SE526250C2 - Värmeväxlaranordning - Google Patents

Description

20 25 30 35 526 250 ning i livsmedelsbutiker, kylning av industriella processer etcetera. I typiska fall skall därvid en köldbärare i form av en vätska, exempelvis vatten kylas från en första tempe- ratur till en andra temperatur. Temperaturdifferensen mellan temperaturen hos den utgående köldbäraren och köldmediets temperatur är med fördel relativt liten. Det är viktigt att köldmediet i förångaren, som 'tillhandahåller kylningen av köldbäraren, förångas fullständigt innan det lämnar förånga- ren och tillförs Om. det finns vätskedroppar kvar i köldmediet kommer dessa droppar att skada kompressorn kompressorn. och reducera kompressorns effektivitet och livslängd.

I syfte att undvika sådana vätskedroppar i köldmediet är det känt att överhetta köldmediet vid förångarens köldmedieut- lopp. Det är exempelvis känt att åstadkomma en sådan över- hettning med hjälp av den vätska som skall kylas, dvs. den inkommande vätskan leds först förbi det utgående köldmediet för att höja temperaturen hos köldmediet. Ett problem i det- ta sammanhang är att ha tillgång till en tillräcklig tempe- raturdifferens mellan den inkommande vätskan och det utgåen- de köldmediet. Om denna temperaturdifferens är liten erford- ras stora värmeöverföringsytor vilket leder till att förång- aren blir stor. Å andra sidan är det viktigt att överhettningen inte drivs för långt. Om köldmediet som tillförs kompressorn har en hög temperatur blir det erforderliga komprimeringsarbetet stort, vilket gör att kylprocessen blir energikrävande.

TIDIGARE TEKNIK EP-B-497 339 visar en värmeväxlaranordning med en plattvär- meväxlare som utnyttjas som förångare i en köldmediekrets.

Plattvärmeväxlaren innefattar en första plattdel och en andra plattdel för själva föràngningen. I den första platt- delen leds det köldmedium som skall tillföras föràngaren i 10 15 20 25 30 35 526 250 värmeväxlingskontakt med det köldmedium som lämnar förånga- ren. Köldmediekretsens expansionsventil är för det inkomman- de köldmediet anordnad uppströms om den första delen. En yt- terligare ventil är för det inkommande anordnad köldmediet nedströms om den först plattdelen.

US-A-5,678,4l9 visar en liknande värmeväxlaranordning med en plattvärmeväxlare som utnyttjas som förångare i en köldme- diekrets.

EP-A-l 083 395 visar en köldmediekrets innefattande en för- ångare, en kompressor, en kondensor och en expansionsventil.

Det köldmediunl sonl lämnar kondensorn leds i_ värmeväxlande kontakt med det köldmedium som lämnar förångaren och till- förs kompressorn.

DE-A-34 42 169 visar en liknande köldmediekrets innefattande en förångare, en kompressor, en kondensor och en expansions- ventil. Det köldmedium som lämnar kondensorn leds i värme- växlande kontakt med det köldmedium som lämnar förångaren och tillförs kompressorn.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en värmeväxlaranordning med en plattvärmeväxlare som kan använ- das som en förbättrad förångare i en köldmediekrets. Ett yt- terligare ändamål är att reducera förekomsten av vätskedrop- par i det köldmedium som lämnar plattvärmeväxlare. Ett yt- terligare ändamål är att åstadkomma en förångare med en hög effektivitet. Ett ytterligare ändamål är att åstadkomma en förångare med en stor kapacitet i förhållande till förånga- rens storlek. Ett ytterligare ändamål är att åstadkomma en värmeväxlaranordning som är konstruktivt enkel. a. 10 15 20 25 30 35 526 250 Detta ändamål uppnås med den inledningsvis angivna värmeväx- laranordningen som kännetecknas av att nämnda ledning inne- fattar ett ledningsavsnitt som sträcker sig in i och ut ur utloppskanalen. för köldmediet på så sätt att värmeväxling sker mellan köldmediet i nämnda ledningsavsnitt och köldme- diet i utloppskanalen.

Köldmediet leds således till sin inloppskanal och in i plattvärmeväxlare via det uppfinningsenliga ledningsavsnit- tet, som sträcker sig in i och ut ur köldmediets utloppska- nal. Uppfinningen skapar således möjligheter att höja tempe- raturen hos det köldmedium som lämnar plattvärmeväxlaren med hjälp av det köldmedium som befinner sig i ledningsavsnit- tet. Med. ledningsavsnittet enligt uppfinningen är möjligt att förhindra att det köldmedium som lämnar plattvärmeväxla- ren innehåller vätskedroppar. Köldmediet i ledningsavsnittet kan ha en hög temperatur, exempelvis om det köldmedium som befinner sig i ledningsavsnittet kommer direkt från en kon- densor hos en köldmediekrets. De eventuella vätskedroppar som är för stora eller ännu ej har förångats i plattvärme- växlaren kommer att finfördelas, förångas och överhettas i kontakt med ledningsavsnittet. Eftersom vätskedropparna i köldmediet således kan minimeras till både antal och storlek och överhettningen kontrolleras så ökas både kompressorns livslängd och effektivitet.

En förångare soul bildas med värmeväxlaranordningen. enligt uppfinningen har högre kapacitet och/eller effektivitet än konventionella förångare. Det är möjligt att uppnå en mindre temperaturdifferens mellan köldmediet och den utgående köld- bäraren än för konventionella förångare. Värmeväxlaranord- ningen enligt uppfinningen har dessutom en enkel konstruk- tion. Värmeväxlaranordningen enligt uppfinningen kan erhål- las genom att en plattvärmeväxlare kompletteras i efterhand med det angivna ledningsavsnittet. u. .anv a. ~ u 10 15 20 25 30 35 526 250 Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar utlopps- kanalen för köldmediet den fjärde porthålskanalen och ett rör som sträcker sig utåt från den fjärde porthålskanalen och plattpaketet, varvid nämnda ledningsavsnitt sträcker sig åtminstone in i och ut ur nämnda rör. Med fördel kan nämnda ledningsavsnitt även sträcka sig in i och ut ur den fjärde porthålskanalen.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen, sträck- er sig nämnda ledningsavsnitt en U-formad bana i utloppska- nalen. I syfte att öka värmeöverföringen till det köldmedium som lämnar plattvärmeväxlaren kan nämnda ledningsavsnitt in- nefatta ytförstorande organ som är anordnade på ledningsav- snittet och sträcker sig i utloppskanalen. Sådana ytförsto- rande organ kan innefatta flänsar. Vidare är det möjligt att låta nämnda ledningsavsnitt sträcka sig i en bana som är av- sevärt längre än dubbla avståndet mellan en inträdesposition för ledningsavsnittets inträde i utloppskanalen och en posi- tion hos ledningsavsnittet som befinner sig längst bort från inträdespositionen. Exempelvis kan nämnda ledningsavsnitt sträcka sig i en sicksack-formig eller skruvlinjeformig bana i utloppskanalen.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefat- tas nämnda ledning av en köldmediekrets innefattande en kom- pressor, en kondensor, en expansionsventil och en förångare som innefattar plattvärmeväxlaren. Nämnda ledningsavsnitt befinner sig mellan kondensorn och expansionsventilen.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är in- och utloppskanalerna anordnade på så sätt. att köldbäraren strömmar genom de första passagerna i en nwtströmsriktning eller medströmsriktning i förhållande till köldmediet i de andra passagerna. n. non; 10 15 20 25 30 35 526 250 . « - . . x .

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning skall nu förklaras närmare genom en beskrivning av olika, såsom exempel visade utföringsformer och med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. l visar ett funktionsschema för en värmeväxlaranord- ning enligt uppfinningen.

Fig. 2 visar schematiskt en vy framifrån av en plattvär- meväxlaren hos värmeväxlaranordningen i Fig. 1.

Fig. 3 visar schematiskt en sidovy av plattvärmeväxlaren i Fig. 2.

Fig. 4 visar schematiskt en sidovy av en utföringsform av ett ledningsavsnitt hos värmeväxlaranordningen.

Fig. 5 visar schematiskt en sidovy av en annan utförings- form av ett ledningsavsnitt hos värmeväxlaranord- ningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV OLIKA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar en värmeväxlaranordning innefattande en köldme- diekrets med en kompressor 1, kondensor 2, en expansionsven- til 3 och en förångare 4. Förångaren 4 är utformad som en plattvärmeväxlare som skall beskrivas närmare nedan. Ett köldmedium leds i en ledning 5 mellan de olika komponenterna 1-4 i köldmediekretsen. Ledningen 5 innefattar ett lednings- avsnitt 6 som befinner sig mellan kondensorns 2 utlopp och expansionsventilens 3 inlopp. Köldmediet i ledningsavsnitt 6 leds i värmeväxlande kontakt med köldmediet i närheten av och inuti i föràngarens 4 utlopp.

Fig. 2 och 3 visar en plattvärmeväxlare 10 som bildar för- àngaren 4 i värmeväxlaranordningen i Fig. 1. Plattvärmeväx- laren 10 innefattar ett plattpaket 11 med värmeväxlarplattor 12 som är anordnade intill varandra. Plattpaketet 11 är an- 10 15 25 30 35 526 1250 - . . , . , ordnat mellan två gavelplattor 13 och 14. Gavelplattorna 13 och 14 är pressade mot plattpaketet 11 och varandra med hjälp av dragbultar 15 som sträcker sig genom gavelplattorna 13 och 14. Dragbultarna 15 innefattar skruvgängor och platt- paketet 11 kan således pressas samman genom att muttrar 16 gängas på dragbultarna 15 på i sig känt sätt. I den visade utföringsformen indikeras fyra dragbultar 15. Det skall no- teras att antalet dragbultar 15 kan variera i olika applika- tioner. Alternativt kan plattorna 12 tillsammans med gavel- plattorna 13 och 14 lödas ihop till ett plattpaket där löd- fogarna håller samman plattpaketet och håller trycket.

Värmeväxlarplattorna 12 är anordnade på så sätt att det bil- das första passager 18 och andra passager 19 mellan plattor- na 12. De första passagerna 18 är avsedda att leda en köld- bärare som skall kylas och andra passager 19 är avsedda att leda ett köldmedium. porthålskanal 21 och en andra porthålskanal 22, en tredje Plattpaketet 11 innefattar en första porthålskanal 23 och en fjärde porthàlskanal 24. Den första porthålskanalen 21 och den andra porthålskanalen 22 kommuni- cerar med de första passagerna 18. Den tredje porthålskana- len 23 och den fjärde porthålskanalen 24 kommunicerar med de andra passagerna 19. Den första porthålskanalen 21 bildar åtminstone en del av en inloppskanal 31 för tillförsel av köldbäraren till plattvärmeväxlaren 10. Den andra porthåls- kanalen 22 bildar åtminstone en del av en utloppskanal 32 för utmatning av köldbäraren från plattvärmeväxlaren 10. Den tredje porthålskanalen 23 bildar åtminstone en del av en in- loppskanal 33 för tillförsel av köldmediet till plattvärme- växlaren 10. Den fjärde porthålskanalen 24 bildar åtminstone en del. av en witloppskanal 34 för utmatning av' köldmediet från plattvärmeväxlaren 10. I den utföringsform som visas i Fig. 2 och 3 kommer köldbäraren således att strömma genom de första passagerna 18 i_ en motströmsriktning i. förhållande till köldmediet i de andra passagerna 19. Alternativt kan värmeväxlaranordningen utformas på så sätt att köldbäraren 10 15 20 25 30 35 526 250 - . . . . , kommer att strömma genom de första passagerna 18 i en med- strömsriktning i förhållande till köldmediet i de andra pas- sagerna 19.

Såsom framgår av speciellt Fig. 3 sträcker sig ledningen 5, med ledningsavsnittet 6, jämför Fig. 1, i en bana in i och ut ur utloppskanalen 34 för köldmediet. Ledningen 5 sträcker sig vidare från ledningsavsnittet 6, jämför Pig. 1, till ex- pansionsventilen 3. Ledningen 5 sträcker sig från expan- sionsventilen 3 i11 i inloppskanalen 33 för köldmediet för tillförsel av köldmediet till den tredje porthålskanalen 23 och de andra passagerna 19. Tack vare ledningsavsnittet 6 i utloppskanalen 34 kommer en värmeväxling att ske mellan det relativt varma köldmediet i ledningsavsnitt 6 och det vä- sentligen förångade, relativt kalla köldmediet i utloppska- nalen 34.

Som vidare framgår tydligt av Fig. 3 innefattar utloppskana- len 34 för köldmediet både den fjärde porthålskanalen 24 och ett rör 36 som sträcker sig utåt från den fjärde porthålska- nalen 34 och plattpaketet 11. I enlighet med den här visade utföringsformen sträcker sig ledningsavsnitt 6 in i både rö- ret 36 och den fjärde porthålskanalen 24. Det skall noteras att ledningsavsnittet 6 även kan sträcka sig enbart i röret 36 och inte in i själva porthålskanalen 24. Vidare är det möjligt att avstå från röret 36 och därmed låta ledningsav- snittet 6 enbart sträcka sig in i och ut ur själva porthåls- kanalen 24. I den här visade utföringsformen innefattar ut- loppskanalen även ett förlängningsrör 37 som sträcker sig från röret 36. Ledningsavsnittet 6 ansluter emellertid till röret 36 på så sätt att ledningsavsnittet 6 inte sträcker sig i förlängningsröret 37.

Som framgår av Fig. 3 sträcker sig ledningsavsnittet 6 i en U-formad bana i utloppskanalen 34 för köldmediet. Som fram- går av Fig. 4 kan med fördel men inte nödvändigtvis led- .v- . nu o 10 15 20 25 30 35 526 250 ningsavsnittet 6 innefatta ytförstorande organ, exempelvis i form av flänsar 38, som är anordnade på ledningsavsnittet 6 och sträcker sig väsentligen radiellt utåt från ledningsav- snittet 6. Med sådan ytförstorande organ kan värmeöverfö- ringen från köldmediet från kondensorn 2 till det köldmedium som lämnar föràngaren 4 förbättras. Enligt en alternativ ut- föringsform som illustreras i Fig. 5 kan ledningsavsnittet 6 sträcka sig i en bana som är avsevärt längre än dubbla av- ståndet mellan en inträdesposition för ledningsavsnittets 6 inträde i utloppskanalen 34 och en position hos ledningsav- snittet nen i utloppskanalen 34. 6 som befinner sig längst bort från inträdespositio- 5 kan led- ningsavsnittet 6 då sträcka sig i en fram- och tillbakagåen- Såsom framgår av Fig. de bana, exempelvis en sicksack-formig bana, i utloppskana- len 34. Alternativt kan ledningsavsnittet 6 sträcka sig i en skruvlinjeformig bana i utloppskanalen 34. Det är också möj- ligt att uppnå en sådan ytförstoring på annat sätt, exempel- vis genom prägling av ytan hos ledningsavsnittet 6.

Värmeväxlaranordningen innefattar också en sensoranordning 41 som är anordnad vid eller i utloppskanalen 34 för köldme- diet. Sensoranordningen 41 innefattar sensorer för avkänning av temperaturen och trycket hos det köldmedium som utmatas ur plattvärmeväxlaren 10. I den utföringsform som visas i Fig. 2 «och 3 är sensoranordningen. 41 anordnad i. förläng- dvs. på ett visst avstånd från ledningsav- ningsröret 37, snittet 6. Sensoranordningen 41 är förbunden med expansions- ventilen 3 för styrning av expansionsventilens 3 öppnings- grad i beroende av tryck och temperatur hos det utgående köldmediet. Köldmediets flöde in i förångaren 4 kan således regleras via expansionsventilen 3 som kan innefatta en tryckventil. Värmeväxlaranordningen enligt uppfinningen för- bättrar överhettningens stabilitet, vilket underlättar styr- ningen av expansionsventilen 3 med hjälp av sensoranordning- en 41. 526 250 10 Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsfor- merna utan kan varieras och modifieras inom ramen för de ef- terföljande patentkraven.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 526 250 ll Patentkrav

1. Värmeväxlaranordning innefattande en plattvärmeväxlare (10), varvid plattvärmeväxlaren innefattar ett plattpaket av som är anordnade att mellan platt- orna bilda första passager (18) kylas och andra passager (19) för ett köldmedium, varvid: värmeöverföringsplattor, för en köldbärare som skall plattpaketet innefattar en första porthålskanal (21) och en (22), sanm en tredje porthålskanal (24), vilka kommunicerar med de första (23) vilka kommunicerar med de andra andra porthàlskanal passagerna(l8), och en fjärde porthàlskanal passagerna (19); den första porthàlskanalen (21) bildar åtminstone en del av (31) för tillförsel av köldbäraren till plattvärmeväxlaren; en inloppskanal (22) bildar åtminstone en del av för utmatning av den andra porthålskanalen (32) plattvärmeväxlaren; den tredje porthålskanalen (23) bildar åtminstone en del av (33) för tillförsel av köldmediet till plattvärmeväxlaren; en utloppskanal köldbäraren från en inloppskanal den fjärde porthålskanalen (24) bildar åtminstone en del av en utloppskanal (34) för utmatning av köldmediet från platt- värmeväxlaren; innefattar en ledning (5) som sträcker sig in i inloppskanalen (33) för köldmediet för tillförsel av köldmediet till den tredje porthàlskanalen (23) (19), kännetecknad av att nämnda ledning (5) värmeväxlaranordningen och de andra passagerna innefattar ett led- ningsavsnitt (6) som sträcker sig in i och ut ur utloppska- nalen (34) mellan köldmediet i nämnda ledningsavsnitt (6) och köldmedi- för köldmediet på så sätt att värmeväxling sker et i utloppskanalen (34).

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att utloppska- nalen (34) för köldmediet innefattar den fjärde porthålska- 10 15 20 25 30 35 tecknad av att nämnda ledningsavsnitt (6) 526 250 12 nalen (24) och ett rör (36) som sträcker sig utåt från den fjärde porthålskanalen och plattpaketet, varvid nämnda led- ningsavsnitt sträcker sig åtminstone in i och ut ur nämnda rör (36).

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att nämnda ledningsavsnitt (6) sträcker sig in i och ut ur den fjärde porthålskanalen (24).

4. Anordning enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad av att nämnda ledningsavsnitt (6) sträcker sig i en U-formad bana i utloppskanalen (34).

5. Anordning enligt något av de föregående kraven, känne- innefattar ytför- (38) och sträcker sig i utloppskanalen (34). störande organ som är anordnade på ledningsavsnittet

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att nämnda yt- förstorande organ innefattar flänsar (38).

7. Anordning enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad av att nämnda ledningsavsnitt (6) sträcker sig i en bana som är avsevärt längre än dubbla avståndet mellan en inträdesposition för ledningsavsnittets inträde i utloppska- nalen (34) och en position hos ledningsavsnittet som befin- ner sig längst bort från inträdespositionen.

8. Anordning enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad av att nämnda ledningsavsnitt (6) sträcker sig i en sicksack-formig eller skruvlinjeformig bana i utloppskanalen (34).

9. Anordning enligt något av de föregående kraven, känne- innefattas av en köldme- (1), (2), tecknad av att nämnda ledning (5) diekrets innefattande en kompressor en kondensor 10 526 250 13 en expansionsventil (3) och en föràngare (4) som innefattar plattvärmeväxlaren (10).

10. Anordning enligt krav 9, kännetecknad, av att nämnda ledningsavsnitt (6) befinner sig mellan kondensorn (2) och expansionsventilen (3).

11. ll. Anordning enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad av att in- och utloppskanalerna (31-34) är anordnade på så sätt att köldbäraren strömmar genom de första passa- gerna (18) i en motströmsriktning eller medströmsriktning i förhållande till köldmediet i de andra passagerna (19).