SE448497B - Fallfilmsvermevexlare for vermevexling mellan tva vetskefloden, drivna som fallfilmer a omse ytor av vertikala skiljeveggar - Google Patents

Description

.n 443 497 g¿ Syfte med uppfinningen är att med en teknik, som utnytt- jar fallfilmer av båda flödena och en mycket prisbillig och effektiv varmeväxlaryta i form av tunna plastfilm- membran, uppnå en motströms värmeväxlareffekt, som utmär- kas av hög temperaturverkningsgrad, av mycket hög korrosionsstabílitet, av làg försmutsningsgrad och av “ * hög àtkomlighet för renspolning. i Drivet som öppna fallfilmer kan ett succesivt uppvärmt färskvatten samtidigt avgasas mot atmosfären från lösta gaser, en nödvändighet vid ex,vis aquakultur.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är en ändamåls- enlig utformning av värmeväxlar yta i form av standardi- serbara växlarelement, vilka är enlka att fabricera, f montera eller byta ut, enkla att lagsrhàlla och transpor- tera genom att vara rullbara och vilka i erforderligt antal kan parallellkopplas och sammanställas till valfri värmeväxlingskapacitet. j 7 Dessa syften uppnås genom att väsentligen anordna värme- växlaryta som hängande, bandformade mambran av eX.vis polyesterfilm och att anordna ett första vätskeflöde som en obruten fallfilm utmed membranene ena ytor i hela dess höjdutsträckning och ett andra vätskeflöde som partiella fallfilmer utmed membranens andra ytor, stegvis drivna i ordning nedifrán och upp. f f I Ju fler partialsteg det andra födet är uppdelat i; ju närmare approximeras värmeväxlingen mellan flödena en ren motströmseffekt.' Uppfinningens arbetssätt med öppna, trycklösa fallfilmer innebär uppsamling och befodring av båda flödena med öppna samlingskar och tryckstegringspumpar, Speciellt tillämpningsbar är darför uppfinningen i samband med öppna vattensystem såsom värmd aquakultur eller fisk- odling, varvid ett öppet, biologiskt förorenat avlopps- vatten värmeväxlas mot ett öppet färskvatten från en _ svalare vattentäkt. Kostnadsmässigt är det härvid ytterst väsentligt att kunna hantera stora flöden med hög tempera- turverkoingsgrad även vid relativt små temperaturdifferan- ser mellan in- och utflöden och detta med billig, m 7 problemen. sß en l 44s 497 korrosionsstabil växlaryta, som även klarar försmutsnings- lflärmeàtervinning från ett förorenat avloppsvatten mot ett processvatten under tryck kan givetvis även ske genom att värmeväxla detta öppet i anordningen och sedan tryck- sätta det och ev. buffertlagra i hydrofor eller på erfor- derlig höjd anordnad lagringstank. En annan möjlighet är att införa ett eXtra värmeväxlarsteg i form av platt- värmeväxlare på processvattensidan och att överföra värme l mellan denna och fallfilmsväglaren med ett cirkulerande, rent väcskeflöde.

Uppfinningen beskrivas nedan i anslutning till figurerna, varvid fig§1 i längdsektion visar växlarelement och kopplingsschema och fig.2 visar växlarelement i tvärsek- t tion. Fig.3 illustrerar i tvärsektion sammanställda " växlarelement och fig.5 en detaljsektion därav. Fig.ó illustrerar i-diagram ett exempel pá värmeväxling.

Ned 33 betecknas ett växlarelement, som omfattar ett å mitten vikt och över ett övre, fast rörstag B upphängt bandformat membran 3, företrädesvis av plastmaterial såsom ca 75 my tjock polyesterfilm. Innerytar 32 av väx- larelementet 33 är tvärförbundna medelst limning eller svetsning med väsentligen ekvidistanta U- eller V-for- Ilmade vätskerännor Sk, k= 1...n imed mot horisontalplanet lutande bottnar. Innerytor 32 är häriganom uppdelade i n st rektangulära delytor betecknade_med 32k, varvid index k går från 1 till n succesivt nedifrán och upp.

*Till vardera par av motstàende delytor 32k i växlarele- mentet 33 är adjungerat ett övre fast spridarorgan ák för fördelning av ett andra vätskeflöde 2 till fallfil- mer 21k, utbredda över dalytorna; Fallfiàmerna mynna i nämnd vätskeränna Sk och avledas till ett fast samlings- kärl ök, som är dimensionerat för uppsamling av vätske- gflöde 2 från ett antal parallellkopplade växlarelement 33 och även för en viss sedimentering av slam i vätskan. från samlingskärler sk, k= 1..(n-1) lyftes vätskeflöaez 448 497 ~ 4 ividare med en pump Tk, k=1;.(n-1) , exwvis en dränkfiar länspdmp till närmast högre belägna par av delyter 32 och fördelas däröver på-likartat sätt sem fallfilmer 21k+1 via ett fördelningsnrgan 72k+1 och därtill anslutna parallellkoplade spridarnrgan 4 k+1 r¿ k+í° = Nämnda rörstag B¿ spridardrgan Åk, fördelarorgan 72k Sch samlingskärl fik är mdnterade på ett härför ändamålsenligt stativ, som ej närmare beskrivas eller illustreras. 1Ano:dningens funktion är följande.

Ett förste vätskeflöde 1, ex.vís ett förorenat avlopps- gsflöde ur en uppvärmd fiskndling, fördelas över ytterytorna 31 av membranet 3 medelst övre spridarorgan 9 såsdm fall- filmer 11 utmed ytorna i hela deras höjdutsträcknimg, för att uppsamlas iepch avledas un ett nedre samlingskärl 10.

Ett andra vätskeflöde 2, i exemplet ett svalt färskvatten, tillföras anordningen via nederst belägna fördelningsor- gan 721 dch spridardrgan 4¿ fiör att succesivt i~n st steg genomlöpa delytorna 32k som fallfilmer 21k och slutligen uppsamlas i det övre samlingskärlet ân och därur med självfall avledas till fiekodlingen.

~För vardera delyta 32k erhålles en medströms värmeväxling med hög verkningsgrad pga höga strömningshastigheter på vätskeflödena och mvcket litet värmemotstånd i det tunna membranet 3 qch sammantaget en värmeväxlíngsfunk- tion för ex.vis'n=5 steg, som framgår av fig.4.

Förutsättningar är härvid följande, V ' I I o Temperatur utflöde 1 från fiekodling (àl) =+25 C sremperatur tillfluue 2 av färskvarten =+s°c Höjdxi bredd av delytpr 32ki = 1,0 x 1,0 m Totalhöjd växlaralements33 5 m Fallfilmsfladen =s1o 1 / min, bredamezerg e 1 ' 2 Uppmätta temperaturer efter värmeväxling: Flöde 1 = +1o°ca 1 ' grlfide 2 = +21°c Temperaturverkningsgrad = 15 / 19 = 85% s* a 448 497 Överförd effekt per växlarelement = 2xlÜx6DxT5 =180ö0'kcal/h = kun 7 Som inses approkimeras en motströms värmeväxling allt mer och uppnås en allt högre temperaturverkningsgrad med ökat antal växlarsteg n ooh med härför offrad växlaryta .och pumpsteg. En marginalkostnadsberäkning får avgöra i det enskilda driftfallat var optimum av yta och antal steg ligger, varvid ofta hög energikostnad kontra làg _ kostnad för plastfilmytor och pumpsteg antyder ett relativt stort antal växlingssteg.

I exemplet ovan mä värmt färskvattenflöde 2 avgasas och separeras från utfällda salter, främst järnsalter före tillförsel till fiskodlingen. Ned uppfinningens arbets- sätt sker dessa processer synkront med värmeväxlingen i anordningen, dels genom mot atmosfären öppna fallfilmer av flödet och dels genom att samlingskärlen ök som ovan nämnts är dimensionerade för sedimentering av utfällt slam.

Samlingskärlen är även utsträckta i höjdled, något ringa- r understigande höjdutsträckning av delytorna 32k, för att identiskt genomflöde 2 sker i samtliga pumpar 7k. Även om dessa är av samma utförande, arbetar de med små varia- tioner mellan sina tryck/flödeskarakteristiker. Utrymme skall därför finnas i varje samlingskärl för vätskan 2 att automatiskt ställa in sig pà en nivå 6lk,'som kom- penserar avvikelse för adjungerad pump ?k, En växlaranordning av önskad kapacitet och verkningsgrad är uppbyggd av i ett stativ upphängda växlarelement 33 av härför erforderligt antal och utförande beträffande yta och växlingssteg na Växlarelementen 33 är härvid upp- hängda kant i kant med sina ytterytor 31 anliggande mot __varandra. Dessa ytor kommer härvid att fördela och inne- hålla mellan sig i spalter 34 en för ytorna gemensam fallfilm 11 för.det första flödet 1 pga adhesions- och kapillärkraftenr Förutsättningar för detta är att membran- 'materialet är tämligen hydrofilt, flexibelt men kombine- 4 rat med hög sträckgräns och dimensionsstabilitet. Materi- alet skall ha något av "plåtkänsla". Polyestarfilm tillgodoser dessa krav.. s44s 497- i* gl? Arrangemang med sammanställda väklarelement 33 är illu- strerat i fig.3. _ Ovan relaterad teknik att låta två flexibla membran tryck- löst innehålla och fördela en mellan membranen sammanhål- len fallfilm av vätska är en fysikalisk effekt, som med enkla medel åstadkommer en utmärkt väl fördelad vätska- strömning. Enligt uppfinningen kan även fallfilmerna 21k fördelas likartat med ett mot delytorna 32k löst anliggande täckmembran 35k_infäst ex.vis á nämda spridarorgan 4k.

Vid behov av luftning / avgasning av flödet 2 kan detta täckmembran vara i diffusionsöppet material, ex,vis av vävtyp ellerav en slät phstfilmtyp, som är perforerad med hål av sådan ringa utsträckning, att ytspänning i vätskan förhindrar utströmning genom hålen.r Anordningens växlarytor kan oçh bör belastas med tämligen rikt flödande och därmed snabbt löpande fallfilmer.

Stora strömningshastighetar och hög ytfinish à ytorna medverkar till làg försmutsning. Renspolning av ytorna är som inses.enkel genom att alla ytor fritt kan säras från varandra för instick ev spolslang.

Rika flöden i spridarorganen 4,9_medför att risk för igen- sättning i dessa ochså är_ringa, genom att utströmnings- hål kan göras tämligen grova.

Tryckstegring = sammanlagd_lyfthöjd för drivning av var- dera flöde 1 eller 2 genom anordningen ligger i storleks- ordning 5 mvp eller likartat med vad som krävas i platt- värmeväxlare med motsvarande prestanda.

Växlarelementen 33 fabriceras med fördel helt i samma material, såväl membran 3 som rännor Sk. De blir härmed _rullbara och mycket lätta att lagra, transportera och montera. En växlaranordning enligt beskrivningen kan över- huvudtaget lätt hopfogas pa plats av standardiserade bygg- element så som stativdelar, växlarelement 33, pumpar 7k staplingsbara samlingskar ök och fördelar- och spridarorgan 72k,4k,9, som alla var för sig kräver litet och kompakt stuvningsutrymme. '

Claims (4)

Paatkal 1 i 448 4-97

1. Fallfilmsväxlare för värmeväxling mellan tvâ vätske-_ flöden;drivna som fallfilmer å ömse vtor av värmeledande väsentligen vertikalt anbringade skiljeväggar sk.ä n n e t e'c k n a d av att den omfattar skilje- väggar (3,33) av-fritt hängande,bandformigt membran- material företrädesvis plastfilm; organ (9,10) för drivning av ett första flöde (1)-i form av obruten fall- - film (11) utmed första membranytor (31) i hela dessas 'höjdutsträckning;'samt organ (2)4,5,6,7,72) för drivning av ett andra flöde (2) utmed andra membranytor (32) i* form av ett antal (n) brutna fallfilmer (21k k=1..n), varvid dessa ytor_(32) i höjdled är uppdelade i samma antal (n) väsentligen lika stora delytor (32k k=1..n) coch som överströmmas av de brutna fallfilmerna (21k) i tur och ordning nedifrån och unp (k=1..n).

2. Fallfilmsväxlare enligt krav 1 k äan n e t elc k n a d av att den omfattar nämnda membranytor (31,32) anordnade inom ett eller ett flertal växlarelement (33),vardera 1 omfattande ett å mitten vikt och över ett övre fast horisontellt rörstag(8) upphängt bandformat membran (3), vars innerytor (32) ärsi höjdled väsentligen ekvidis- tant medelst limning eller svetsning tvärförbundna medií nämt antal (n) U- eller V-formade vätskerännor (Sk k=1..n), varmed innerytorna är uppdelade i nämnda delytor (32k) allt medan växlarelementens utsidor utgör nämnd första membranyta (31).

3. Fallfilmsväxlare enligt krav 1-2 k ä n n e t e c k n a d av att den omfattar ett flertal av nämnda växlarelement -(33) av samma bredd och höjdmxträckning och upphängda kant i kant i ett stativ med sina respektive ytterytor (31) trycklöst anliggande mot vatandra och att nämnt första flöde (1) med överliggande spridarorgan (9) är fördelat till fallfilmer (11), som är fördelade och innehâllna som tnnna vätskaspalter (34) mellan ytterytor- na medelst adhesions- och kapillärkrafter. 448 497of _

4. Fallfilmsväxlare enligt krav 1-3 k ä n n e t e c k n,p d _av att nämnda organ för drivning av det andra flödet (2) omfattar för varje par i ett nämnt växlarelement (33) av motstâende delytor (32k) ett övre fast spridarorqan (4k) och gemensamt för parallellkopplade växlarelement ett övre fördelningsorgan (72k k;1.¿n), inkopplat mot spri- darorganen, ett undre fast samlingskärl (6k k=1..n) för uppsamling av utflöde ur nämnda vätskerännor (Sk) samt tillsamlingskärlen anslutna vätskepumpar (7k k=1..n) för befodring av flödet till närmast högre belägna delytor.(32k+1)l . Fallfilmsväxlàre enligt krav 1-4 k ä n n e t e c k n a d av att nämnda samlingskärl (Gk) är dimensionerade till volym och höjdutsträckning att medge viss sedimentering av slam i passerande vätskeflöde (2) och tillräcklig variation i vätskestând ooh därmed lyfthöjd för anslut- na pumpar (7k) för att kompensera variationer i dessas tryck/flödeskarakteristiker. Fallfilmsväxlare enligt krav1-5 k ä n n e t e cgk n a d av att den omfattar.täckmembran (35k), som trycklöst an- ligger mot nämnda delytor (32k) för fördelning av därâ strömmande fallfilmer (21k).i 7.Fallfilmsväxlare enligt krav 6 k ä n n e t e c k n a d av att nämnda membran är diffusionsöppna för luftning och avgasning av vätskeflödet (2) i fallfilmerna (21k). Fallfilmsväklare enligt krav 1-6 k ä n n e t e c k n a d av att material i nämnda membran (3,33) utgöres av poly- esterfilm. ' A Eallfilmsväxlare enligt krav 2 k äfn noe t e Q k.n a d av att nämnda vätskerännor (Sk) är utförda i samma mate~ rial som nämnt membran (3) så att växlarelementet (33) 1 höjdled är hopruilbart.