SE524883C2 - Plattvärmeväxlare - Google Patents

Description

2 4 8 8 3 gi; jjfç. -- - . » ~ . . . . . . .- Enligt föreliggande uppfinning uppnår man detta därigenom att två separata kanaler för ett kylande flöde har anordnats intill nämnda kontaktareor som bildar en fläns som går in i nämnda högtemperaturflöde som passerar inloppsöppningen, varvid de två separata kanalerna för det kylande flödet är försedda med ett gemensamt inlopp, samt med ett gemensamt utlopp, varvid nämnda gemensamma inlopp har placerats på ett ställe med högre flödestryck än flödestrycket där utloppet placerats, varvid en av nämnda kanaler har delvis begränsats av en pressad rygg i den ena plattan av parbildande plattor som begränsar kanaler för det kylande flödet, vilken pressad rygg är avsedd att kontakta en motsvarande rygg på den andra plattan i nämnda plattpar, och varvid nämnda ena kanal nära nämnda pressade rygg har mindre höjd än den pressade ryggen.

Härigenom säkrar man att ett ständigt flöde av kylmedium kommer att passera mellan plattoma som har lötts ihop över ringformade areor som gränsar till inloppsöppningarna i plattoma för högtemperaturflödet, vilket flöde av kylmedium kommer nära de lödfogar och det plattmaterial som är utsatt för de maximala temperaturgradienterna i värmeväxlaren.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar där Figur 1 schematiskt och i plan vy visar en platta i en känd värmeväxlare avsedd för att värma kallt vatten med varma förbränningsavgaser.

Figur 2 schematiskt och i plan vy visar en platta i en värmeväxlare enligt föreliggande uppfinning.

Figur 3 schematiskt och i plan vy visar en värmeväxlarplatta avsedd att placeras på toppen av en platta av den typ som visats i figur 2 i en värmeväxlare enligt föreliggande uppfinning. o v u. n q . | a | .- V u a v e e o n n n o :- a . a u Q v a .en nu n. a a nu n u I u» s Q- n o u u ~ v» u.

- . - ~ . . - - . . .- Figur 4 visar en vertikalsektion genom en värmeväxlare enligt föreliggande uppfinning, varvid sektionen utförts utmed linjerna X-X i figurema 2 och 3.

Figur S är en perspektivisk bild av några plattor enligt figur 4 dragna isär.

Figur 6 är en plan vy av en värmeväxlarplåt i en trekrets-värmeväxlare motsvarande den i figur l visade plattan.

Figur 7 är en plan vy av en värmeväxlarplåt i en trekrets-värmeväxlare enligt uppfinningen, visande hur kylningen av plattflänsar i inloppet för ett varmt flöde kan förbättras i förhållande till utförandet enligt figur 6, Figur 8 är en plan vy av en vármeväxlarplåt i en trelcrets-värmeväxlare med ett centralt inlopp för ett värmande flöde.

Figur 9 är en plan vy av en värmeväxlarplåt i en trekrets-värmeväxlare enligt uppfinningen,- visande hur kylningen av plattflänsar i inloppet för ett varmt flöde kan förbättras i förhållande till utförandet enligt figur 8.

Figur 10 är en plan vy av en vármeväxlarplåt i en trekrets-värmeväxlare där värmeväxling sker mellan ett kallt flöde och två värmande flöden.

Figur ll är en plan vy av en värmeväxlarplåt i en trekrets-värrnevâxlare enligt uppfinningen, visande hur kylningen av plattflänsar i inloppen för två värmande flöden kan förbättras i förhållande till utförandet enligt figur lO.

Figur 12 är en vertikalsektion utmed linjen Y-Y i figur l 1. 5 2 4 8 s 3 gi; jjfç. -. - - . - - « . - . - » - »a En känd värmeväxlarplatta som visats i figur 1 har försetts med ett pressat fiskbensmönster bestående av ryggar och nedpressningar som schematiskt visats och betecknats med 2. Plattan 1 har visats från ovan och ovansidan är avsedd att begränsa ett flöde av kylvatten, medan den andra sidan av plattan är avsedd att begränsa ett flöde av varm gas, exempelvis med en temperatur på 1300°C. Plattan 1 är försedd med fyra hål 3-6, varvid hålet 3 är ett inlopp för högtemperaturflödet, hålet 4 är ett utlopp för kylvattnet, hålet 5 är ett utlopp för högtemperaturflödet och hålet 6 ett inlopp för kylvattnet.

Kylvattenflödet utmed plattan 1 har indikerats med ett flertal pilar 7 och 8 - de större pilarna 7 visar riktningen för ett större massflöde, medan pilarna 8 visar riktningen för ett betydligt mindre massflöde. Hålet 3 begränsas av en cirkulär kant 9 av plattan 1 som har lötts ihop med en angränsande värmeväxlaiplatta, som ej har visats i ñgur 1, utrned en ringformad area 10 mellan kanten 9 och en linje 11 som gränsar till ett hörn 13 av plattan 1. Den ringformade arean 10 av de två plattor som har lötts ihop kommer att bilda en flàns som på båda sidorna kommer att kontaktas av de varma gasema och att kylas genom att leda värme till plattdelar som kommer i kontakt med kylvatten.

F lödet av kylvatten är dock mycket långsamt utmed en del 12 av plattan 1 - som visats med sektionering i figur 1. Därför kommer lödmaterialet - koppar eller nickel - som har använts för att förena plattorna vid arean 10 samt plattmaterialet i arean 10 att nå en så hög temperatur att den överstiger den för lödmaterialet högsta tillåtna ofta i förbindelse med en hög temperaturgradient i värmeväxlarplattorna, vilket kan orsaka materialutmattning och därmed väsentligt reducera värmeväxlarens livslängd.

Figurerna 2 och 3 visar hur denna nackdel kan undvikas i hög grad genom att använda ett utförande enligt föreliggande uppfinning.

Figur 2 visar en värmeväxlarplatta 21 avsedd att användas i en värmeväxlare enligt föreliggande uppfinning, och delar som motsvarar redan omnämnda och i figur 1 visade har försetts med motsvarande hänvisningssíffror. Plattan 21 har visats från ovan och kylvattnet ska passera plattans ovansida, medan varm gas ska passera på undersidan. En rygg 22 som formats som en del av en ring har pressats uppåt till nivån för topparna av ryggarna 2. Toppen 524 885 nas -e av nämnda rygg 22 kontaktar toppen på en motsvarande rygg på en angränsande platta - som förklarats i det följande under hänvisning till figur 3 - och begränsar en separat kanal 23 som anordnats mellan ryggen 22 och nämnda fläns vid en del av den ringformade arean 10. Som visats i figur 2 har kanalen 23 ett inlopp 24 på avstånd från utloppsöppningen 4 för flödet av kylvatten och ett utlopp 25 nära nämnda utloppsöppning 4. En del av flödet av kylvatten som går in i inloppet 24 för kanalen 23 går igenom en kanal 26 mellan nämnda fläns vid en del av den ringformade arean 10 och den angränsande hörnan 13 av plattan 21. Det ses att trycket i det kylande flödet vid inloppet 24 är högre än trycket vid utloppet 25, vilket säkrar ett flöde genom kanalerna 23 och 26 Figur 3 visar en värmeväxlarplatta 31 avsedd att placeras på toppen av den i figur 2 visade plattan 21. Figur 3 visar plattan 31 från ovan och kylvattnet kommer att passera på plattans undersida. Enligt vanlig praxis i denna teknik har fiskbensmönstret 2 i plattan 31 riktats motsatt mönstret i figur 2. Den rygg som har form som en del av en ring och som har omnämnts tidigare har betecknats med 32 och har pressats nedåt för att skapa kontakt med toppen av ryggen 22 som visats i figur 2. De två bågformade ryggarna 22 och 32 kommer därför tillsammans att begränsa kanalen 23. Kanalens inlopp 24 och utlopp 25 har åter visats i figur 3.

Figur 4 är en vertikalsektion genom en värmeväxlare enligt uppfinningen - vilken sektion har tagits utmed linjerna X-X i figurerna 2 och 3. Den visade värmeväxlaren har tio kanalbildande plattor av tunn metallplât som lötts ihop vid areor och i punkter där de kontaktar varandra.

Som visats i figur 4 har värmeväxlaren försetts med tjockare ändplattor - en övre ändplatta 101 och en nedre ändplatta 102. Den övre ändplattan 101 är försedd med anslutningar 103, 104 för att få förbindelser med en källa för varmgasflödet resp. för avledning av kylvatten.

Hänvisningssiffiorna 105 och 106 anger distansringar. F lödena av värmeväxlande medier har visats med olika sektioneringar.

Man kan se att kanalerna 23 och 26 för kylvatten kommer att ligga nära de lödförbindelser och plåtdelar som är utsatta för flöde av varm gas, d.v.s. flänsarrta som bildats av de ringformade areor 10 av de kanalbildande plattoma, och därigenom håller temperaturen lägre på dessa ställen för såväl lödmaterialet som materialet i flänsarna. 524 885 gi; ggjjg. ; » - - . . . . . - a- Det fiamgår även att höjden av kanalema 23 och 26 som bildats av depressioner i plattorna nära arean 10 måste vara mindre än höjden av ryggama 22 eller av depressionerna 32 för att man ej ska blockera flödet av högtemperaturmediet Figur 5 visar några av de värmeväxlande plattorna i figur 4 separat och dragna fi'ån varandra.

Plattorna med samma form som de i figur 2 visade har markerats med A och de som har visats i figur 3 har markerats B. Höjden av en rygg 22 på en platta av typen A och av den motsvarande nedtryckningen 32 på en platta av typen B ska motsvara höjden av en rygg i flskbensmönstret 2 i plattoma. Flödena av varm gas och av kylvatten har visats med dubbla resp. med enkla pilar.

Den ovan beskrivna och i figurerna 2-5 visade anordningen kan givetvis användas för andra ändamål än värmepannor för bostadshus. Den kan med fördel användas för vilken applikation som helst där ett av de värmeväxlande medierna är ett varmt flöde med så hög temperatur att det kan skada material som ligger nära inloppsporthål för det varma flödet.

I figurerna 2-5 har uppfinningen visats tillämpad på en tvåkrets-vârmeväxlare. Figur 6 visar problemet med kylning av plåtflansar som går in i ett inlopp för ett värmande flöde i en trekretsvärmeväxlare. En känd trekretsvärmeväxlare har beskrivits i exempelvis USA patent 6,305,466. I en dylik växlare kommer ett värmande flöde att kylas av två separata, kallare flöden. Varje av de två kalla flödena begränsas av plattpar som hoplötts kring porthål för det värmande flödet och bildar flänsar som utsträcker sig in i porthålen för det värmande flödet.

Nomialt placerar man inlopp och utlopp för det värmande flödet mellan utloppen resp. inloppen för de båda kylande flödena. Det fiamgår att kylflödet mellan inloppet 6 och utloppen 4 blir mycket långsamt i de områden som visats sektionerade. i Som visats ilfigur 7 kan man anordna separata kanaler 23 och 26 med gemensamma inlopp 24 och gemensamma utlopp 25 vilka kanaler delvis har begrånsats av en rygg 22. På detta sätt förbättras kylningen av plattarean 10 som bildar flänsar som går in i inloppet 3 för det n n u. a a u u o ø n. e u- a .. u » . a - - 1 a a n a .a n ~ a. a - a. . 1 n u f i» s u p - n i. a »a .en .en u. o o a . . . , . , . .. u - p a. n p u q 1 . . . . ~ - o ~ n. n; . - - - » . » . . . a. a värmande flödet. I princip blir det en kylning motsvarande den som beskrivits under hänvisning till utförandet enligt figurena 2-5. Arean som betecknats med 27 är en area som pressats till samma höjd som ryggen 22. Det är klart att arean 27 ej behöver speciell kylning.

Figur 8 visar en platta i en trekretsväxlare i vilken ett värmande flöde har en central inloppsport 3 och två utloppspoitar Sa och 5b växlar värme med två kylande flöden med inlopp 6, 6' och utlopp 4, 4”. Det kylande flödet blir ganska långsaint i de sektionerade områdena i figur 8.

Som visats i figur 9 kan man förbättra kylningen runt inloppet 3 för det värmande flödet genom att anordna kanaler 23 och 26 med ett gemensamt inlopp 24 och ett gemensamt utlopp 25 som delvis har begränsats av ryggar 22 och 22”.

Figur 10 visar problemet med kylning av de tvâ inloppen för ett värmande flöde i en trekretsvärmeväxlare som har ett enda kylande flöde som ska kyla två värmande flöden. De i figur 10 visade sektionerade områdena indikerar areor där det blir liten kylning som följd av. låg hastighet i det kylande flödet.

Figur 11 visar hur kylningen kan förbättras på ett sätt som liknar det i tidigare beskrivna utföranden av uppfinningen. Liknande karakteristika har försetts med motsvarande hänvisningsbeteckningar. För att förklara funktionen bättre visar figur 12 en vertikalsektion utmed linjen Y-Y i figur 11.

I figur 12 har vart och ett av de två värmande flöden och det enda kylande flödet försetts med speciella sektioneringar. Kanalerna 23 och 26 ligger nära flänsarna 10. Varje fläns består här av fyra plåtdelar som hoplötts.

Claims (7)

.av a. Patentkrav

1. Plattvänneväxlare avsedd att växla värme mellan minst ett högtemperaturflöde och minst ett kylande flöde omfattande ett flertal staplade värmeväxlarplattor (21, 31), som var och en är försedd med: (a) en inloppsöppning (3) för ett högtemperaturflöde, (b) en utloppsöppning (4) för ett kylande flöde, (c) en utloppsöppning (5) för högtemperaturflödet och (d) en inloppsöppning (6) för det kylande flödet, varvid de staplade värmeväxlarplattoma begränsar kanaler för minst två värmeväxlande flöden, och där plattpar som begränsar kanaler för ett kylande flöde har lötts ihop utmed ringformade kontaktareor (10) for bildning av flänsar som går in i inloppet för nämnda högtemperaturflöde, k ä n n et e c k n a d av att två separata kanaler (23, 26) för ett kylande flöde har anordnats intill nämnda kontaktareor (10) som bildar en fläns som går in i nämnda högtemperaturflöde som passerar inloppsöppningen (3), varvid de två separata kanalerna (23, 26) för det kylande flödet är försedda med ett gemensamt inlopp (24), samt med ett gemensamt utlopp (25), varvid nämnda gemensamma inlopp (24) har placerats på ett ställe med högre flödestryck än flödestrycket där utloppet placerats, varvid en (23) av nämnda kanaler (23, 26) har delvis begränsats av en pressad rygg (22) i den ena plattan (21) av parbildande plattor (21, 31) som begränsar kanaler för det kylande flödet, vilken rygg (22) är avsedd att kontakta en motsvarande rygg (32) på den andra plattan (31) i nämnda plattpar (21,31), och varvid nämnda ena kanal (23) nära nämnda pressade rygg (22) har mindre höjd än den pressade ryggen (22).

2. Plattvärmeväxlare enligt krav 1, k ä n n et e c k n a d av att i varje värmeväxlarplatta nämnda inloppsöppning (3) för nämnda högtemperaturflöde har större area än utloppsöppningen (5) för nämnda högtemperaturflöde. '

3. Plattvärmeväxlare enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att den är avsedd för en gas som nämnda första högtemperaturflöde. 524 883

4. Plattvármeväxlare enligt ett av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d av att varje värmeväxlarplatta har i huvudsak rektangulär form och att inlopps- och utloppsöppningarna (3 -6) för de värmeväxlande flödena har anordnats nära hömorna.

5. Plattvärmeväxlare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den utförts för tre värmeväxlande flöden: (i) ett värmande högtemperaturflöde och (ii) två kylande flöden. (Fig. 7).

6. Plattvärmeväxlare enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att det värmande flödets inlopp (3) har placerats på avstånd från såväl inloppet (6) som utloppet (4) för ett av de två kylande flödena. (F ig. 9).

7. Plattvärmeväxlare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den utförts för tre varmeväxlande flöden: (i) två värmande högtemperaturflöden och (ii) ett kylande flöde, varvid inlopps- (3, 3') och utloppsportama (5, 5') för de värmande flödena anordnats på var sin sida om portarna (4, 6) för det kylande flödet. (fig. 11).