SE463482B - Plattvaermevaexlare foer korsstroem daer varje plattmellanrum innefattar parallella stroemningskanaler, varvid, i syfte att foerhindra isbildning, vaermeavgivningsfoermaagan foer det varmare mediets kanaler oekar i det kallare mediets stroemningsriktning - Google Patents

Description

463 10 15 20 25 482 ett antal metoder för att förhindra isbeläggning och igenfrysning av frànluftskanalerna. Man kan exempelvis med en tryckvakt känna när tryckfallet pà fránluftssidan på grund av is har ökat och sedan under viss tid låta tilluften gà genom by-pass spjället. Tiden för att smälta isen kan dock bli mycket lång. Ett annat sätt är att 'kontinuerligt reglera by-pass spjället så att isbildning aldrig uppstår. Detta kan ske med hjälp av en temperatur- givare som placeras där frànluften lämnar värmeväxlarens kalla kant. Samtliga metoder för att förhindra isbelägg- ning orsakar att den maximala verkningsgraden av värme- växlaren kan inte utnyttjas under vinterhalvåret på grund av detta. Särskilt märkbart blir detta i kallt klimat.

Alla metoder för att förhindra isbildning och påfrysning medför en extra förlust av dyrbar energi.

Temperaturen på den luft som lämnar plattvärmeväxlaren varierar från kant till kant. Exempel på det kan man se i Fig 2. Ojämn lufttemperaturfördelning vid utloppet på frànluftssidan förorsakar att ett hörn (märkt "A" på Fig 2) har betydligt lägre temperatur än det andra hörnet på den sidan. Det hörnet kallas det kalla hörnet.

Det sk kalla hörnet är särskilt utsatt för påfrysning.

Beteckningarna i Fig 2 har följande betydelse: tfin - frànluftstemperatur in ttin - tilluftstemperatur in tl - frànluftstemperatur efter växlare i det kallaste hörnet, konventionell växlare t2 - frânlufttemperatur efter växlare i det kallaste hörnet, den nya växlaren t3 - frànluftstemperatur efter växlare i det varmaste hörnet konventionell växlare 10 15 20 3 463 432 t4 - frànluftstemperatur efter växlare i det varmaste hörnet, den nya växlaren a - fördelning tilluftstemperatur efter växlaren, konventionell växlare b - fördelning frànluftstemperatur efter växlare, konventionell växlare c - fördelning frånluftstemperatur efter växlare, den nya växlaren Atg - skillnad i frånluftstemperatur mellan kallaste och varmaste punkt efter värmeväxlare, konventionell tYP Atg - skillnad i frànluftstemperatur mellan kallaste och varmaste punkt efter värmeväxlaren, den nya växlaren Till- och frånluftstemperaturnivån påverkar och bestämmer folietemperaturnivàn. När temperaturen på folien, som avskiljer de båda Luftströmmarna, understiger 0°C upp- träder isbildning av kondensvatten i värmeväxlarens kalla hörn. Jämnare tilluftstemperaturfördelning vid utloppet på frånluftssidan medför jämnare folietemperaturfördel- ning på samma sida av växlaren. Förhöjd frånluftstempera- tur i det sk kalla hörnet höjer alltså folietemperaturen i det hörnet.

Temperaturen i det kallaste hörnet är det mest väsentliga och avgörande ur nedreglering av temperaturverkningsgrad- synpunkt. Temperaturen i det kallaste hörnet inverkar alltså pá den tid under vilken man utnyttjar värmeväx- laren i 100% som i sin tur är mycket viktigt ur energi- besparingssynpunkt. 46-3 482 10 15 20 25 30 Föreliggande uppfinning har till ändamål att minska nack- delarna, med det i det föregående omnämnda kalla hörnet.

Detta sker enligt uppfinningen därigenom att tilluften från sitt inlopp till sitt utlopp får passera ett antal “ frånluftkanaler där nämnda kanalers värmeavgivande förmåga ökar i transversell led från tilloppsluftens inloppsöppning till tilloppsluftens utloppsöppning i transversell led. Ökningen kan vara kontinuerlig eller stegvis. Värmeavgiv- ningsförmågan hos frånluftskanalerna kan regleras på olika sätt. Således kan luften i de olika frånluftskana- lerna ha olika hastighet. Luftströmningarna kan vara laminära eller turbulenta. Den värmeavgivande förmågan kan även ökas genom att förse en kanal med tilläggsytor som kan ha karaktären av längsgående inátvända flänsar eller inpressningar av olika slag. Genom att anordna - flänsar eller inpressningar som avviker från längsgående utsträckning uppstår möjligheter att kunna få genomström- mande luft att turbulera.

Värmeöverföringen i den nämnda plattvärmeväxlaren kan bringas att öka om kanalerna för tilluft är så beskaffade att varje kanal längs sin riktning i strömningsriktningen har ökad förmåga att uppta värme. Detta kan ske genom successivt ökade tilläggsytor i form av inpressningar som kunna vara rent longitudinella eller ha en riktning som avviker från sistnämnda riktning. I stället för inpress- ningarna kan man givetvis även använda inåtriktade flänsar såväl i longitudinell riktning som i därifrån avvikande riktning.

För uppbyggnad av ett värmeväxlarpaket behövs således två typer av lameller som lägges på varandra så att kors- vis genomströmning erhålles.

Ytterligare kännetecken för föreliggande uppfinning fram- går av efterföljande patentkrav. 10 15 20 25 fëo 35 463 482 Ett utföringsexempel av uppfinningen kommer att beskrivas i samband med bifogade ytterligare fem figurer, där Fig 3 visar i perspektiv schematiskt tre värmeväxlar- lameller anordnade på varandra, Fig 4 visar schematiskt en ändvy av tre värmeväxlar- lameller, Fig 5 visar schematiskt en tilluftslamell, Fig 6 visar schematiskt en frånluftslamell Fig 7 visar schematiskt 6 olika präglingsmönster.

I Fig 3 visas tre pá varandra lagda lameller 1,2 och 3. Varje lamell har en plan botten som bildar genomström- ningskanalernas botten och varje lamell är försedd med ett antal bredvid varandra anordnade parallella uppátrik- tade flänsar 4,5,6,7 och 8. Lamellbotten och flänsar kunna vara framställda genom ett sprutningsförfarande eller också kunna de vara framställda av en enda plåt eller folie av företrädesvis metall såsom aluminium, vilken folie vikts på ett sätt som framgår av Fig 4.

Samtliga lameller i Fig 3 har plana bottnar. Fördelen av lameller av det slag som visas i Fig 3 är att man för att bygga upp en plattvärmeväxlare endast behöver ha en enda lamelltyp där man staplar lamellerna växelvis vridna i förhållande till varandra 900. Varje lamell har för sina kanaler botten och sidoväggar och får tak för kanalerna från ovanpå liggande lamell. Lameller enligt Fig 3 finner god användning för framtagning av plattvärme- växlarpaket som icke har de problem som förorsakas av ett kallt hörn.

I Fig 4,5 och 6 visas lameller försedda med strypningar och där strypningarna i Fig 4 givits hänvisningsbeteck- ningarna 9 och l0. Såsom även sketti Fig 6 men i Fig 5 har dessa givits hänvisningsbeteckningen ll. Stryp- ningarna i nämnda tre figurer är ástadkomna genom inpress- ningar på baksidan av kanalernas bottnar. Därigenom uppstår upphöjningar i kanalerna vilka förorsakar strypningar. 463 482 6 10 15 20 25 30 Upphöjningarna kan ha vilken form som helst under förut- sättning att de åstadkommer en strypning.I Fig 7 visas flera olika slag av upphöjningar.

I Fig 4 visas att en uppressning kan ha höjden h och en fläns kan ha höjden H. Höjden H kan ha ett värde ligg- ande mellan 2-l0 mm och en kanal har en bredd L liggande mellan 30-100 mm. En fördelaktig bredd är en bredd ligg- ande mellan 33-39 mm. Höjden på en prägling h kan ha ett värde liggande mellan 0,1-3 mm.

I Fig 5 visas en tilluftslamell 2 med upphöjningar ll.

Varje kanal har ett antal upphöjningar och dessa är anord- nade längs kanalens utsträckning. I varje kanal har en upphöjning invid själva inloppsöppningen av tilluft den största höjden. Därefter avtar upphöjningarnas höjd suc- cessivt i riktning mot tilluftlamellens utloppsöppning.

Beträffande fránluftslamellen 3 så har inte samtliga kanaler upphöjningar 9. I varje kanal har upphöjningarna samma höjd längs sin utsträckning men upphöjningarna i de fyra olika kanalerna är olika. Således är upphöj- ningarna störst i den översta kanalen och därefter avtar upphöjningarna successivt ned mot den nedersta kanalen.

Ett värmeväxlarpaket med lameller enligt Fig 5 och 6 har den fördelen att kanalerna skapar gemensamt turbulens- reglering vilket ökar värmeövergángskoefficienten som har beteckningen 04 som utgör ett mått på värmeöverföringen mellan en yta och dess omgivande medium och beror pà ytans temperatur, ytmaterialet samt mediets temperatur och rörelse. Det är just mediets (luftens) rörelse som man ändrar genom alla strypningar i kanalens yta.

Värmeövergångskoefficienten anges i W/m2K.

Den överförda värmeeffekten hos plattvärmeväxlare kan definieras c) 463 482 P= k x A x_ Avm k värmegenomgàngskoefficient, W/m2K _A = Värmeöverföringsyta, m2 ¿¶n¿= den sk logaritmiska medeltemperaturdifferansen K, l 5 k = +31; UC2 lvum i+ cál Värmeövergàngstal (värmeövergàngskoefficient) på ena sidan av lamellen (ex. frànluft-aluminiumfolie), W/m2K dL1 0(2 = värmeövergàngstal på andra sidan av lamellen (ex 10 tilluft - aluminium-folie), w/m2 K d = lamellens tjocklek, m lamellens värmeledningsförmága (lamellens värme- konduktivitet), W/m2K JL Detta leder i sin tur leder till en ökning av temperatur- 15 verkningsgraden som för plattvärmeväxlare kan definieras 122-111 7) t3-tl tl = tilluftstemperatur före växlare tg = tilluftstemperatur efter växlare t3 = fránluftstemperatur före växlare 20 Temperaturverkningsgraden är ett mått på värmeöverförings- effektiviteten Ju högre en höjning är desto högrecí-värde erhålles och L! tvärtom om höjningen minskar. Frånluftslamellerna har varierande 6%-värde frán kanal till kanal tack vare sina 25 upphöjningar. I kanaler med lägre DC-värde (som även omfattar släta kanaler) avger passerande frånluft mindre värmemängd till kanalens väggar längs kanalens längd.

På grund av detta behåller frånluften högre temperatur <1; 465 482 10 15 20 25 30 vid utloppet av kanalen än luft som passerar frånlufts- kanalerna med upphöjningar och alltså med högre 0¿-värde.

Tilluftslamellerna är annorlunda på ett sådant sätt att den del av lamellerna som är med upphöjningar ligger nedanför frånluftskanalerna med högre 0(-värde. Tillufts- kanalerna medverkar således till högre värmeavgivning från frånluften invid sitt utlopp.

I den del av lameller med maximal upphöjning åstadkommer man ett relativt högt °¿-värde som medför hög temperatur- verkningsgrad. Tack vare det kan man erhålla en medeltem- peratursverkningsgrad till hela värmeväxlaren på relativt hög nivå.

Upphöjningarna i de olika kanalerna orsakar också extra tryckmotstånd som i sin tur leder till ojämt luftflöde i respektive kanaler. I kanaler med släta utföranden har passerande luft högre hastighet än i kanaler med upphöjningar. Lufthastigheten avtar med ökande upphöj- ningar i respektive kanaler. Den varma frånluften passerar alltså de släta kanalerna under en kortare tid än i de andra. På grund av de korta genomströmningstiderna avger frånluften mindre värmemängd till den omgivande kanalens väggar. Det leder till att frånluftstemperatur vid utloppet av växlaren har högre temperatur i släta kanaler och att temperaturen minskar med ökade upphöjningar i respek- tive kanaler.

Ett värmeväxlarpaket enligt föreliggande uppfinning möjlig- gör olika värmeöverföring i olika kanaler. Olika grad av värmeöverföring i respektive kanaler medför i sin tur olika lufttemperaturnivåer vid utloppet. Vid dimen- sionering av de olika kanalerna är målsättningen den att temperaturen vid utloppet i samtliga frånluftskanaler skall vara ungefär av samma värde. Dimensioneringen sker på rent experimentell väg. c) 10 15 20 25 465 482 I Fig 2 visar den streckade linjen c den önskade tempera- turfördelningen i värmeväxlaren enligt föreliggande upp- finning varvid nämnda temperaturfördelning erhållits på experimentell väg. De heldragna linjerna a och b mot- svarar temperaturfördelningen i en konventionellt uppbyggd plattvärmeväxlare. Av den streckade linjen framgår således att temperaturen får ett högt värde i det kallaste hörnet i värmeväxlaren vilket är uppfinningens ändamål. Nämnda temperaturförhöjning förlänger väsentligt ett 100%-igt utnyttjande av plattvärmeväxlaren enligt föreliggande uppfinning. Således har det framskapats en värmeväxlare som kan utnyttjas i skift under lägre utluftstemperaturer än konventionella värmeväxlare.

Betraktas Fig 2 så visar det sig att man vid en plattvärme- växlare enligt föreliggande uppfinning kan ernå följande värden på angivna storheter nämligen :En = zz°c :än = -z°<: f, = s°c f, = s°c= fa =11.s°c g = s.2°c f A; = s.e°c m: = o.z°c I efterföljande tabell visas de energibesparingar som kan göras med hjälp av en värmeväxlare enligt föreliggande uppfinning Summa gradtírnmar/år för eftervärmning av tílluft till +20° C Normaltemveratur 3°C =°C 0°('ï| A En konventionell växlare 35 200 50 400 79 300 B Den nya växlaren 34 500 45 100 66 600 Skillnad A-B l 700 5 300 12 700 Q Vänneväxlarc utan páfrysníng 34 200 44 300 50 300 ) Skillnad A-C 2 ooo fe zoo 18 560 10 465 482 l0 15 20 25 30 För beräkning av energibehov för bl a uppvärmning av luft används begreppet gradtimmar som har enheten °Ch.

Gradtimmar anger det specifika värmebehovet, dvs summan av temperaturdifferensen mellan tilluftstemperatur-nivån efter värmeväxlaren och önskad tilluftstemperaturnivá i betjänade lokaler multiplicerad med tiden under vilken temperaturdifferensen råder. Antal gradtimmar räknas för hela eldningssäsongen och uttrycks därför i grad- timmar/år.

Den föregående tabellen presenterar antalet gradtimmar/år för eftervärmning av tilluft till +20°C för plattvärmeväx- lare med temperaturverkningsgrad = 60% med avfrostning och verkningsgradsreglering. Värdena är beräknade med hjälp av varaktighetsdiagram och gäller för frånluftstem- peraturer +22°C och relativ fuktighet 25%.

Ur tabellen framgår att antalet gradtimmar för eftervärm- ning vid användandet av den nya typen av värmeväxlare minskar mycket kraftigt och ligger inte långt från antalet gradtimmar vid användning av växlare utan páfrysning (exempelvis roterande värmeväxlare) I det följande åskåd- liggöres närmare hur stor besparing som erhålles vid användning av växlaren enligt uppfinningen kontra en konventionell plattvärmeväxlare. tilluftsflöde = 5m3/s antal gradtimmar - ur föregående tabell Exempel: energipris 0.3kr/KWh Beräkning av energibesparing Normaltemperaturen är årsmedeltemperaturen för en viss ort. I exemplet valdes tre olika orter i Sverige med motsvarande normaltemperatur (ur VVS handbok): q) '\ 10 15 20 25 30 ll 465 482 +8°C motsvarar Malmö +5°C motsvarar Gävle 0°C motsvarar Pajala Energibehovet definieras på följande sätt Q = q x f x Cp_x¿Ä t x drifttid (lit x drifttid = gradtimmar) tilluftsflöde som ska uppvärmas, m3/S q= Q = luftens densitet (vid 20°C = 1,2 kg/m3) CP = luftens specifika värmekapacitet (vid 20°C = l,007kJ/kg K) At = temperaturdifferensen mellan tilluftstemperaturnivàn efter värmeväxlaren och önskad tilluftstemperaturnivá i betjänade lokaler Ur tabell nr 1 tas besparat antal gradtimmar vid användning av de nya växlarna (skillnad A-B) För normaltemperatur +8°C Q = 5 x 1,2 x l x 1700 = 10200 kWh Årlig kostnad = energibehov x energipris alltså 10200 kWh x 0,3kr/kWh = 3060 kr/år För normaltemperatur +5°C Q = 5 x 1,2 x l x 5300 31800 kWh x 0,3 kr/kWh 31800 kWh 9540 kr/år ll 'För normaltemperatur 0°C Q = 5 x 1,2 x l x 12700 = 76200 kWh 76200 kWh x 0,3 kr/kWh = 22860 kr/àrEnergibesparingen vid användning av värmeväxlare enligt föreliggande uppfinning är mycket stor och ökar vid fallande normaltemperatur.

Vid jämförelse med en konventionellt uppbyggd värmeväxlare och en värmeväxlare enligt den föreliggande uppfinningen, finner man således att utjämning av temperaturfördel- ningen vid utloppet på frånluftsidan samt höjning av temperaturen på det sk kalla hörnet förlänger väsentligt utnyttjningstiden av plattvärmeväxlaren vilket samtidigt utgör en stor energibesparing.

En plattvärmeväxlare enligt föreliggande uppfinning erfordrar således två typer av lameller. C* 463 10 15 20 482 12 För att åstadkomma en minskning av nedkylningen i det kritiska hörnet invid frànluftens högra utströmningskant och tilluftens högra inströmningskant i det föregående har det entydigt beskrivits att uppgiften för föreliggan- de uppfinning är att reglera temperaturen vid nämnda kri- tiska hörn så att en nedfrysning undvikes. Detta kan även uttryckas på så sätt att temperaturen i frånluften omför- delas vid frànluftens utlopp så att nedkylning nedbringas och det värmeupptagande mediets värmeupptagande ökar från det värmeupptagande mediets inlopp till dess utlopp. Nämn- da temperaturomfördelning kan även ske genom att tillopps- luften före inloppet till lamellerna för frànluft gives olika hastigheter. Inuti lamellerna kan frânluften givas en genomströmning som avviker ifrån laminär genomströmning.

Frànluften kan även ge upphov till temperaturomfördelning när lamellerna för fránluft förändras på ett sådant sätt att de fått en ningar eller uppressningar. ökad yta, vilket kan ske genom nedpress- Det torde även vara uppenbart att lamellerna för tilluft kan manipuleras på samma sätt som ovan nämnts beträffande lamellerna för frànluft.

Såväl frànluftslameller som tilluftslameller kunna utnytt- ja två eller flera av de åtgärder som nämnts i det före- gående. (j)

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 PATENTKRAV l' 463 482 Anordning vid värmeväxlare i paketform, där ett antal rektangulära lameller är staplade ovanpå varandra och tillsammans bildande en parallellepipedisk kropp, där varje lamell består av en plan del företrädesvis en skiva och en del för bildande av bredvid varandra anordnade parallella strömningskanaler, vilka tvá delar kunna vara sammanhängande eller separata och där varannan lamell är riktade åt samma håll och mellanliggande lameller åt ett håll som är 900 vinkel- förskjutet, så att två varandra korsande kanalsystem uppstå avsedda för ett värmeavgivande gasformigt medium för att vid värmeväxlarens utlopp av värme- avgivande gasformigt medium förhindra isbildning vid låga temperaturer av det värmeupptagande gas- formiga mediet där isbildning förekommer vid värme- växlare uppbyggda av likformiga lameller, k ä n n e- t e c k n a d därav, att kanalerna för det värme- avgivande gasformiga mediet förorsakar en värmeav- givningsförmåga som ökar från kanal till kanal räknat från det värmeupptagande mediets inlopp. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att varje strömnings- kanal för en lamell (2) för det värmeupptagande mediet har längs sin utsträckning från inlopp till utlopp en ökande värmeupptagningsförmàga. Anordning enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att värmeavgivnings- förmågan är beroende av genomströmmande mediets ström- ningshastighet. Anordning enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att värmeavgiv- ningsförmàgan är beroende av kontaktytans i resp n Ü' 465 482 10 15 20 25 kanals storlek som varieras med hjälp av upphöjningar såsom flänsar som kunna vara längsgående eller ha därifrån avvikande utsträckning. Anordning enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att värmeavgivningsförmågan är beroende av genomströmmande mediums från laminär strömning avvikande strömning. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att värmeöverföringsförmågan är beroen- de av två eller flera av arrangemangen enligt patent- kraven 3 - 5. Anordning enligt något eller några av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett antal strypningar av lika eller olika storlek bestämma värmeöverföringsförmågan. Anordning enligt något eller några av de föregående patentkraven, där varje kanals botten består av tunn plåt, k ä n n e t e c k n a d därav, att varje stryp- ning (9) utgöres av en eller flera uppressningar. Anordning enligt något eller några av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att varje lamell med eller utan strypningar är framställd av en rektangulär plåt eller folie företrädesvis av metall där plåt eller folie är bockad, att kanaler- nas botten och sidoväggar (4-8) bildas av densamma. O)