SE466871B - Plattfoeraangare med korrugerade plattor daer moenstrets orientering varieras i stroemningsriktningen saa att stroemningsmotstaandet successivt minskar - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 466 87? Det ovannämnda korrugeringsmönstret hos värmeöverföringsplattorna, vilket har till ändamål bland annat att förbättra värmeväxlarens effektivitet, förorsakar emellertid ett stort strömningsmotstånd för den bildade ångan. Detta innebär att ett kraftigt tryckfall hos den snabbt strömmande ångan erhålls och att därför det absoluta trycket i den del av förångningspassagen, vari förångningen avses börja, måste hållas ganska högt, dvs vätskans kokpunkt måste hållas ganska hög.

Ett självklart önskemål är att nämnda kokpunkt skall hållas så låg som möjligt, så att ett värmande fluidum kan ha så låg temperatur som möj- ligt. Samtidigt är det ett önskemål att värmeöverföringsplattorna skall ha ett för värmeöverföringen så effektivt korrugeringsmönster som möjligt.

Vid en plattvärmeväxlare enligt uppfinningen erhålls i förångnings- passagerna ett i strömningsriktningen successivt minskande strömnings- motstånd för vätskan och den genererade ångan. Därigenom uppnås en mycket effektiv värmeövergång till vätskan i början av förångnings- passagerna, trots att vätskan där har en relativt liten strömningshas- tighet, samtidigt som ett alltför stort strömningsmotstånd för bildad ånga, dvs ett alltför stort tryckfall hos denna ånga, undviks i slutet av förångningspassagerna. I praktiken medför detta att om en viss förut använd plattstorlek bibehålls, blir det möjligt att minska den totala värmeöverföringsytan och därmed antalet plattor i en plattvärmeväxlare för lösande av en viss förångningsuppgift. Med andra ord, genom upp- finningen kan en plattvärmeväxlare utformas så att den åstadkomer en optimal värmeöverföring vid ett givet mättnadstryck för genererad ånga.

Detta gäller vid såväl fallfilms- som stigfilmsförångníng.

Det är förut känt att värmeövergången mellan var och en av två värme- överföringsplattor och ett värmeväxlingsfluidum, som strömmar genom en passage mellan plattorna, påverkas av hur mot varandra anliggande korrugeringsåsar hos värmeöverföringsplattorna korsar varandra och sträcker sig i förhållande till strömningsriktningen för värmeväx- lingsfluidet. Om åsarna korsar varandra med en trubbig vinkel, som är 10 15 20 25 30 35 vänd mot fluidets strömningsriktning, fås ett större tryckfall hos fluidet och en effektivare värmeövergång än om åsarna korsar varandra med en spetsig vinkel som är vänd mot strömningsriktningen. I enlighet med uppfinningen kan utformningen av korrugeringsmönstret hos värme- överföringsplattorna varieras på sådant sätt att samverkande värme- överföringsplattors korsande åsar åstadkommer olika stort strömnings- motstånd i olika delar av passagerna mellan plattorna.

I en plattvärmeväxlare inrättad för stigfilmsförångning§ dvs i vilken värmeöverföringsplattorna är anordnade vertikalt samt vätska som skall förångas tillförs vartannat plattmellanrum vid dettas nedre del; har värmeöverföringsplattornas höjd en avgörande betydelse för mättnads- trycket hos den ånga som genereras. Detta beror på det statiska trycket hos vätskan i nämnda plattmellanrum. Genom föreliggande uppfinning kan maximal värmeväxlingseffekt åstadkommas vid optimal höjd hos värmeöver- föringsplattorna.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare med hänvisning till bifogade ritningar; där figur 1 visar en schematisk sprängskiss av en plattvärmeväxlare utfor- mad i enlighet med uppfinningen och innefattande värmeöverförings- plattor av två olika slag, figur 2 visar en schematisk vy framifrån av en värmeöverföringsplatta av det ena slaget, och figur 3 visar en schematisk vy framifrån av en värmeöverföringsplatta av det andra slaget.

Den i figur 1 visade plattvärmeväxlaren innefattar två slags värmeöver- föringsplattor med olika korrugeringsmönster; ett första slag av värme- överföringsplattor 1 och ett andra slag av värmeöverföringsplattor 2, vilka värmeöverföringsplattor är avsedda att på konventionellt sätt hållas samman i ett stativ (ej visat). Värmeöverföringsplattorna l och 10 15 20 25 30 35 466 87ï 2 kan på konventionellt sätt vara försedda med gummipackningar längs sina kanter för att mellan sig avgränsa strömningsutrymmen 3, men de kan alternativt vara permanent sammanfogade med varandra, t.ex. genom lödning, svetsning eller limning.

Värmeöverföringsplattorna 1 och 2 har genom pressning försetts med korru- geringsmönster i form av åsar och dalar, varvid åsarna hos två närlig- gande värmeöverföringsplattor i strömningsutrymmena 3 korsar och anligger mot varandra till bildande av ett antal stödpunkter mellan värmeväxlings- plattorna. Vartannat sådant strömningsutrymme 3 bildar en passage 4 för förångning av en vätska, vilken passage står i förbindelse med ett vätske- inlopp 5, som sträcker sig genom värmeöverföringsplattornas nedre partier, och ett utlopp 6 för vätska och genererad ånga, vilket sträcker sig genom värmeöverföringsplattornas övre partier. Övriga strömningsutrymmen bildar passager 7 för ett värmande fluidum, vilka passager står i förbindelse med ett ånginlopp 8, som sträcker sig genom värmeöverföringsplattornas övre partier, och två kondensatutlopp 9, vilka sträcker sig genom värmeöver- föringsplattornas nedre partier.

Den i figur l visade plattvärmeväxlaren är främst avsedd för indunstning eller koncentration av olika vätskeformiga produkter genom s.k. stigfilms- förångning. Värmeöverföringsplattorna l och 2 är därvid anordnade verti- kalt, varvid vätska som skall förångas avses tillföras passagerna 4 vid dessas nedre partier och utmatas vid deras övre partier. Då motströms värmeväxling är att föredra är plattvärmeväxlaren inrättad för s.k. fallfilmskondensering, varvid ånga som värmande medium avses tillföras passagerna 7 vid dessas övre partier och bildat kondensat avses utmatas vid passagernas 7 nedre partier.

Var och en av värmeöverföringsplattorna 1 och 2 uppvisar en nedre fördel- ningsyta 15, ett värmeöverförande parti 16, vilket är indelat i olika fält 17, 18 och 19 med olika korrugeringsmönster, och en övre fördelningsyta 20. Den nedre fördelningsytan 15 är inrättad att i varje passage 4 leda vätska väsentligen vertikalt uppåt från inloppet 5 till det värmeöverför- ande partiet 16, och att i varje passage 7 leda kondensat både vertikalt 10 15 20 25 30 35 nedåt och horisontellt åt sidorna till utloppen 9. Den övre fördel- ningsytan 20 är utformad på ett sätt som närmare framgår av det amerikanska patentet US 3 783 090.

De i figur 2 och 3 visade värmeöverföringsplattorna 1 och 2 har lång- sträckt rektangulär form och uppvisar utstansade hål vid sina båda ändar. Dessa hål bildar en nedtill belägen port 10A respektive 10B för vätska, som skall indunstas, en upptill belägen port llA respektive llB för koncentrerad vätska och genererad ånga, en upptill belägen port 12A resp. l2B för värmande ånga, och två nedtill belägna portar 13A och 14A, respektive l3B och l4B, för kondensat och eventuell okondenserad värmande ånga.

Värmeöverföringsplattorna l och 2 uppvisar nedre fördelningsytor 15A respektive l5B, övre fördelningsytor 20A respektive ZOB och värmeöver- förande partier 16A respektive l6B, vilka är indelade i olika fält 17A, 18A och 19A respektive l7B, l8B och 19B med olika korrugeringsmönster.

Värmeöverföringsplattan l (fig 2) uppvisar på sin ena sida ett antal spår som upptager en i ett stycke utformad packning 21. Packningen sträcker sig omkring var och en av portarna lOA och 11A samt runt hela plattans periferi. På motsvarande vis uppvisar värmeöverföringsplattan 2 (fig 3) ett antal spår och en däri placerad packning, som sträcker sig omkring var och en av portarna l2B, l3B och l4B samt runt hela plattans periferi. Packningarna Zl och 22 är inrättade för tätning mellan närbelägna värmeöverföringsplattor l och 2. Alternativt kan packningsspåren vara utformade på sådant sätt att två närbelägna värme- överföringsplattor kan svetsas ihop med spårbottnarna vända mot var- andra, varvid endast vartannat plattmellanrum upptar en packning, vilken i så fall utfyller två mot varandra vända spår i de närbelägna värmeöverföringsplattorna.

I korrugeringsfälten l7A-19A resp. l7B-19B lutar åsarna och dalarna på olika sätt mot vätskans avsedda huvudströmningsriktning. Sålunda minskar lutningen från ett fält till ett annat nedifrån och uppåt. vu- 10 15 20 25 30 466 871 I det utföringsexempel på uppfinningen som visas på ritningen är hos plattan 1 (fig 2) en vinkelCí mellan vätskans strömningsriktning och korrugeringsåsarnas sträckning ca 30° i fältet 17A, 25° i fältet 18A och 200 i fältet 19A. Hos plattan 2 (fig 3) bildar åsarna i fälten l7B-l9B lika stora vinklar med vätskans strömningsriktning, men de sträcker sig i en annan riktning än åsarna i plattans 1 fält 17A-19A, så att åsarna i plattan 1 kommer att korsande anligga mot åsarna i plattan 2. De angivna värdena på vinkeln.0Cär valda med hänsyn till en viss värmeväxlingsuppgift för värmeväxlaren ifråga. Andra värden kan naturligtvis väljas för en annan värmeväxlingsuppgift.

Vätska som skall helt eller delvis förångas leds in i plattvärmeväx- laren genom vätskeinloppet 5; som är beläget i värmeöverföringsplattor- nas nedre parti, och strömmar sedan upp genom passagerna 4. Vätskan fördelas jämnt över värmeöverföringsplattornas bredd mellan de nedre fördelningsytorna 15A och l5B. I de värmeöverförande partierna 16A och l6B passerar vätskan först fälten 17A och l7B; vilka har ett korruge- ringsmönster som ger ett relativt stort strömningsmotstånd§ dvs åsarna korsar varandra med en förhållandevis stor mellanliggande vinkel som är vänd mot vätskans strömningsriktning. Genom att detta korrugerings- mönster ger ett relativt stort strömningsmotstånd bildas ånga relativt tidigt i passagerna 4. Vätska och genererad ånga fortsätter sedan mellan fälten 18A och l8B samt mellan fälten 19A och l9B, vilka har successivt minskande vinkel mellan de korsande åsarna§ dvs en allt spetsigare mellanliggande vinkel bildas av åsarna; som är vänd mot strömningsriktningen. Strömningsmotståndet för vätskan och den bildade ångan avtar således successivt i strömningsriktningen i passagerna 4.

Vätska och genererad ånga fortsätter därefter till de övre fördelnings- ytorna 20A och 20B och vidare ut genom utloppet 6.

I passagerna 7 för det värmande mediet sker strömningen i omvänd rikt- ning. Ånga matas således in via ånginloppet 8 och möter i passagerna 7 ett gradvis ökande strömningsmotstånd. I figurerna visas två kondensat- utlopp 9, men enbart det ena behöver utnyttjas; om så önskas.

:IJ I den på ritningen visade utföringsformen av uppfinningen har båda värmeöverföringsplattorna 1 och 2 flera fält med olika korrugerings- mönster. Det skulle dock vara tänkbart att endast den ena värmeöver- föringsplattan uppvisade flera olika fält, medan hela den andra värme- överföringsplattan hade en och sama korrugeringsvinkel. Vidare har fälten hos de olika värmeöverföringsplattorna visats placerade mitt för varandra, men de skulle alternativt kunna placeras så att de endast delvis överlappar varandra. Även antalet fält och fältens storlek kan naturligtvis varieras.

Claims (5)

10 15 20 25 30 466 871 Patentkrav

1. Plattvärmeväxlare för förångning av en vätska, innefattande ett antal mot varandra anliggande värmeöverföringsplattor (l, 2), som mellan sig avgränsar strömningsutrymmen och som är försedda med korru- geringsmönster i form av åsar och dalar, vilka åsar i strömningsutrym- mena korsande anligger mot varandra till bildande av ett antal stöd- punkter mellan närliggande värmeöverföringsplattor (1, 2), varvid vartannat strömningsutrymme bildar en passage (4) för nämnda vätska och övriga strömningsutrymmen bildar passager (7) för ett värmande fluidum, vilka passager var och en har ett inlopp och ett utlopp, k ä n n e - t e c k na d a v att åtminstone varannan värmeöverföringsplatta uppvisar ett antal fält (17, 18, 19) med olika korrugeringsmönster anordnade efter varandra längs strömningsvägen för vätskan i var och en av passagerna (4) härför, och att nämnda åsar och dalar hos värmeöver- föringsplattorna är så riktade att de samverkar till att i varje passage (4) för vätskan åstadkomma ett strömningsmotstånd för vätskan och genererad ånga, vilket minskar successivt utmed väsentligen hela passagen från dess inlopp till dess utlopp.

2. Plattvärmeväxlare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att åsarna och dalarna hos nämnda fält (17, 18, 19) lutar en vinkel (OL) mot vätskans avsedda huvudströmningsriktning i varje passage (4) för vätska, varvid vinkeln (CC) minskar från ett fält till ett annat utmed passagen (4) från dess inlopp till dess utlopp.

3. k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone varannan värmeöverföringsplatta uppvisar åtminstone tre olika fält (17, 18, 19). Plattvärmeväxlare enligt krav 1 eller 2,

4. k ä n n e t e c k - n a d a v att var och en av två närbelägna värmeöverföringsplattor Plattvärmeväxlare enligt något av krav 1-3, uppvisar fält med olika korrugeringsmönster. 466- 871

5. Plattvärmeväxlare enligt krav 4,' k ä n n e t e c k n a d a v att vart och ett av fälten (l7A, 18A, 19A) hos en av värmeväxlings- plattorna är beläget mitt för ett fält (l7B, 18B resp. l9B) hos den andra värmeöverföringsplattan.