SE437614C - Forangare av plattyp - Google Patents

Description

m, .Ha , 10 15 20 25 30 35 {0 rsedd med ett skikt av poröst material osv.. i 1àos294- 9 2 beskrivna sättet kan kallas kärnångbildning. via kärnångbila- ning är det känt att de utvecklade bubblorna verkar omrörande på den upphettade vätskan i kanalen, så att den värmeöver- förande ångbildningen ökar.

När de värmeöverförande ytorna på plattelementen är släta blir det svårare för bubblor att utvecklas vid de undre delarna av vätskekanalerna på grund av relativt högt tryck orsakat av tryckhöjden, så att det blir omöjligt att helt upp- nå ångbildningsökningen orsakad av uppkomsten av bubblor, vilka verkar omrörande på vätskan.

Vid den här typen av förångare har provats olika lös- ningar i avsikt att förbättra förångningens värmeöverförings- tal och verkningsgrad. Sådana lösningar inkluderar till exempel en korrugerad värmeöverföringsyta, en värmeöverföringsyta för- I den förstnämnda är värmeöverföringsytan utformad med vertikalt utsträckta korrugeringar, som bildar breda och smala områden i flödet hos en vätska som skall uppvärmas, så att andelen vätska i de breda områdena där värmen är koncentrerad säkert för- _ångas, medan andelen vätska i de smala områdena, efter att ha upphettats, tillåts att strömma till de breda områdena, där förångning pågår, för att därigenom öka verkningsgraden.

Den sistnämnda lösningen syftar till att orsaka kärnângbild- ning hos vätskan i det porösa skiktets porer på värmeöver- föringsytan, så att vätskan effektivt förångas.

Varje lösning är emellertid enbart utformad för att åstadkomma ett område för enkel värmeöverföring och att koncentrera värme i detta område, så att ånga bildas koncentrerat till detta område. Med andra ord, den bildade ångan växer till en viss grad och lämnar värmeöverförings- ytan med hjälp av egen flytkraft. Men eftersom ångan lämnar ytan i stationärt tillstånd, blir tiden förlängd från det, att bubblorna bildas tills de lämnar värmeöverföringsytan.Följden blir att bubblorna stannar mellan värmeöverföringsytan och vätskan tills de lämnar den senare, så att de stänger av värmeöverföringen dem emellan och därigenom även sänker värmeöverföringstalet. Detta problem märks särskilt allvarligt vid en porös värmeöverföringsyta. En sådan värmeöverförings- yta är avsedd att öka uppkomsten av bubblor genom kärnång? å bildning hos vätskan i porerna, som beskrivits ovan, men ïe if? Ja? I J” a? . . |_¿ a, _ pga? _ s. ¿ 10 15 20 25 30 35 40 i 799612: '4-9 3 ”i bubblorna som utvecklats i porerna kolliderar på ett oönskat sätt med vätska som strömmar till utrymmen nyss övergivna av lämnande bubblor, så att bubblornas rörelser saktas ned.

Detta innebär att den tid som bubblorna stänger av värmeöver- föringen mellan vätskan och värmeöverföringsytan blir för- längd, och därigenom sänks värmeöverföringstalet. Det är allt- så omöjligt att fullt utnyttja den ökning i uppkomst av bubblor, som kännetecknar en porös yta.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla en ny konstruktion av värmeöverföringsyta för förångare av plattyp, som förmår att öka uppkomsten av bubblor vid kärnångbildning.

En förångare av plattyp enligt uppfinningen består av ett flertal plattelement, vilka vart och ett har ett flertal vertikalt utsträckta, i tvärled åtskilda veck, vilka skjuter ut mot den intilliggande kanalen för en vätska som skall för- ångas, nämnda veck anligger mot ytan hos det motstående platt- elementet, så att vätskekanalen delas upp i ett flertal trånga avdelningar, i vilka förängning med lätthet kan äga rum.

~Kontaktområdena mellan nämnda veck och den intilliggande platt- ytan underlättar uppkomsten av bubblor. Även i de undre om- rådena hos kanalerna, där förångning knappast uppträder på grund av trycket orsakat av tryckhöjden hos vätskan, ökar kärnångbildníngen, och eftersom dessutom de uppkomna bubblorna växer när de stiger ett långt stycke, blir den icke föràngade delen av vätskan omrörd, så att förångningen ökar ytterligare.

Härigenom erhålles en värmeöverföringsyta som är tillfreds- ställande i alla avseenden.

För att säkerställa större värmeöverföring tillhanda- håller uppfinningen en förângare av plattyp innefattande en returledning, som ansluter ett ängutlopp med ett inlopp för förångningsvätska och tjänar som en cirkulationsledning för förångningsvätskan att cirkulera i, samt ett munstycke för vätsketíllförsel i cirkulationsledningen för att tillföra vätska som kompensation för den mängd som föràngats. Den naturliga vätskecirkulationen orsakas av den pumpeffekt som uppstår genom förångningen. Dessutom ökar vätskecirkula- tionen genom tillförsel av ny vätska från nämnda munstycke, varigenom vätskan förmås strömma längs värmeöverföringsytan.

Om dessutom värmeöverföringsytan uppvisar partiklar . .....,¿.........._z.......... .. eooa onaiirïf» « 10 15 20 25 _w 35 40 7906294-9 4 som är smältblästrade eller bundna till densamma i form av että poröst skikt med labyrintformade utrymmen, blir värmeöver- föringstalet för kärnångbildning förbättrat jämfört med en slät överföringsplatta, så att en effektiv förängare kan tillhandahållas.

Dessa och andra särdrag kommer att förtydligas av följande beskrivning, som hänvisar till de bifogade rítningarna.

Pig. 1 och 2 visar konstruktionen av värmeöverförings-_ ytan hos en förångare enligt uppfinningen, varvid fig. 1_är en tvärsnittsvy av värmeöverföríngsplattor sammanfogade sida vid sida, och fig. 2 är en frontvy av en värmeöverförings- platta tagen längs linjen II-II i fig. 1; fig. 3 är ett längd- snitt av en förångare av plattyp visad i fig. 1 och 2; och fig. 4 och 5 visar en annan utföringsform av värmeöverförings-a ytans konstruktion enligt uppfinningen, varav fig. 4 är en del av en frontvy av en porös värmeöverföringsyta och fig. 5 är ett snitt taget längs linjen V-V i fig. 4.

Enligt fig. 1 och 2 är värmeöverföringsplattorna markerade la-1f. Varje platta har vertikalt utsträckta veck _2a-Zf, åtskilda i tvärled med bestämda avstånd. Fig. 1 visar ett antal värmeöverföringsplattor sammanfogade sida vid sida, emellan sig avgränsande kanaler A för tillförsel av vätska som skall förângas och kanaler B för tillförsel av värmemedium.

. Nämnda kanaler A och B är anordnade omväxlande med varandra.

På varje värmeöverföringsplatta skjuter vecken 2 fram mot den intilliggande kanalen A. Närmare bestämt är till exempel vid ett par närliggande plattor 1a och 1b, vecken Za på plattan 1a förskjutna halva delningsavståndet i förhållande till vecken Zb på den andra plattan 1b, så att de kan anligga mot de I plana delarna mellan vecken Zb på den andra plattan 1b. Häri- genom anligger vecken Za och 2b mot ytorna pá de motstående plattorna 1a och 1b vid ställen markerade med 3, så att kanalen A mellan plattorna 1a och 1b uppdelas i ett flertal vertikalt utsträckta och i sidled åtskilda avdelningar SA.

Plattorna 1c-1f, som har veck 2c-2f, är som framgår anordnade på samma sätt. Dessutom finns, som icke visats, mellan plattorna som avgränsar kanalen B, t.ex. plattorna 1b och 1c, lämpliga distanselement för att upprätthålla det_rätta ut- rymmet för kanalen B. ' _ En vätska som skall förångas fylls på i vätskekanalerna 10 15 20 25 30 35 40 5 11901621914-9 A under det att värmemedíet tillförs värmemediekanalerna B, varpå vätskan mottar värmet hos värmemediet genom plattorna, dvs. uppvärms. I samband härmed bör uppmärksammas att kontakt- områdena 3 mellan vecken och plattornas ytor hjälper till vid bildandet av ångbildningskärnor, så att bubblor uppstår med full styrka intill nämnda kontaktområden 3. Eftersom ång- bubblorna stiger en lång sträcka längs vecken Z, verkar de omrörande på vätskan. Härvid ökar ångbildningen i vätskan.

Pig. 3 visar ett längdsnitt av en förångare av platttyp, som även hänförs till förángare av "övermättad vätsketyp" och utnyttjande värmeöverföringsplattorna visade i fíg. 1 och 2.

Beteckningarna 11 och 12 visar stomdelar mellan vilka värme- överföringsplattor 1 fasthålls, vilka utgör huvuddelen av förångaren. Tätningar 13 är anordnade mellan nämnda plattor 1 för att avgränsa kanalerna A och B.

När en vätska som skall förångas fylls på i vätske- kanalerna A under det att värmemedium tillförs värmemedie- kanalerna B, blir vätskan uppvärmd av värmemediet i de intill- liggande värmemediekanalerna B. I samband härmed, som be- .skrivits ovan, hjälper kontaktområdena 3 (fig. 1) till vid bildandet av bubblor och ett stort antal bubblor uppstår i närheten av kontaktområdena 3. Eftersom dessa bubblor stiger längs de trånga avdelningarna 4A (fig. 1), blir den oför- ångade vätskan omrörd så att dess ångbildning ökar. Samtidigt orsakar pumpverkan, som uppstått genom förångníngen, en naturlig cirkulation hos vätskan i vätskekanalen A, som visas av pilarna 17, genom en returledning 14, genom vilken den övre öppningen 15 hos vätskekanalerna A kommunicerar med den undre öppningen 16. Härigenom tillförs värmeöverförings- ytorna rörligt värme: Dessutom, för att tillföra vätska som kompensation för den förångade, sprutar tillförselmunstycket 18 vätska, i varje önskad hastighet, in i den undre änden av returledningen 14, vilket medför ökning av flödeshastigheten hos nämnda naturliga cirkulation hos vätskan. Flödeshastigheten (markerad med pilar 17) längs värmeöverföringsytorna hos plattorna 1 ökas därför, så att säkerställs. Den genererade ångan tas ut genom en utströmnings- högförångande värmeledníng öppning 19 på förångarens ovansida.

Fíg. 4 och 5 visar en värmeöverföringsplatta som har en porös yta, vilken kan användas i en föràngare av plattyp för 10 15 20 25 30 35 40 19oe294-9 5 att öka uppkomsten av bubblor under kärnängbildnínß. Som visas är ytan hos en metallplatta 21 utformad med ett poröst skikt' 23, sammansatt av ett stort antal partiklar 22. Det porösa skiktet 23 kan formas genom upphettning av partiklarna 22 till en lämplig temperatur, vid vilken partiklarnas ytor just börjar smälta och genom att blästra dem på ytan hos plattan 21 med hög hastighet, t.ex, genom tryckgas. Alternativt kan skiktet utformas genom att binda partiklarna 22 till ytan hos plattan 21 med hjälp av lämpliga bindemedel. Partiklarna 22 kan före- ligga i enkla eller flera skikt. Fig. S visar en tvåskikts- uppbyggnad. Om ytan hos plattan 21 är slät, kan partiklarna 22 svårligen bindas genom smältning. Således är labyrint- formade utrymmen 24 avgränsade i det inre av det porösa skiktet 23 och ytan 25 är skrovlig. 5 Dessutom, fastän partiklarna 22 för tydlighets skull visas som sfärer, behöver de så länge utrymmen avgränsas i det inre inte begränsas till sådana. Vidare kan det porösa skiktet 22 utformas till att täcka hela eller en del av ytan hos plattan Zl.

Värmeöverföringsplattorna i den ovan beskrivna konstruk- tionen är sammanfogade sida vid sida, så att sidan där det porösa skiktet 23 föreligger, är vänd mot kanalen för en vätska som skall förångas. Därigenom inträder vätskan i ut- rymmena 24 hos det porösa skiktet 23 och upphettas av plattorna 21 och de omgivande partiklarna 22, varigenom koncentrerad upphettning uppnås. Dvs. kärnångbildning uppstår i utrymmena 24. Som en följd härav ökar uppkomsten av bubblor, så att bubblor 26 utvecklas med kraft från ytan 25 hos det porösa skiktet 23 och växer. När bubblorna 26 växer ökar deras flytkraft, vilket medför att bubblorna 26 rör sig genom de labyrintformade utrymmena 24 för att komma fram vid ytan 25 hos det porösa skiktet, från vilket de sen frånskiljs genom vätskeflödet (markerat med en pil 27) i kanalen A. I korthet passerar de uppkomna bubblorna 26 genom de labyrintformade ut- rymmena 24 till ytan 25 och spolas iväg nedströms. Vätske- -flödet i kanalen A är så beskaffat, att särskilt när kanalen A är trång tenderar bubblorna, som bildats i ökande grad genom kärnångbildning, att flyta upp och trycka på de fram- förvarande bubblorna på nedströmssidan. Sådan rörelse hos bubblorna ger strömning i vätskan. Detta är det så kallade 10 20 25 rareszèsevø naturliga církulationsfenomenet. De uppkomna bubblorna 26 tas 4 ut genom utströmningsöppningen 19 längst bort på nedströmssidan, vilket är fallet hos förångaren visad i fig. 3, medan den oför- ångade vätskan flyter förbi för att cirkulera till uppströms- sidan. Sådana strömmar 17 och 27 tjänar till att med kraft frånskílja bubblorna 26 från ytan hos det porösa skiktet 23.

Detsamma kan sägas om forcerad cirkulation.

Eftersom det stora antalet "labyrintutgångar" på ytan 25 hos det porösa skiktet kommunicerar med "labyrintgångarna" 24 i det inre av det porösa skiktet 23, kommer vätskan framtill en eller annan labyríntutgång vid varje ögonblick efter det att en bubbla lämnat en sådan utgång. Härigenom stör inte tillträdet av vätska och utflödet eller frànskiljandet av en bubbla varandra vid någon labyrintutgång. Därför genomförs avskiljningen av bubblor från värmeöverföringsytan snabbt, vilket i samband med den forcerade avskiljningen av bubblor genom vätskeflödet i hög grad förkortar tidsperioden då bubblorna hindrar varandra mellan vätskan och värmeöverförings- ytan och stänger av värmeöverföringen dememellan.

Som närmare framgår av rítningarna, är det porösa skiktets yta 25 en ojämn yta, som samverkar med flödet i vätskan genom att omröra vätskan som strömmar längs ytan.

Härigenom säkerställs den likformíga kontakten mellan vätska och värmeöverföringsyta för bättre värmeutbyte. Eftersom dess- utom denna vätskeomröring skakar om bubblorna på värmeöver- föríngsytan, vilket hjälper till vid avskíljningen av bubblorna därifrån, blir värmeöverföringstalet för kârnångbildning ytterligare förbättrat.

Claims (1)

10 15 20 25 30 35 40 7906294-9 _8_ Patentkrav r Förangare av plattyp, innefattande ett flertal vertikalt utsträckta element, vilka är sammanfogade sida vid sida för att mellan sig omväxlande avgränsa kanaler för ett värmemedium och för en vätska som skall föràngas, k ä n n e t e c k - n a d av _ att varmeöverföringsytorna hos varje plattelement (21; ia-if) är utbildade med ett flertal vertikalt riktade och i sidled pa avstand anordnade veck eller asar (2a-2f), vilka framskjuter i tillhörande kanaler (A) för den vätska som skall förangas och vilka anligger mot plana ytpartier mellan vecken eller àsarna (2a-2f) hos angränsande motsatta plattelement (21; la-lf), för uppdelning av tillhörande kanal (A) i ett flertal vertikalt riktade trånga sektioner (4A), vilka är at- akilda fran varandra i sidled, varvid kontaktomradana mellan la-1f) och den plana delen pa den närliggande plattelementst (21; vecken eller asarna (2a-2f) pa ett plattelement (21; la-lf) bildar ställen pa värmeöverföringaytan där bubblor latt kan utvecklas; att porösa skikt (23) verkande som karnàngbildande om- raden är utbildade pa plattelementens (21) mot varandra vända vameöverföringsytor, vilka avgränsar kanalerna (A) för den vätska som skall förangas, varvid de porösa skikten (23) be- star av en mängd partiklar (22), vilka är placerade intill och ovanpa varandra i flera lager samt är förbundna inbördes och med de väggytor hos plattelementen (21) som star i kontakt med vätskan som skall förangas, så att mellan partiklarna (22) av- gränsas mycket sme utrymmen (24) vilka pa ett labyrintliknande sätt kommunicerar med varandra och med utsidan hos tillhörande porösa skikt (23); och att mellan kanalernaa (A) övre och undre partier är an- sluten sn cirkulationsledning (14, 15, 16) med en vid dess ovansida utbildad àngutsläppningsöppning (19) och med ett mun- stycke (18) för tillförsel av vätska som kompensation för vätska som förangats, varvid i cirkulationsledningen (14, 15, 16) tillhandahållas en naturlig vätskecirkulation genom pump~ effekt orsakad av vätskans förangning, och varvid den natur- liga vätskecirkulationen är anordnad att förstärkas genom vatsketillförseln fran munstycket (18).