SE516416C2 - Plattpaket, värmeöverföringsplatta, plattvärmeväxlaresamt anv ändning av värmeöverföringsplatta - Google Patents

Description

25 30 35 516 416 2 till det andra mediet via värmeöverföringsplattorna_ De båda medierna kan vara olika vätskor, ångor eller kombi- nationer därav, s k tvåfasmedier.

Principen för en plattvärmeväxlare kommer att be- skrivas närmare i samband med en plattvärmeväxlare som är avsedd för s k tvåfastillämpning och som beskrivs i Alfa Laval AB:s engelskspråkiga broschyr med “The plate evapo- från 1991 (IB 67068E)(se fig 1).

Det medium som skall förångas helt eller delvis, rator” exempelvis juice som skall koncentreras, leds till värme- växlaren via en inloppskanal som är belägen i plattornas nedre parti. Inloppet definieras av två öppningshål i stativplattan. Dessa två öppningshål leder direkt in till nämnda inloppskanal som sträcker sig genom hela platt- värmeväxlaren. Genom den andra inloppskanalen leds ånga in till flödeskanalerna. Den andra inloppskanalen är be- lägen i ena hörnet av plattornas övre parti och har en relativt stor tvårsnittsarea, eftersom ångan upptar en relativt stor volym.

Vid drift av plattvårmeväxlaren strömmar ångan nedåt i sina plattmellanrum och kondenseras helt eller delvis.

Kondensatet förs ut via två utloppskanaler som definieras av portar i plattornas båda nedre hörn och som mynnar ut ur plattvärmeväxlaren via två anslutningsportar i stativ- plattan. Det andra mediet leds uppåt i sina plattmellan- rum och förångas helt eller delvis och leds slutligen ut via en utloppskanal som är belägen i det andra övre hör- net hos plattorna och som mynnar ut ur värmeväxlaren genom en anslutningsport i stativplattan.

Ett problem som är förknippat med denna teknik är att i långa plattvärmeväxlare, d v s plattvärmeväxlare med ett stort antal värmeöverföringsplattor i plattpake- tet, finns det en tendens att flödena av de båda medierna förändras utmed plattvärmeväxlarens längd. Detta gör att man inte kan utnyttja plattvärmeväxlarens kapacitet maxi- malt. Även om ett eller några stycken plattmellanrum ut- nyttjas maximalt finns det ett relativt stort antal 10 15 20 25 30 35 516 416 3 plattmellanrum som endast utnyttjas till en nivå som markant understiger den maximala kapaciteten. Tvåfastill- lämpningar accentuerar detta problem, eftersom ångfasen av respektive medium är betydligt flyktigare än vätske- fasen, vilket gör att ångfasen och vätskefasen kommer att bete sig olika i värmeväxlaren och därmed kommer att strömma i olika stor utsträckning i olika plattmellanrum tillhörande den aktuella flödeskanalen. Ett annat problem som är förknippat med de flesta plattvärmeväxlare är att det i många fall är svårt att erhålla en jämn fördelning av fluidumflödet över plattans hela bredd, d v s över hela värmeöverföringspartiet. Ett sätt att försöka förbättra fördelningen är att utforma inloppskanalen rektangulär, såsom visas i fig 1. För att underlätta anslutningen till övriga komponenter kan man exempelvis använda två anslutningsportar i stativplattan, vilka ansluter direkt till den rektangulära inloppskanalen.

Generellt sett är det inte önskvärt med sådana abrupta dimensionsförändringar i en kanal, eftersom dessa ger upphov till turbulens i flödet.

Problemen som beskrivits ovan uppstår även om platt- värmeväxlaren inte används i tvåfastillämpningar. De aktuella problemen har diskuterats i samband med två- fastillämpningar, eftersom de är mer uttalade vid sådan användning av en plattvärmeväxlare av konventionellt slag.

I WO97/15797 beskrivs en plattvärmeväxlare som är avsedd för föràngning av en vätska, t ex ett kylmedium.

Denna plattvärmeväxlare har en inloppskanal och en dis- tributionskanal, vilka sträcker sig genom plattvärmeväx- laren och vilka står i förbindelse med varandra via ett antal flödesförbindelser utmed plattvärmeväxlarens längd.

Distributionskanalen har bland annat till syfte att ut- jämna flöde mellan olika plattmellanrum genom att fungera som en expansions- eller utjämningskammare mellan in- loppskanalen och plattmellanrummen. Denna utformning ger dock inte en helt tillfredställande lösning för alla de 10 15 20 25 30 35 516 416 4 olika driftfall som en konventionell industriplattvärme- växlare kan utsättas för.

I GB-A-2 052 723 och GB-A-2 054 124 beskrivs två varianter av plattvärmeväxlare som är sektionerade i en främre och en bakre sektion av plattmellanrum. För att flödet till plattvärmeväxlaren skall nå den bakre sektio- nen är dessa plattvärmeväxlare försedda med shuntled- ningar, som består av ett rör som är koncentriskt anord- nat i inloppskanalen. Det koncentriska röret tjänar till att leda en del av flödet vidare till den bakre sektio- nen. Den första sektionens plattmellanrum står i direkt förbindelse med inloppskanalens främre parti. Den andra sektionens plattmellanrum står i direkt förbindelse med inloppskanalens bakre parti.

Det finns således inte någon känd konstruktion som samtidigt ger en bra fördelning av flödet utmed platt- värmeväxlarens längd och över plattornas bredd. Framför- allt finns det inte någon känd konstruktion som löser dessa problem i samband med tvåfastillämpningar.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en lös- ning som skapar förutsättningar för en bra flödesfördel- ning utmed plattvärmeväxlarens längd och över plattornas bredd och som dessutom gör det möjligt att undvika ovan nämnda fördelningsproblem vid tvåfastillämpningar.

Föreliggande ändamål har uppnåtts medelst ett platt- paket som är av det inledningsvis angivna slaget och som kännetecknas av att åtminstone den första flödeskanalens inloppskanal omfattar minst två primärkanaler, som är an- ordnade att mottaga ett fluidumflöde för den första flö- deskanalen, och minst en sekundärkanal som står i flödes- förbindelse med primärkanalerna och den första flödes- kanalen och som är anordnad att mottaga fluidumflödet från primärkanalerna samt att leda fluidumflödet till den förstå flödeskanalen.

Genom att utforma plattpaketet med två primärkanaler och en sekundärkanal erhålles ett plattpaket i vilket lO l5 20 25 30 35 516 416 5 fluidumflödet kan fördelas fördelaktigt bàde utmed platt- paketets längd och över plattornas bredd, samtidigt som plattpaketet enkelt kan anslutas till konventionella rör- system utan att flödet pâverkas negativt och utan nàgot behov av speciella adapterkopplingar mellan plattpaketet och det konventionella rörsystemet. En viss del av ett fluidumflöde som leds till plattpaketets inloppskanal av- länkas fràn primärkanalerna och leds till sekundärkana- Fluidumflödet som avlänkats frán primärkanalerna kommer att virvla runt len, som sträcker sig utmed plattpaketet. i sekundärkanalen och kommer därmed att fördela sig jämnt utmed plattpaketets längd. Användandet av primär- och en sekundärkanaler gör vidare att sekundärkanalen kan utfor- mas att sprida fluidumflödet över varje plattas hela bredd medan primärkanalerna kan utformas så att konven- tionella, runda rör kan anslutas till plattpaketet. Genom att primär- och sekundärkanalerna en lämplig tvärsektion kan man utforma gränssnittet mellan kanal och värmeöver- föringsyta och gränssnittet mellan kanal och anslutning till omgivningen relativt fristående från varandra. Detta gör att man kan undvika abrupta dimensionsförändringar i flödesvägarna, fall.

Genom att använda mer än en primärkanal kan man och därmed oönskad turbulens eller tryck- ytterligare frikoppla utformningen av de olika kanalerna.

För att sekundärkanalen skall kunna fördela fluidumflödet över plattornas hela bredd har denna med fördel en làngsträckt form, vilket innebär att den med stor sanno- likhet kommer att ha en större tvärsnittsarea än en pri- märkanal som oftast är cirkulär. Olika kombinationer av antalet primärkanaler som är tillordnad varje sekundärka- nal och av kanalernas inbördes storlek och utformning kan tänkas för olika tillämpningar.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen framgår av de underordnande patentkraven.

Enligt en föredragen utföringsform är en flödesför- delaranordning anordnad i minst en av primärkanalerna. 10 15 20 25 30 35 516 416 6 Genom att anordna en flödesfördelaranordning i primärka- nalen kan man styra hur stort fluidumflöde som avlänkas från primärkanalen på olika ställen utmed primärkanalens utsträckning. Flödesfördelaranordningens avlänkande egen- skap befrämjar dessutom det utjämnande fluidumflödet i sekundärkanalen.

Med fördel sträcker sig var och en av primärkana- lerna genom hela plattpaketet, vilket är ett enkelt sätt att förse hela plattpaketet med fluidum.

Enligt en föredragen utföringsform sträcker sig också sekundärkanalen genom hela plattpaketet. Med denna utformning kan hela plattpaketet betjänas med en enda sekundärkanal.

Dock kan vid en alternativ utföringsform sekundärka- nalen vara uppdelad i ett antal åtskilda sektioner som var och en endast sträcker sig genom en del av plattpake- tet. Denna utformning är framförallt lämplig i plattpaket med ett stort antal plattor och gör att man i sekundärka- nalen erhåller en utjämning av fluidumflödet för ett visst antal plattmellanrum. Genom att dela upp utjäm- ningsfunktionen på ett antal åtskilda sekundärkanalssek- tioner kan man tillåta en något sämre grad av utjämning för var och en av sekundärkanalssektionerna och ändå er- hålla en god fördelning över plattpaketets hela längd, jämfört med om en enda lång sekundärkanal med samma grad av utjämning använts. Uppdelningen gör att plattpaketet kan användas i mer varierande tillämpningar utan att dess prestanda sjunker i någon större utsträckning.

Lämpligtvis avgränsar flödesfördelaranordningen ut- med en del av ifrågavarande primärkanal ett avsnitt av primärkanalens tvärsnittsarea på sådant sätt att denna tvärsnittsarea minskar utmed primärkanalen i fluidumflö- dets flödesriktning. Denna utformning gör att det flöde som avlänkas från primärkanalen tillförs sekundärkanalen på ett flödestekniskt lämpligt sätt.

Enligt en föredragen utföringsform omfattar flödes- fördelaranordningen en rörformig stomme som omsluter en 10 l5 20 25 30 35 516 416 7 snedställd ramp. Stommens rörformighet gör att den enkelt kan placeras och fixeras i plattpaketets inloppskanal.

Den snedställda rampen ger en bra avlänkningsfunktion, eftersom fluidumflödet kan strömma utmed rampen sä att dess flödesriktning omriktas successivt.

Med fördel är den snedställda rampens främre parti beläget pä avstånd frän primärkanalens kanalvägg. Detta gör att rampen sträcker sig in i fluidumflödet i kanalen och säkert avlänkar en del av flödet.

Lämpligtvis ansluter den snedställda rampens bakre parti till primärkanalens kanalvägg vid flödesförbindel- sen mellan primärkanalen och sekundärkanalen. Detta gör att det avlänkade fluidumflödet direkt leds vidare till sekundärkanalen.

Ett lämpligt sätt att säkert avlänka korrekt andel av fluidumflödet är att förse flödesfördelaranordningens snedställda ramp med en avlänkningskant som är orienterad mot fluidumets flöde.

Enligt en föredragen utföringsform har avlänknings- kanten huvudsakligen en vertikal utsträckning. Denna orientering av avlänkningskanten är fördelaktig eftersom även tvàfasflöden, sàsom annulära eller stratifierade, delas upp i ungefär lika stora andelar av var och en av de olika faserna. Detta är viktigt eftersom en snedför- delning av ånga respektive vätska dels sänker plattvärme- växlarens kapacitet, dels ökar risken för s k torrkör- ning, d v s att någon eller nägra plattor inte har till- räckligt stort fluidumflöde mellan sig, vilket gör att fasta partiklar i fluidumflödet kan bränna fast pà plat- torna.

Lämpligtvis omfattar den snedställda rampen en väsentligen plan, halvellipsformad skiva. Detta är ett enkelt sätt att säkerställa flödesfördelaranordningens avlänkningsfunktion.

Med fördel är den snedställda rampens utsträckning utmed primärkanalen större än dess största utsträckning tvärs primärkanalen. Detta gör att man erhåller en av- lO 15 20 25 30 35 516 416 8 länkning som inte introducerar turbulens i någon större utsträckning.

Enligt en föredragen utföringsform omfattar flödes- fördelaranordningen ett antal utåt sig sträckande förank- ringsorgan som är anordnade att fastgöras mellan plat- torna i deras anliggning mot varandra kring primärkana- len. Genom att fastgöra flödesfördelaranordningen på detta sätt krävs det inte några kompletterande komponen- ter för att fastgöra flödesfördelaranordningen i kanalen.

Den kraft som utövas av dragstängerna för att klämma sam- man plattpaketet utnyttjas på detta sätt också till att fastgöra flödesfördelaranordningen_ Enligt en föredragen utföringsform av stommen omfat- tar denna en öppen rörformig burkonstruktion som omsluter och uppbär den snedställda rampen. Genom att stommen om- sluter rampen erhålles på ett enkelt sätt en korrekt pla- cering av rampen i kanalen.

Enligt en föredragen utföringsform omfattar stommen ett rör som omsluter den snedställda rampen och som är försett med ett urtag i sin mantelyta till vilket urtag den snedställda rampen är ansluten. Denna utformning av stommen är mycket robust och har liten inverkan på flui- dumflödet i kanalen. Dessutom säkerställer denna utform- ning att det är korrekta andelar av flödet som tillförs sekundärkanalen. Rörformen gör att man undviker oönskade läckflöden mellan primär- och sekundärkanal.

Lämpligtvis har flödesfördelaranordningen en yttre form som väsentligen motsvarar primärkanalens inre form.

Detta gör att flödesfördelaren stör fluidumflödet endast i liten utsträckning och dessutom är det lättare att er- hålla korrekt placering eftersom man kan använda mer eller mindre sammanfallande ytor.

Enligt en föredragen utföringsform har flödesförbin- delsen mellan primärkanalen och sekundärkanalen en ut- sträckning utmed primär- och sekundärkanalen som är mindre än var och en av kanalernas utsträckning utmed varandra. Med denna utformning förstärker man fluidumflö- 10 15 20 25 30 35 516 416 9 dets tendens att uppvisa en utjämnande, cirkulerande strömning i sekundärkanalen. Detta gör att man erhåller en mycket god fördelning över de olika plattmellanrummen som sekundärkanalen står i flödesförbindelse med.

Enligt en föredragen utföringsform finns det endast en flödesförbindelse mellan primär- och sekundärkanalen.

Detta förstärker fluidumflödets tendens att uppvisa en utjämnande, cirkulerande strömning i sekundärkanalen.

Genom att använda ett plattpaket av det slag som be- skrivits ovan i en plattvärmeväxlare erhålles en platt- värmeväxlare i vilken fluidumflödet fördelas jämnt över de olika plattmellanrummen. Den goda fördelningen kommer d v s då fluidumet innehåller både vätske- och gasfaser. också att erhållas vid tvåfastillämpningar, Primär- kanalen med dess flödesfördelaranordning leder fluidum- flödet till sekundärkanalen i vilken fluidumflödet ut- jämnas.

Enligt en föredragen utföringsform omfattar platt- värmeväxlaren minst två plattpaket, varvid primärkanalen i det första plattpaketet är ansluten till och väsent- ligen sammanfaller med primärkanalen i det andra platt- paketet, och sekundärkanalen i det första plattpaketet är åtskild från sekundärkanalen i det andra plattpaketet.

Med denna utformning erhåller man en mycket fördelaktig fördelning av fluidumflödet utmed plattvärmeväxlarens längd även om man lokalt skulle erhålla en mindre god fördelning i ett plattpaket.

Kort beskrivning av ritninqarna Uppfinningen kommer att beskrivas närmare i det föl- jande under hänvisning till bifogade schematiska rit- ningar som i exemplifierande syfte visar för närvarande föredragna utföringsformer av uppfinningen enligt dess olika aspekter.

Fig 1 visar schematiskt funktionen hos en känd plattvärmeväxlare. 10 15 20 25 30 35 516 416 10 Fig 2 visar en värmeöverföringsplatta för användning i ett plattpaket i enlighet med uppfinningen.

Fig 3 visar en värmeöverföringsplatta och antyder schematiskt placeringen och orienteringen av flödesför- delaranordningen i primàrkanalen.

Fig 4 är en spràngskiss som visar en uppfinnings- enlig plattvärmeväxlare enligt en föredragen utförings- form.

Fig 5 visar en flödesfördelaranordning enligt en första föredragen utföringsform.

Fig 6 visar en variant av den i fig 5 visade flödes- fördelaranordningen.

Fig 7 visar en flödesfördelaranordning enligt en andra föredragen utföringsform.

Fig 8 visar en del av flödesfördelaranordningen i fig 7.

Fig 9-11 visar hur de föredragna utföringsformerna av flödesfördelaranordningen fungerar vid olika sorters tvàfasflöden.

Fig 12-15 visar hur flödet fördelas utmed platt- (fig 12-13) enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen (fig 14-15).

Fig 16 är en vy från ovan som visar hur flödesför- värmevàxlarens längd enligt känd teknik och delaranordningar är anordnade i primärkanalerna enligt en utföringsform av uppfinningen.

Fig 17 är en vy fràn ovan som visar en alternativ utföringsform med en alternativ konfiguration av primär- och sekundärkanalerna.

Fig 18 och 19 är tvà schematiska bilder som visar olika packningskonfigurationer mellan en primärkanal och en sekundärkanal.

Fig 20 visar en utföringsform av uppfinningen vid vilken snedställningen hos avlänkningsramperna kan varie- raS . 10 15 20 25 30 35 516 416 ll Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Såsom framgår av fig 2 omfattar var och en av värme- överföringsplattorna 100 ett övre portparti A, ett nedre portparti B och ett däremellan beläget Värmeöverförings- parti C.

I det nedre portpartiet har plattan 100 tvà primära inloppsportar 110a-b och en sekundär inloppsport 110c för ett första fluidum, samt två utloppsportar l20e-f för ett andra fluidum. De båda utloppsportarna l20e-f är belägna i hörnorna av plattan. De båda primära inloppsportarna 110a-b är belägna innanför utloppsportarna l20e-f. Den sekundära inloppsporten 110c har en làngsträckt form och är belägen delvis mellan de båda primära inloppsportarna 110a-b och mellan primära inloppsportarna 110a-b och vär- meöverföringspartiet C. Den sekundära inloppsporten llOc har en làngsträckt form och sträcker sig över större delen av värmeöverföringspartiets C bredd.

I det övre portpartiet har plattan 100 tvà i de båda l20c-d, bildar en sammanhängande inloppskanal i vart och ett av hörnen belägna dubbla inloppsportar 120a-b, som de båda hörnen, för det andra fluidumet och en central utloppsport 110d för det första fluidumet.

Plattan 100 är avsedd att anordnas i en plattvärme- växlare på det sätt som framgår av fig 4. Plattvärme- växlaren omfattar en stativplatta 210, en tryckplatta 220 och ett antal däremellan anordnade Värmeöverföringsplat- tor 100, vilka är anordnade att spännas samman medelst konventionella dragstänger (se fig 1) som ingriper med och drar stativplattan 210 och tryckplattan 220 mot var- andra. De olika värmeöverföringplattornas 100 portar 1l0a-d, 120a-f sammanfaller med varandra så att de till- sammans bildar in- och utloppskanaler som sträcker sig genom plattvärmeväxlaren.

Värmeöverföringsplattorna 100 har packningar 131 i packningsspår 130 eller upphöjda vulster (ej visade) som är anordnade att ligga an intilliggande Värmeöverförings- platta 100 och därigenom avgränsa plattmellanrummen 250 lO 15 20 25 30 35 516 416 12 gentemot omgivningen. Värmeöverföringsplattorna 100 har vidare packningar eller liknande som sträcker sig kring vissa av de ovan beskrivna portarna 110a-d, 120a-f. Pack- ningarna kring portarna 110a-d, 120a-f har olika form på plattornas 100 båda sidor 100a-b för att vissa av por- tarna 110a-d skall stå i förbindelse med varandra utmed en första sida 100a av plattornas 100 värmeöverförings- parti C, medan de andra portarna l20a-f skall stå i för- bindelse med varandra utmed den andra sidan 100b av plat- tornas 100 värmeöverföringsparti C.

Dessutom har plattorna 100 någon form av korrugering (ej visad) som gör att de anligger varandra vid ett stort antal punkter så att det bildas mellanrum mellan plat- torna 100 även då dessa kläms samman mellan stativ- och tryckplattan 210, 220.

Såsom framgår av fig 4 leds det första fluidumet in i plattvärmeväxlaren via två genom stativplattan 210 sig sträckande anslutningsportar 211a-b som sammanfaller med plattornas 100 primära inloppsportar l10a-b. De primära inloppsportarna 110a-b bildar två primära inloppskanaler 230a-b, 330a-b 16 och 17) plattvärmeväxlaren. Det första fluidumet strömmar från (se fig 4, som sträcker genom primårkanalerna 230a-b, 330a-b till en av sekundärpor- tarna 110c bildad sekundärkanal 240, 340. Primärkanalerna 230a-b, 330a-b och sekundärkanalen 240, 340 står i flö- desförbindelse med varandra via flödesförbindelser som har en begränsad utsträckning utmed primär- och sekundär- 330a-b, 240, 340. Sekundärkanalen 240, 340 står sedan i förbindelse med de plattmellanrum 250 kanalerna 230a-b, som bildar den första flödeskanalen 250a.

Nedan kommer det att beskrivas olika sätt att åstad- komma den i utsträckning begränsade flödesförbindelsen.

Den begränsade utsträckningen hos flödesförbindelsen (- erna) mellan primär- och sekundärkanalerna 230a-b, 330a- b, 240, 340 gör att det bildas en cirkulerande, utjäm- 340, att man erhåller en jämn flödesfördelning över de olika nande fluidumström i sekundärkanalen 240, vilket gör 10 15 20 25 30 35 516 416 13 plattmellanrummen 230 utmed sekundårkanalens 240, 340 och därmed utmed plattvårmeväxlarens längd L.

Den begränsade utsträckningen hos flödesförbindelsen mellan primärkanalerna 230a-b, 330a-b och sekundårkanalen 240, 340 kan exempelvis åstadkommas med hjälp av en flö- 500 (se fig 5-8) 330a-b och som avlänkar en 330a-b och desfördelaranordning 400a-b, som place- ras i primärkanalerna 230a-b, del av fluidumflödet i primårkanalerna 230a-b, leder detta till sekundårkanalen 240, 340 vid vissa stäl- (se fig 16-17).

Enligt en första utföringsform av flödesfördelaran- (se fig 5-6) len utmed kanalernas utsträckning ordningen 400a-b omfattar denna en stomme i form av rörformig, långsträckt, öppen burkonstruktion. De båda flödesfördelaranordningarna i fig 5 och fig 6 är varianter av varandra och motsvarande komponenter i de båda varianterna betecknas med samman hänvisningsbeteck- ningar. Den öppna burkonstruktionen omsluter och uppbär en snedställd ramp 410. Den öppna burkonstruktionen om- fattar ett antal ringar 411 och ett antal långsträckta stag 412 som binder samman ringarna 411. Enligt båda varianterna omfattar flödesfördelaranordningen 400a-b tre ringar 411. I den ena varianten omfattar flödesfördelar- anordningen 400a tre stag 412 och i den andra omfattar flödesfördelaranordningen 400b fyra stag 412.

Enligt en andra utföringsform av flödesfördelar- anordningen 500 omfattar denna ett rör 501 som har ett urtag 502 i sin mantelyta. Flödesfördelaranordningen 500 omfattar vidare en snedställd ramp 510 som är anordnad så att den täcker urtaget 502.

Urtaget 502 är utformat så att det sett i en rikt- ning (motsatt F-riktningen i fig 8) definieras av två kanter 503a,b som utgår från en punkt på mantelytan 501 och vars inbördes avstånd sedan ökar genom att kanterna 503a-b år belägna på ett i omkretsled ökande avstånd från varandra. Detta gör att i en första ände (sett i F-rikt- ningen) omsluter urtaget 502 uppemot halva omkretsen av mantelytan 501 och i en andra ände avslutas urtaget 502 10 l5 20 25 30 35 516 416 14 genom att dess kanter 503a-b löper samman och ansluter till mantelytan 501. I urtagets 502 första ände är man- telytans 501 av urtaget 502 definierade kant 503 belägen på ett första radiellt avstånd H från den ursprungliga mantelytan 501.

Genom att utforma urtaget 503 på detta sätt och an- ordna en snedställd ramp 510 som täcker urtaget bildas en visselpipsliknande konstruktion. Avståndet H definierar hur stor andel av flödet F i röret 501 som avlänkas.

Båda utföringsformerna av flödesfördelaranord- ningarna 400a-b, 500 är avsedda att användas på samma sätt. En eller flera flödesfördelaranordningar placeras i primärkanalen på olika ställen utmed kanalens längd så sätt som framgår av fig 4, 16 och 17. 510 har till funktion att avlänka en del av fluidumflödet i primärkanalen till Den snedställda rampen 410, sekundärkanalen. I fig 3 och fig 9-11 visas hur den sned- Fig 3 och fig 9-11 visar flödesfördelaranordningen sett i flö- ställda rampen 410, 510 är anordnad att orienteras. desriktningen F (se fig 5-8). Den snedställda rampens i dess främre parti belägna avlänkningskanten 410a, 5l0a är belägen ett radiellt avstånd H från den kanalvägg genom vilken flödesfördelaranordningen är anordnad att avlänka ett delflöde. Avlänkningskanten 410a, 5l0a delar flödet i primärkanalen i ett huvudflöde FH och ett sekundärflöde FS som är avsett för sekundärkanalen.

Avlänkningskanten 410a, 510a är vertikalt anordnad vilket innebär att den har en fördelaktig fördelnings- funktion även vid tvåfastillämpningar (se fig 10-11).

Både vid s k stratifierat flöde (vid vilket gasfasen är belägen ovanför vätskefasen) och vid s k annulärt flöde (vid vilket en vätskefilm omger gasfasen) kommer flödes- fördelaranordningen att avlänka de båda faserna i väsent- ligen samma andel som de återfinns i huvudflödet FH, vilket gör att man undviker fördelningsproblem som annars lätt uppstår vid tvåfastillämpningar. I en traditionell plattvärmeväxlare har gasfasen en tendens att i stor ut- lO 15 20 25 30 35 516 416 l5 sträckning strömma upp genom de första plattmellanrummen.

Avlänkningskantens 410a, 510a radiella placering anger i stor utsträckning hur stor andel av fluidumflödet som av- länkas.

Utöver det radiella avståndet H för den snedställda rampen 410, 510 kan man dessutom variera snedställnings- vinkeln och dess utsträckning utmed primärkanalen. Dess utsträckning styrs bland annat av utsträckningen pà flö- desförbindelsen mellan primär- och sekundärkanalen. Ut- sträckningen styrs också av hur brant snedställning man kan använda utan att man introducerar oönskad turbulens och tryckfall. Snedställningen i sin tur beror på avlänk- ningskantens radiella placering och pà rampens utsträck- ning. Valet av dessa parametrar påverkas således av var- andra och i vilken tillämpning plattvärmeväxlaren skall användas. Enligt en föredragen utföringsform är den sned- ställda rampen 410, 510 snedställd en vinkel d av l5° (se fig 16).

I fig 5 och 6 visas två olika varianter flödesför- delaranordningen 400 med som avlänkar olika stora andelar av flödet i primärkanalen.

Ett annat sätt att åstadkomma den begränsade ut- sträckningen för flödesförbindelsen mellan primär- och sekundärkanalen är att placera packningar 131 kring pri- märportarna 1l0a-b i ett antal plattmellanrum 250 (se fig 18) och endast tillàta att det första fluidumet flödar mellan primärporten och sekundärporten i ett begränsat antal plattmellanrum. Genom att använda delvis ursparade eller uppklippta packningar 13l'(se fig 19) vid flödes- förbindelsepartiet kan man reglera flödet i flödesförbin- delsen mellan primärkanalen och sekundärkanalen. Urspar- ningens nivà eller andelen uppklippt packning 131' styr avlänkningsandelen och motsvarar funktionsmässigt valet av snedställning, utsträckning och radiellt inskjutsmàtt för den snedställda rampen vid flödesfördelaranordningen.

Genom att flödesförbindelsen endast sträcker sig över ett flödesförbindelseparti med relativt begränsad utsträck- 10 15 20 25 30 35 516 416 16 ning klarar denna konstruktion också av vissa tvåfastill- lämpningar.

Såsom framgår av fig 14-17, 20 är det föredraget att plattpaketet i plattvärmeväxlaren är sektionerat i ett antal sektioner. Sektionering utförs på så sätt att 340, sektioner som var och en står i förbindelse med ett antal sekundärkanalen 240, 640 är uppdelad i ett antal plattmellanrum. Varje sektion av sekundärkanalen betjänar ett visst antal plattmellanrum. Ett sätt att åstadkomma indelningen av sekundärkanalen 240, 340, 640 är att emellanåt placera en platta 100 där sekundärporten 110c inte stansats ut.

Denna utformning är speciellt lämpad för långa plattvärmeväxlare. Uppdelningen av sekundärkanalen gör att man nytta av flödesförbindelsens- och flödesfördelar- anordningens tendens att skapa ett utjämnande flöde i sekundärkanalen även vid långa plattvärmeväxlare.

I fig 12 visas en konventionell plattvärmeväxlare som inte är sektionerad. I fig 13 visas hur vätskeflödet har en tendens att fördelas utmed plattvärmeväxlaren I fig 14 och 15 visas motsvarande fast för en sektionerad plattvärme- framförallt vid tvåfastillämpningar. växlare. Med sektioneringen erhåller man totalt sett en betydligt bättre flödesfördelning utmed plattvärmeväx- larens längd.

Sektioneringen gör dessutom att man kan tillåta en sämre fördelning i var och en av sektionerna och ändå er- hålla en bättre totalfördelning. Sektioneringen gör dock att det är lättare att erhålla en god fördelning för var och en av sektionerna, vilket innebär att totalfördel- ningen blir betydligt mycket bättre än vid en icke-sek- tionerad lång plattvärmeväxlare.

I fig 16 visas en konfiguration av två primärkanaler 230a-b och en sekundärkanal 240 kompletterad med flödes- fördelaranordningar 231 och sektionering av sekundärkana- len 240 i två sektioner 240a-b. I denna utföringsform står var och en av primärkanalerna 230a-b i förbindelse lO 15 20 25 30 35 516 416 17 med var och en av sekundärkanalssektionerna 240a-b via två flödesförbindelsepartier vid vilka flödesfördelar- anordningar är placerade i primärkanalerna 230a-b. Noter- bart är att de olika förbindelsepartierna fràn en primär- kanal är belägna på avstånd P från varandra. Dessutom är flödesförbindelsepartierna från den ena primärkanalen 230a förskjutna i förhållande till motsvarande flödesför- bindelseparti från den andra primärkanalen 230b. Detta gör att man erhåller ett utjämnande flöde i sekundärkana- lens 240 olika sektioner 240a-b.

I fig 17 visas en konfiguration av tvà primärkanaler 330a-b och en sekundärkanal 340 som är sektionerad i tvà sektioner 340a-b. Sekundärkanalens 340 första sektion 340a förses med fluidum fràn den ena primärkanalen 330b och sekundärkanalens 340 andra sektion 340b förses med fluidum från den andra primärkanalen 330a. I denna utfö- ringform visas flödesförbindelsepartier 331 som definie- (se fig 19).

Flödesförbindelsepartierna 331 är belägna i den i flödes- ras av frånvaro av heltäckande packningar riktningen F bakre delen av sekundärkanalssektionerna 340a-b för att åstadkomma en bra utjämning av flödet i sekundärkanalssektionerna 340a-b. Den primärkanal 340a som betjänar den bakre sekundärkanalssektionen 340b är àtskild från den främre sekundärkanalssektionen 340a medelst packningar 332 i plattmellanrummen. Sekundärkana- lens 340 sektioner 340a-b är åtskilda från varandra medelst en platta 100' i vilken det inte finns någon ur- tagen sekundärport fig 2). tjänar den främre sekundärkanalssektionen 340a är delvis (jämför med sekundärport 1lOc i Det bakre partiet av den primärkanal 330b som be- avgränsat från den bakre sekundärkanalssektionen 340b me- delst packningar 332, delvis avgränsat från primärkana- lens 330b främre parti medelst plattan l00'. För att plattpaketet skall kunna motstå fluidumtrycket låter man ett litet flöde ledas till det bakre partiet genom mindre öppningar i plattan 100' och fràn den parallellt löpande sekundärkanalen 340b. Alternativt kan alla packningar 10 15 20 25 30 35 516 416 18 mellan primärkanal 330b' och sekundärkanalen 340b vara borttagna.

Utan denna avgränsning mot sekundärkanalen 340 och primärkanalens 330b främre parti skulle det finnas stil- lastående fluidum i primärkanalens 330b bakre parti 330b'.

I fig 20 visas en konfiguration av en primärkanal 630 och en sekundärkanal 640, vilken är indelad i tre sektioner 640a-c, som var och en betjänar ett antal plattmellanrum. I denna konfiguration visas tre flödes- fördelaranordningar 63la-c som är placerade i primärkana- len 630 och som var och en är avsedda att avlänka en del av fluidumflödet i primärkanalen 630 till respektive sekundärkanalssektion 640a-c.

Som framgår av figuren sträcker sig de olika flödes- fördelaranordningarnas 63la-c snedställda ramper olika avstånd in i primärkanalen. Avståndet som de olika sned- ställda ramperna sträcker sig in i primärkanalen 630 ökar utmed flödesriktningen F i plattvärmeväxlaren. Den första flödesfördelaranordningen 63la avlänkar en viss del av fluidumflödet som strömmar i primärkanalen 630. För att den andra sektionen 640b skall förses med samma flödes- mängd avlänkar den andra flödesfördelaranordningen 63lb en större andel av det kvarvarande fluidumflödet i pri- märkanalen 630. Efterföljande flödesfördelaranordning 63lc avlänkar i sin tur ytterligare en större andel av det ytterligare reducerade kvarvarande flödet i primär- kanalen 630.

Denna funktion som erhålles med olika insticks- avstånd hos flödesfördelaranordningen kan också i viss utsträckning erhållas med packningsvarianten genom att man låter flödesförbindelsepartiernas storlek variera utmed plattvärmeväxlarens längd. Ett litet flödesförbin- delseparti motsvarar ett litet insticksavstànd och ett större flödesförbindelseparti motsvarar ett större in- sticksavstånd. 10 15 20 25 30 35 516 416 19 I den i fig 20 visade utföringformen flödesfördelar- anordningarna inställbara eller justerbara. Denna in- ställbarhet åstadkommes exempelvis genom att de sned- ställda rampernas snedställningsvinkel är ställbar.

Plattvärmeväxlaren omfattar en manöverenhet 700 som om- fattar erforderlig styrutrustning och manövreringsorgan 632a-c. I visas manövreringsorganen 632a-c såsom långsträckta stag som manövreras av någon form av motor eller kolv i manöverenheten. Man kan tänka sig att lösa inställbarheten på ett otal andra varianter, exempelvis kan man använda servomotorer som uppbär de snedställda ramperna, man kan använda linor istället för de visad stagen och då exempelvis komplettera med återfjädrande upphängning av ramperna så att de har en tendens att er- hålla en viss snedställningsvinkel a.

Genom att göra flödesfördelaranordningarna inställ- bara kan man använda en och samma plattvärmeväxlare i ett betydligt mycket större kapacitetsintervall jämfört med konventionella plattvärmeväxlare. Beroende på det inkom- mande totala fluidumflödet kan man avlänka olika stora mängder till de olika sektionerna i plattvärmeväxlaren.

Man kan t o m stänga av en eller flera sektioner av plattvärmeväxlaren för att klara av annat kapacitetsbehov eller för rengöring genom att helt stänga till flödesför- delaranordningarna 63la-c. En konventionell plattvärme- växlare som inte är försedd med primär-/sekundärkanaler eller någon sektionering har annars en tendens att er- hålla en snedfördelning av fluidumflödet om det tillförs ett fluidumflöde som inte sammanfaller med det fluidum- flöde som värmeväxlaren dimensionerats för.

Det inses att en mängd modifieringar av de häri be- skrivna utföringsformerna av uppfinningen är möjliga inom ramen för uppfinningen, vilken definieras i de efterföl- jande patentkraven.

Exempelvis kan de olika konfigurationerna av primär- flödesfördelare och sekundärkanaler, (fasta och inställ- bara), med eller utan ökande insticksmàtt utmed plattvär- 516 416 20 meväxlarens längd, packningar som är ursparade eller del- vis uppklippta varieras allt efter rådande behøv för olika tillämpningar.

Claims (30)

l0 15 20 25 30 35 516 416 21 PATENTKRAV

1. Plattpaket för en plattvärmeväxlare, vilket om- (100), (C) och ett antal fattar ett antal värmeöverföringsplattor vilka var och en har ett värmeöverföringsparti genomgående portar (llOa-d, l20a-f), varvid plattorna (l00) (100) lan sig i ett antal första plattmellanrum (250) bildar en samverkar med varandra så att plattorna mel- första flödeskanal och i ett antal andra plattmellanrum (250) bildar en andra flödeskanal och så att portarna (llOa-d, l20a-f) bildar minst en inlopps- och minst en utloppskanal (llOa-d, l20a-f; 230, 240; 330, 340; 630, 640) t e c k n a t av för var och en av flödeskanalerna, k ä n n e- att åtminstone den första flödeskanalens (ll0a-b; inloppska- 230a-b; som är anordnade att mottaga ett flui- nal omfattar minst två primärkanaler 330a-b; 630a-b), dumflöde avsett för den första flödeskanalen, (llOc) primårkanalerna (llOa-b) och den första flödeskanalen och och minst en sekundärkanal som står i flödesförbindelse med som är anordnad att mottaga nämnda fluidumflöde från pri- (llOa-b) samt att leda detta till den första flödeskanalen. märkanalerna

2. Plattpaket enligt kravet l, vid vilket en flödes- 500; 63la-c) minst en av primårkanalerna (ll0a-b; 230a-b; 630) för av- fördelaranordning (23l; 400; är anordnad i länkning av en del av fluidumflödet i denna primärkanal till sekundärkanalen (1l0c; 240; 640) via nämnda flödes- förbindelse.

3. Plattpaket enligt kravet l eller 2, vid vilket var och en av primårkanalerna sträcker sig genom hela plattpaketet.

4. Plattpaket enligt något av kraven l-3, vid vilket sekundärkanalen sträcker sig genom hela plattpaketet.

5. Plattpaket enligt något av kraven l-3, vid vilket sekundärkanalen är uppdelad i ett antal åtskilda sektio- lO 15 20 25 30 35 516 416 22 ner (240a-b; 340a-b; sträcker sig genom en del 640a-c) som var och en endast av plattpaketet.

6. Plattpaket enligt något av kraven 2-5, vid vilket flödesfördelaranordningen utmed en del av ifrågavarande primärkanal avgränsar ett avsnitt av primärkanalens tvär- snittsarea på sådant sätt att denna tvärsnittsarea mins- kar utmed primärkanalen i fluidumflödets flödesriktning.

7. Plattpaket enligt något av kraven 2-6, vid vilket flödesfördelaranordningen omfattar en rörformig stomme (400a-b; 501) som omsluter en snedställd ramp (410; 510).

8. Plattpaket enligt kravet 7, vid vilket den sned- ställda rampens (410; 510) främre parti (410a; 510a) är beläget på avstånd från primärkanalens kanalvägg.

9. Plattpaket enligt kravet 7 eller 8, vid vilket den snedställda rampens bakre parti ansluter till primär- kanalens kanalvägg vid flödesförbindelsen mellan primär- kanalen och sekundärkanalen.

10. Plattpaket enligt något av kraven 7-9, vid vilket flödesfördelaranordningens snedställda ramp har en avlänkningskant (410a; 510a) som är orienterad mot flui- dumets flöde.

11. Plattpaket enligt krav 10, vid vilket avlänk- (4lOa; 510a) utsträckning. ningskanten har huvudsakligen en Vertikal

12. Plattpaket enligt något av kraven 7-11, vid vilket den snedställda rampen omfattar en väsentligen plan, halvellipsformad skiva.

13. Plattpaket enligt kraven 11 och 12, vid vilket avlänkningskanten (410a; 510a) definieras av skivans ena ellipshuvudaxel.

14. Plattpaket enligt något av kraven 7-13, vid (41o; 510) utmed primärkanalen är större än dess största utsträck- vilket den snedställda rampens utsträckning ning tvärs primärkanalen.

15. Plattpaket enligt något av kraven 2-14, vid vilket flödesfördelaranordningen omfattar ett antal utåt sig sträckande förankringsorgan (413, 513) som är anord- 10 15 20 25 30 35 516 416 23 nade att fastgöras mellan plattorna i deras anliggning mot varandra kring primårkanalen.

16. Plattpaket enligt något av kraven 7-15, vid vilket stommen omfattar en öppen rörformig burkonstruk- tion (400a-b) som omsluter och uppbär den snedställda (410).

17. Plattpaket enligt något av kraven 7-15, vid vilket stommen omfattar ett rör (501) snedställda rampen (510) och som är försett med ett urtag (502) (501) till vilket urtag (502) snedställda rampen (510) rampen som omsluter den i sin mantelyta den är ansluten.

18. Plattpaket enligt något av kraven 2-17, vid vilket flödesfördelaranordningen har en yttre form som väsentligen motsvarar primärkanalens inre form.

19. Plattpaket enligt något av kraven 1-18, vid vilket flödesförbindelsen mellan primärkanalen och sekun- därkanalen utmed primärkanalerna och sekundärkanalen har en utsträckning som är mindre än var och en av kanalernas utsträckning utmed varandra.

20. Plattpaket enligt något av kraven 1-19, vid vilket det finns endast en flödesförbindelse mellan var och en av primärkanalerna och sekundärkanalen.

21. Plattpaket enligt något av kraven 2-20, vid vilket minst en flödesfördelaranordning är anordnad i var och en av primärkanalerna.

22. Plattpaket enligt något av kraven 2-21, vid vilket flödesfördelaranordningen är inställbar så att den del av fluidumflödet i primärkanalen som flödesfördelar- anordningen avlänkar till sekundärkanalen via nämnda flö- desförbindelse är inställbart.

23. Plattpaket enligt något av kraven 5-22, vid vilket en av primärkanalerna står i flödesförbindelse med ett första parti av sekundärkanalen och den andra primär- kanalen står i flödesförbindelse med ett andra parti av sekundärkanalen. 10 15 20 25 30 35 516 416 24

24. Plattpaket enligt kravet 22, vid vilket var och en av primårkanalerna står i förbindelse med olika par- tier av sekundärkanalen.

25. Plattvårmeväxlare k ä n n e t e c k n a d av att den omfattar åtminstone ett plattpaket enligt något av kraven l-24.

26. Värmeöverföringsplatta för användning i ett plattpaket till en plattvärmeväxlare, vilken platta (100) har ett värmeöverföringsparti (C) (llOa-d, anordnad att samverka med andra plattor och ett antal genom- l20a-f), varvid plattan (100) är (100) i ett plattpaket så att plattorna (100) mellan sig i ett antal gående portar första plattmellanrum (250) bildar en första flödeskanal och i ett antal andra plattmellanrum (250) bildar en (llOa-d, l20a-f) bildar minst en inlopps- och minst en utloppskanal för andra flödeskanal och så att portarna var och en av flödeskanalerna, k ä n n e t e c k n a d av att värmeöverföringsplattan (100) har minst två pri- (l10a-b) motsvarande primårportar hos andra värmeöverföringsplat- märportar som är anordnade att tillsammans med tor i nämnda plattpaket bilda två primärkanaler utgörande en av nämnda inloppskanaler som skall mottaga ett flui- dumflöde för den första flödeskanalen, och en sekundär- (ll0c) rande sekundärportar hos nämnda andra plattor bilda en port som är anordnad att tillsammans med motsva- sekundärkanal som skall stå i flödesförbindelse med dels nämnda primärkanaler, dels nämnda första flödeskanalen,

27. Värmeöverföringsplatta enligt kravet 26, vid vilken sekundärporten (ll0c) (ll0a-b)

28. Värmeöverföringsplatta enligt kravet 26 eller (ll0c) area som är större än var och en av primärportarna (llOa- b). är anordnad mellan primär- portarna och vårmeöverföringspartiet (C). 27, vid vilken sekundärporten har en tvärsnitts-

29. Användning av en värmeöverföringsplatta enligt något av kraven 26-28 för framställning av ett plattpaket enligt något av kraven 1-24. 516 416 25

30. Användning av en värmeöverföringsplatta enligt något av kraven 26-28 för framställning av en plattvärme- vàxlare enligt kravet 25.