DK150289B - Fremgangsmaade og apparat til varmeudveksling mellem en vaeske og luft - Google Patents

Description

i 150289

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til varmeudveksling mellem en væske og luft.

Varmeudveksling mellem luft og væske, især vand, spiller en vigtig rolle ved energiudnyttelsen, f.eks. ved 5 køling og opvarmning af bygninger, ved luftbehandling, ved industrielle varmeprocesser, f.eks. tørring etc..

I mange energisystemer, f.eks. varmepumpe-, solvarme-, spildvarme-eller fjernvarmesystemer ville virkningsgraden kunne øges væsentligt, såfremt varmeledningsmodstan-10 den i de i systemerne indgående varmevekslere reduceres.

Realiseringen af dette ønske indebærer imidlertid væsentlig større varmeoverførende overflader, end de ved den kendte teknik økonomisk acceptable overflader.

Kendte varmevekslere for væske/luft er udformet som 15 til væskecirkulation indrettede lukkede rørsystemer, hvor den ydre kappeoverflade, som udgør varmevekslerfladen mod luften, ofte øges ved hjælp af flanger. Af hensyn til stabiliteten og varmeledningen er rør- og flangematerialet fortrinsvis metal. Sådanne varmevekslere 20 er bekostelige og har desuden den mangel, at flangerne har en vis varmeledningsmodstand, og at det er vanskeligt at fjerne dannet is fra rummet mellem flangerne. Desuden forekommer der ydre og indre korrosion.

Den foreliggende opfindelse har til formål at tilveje-25 bringe en fremgangsmåde til varmeudveksling mellem en luftstrøm og en væskestrøm ved hjælp af enkle og billige midler med stor ydre og indre modstandsdygtighed over for korrosion og med en meget lille varmeledningsmodstand.

Dette formål opnås ved de i krav l's kendetegnende del 30 angivne foranstaltninger.

Opfindelsen angår tillige et apparat til udøvelse af fremgangsmåden. Apparatet er ejendommeligt ved det i 150289 2 krav 3's kendetegnende del angivne.

I det følgende forklares opfindelsen nærmere ved hjælp af tegningen, hvor fig. 1 skematisk i et vertikalt snit og set fra siden 5 viser et strømningsskema ved varmeudvekslingen ifølge opfindelsen, fig. 2 og 3 i et vertikalt snit set forfra og i et horisontalt snit viser en varmeudvekslingsflade i fig. 1, og 10 fig. 4 og 5 i større målestok og henholdsvis set forfra og fra siden viser en praktisk udførelsesform for varme-udvekslingsapparatet ifølge opfindelsen.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen beskrives først under henvisning til fig. 1-3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Som varmeudvekslingsflade tjener ved fremgangsmåden og 2 i apparatet ifølge opfindelsen ét eller flere bånd- 3 formede membranpar 3 bestående af to tynde membraner 4a 4 og 4b, der holdes i en ønsket afstand fra hinanden ved 5 hjælp af en mellem disse værende kapillarfilm 5 af en 6 væske 1. Ved at lade membranparret 3 hænge lodret ned 7 eller spænde membranerne i vertikal retning, og ved uden 8 overtryk at tilføre en svag strømning af væsken 1 langs 9 med membranparrets øvre horisontale endepartier 31 opnår 10 man, at væskefilmen 5 strømmer jævnt nedad på membraner- 11 nes samlede fladeareal under indvirkning af tyngdekraften 12 og strømningsmodstanden. Er strømningshastigheden lille, 13 vil adhæsionskræfterne mellem membranfladerne være væ 14 sentlig større end det statiske væsketryk, så at der fås 15 et ensartet strømningsmønster i membranparret 3's samlede 16 vertikale udstrækning.

150289 3

Fra det strømmende væskelag 1 udveksles der gennem membranvæggene varme med en luft- eller gasstrøm 2, som drives gennem smalle spalter 6 på hver sin membrans yderside. Luftstrømmen 2 passerer fortrinsvis i modstrøm til 5 væskestrømmen 1.

Membranerne 4a og 4b kan bestå af forskellige materialer og have samme eller forskellig tykkelse. Den mod væskefilmen 5 vendende membranflade bør være således beskaffen, at den mod denne anliggende væske har en lav over-10 fladespænding, hvorved væskefilmens udbredning på nævnte membranflade fremmes, medens den mod luftspalten 6 vendende membranflade med fordel er hydrofob, så at den lettere slipper snavs, kondensat og is.

Med henblik på omkostningerne og vedligeholdelsen vælges 15 som membranmateriale fortrinsvis e'n formstof folie, f.eks.

en 50yum tyk polyesterfolie, hvis ene flade er kemisk eller mekanisk ætset til forøgelse af dens fugtelighed.

En membran med den angivne ringe tykkelse har en negligerbar varmeledningsmodstand i membranvæggen til trods for, 20 at formstoffet i og for sig er en dårlig varmeleder.

Ved kontinuerlig drift er ovennævnte membranpar 3 beliggende i et strømningskredsløb ifølge fig. 1. En strøm af væske 1 tilføres som nævnt membranparret 3 ved 31 via en foroven åben fødebeholder 7 og et strømningen fordelen-25 de drøvleorgan 8. Væsken strømmer nedad langs med membranernes indre flader under varmeudveksling med luftstrømmene 2 og strømmer forneden ved 32 ud fra mellemrummet mellem membranerne og samles i en samlebeholder 9a, fra hvilken den via en til beholderen sluttet ledning 10 føres 30 til en forrådsbeholder 11, hvorfra væsken strømmer gennem en væskevarmeveksler 12, som er sluttet til en ydre køle-eller varmekilde 13. Fra varmeveksleren 12 føres væsken til en cirkulationspumpe 14, hvorfra den gennem en stig- 150289 4 ledning 15 med en reguleringsventil 16 atter tilføres f.ødebeholderen 7.

Ved cirkulationen af væsken 1 varmeveksles der mellem køle/varmekilden 13 og luftstrømmene 2 i spalterne 6.

5 Da luften i spalterne 6 under driften afkøles til en temperatur under frysepunktet, og da der derved aflej-res et islag på membranparret 3's øvre parti, kan man ved periodisk tilførsel af varmere væske i mellemrummet mellem mebranerne nemt få islaget til at slippe og 10 falde ud. I dette øjemed indkobles der i væskekredsløbet en beholder 17, der via en ledning 18 står i forbindelse med forrådsbeholderen 11, og som er delvis fyldt med væske la, der opvarmes ved hjælp af et varmelegeme 19.

Pumpen 14's sugeside er via en magnetventil 20 sluttet 15 til forrådsbeholderen 11 og via en magnetventil 21 til beholderen 17. Ved periodisk spærring af ventilen 20 og åbning af ventilen 21 indføres der varm væske la i mellemrummet mellem membranernes øvre parti.

Membranparret 3's nedre mundingsparti 32 er forsynet 20 med en anordning 22 til bortledning af nedfaldende kondensat og is fra membranernes ydre flade, så at kondensatet og isen ikke blandes med væsken 1, der er en vandig opløsning af f.eks. calciumchlorid eller monopropy-lenglycol.

25 I det følgende beskrives en praktisk udførelsesform af varmevekslingsapparatet ifølge opfindelsen for luft/væske under henvisning til fig. 4 og 5.

Dette apparat indbefatter et antal ens båndformede membraner 4a, 4b af polyesterfolie med en bredde på 30 f.eks. 1,0 m og en tykkelse på 50/um. Membranernes ene flade er kemisk matteret. Den båndformede membran 4a 150289 5 danner endeløse sløjfer, der er ophængt på hvert sit væskefordelende hullede rør 40, medens den anden membran 4b ligeledes danner endeløse sløjfer, som er udspændt mellem øvre bærestænger 41, der hver især er be-5 liggende mellem de to sløjfeparter på hver sin sløjfe af membranen 4a på en sådan måde, at hver to membranbånd-sløjfers to sløjfeparter tilsammen danner to membranpar.

Rørene 40 og bærestængerne 41 har tilnærmelsesvis samme tværdimensioner^ så at membranernes matterede flader kom-10 mer i berøring med hinanden. Bærestængerne 41 er anbragt på en fast forankret konstruktion 43, og membransløjferne sammenpresses noget i afstand fra sløjfernes ender ved hjælp af stænger 42, der er beliggende parallelt med rørene 40 og bærestængerne 41. Ydersløjferne med membranen 15 4a har skråt afskårede, sammensvejsede nedre ender således, at de på rørene 40 ophængte sløjfers frie nedre ende skråner ned mod en åbning som vist ved 44 i fig. 4. Ved den i fig. 5 viste udførelsesform er fire ydre sløjfer på membranen 4a ophængt side om side på hvert sit rør 40.

20 Inden for hver af disse sløjfer findes en af den anden membran 4b dannet indre sløjfe. Hele membranarrangementet er indesluttet i en kappe.45, der bærer rørene 40, konstruktionen 43 med bærestængerne 41 samt stængerne 42.

Kappen 45 har en bund 49, der skråner nedad i samme 25 retning som de ydre sløjfers nedre ender på den i fig. 4 viste måde. På det lavest beliggende sted udgår der fra kappen et udløbsrør. I kappen er fastgjort nedre rørstudse 46 til tilførsel af luft, og kappen har øvre luftudstrømningsåbninger 47.

30 Når der tilføres de hullede rør 40 væske fra et fordelingsrør 48, fordeles denne væske jævnt på alle membran-par 4a, 4b, og væsken fordeles tillige jævnt over de båndformede membraners samlede bredde. Væsken strømmer som nævnt i det foregående ned mellem membranparrene 4a, 4b i form af 35 en kapillarfilm 5 under varmeudveksling med en gennem 6 150289 rørstudsene 46 tilført, opadgående luftstrøm 2 i spalterne mellem membranparrene. Væsken ledes bort langs med den skrå nedre kant på de af membranen 4b dannede ydre sløjfer og gennem bortledningsrøret 5, medens den 5 opad strømmende luft passerer ud gennem åbningerne 47.

Det i det foregående beskrevne varmeudvekslingsapparat kan tilpasses mange forskellige formål ved variation af parametre såsom membranernes bredde og højde, antallet af membranpar, luftspalternes bredde samt luftens og 10 væskens strømningshastighed. Apparatet kan med små omkostninger fremstilles med meget store varmeudvekslings-flader, da det disse flader dannende membranmateriale er meget billigt.

• t

Claims (4)

150289 Patentkrav :

1. Fremgangsmåde til udveksling af varme mellem en væske (1) og luft (2), kendetegnet ved, at væsken (1) ved hjælp af tyngdekraften bringes til at strømme som en kapillært udbredt væskefilm (5) mellem 5 to hovedsageligt vertikalt orienterede membraner (4a og 4b), som holdes sammen af adhæsionskraften i væskefilmen (5), og at luften (2) ledes i berøring med membranernes fra væskefilmen bortvendende sider til varmeudveksling gennem membranerne (4a og 4b).

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at væsken (1) og luften (2) bringes til at strømme i modstrøm til hinanden.

3. Apparat til udveksling af varme mellem en væske (1) og luft (2) og til brug ved udøvelse af fremgangsmåden 15 ifølge krav log2, kendetegnet ved en varmeudvekslingsflade bestående.af mindst ét par vertikale, båndformede membraner (4a, 4b), hvis overflader er beliggende lige over for og i så lille afstand fra hinanden, at de holdes sammen ved hjælp af en kapilært udbredt film 20 af væsken (1), organer (7, 8) til indføring og jævn fordeling af væskestrømmen (1) i den øvre del af rummet mellem membranerne (4a, 4b), et organ (9a) til opsamling af væsken (1) fra den nedre del af rummet mellem membranerne (4a, 4b.) samt organer til at lede luften 25 (2) til kontakt med membranernes (4a, 4b) fra hinanden bortvendende flader.

4. Apparat ifølge krav 3, kende t.e-gnet ved, at den øvre del af rummet mellem mebranerne (4a, 4b) er sluttet til en åben væsketilførselsbeholder (7) med 50 et væskestrømmen drøvlende organ (8) til jævn tilførsel af væske (1) til rummet mellem membranerne i disses samlede bredde.