen til luft som strømmer igjennom apparatet, hvilken varmeveksler (10) har en meanderformet strømningspassasje (11) for forbrenningsgassene, hvilken strømningspassasje har strømningsarealer som avtar i forbrenningsgass-strømmens retning, karakterisert ved at den nevnte strømningspassasje (11) innbefatter: - et første strekk (14) med et første i hovedsaken sinusformet strømningsareal, - og et andre strekk (16) nedstrøms det første strekk med et andre i hovedsaken sinusformet strømningsareal som er mindre enn det nevnte første strømningsareal.