FI97694B - Haihduttimen nesteenjakaja - Google Patents

Description

97694

Haihduttimen nesteenjakaja Tämän keksinnön kohteena on haihduttimen nesteenjakaja, joka on tarkoitettu etenkin kiinteitä aineosia sisältäville nestesuspensioille ja joka käsittää haihduttimen 5 lämmönsiirtopinnan yläpäässä sijaitsevan poikittaisen kanavarungon, joka sisältää nestekanavat haihduttimen sivulta johdettavan nesteen levittämiseksi pinnan koko leveydelle.

Haihduttimessa, jossa neste valuu lämmönsiirtopinnalla ohuena kalvona, tulee pin-10 nan tehokkaan lämmönsiirron aikaansaamiseksi olla kauttaaltaan nesteen peittämä. Kiintoaineksia sisältävää nestesuspensiota haihdutettaessa lämmönsiirtopinnan kuivien ja nesteen peittämien alueiden rajoilla kasvavat kiintoainepitoisuudet aiheuttaisivat lisäksi lämmönsiirtopinnan erittäin nopean likaantumisen. Haihdutettavan nesteen tasainen jako lämmönsiirtopinnalle on täten haihduttimen tehokkaan toiminnan 15 ehdoton edellytys.

Lämmönsiirtopinnan pysymistä nesteen peittämänä voidaan edistää kasvattamalla pinnalle syötettävää nestemäärää. Tämä kuitenkin lisää pumppauksen energiankulutusta ja kasvattaa valuvan nestekalvon paksuutta, mikä heikentää lämmönsiirtoker-rointa. Tästä syystä haihduttimien nesteenjakajissa on yleensä päädytty varsin ahtai-20 siin nestekanaviin, jotka kiintoainesta sisältäviä nestesuspensioita haihdutettaessa ovat herkkiä tukkeutumaan.

Suomalaisesta kuulutusjulkaisusta 86961 tunnetaan nesteen haihdutukseen tarkoi- . i tettu lämmönvaihdin, jossa on vierekkäisiä, muovikalvosta muodostettuja pusseja, : . joiden kalvopinnat toimivat lämmönsiirtopintoina. Haihdutettava neste syötetään 25 pussien ulkopinnoille haihduttimen yläpäässä olevien kennostojen sisältämistä vie- rekkäisistä, pussien koko leveydelle jakautuvista kanavista. Lämmitysväliaineena **“ käytetään samojen kennostojen kautta pussien sisään johdettua höyryä, joka on «·· *; · j haihdutuksessa syntynyttä höyryä, jota on puristettu kompressorilla.

• · · • · · FI-julkaisun 86961 kuvaama laite on tarkoitettu meriveden tislaamiseen juomave- . 30 deksi. Lisäksi julkaisussa mainitaan laitteen käyttötarkoituksena liuosten ja suspen- • · · sioiden, kuten esim. valkaisujäteveden väkevöinti. Kuitenkin laitteen puutteena on tällöin se, että suspensiossa oleva kuituaines sekä muut kiintoaineet pyrkivät tukki- • ·: maan kennostojen viistosti johdetut kapeat nestekanavat.

• ·«

I I I

.;. Esillä olevaan keksintöön PL 2 § 2 momentin mukaisessa suhteessa olevassa FI- '; / 35 patenttihakemuksessa 934143 on kuvattu haihduttimen nesteenjakaja, jonka neste- 97694 2 kanavista käsittää viistosti alaspäin viettävän syöttökanavan, josta erkanee joukko lämmönsiirtopinnalle johtavia jakokanavia.

Esillä olevalla keksinnöllä on päämääränä muodostaa haihduttanen nesteenjakaja, jossa aikaisempien ratkaisujen suspension kiintoaineksista johtuva kanavien tukkeu-5 tumisongelma on vältetty ja joka siten soveltuu erityisesti puunjalostusteollisuuden kuituaineksia sisältävien jätevesien, kuten sellunkeiton jäteliemen tai valkaisujäte-veden, tai elintarviketeollisuuden karbonaatti-, oksalaatti- ym. saostumia muodostavien jätevesien käsittelyyn. Keksinnön mukainen nesteenjakaja sisältää viistosti alaspäin viettävän syöttökanavan sekä joukon tästä erkanevia, lämmönsiirtopinnalle 10 johtavia jakokanavia ja sille on erityisesti tunnusomaista se, että kussakin syöttöka navan ja jakokanavan haarakohdassa kanavien yhteinen, syöttövirtaukseen nähden alavirran puoleinen seinämä on pyöristetty niin, että virtauksen jakautuminen tapahtuu seinämän muodostamalla kaarevalla jakopinnalla.

FI-julkaisun 86961 mukaisista, haihduttanen sivulta alkavista rinnakkaisista viis-15 toista nestekanavista poiketen keksinnön mukainen nesteenjakaja käsittää yhteisen viiston syöttökanavan, joka jakaa nesteen siitä erkaneviin jakokanaviin, jotka voivat olla oleellisesti pystysuoria. Haihdutettava neste virtaa syöttökanavassa kaskadimai-sesti kanavien haarakohdassa olevalta jakopinnalta toiselle kaarevan jakopinnan jakaessa kulloinkin virtauksen syöttökanavaa eteenpäin jatkavaan pääkomponenttiin 20 sekä jakokanavaa pitkin lämmönsiirtopinnalle menevään komponenttiin. Jakautumista säätelee mm. jakopinnan kaarevuussäde sekä kulma, jossa syöttökanavan virtaus törmää jakopintaan, ja alustavien kokeiden perusteella näitä haihdutettavan sus-. pension laadun mukaan säätelemällä on mahdollista aikaansaada nesteen jakautumi- :' nen oleellisesti tasan jakokanavien kesken. Lisäksi on havaittu, että keksinnön ta- .:. 25 voitteiden mukaisesti kaarevat jakopinnat torjuvat tehokkaasti suspension kiinteistä *" j. aineosista johtuvaa kanavien tukkeutumistaipumusta, mm. eliminoimalla nesteen "virtaustieltä terävät särmät, joihin kiintoainekasautumat voisivat takertua.

• · »· ·*. t : Haarakohdassa syöttövirtauksen ylävirran puolella eli kaarevaan jakopintaan nähden vastakkaisella puolella syöttö-ja jakokanavat rajoittuvat edullisesti yhteiseen terä- ; 30 vään kärkeen päättyviin seinämiin. Terävä kärki muodostaa portaan, jolta syöttöka- • » · . ·; *. navan tulovirtaus hyppää jakokanavan suun yli jakopinnalle, jossa virtauksen jakau tuminen tapahtuu. Kärkeen päättyvä jakokanavan seinämä voi olla jakopintaa vastaavasti pyöristetty.

Kuitususpension käsittelyyn tarkoitetussa haihduttimessa jakopintojen kaarevuus-35 säde voi olla esim. välillä n. 10-30 mm, edullisesti 20-30 mm ja jakokanavien leveys 3 97694 voi vaihdella välillä n. 10-30 mm, edullisesti n. 15-25 mm. Syöttökanavasta erkanevien jakokanavien leveys voi olla kaikilla kanavilla sama tai se voi kasvaa progressiivisesti siirryttäessä haihduttimen sivulta kohti sen keskustaa.

Keksinnön mukainen nesteenjakaja on edullista konstruoida siten, että se käsittää 5 kaksi keskenään symmetristä syöttökanavaa, jotka alkavat haihduttimen vastakkaisilta sivuilta ja ulottuvat haihduttimen keskelle niin, että kumpikin syöttökanavista syöttää nestettä haihduttimessa omaan puoliskoonsa.

Keksinnön mukaista nesteenjakajaa voidaan käyttää FI-kuulutusjulkaisun 86961 mukaista tyyppiä olevassa lämmönvaihtimessa johtamaan haihdutettavaa nestesus-10 pensiota muovikalvoa olevien pussien ulkopinnoille. Poikittaissuunnassa pussin reunasta reunaan ulottuva nesteenjakaja levittää tällöin nesteen pussien lämmönsiir-topintojen koko leveydelle. Nesteestä syntyvä höyry voidaan johtaa kompressoriin ja siitä korkeampaan paineeseen ja lämpötilaan puristettuna pussien sisään lämmi-tyshöyryksi, joka lämmönsiirrossa lauhtuu takaisin nesteeksi. Kuitenkin myös muul-15 la tavoin tuotetun lämmityshöyryn käyttö on yhtä lailla mahdollista.

Keksinnön mukainen nesteenjakaja voidaan konstruoida kahdesta pystysuuntaisesta, esim. muovista ruiskupuristamalla valmistetusta seinämäelementistä, joiden väliin nestekanavat muodostuvat. Esim. edellä mainitussa, muovikalvoa olevia pusseja käsittävässä lämmönvaihtimessa nesteenjakajan seinämäelementti voi samaan aikaan 20 olla rajaamassa vastakkaiselle puolelleen pussien sisään johtavia höyrykanavia. Nesteen ja höyryn syöttö lämmönvaihtimeen voidaan täten järjestää kiinnittämällä toisiinsa mainittuja elementtejä, jotka rajaavat väleihinsä vuorotellen pussien väleihin . ’ * johtavia nestekanavia ja pussien sisään johtavia höyrykanavia. Kompaktin rakenteen • « : ** johdosta nestekanavat saadaan mahdollisimman leveiksi, millä myös ehkäistään nii- 25 den tukkeutumistaipumusta.

• · · • ♦ · · .:. Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin esimerkkien avulla viittaa- /··. maila oheisiin piirustuksiin, joissa

« * I

kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista nesteenjakajaa pystyleikkauksena, . kuviot 2-4 esittävät kuvion 1 mukaisen nesteenjakajan seinämäelementtiä vaaka- 30 leikkauksina II-II, III-III ja IV-IV kuviosta 1, ’ ' ’ kuvio 5 esittää osittaista vaakaleikkausta kolmesta toisiinsa kiinnitetystä seinä- • - mäelementistä, jotka muodostavat jakajan sekä haihdutettavalle nesteel- ."': le että lämmityshöyrylle, ja kuvio 6 esittää suuremmassa mittakaavassa kuvion 1 mukaisen nesteenjakajan ' ·' ‘ 35 nestekanavien haarakohtia.

97694 4

Piirustusten mukainen haihduttimen nesteenjakaja käsittää kanavarungon, joka muodostuu kahdesta esim. muovimateriaalista ruiskupuristetusta pystysuuntaisesta sei-nämäelementistä 1, 2, jotka rajaavat väliinsä jakajan nestekanavat 3, 4. Nestekanavat 3, 4 on aikaansaatu muodostamalla kuvioiden 1-4 mukaiseen seinämäelementtiin 1 ruiskupuristuksen yhteydessä syvennyksiä ja sulkemalla nämä avoimelta sivultaan toisella seinämäelementillä 2 kuvion 5 mukaisesti. Kuviossa 5 nähdään lisäksi kolmannen, kuvioiden 1-4 mukaisen seinämäelementin 1 avulla suljetut höyrykanavat 5, joihin palataan lähemmin jäljempänä.

Nestekanavat, jotka nähdään parhaiten kuvioissa 1 ja 6, käsittävät haihduttimen sivulla sijaitsevasta jakajan päädystä 6 alkavan syöttökanavan 3, joka ulottuu viistosti alaspäin viettävänä jakajan keskelle, sekä joukon syöttökanavasta haarakohdissa 7 erkanevia, pääasiallisesti pystysuoria jakokanavia 4, jotka johtavat haihduttimen lämmönsiirtopinnalle (ei esitetty). Syöttökanavasta 3 ensimmäisinä haarautuvien ja-kokanavien 4 leveys D (vrt. kuvio 6) voi olla vakio tai kasvaa progressiivisesti kanava kanavalta jakajan päädystä kohti sen keskustaa. Toisessa puoliskossaan jakaja käsittää syöttö-ja jakokanavista 3, 4 muodostuvan symmetrisesti vastaavan nesteka-naviston. Haihdutettavan nesteen, kuten kiinteää kuituainesta sisältävän suspension, syöttövirtaus johdetaan kuviossa 1 olevien nuolten 8 mukaisesti syöttökanaviin 3, joista se jakautuu jakokanaviin 4 nuolten 9 mukaisiksi, lämmönsiirtopinnalle johtaviksi osavirtauksiksi oleellisesti tasan jakokanavien kesken. Neste saadaan täten levitetyksi jakokanavista 4 tasaisesti lämmönsiirtopinnan koko leveydelle.

Syöttökanava 3 on jakajan keskellä sijaitsevan päänsä kautta yhteydessä haihdutti-: i men höyrytiloihin niin, että syöttökanava on käytön aikana osaksi haihdutuksessa i ’... syntyvän höyryn 14 täyttämä. Haihdutettavan nesteen syöttöä on välttämätöntä sää- tää siten, ettei syöttökanava 3 kokonaisuudessaan täyty nesteellä, sillä muutoin **!:. syntyvä lappovaikutus estäisi nesteen tasaisen jakautumisen.

..!: * Kanavien haarakohdat 7 ja nestevirtauksen jakautuminen niissä lämmönsiirtopinnal- • · · v : le meneviin osavirtauksiin nähdään suuremmassa mittakaavassa kuviossa 6. Syöttö- kanavassa 3 etenevää syöttövirtausta on kuviossa merkitty numerolla 8 ja jakokana- : viin 4 erkanevia osavirtauksia numerolla 9. Kussakin kanavien haarakohdassa 7 on • · · kanavien yhteinen, syöttövirtaukseen 8 nähden alavirran puoleinen seinämä muodostettu kaarevaksi jakopinnaksi 10, jonka sädettä on merkitty kirjaimella R. Kussakin haarakohdassa 7 ylävirran puolella jakokanavan 4 seinämää on pyöristetty vastaavasti ja senja syöttökanavan 3 seinämät muodostavat yhdessä terävän syöttökär-jen 11, joista tuleva syöttövirtaus 8 hyppää jakokanavan pään yli jakopinnalle 10, jolla virtauksen jakautuminen kulloinkin tapahtuu. Toisiaan seuraavat, syöttökärkiin 5 97694 11 päättyvät jakopinnat 10 on mitoitettu niin, että virtaussuunnassa alemman jako-pinnan syöttökärki sijaitsee kulloinkin muutaman millimetrin ylemmän jakopinnan syöttökärjestä jatkuvan ajatellun jatkeen alapuolella. Virtauksen 8 ja jakopinnan 10 tangentin välinen törmäyskulma on kuviossa merkitty kirjaimella a. Syöttövirtauk-5 sen 8 jakautuminen osavirtauksiin 9 riippuu nesteen koostumuksesta, jakopinnan kaarevuussäteestä R ja törmäyskulmasta a, joka taas riippuu mm. virtauksen nopeudesta ja jakokanavien 4 leveydestä D, ja jakautumaa voidaan säädellä mainittuja suureita muuttelemalla. Alustavien kokeiden mukaan jakajan toimiessa suspension kiintoainesta kiinnittyy hetkellisesti jakopinnoille 10 syöttövirtauksen 8 törmäys-10 kohtiin, mutta ainekasautuman kasvaessa se joko jatkaa syöttökanavassa 8 eteenpäin tai putoaa jakokanavaan, eli laite on käytössä itsepuhdistuva. Syöttövirtauksen 8 törmäyskulma a on edullisesti säädetty lähelle suoraa kulmaa, esim. välille n. 90-110°.

Kuten jo edellä mainittiin, sijaitsevat nestekanavat 3, 4 jakajassa kuvion 5 mukaises-15 ti kahden toisiinsa kiinnitetyn seinämäelementin 1, 2 välissä. Elementtien 1, 2 lukkiutuminen toisiinsa on aikaansaatu kuvioiden 1-4 mukaisessa elementissä 1 olevien pystysuuntaisten kohoutumien 12 ja toisessa elementissä 2 olevien vastaavien syvennysten 13 välisillä napsahduskiinnityksillä. Lämmönsiirtopinnan ollessa muovikalvoa voi kalvon yläpää olla lukittuna toisiinsa kiinnitettyjen elementtien 1, 2 väliin 20 (ei esitetty).

Mainittu toinen seinämäelementti 2 kuviossa 5 on muotoiltu siten, että se yhdessä kolmannen, kuvioiden 1-4 mukaisen elementin 1 kanssa rajaa pystysuuntaiset höy-I rykanavat 5, joista johdetaan lämmityshöyryä lämmönsiirtopinnan haihdutettavaan nesteeseen nähden vastakkaiselle puolelle. Käytettäessä muovikalvosta muodostet-25 tuja pusseja johdetaan lämmityshöyry kanavien 5 kautta pussien sisään ja haihdutet-**[! tava neste kanavien 3, 4 kautta pussien ulkopinnoille. Kiinnittämällä kuvion 5 mu- kaisia, kohoutumilla 12 ja syvennyksillä 13 varustettuja elementtejä 1, 2 vuorotellen « · · ·;;· toisiinsa voidaan konstruoida nesteen ja höyryn jakaja, jossa on vuorotellen muovi- • * * '·* * kalvoa olevien pussien väleihin johtavia nestekanavistoja 4 ja pussien sisään johta- 30 via höyrykanavistoja 5, jotka jakavat nesteen ja höyryn tasaisesti pussien muodos-•.*.: tamien lämmönsiirtopintojen koko leveydelle.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutusmuodot eivät rajoitu edellä esimerkkinä esitettyyn vaan voivat vaihdella oheisten patenttivaatimus- 5..,: ten puitteissa.

Claims (10)

1. 97694 6
2. 1. Haihduttimen nesteenjakaja, joka on tarkoitettu etenkin kiinteitä aineosia sisältäville nestesuspensioille ja joka käsittää haihduttimen lämmönsiirtopinnan yläpäässä sijaitsevan poikittaisen kanavarungon (1,2), joka sisältää nestekanavat (3,4) 5 haihduttimen sivulta (6) johdettavan nesteen levittämiseksi pinnan koko leveydelle, jotka nestekanavat muodostuvat viistosti alaspäin viettävästä syöttökanavasta (3) sekä joukosta tästä erkanevia, lämmönsiirtopinnalle johtavia jakokanavia (4), tunnettu siitä, että kussakin syöttökanavan ja jakokanavan haarakohdassa (7) kanavien yhteinen, syöttövirtaukseen (8) nähden alavirran puoleinen seinämä on pyöristetty 10 niin, että virtauksen jakautuminen tapahtuu seinämän muodostamalla kaarevalla jakopinnalla (10).
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen nesteenjakaja, tunnettu siitä, että syöttö-ja jakokanavat (3, 4) rajoittuvat haarakohdassa (7) syöttövirtauksen (8) ylävirran puo- 15 lella yhteiseen terävään kärkeen (11) päättyviin seinämiin.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen nesteenjakaja, tunnettu siitä, että kanavien haarakohdassa (7) olevan jakopinnan (10) kaarevuussäde kuitususpensiolle tarkoitetussa haihduttimessa on välillä n. 10-30 mm, edullisesti n. 20-30 mm. 20
5. 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen nesteenjakaja, tunnettu siitä, että syöttökanava (3) alkaa haihduttimen sivulta (6) suuntautuen siitä alaviistoon ja että syöttökanavasta erkanevat jakokanavat (4) ovat pääasiassa pystysuoria.
6. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen nesteenjakaja, tunnettu siitä, i * : ” että jakaja käsittää kaksi keskenään symmetristä syöttökanavaa (3), jotka alkavat .*·*. haihduttimen vastakkaisilta sivuilta (6) ja ulottuvat haihduttimen keskelle niin, että # kumpikin syöttökanavista syöttää nestettä haihduttimessa omaan puoliskoonsa. »t» «*«· sT: 30 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen nesteenjakaja, tunnettu siitä, että jakokanavien (4) leveys kuitususpensiolle tarkoitetussa haihduttimessa on välil-. lä n. 10-30 mm, edullisesti n. 15-25 mm.
7. 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen nesteenjakaja, tunnettu siitä, 35 että syöttökanavasta (3) erkanevien jakokanavien (4) leveys kasvaa progressiivisesti haihduttimen sivulta (6) kohti haihduttimen keskustaa. 7 97694
8. 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen nesteenjakaja, tunnettu siitä, että kanavarunko on aikaansaatu kahdesta pystysuuntaisesta seinämäelementistä (1, 2), jotka rajaavat väliinsä jakajan nestekanavat (3, 4).
9. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen nesteenjakaja, tunnettu siitä, että seinämä-elementit (1, 2) on valmistettu muovista ruiskupuristamalla.
10. 10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen nesteenjakaja, tunnettu siitä, että jakaja kuuluu tislaimeen, jossa haihdutuksessa syntynyt höyry lauhdutetaan takaisin nesteeksipä että jakajan rungon seinämäelementti (2) rajaa vastakkaisella puolellaan höyrykanavia (5), joista höyry syötetään lauhdutusvaiheeseen.