SE516537C2 - Plattpaket och plattvärmeväxlare - Google Patents

Description

25 30 35 »s16 537 2 vilka bildar en flödeskanal för ett värmeväxlingsmedium, och de andra in- och utloppskanalerna står i förbindelse med varandra via de andra av strömningsvägarna, vilka bildar en flödeskanal för ett annat värmeväxlingsmedium.

Plattvärmeväxlaren fungerar alltså så, att de två olika värmeväxlingsmedierna leds in via vars en inlopps- kanal till vars en flödeskanal där det varmare mediet överför en del av sitt värmeinnehàll till det andra medi- et via värmeöverföringsplattorna. De båda medierna kan vara olika vätskor, gaser, ångor eller kombinationer där- av, s k tváfasmedier.

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

Ett medium som skall föràngas helt eller delvis, ex- empelvis juice som skall koncentreras, leds in i värme- växlaren via ett inlopp som bildas av två öppningshål i stativplattan. Dessa två öppningshål leder direkt in till en gemensam första inloppskanal som sträcker sig genom paketet av värmeöverföringsplattor. Genom en andra in- loppskanal leds ånga in till de härför avsedda flödeska- nalerna mellan värmeöverföringsplattorna. Denna andra in- loppskanal bildas av portar belägna i ett av plattornas övre hörnpartier och har en relativt stor tvärsnittsarea, eftersom ångan upptar en relativt stor volym.

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

Kondensatet förs ut via två utloppskanaler som bildas av portar i plattornas båda nedre hörnpartier och som mynnar i två anslutningsportar i stativplattan. Det andra mediet leds uppåt i sina plattmellanrum och föràngas helt eller delvis och leds slutligen ut via en utloppskanal som bil- das av portar belägna i det andra plattornas övre hörn- partier och som mynnar i en anslutningsport i stativplat- tan. 10 15 20 25 30 35 "S16 537 3 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 blir olika stora i plattmellanrummen utmed plattvärmeväx- larens längd. Detta gör att man inte kan utnyttja platt- värmeväxlarens kapacitet maximalt. Även om ett eller någ- ra stycken plattmellanrum utnyttjas maximalt finns det ett relativt stort antal plattmellanrum som endast ut- nyttjas till en nivå som markant understiger den maximala kapaciteten. Tvåfastillämpningar accentuerar detta pro- blem, eftersom ångfasen av ett medium har andra flödes- egenskaper än vätskefasen. Detta gör att ångfasen och våtskefasen kommer att bete sig olika i värmeväxlaren och därmed kommer att fördela sig olika i de ifrågavarande plattmellanrummen.

Ett annat problem som är förknippat med de flesta plattvårmeväxlare är att det i många fall är svårt att erhålla en jämn fördelning av fluidumflödet över varje plattas hela bredd, d v s över hela värmeöverförings- partiet. Ett sätt att förbättra den sistnämnda fördel- ningen är att utforma de plattportar som skall bilda in- loppskanalen làngsträckta, såsom visas i fig 1. För att underlätta anslutningen av värmeväxlaren till annan appa- ratur kan man exempelvis använda två anslutningsportar i stativplattan, vilka ansluter direkt till den i tvärsek- tion långsträckta inloppskanalen. Generellt sett är det dock inte önskvärt med abrupta dimensionsförändringar i en flödeskanal. Den flödesmässiga vak som bildas direkt efter stativplattans anslutningsportar gör att de första mellanrummen inte erhåller önskad vätskefördelning utan har eventuella gaser har en tendens att strömma i dessa plattmellanrum.

Problemen som beskrivits ovan uppstår även om platt- värmeväxlaren inte används i tvåfastillämpningar, men de är speciellt besvärande vid tvåfastillåmpningar. 10 15 20 25 30 35 'S16 537 4 I WO97/15797 beskrivs en plattvärmeväxlare som är avsedd för förångning 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 utmed hela plattvärmeväxlarens längd. Distributionskanalen har bland annat till syfte att skapa i huvudsak lika stora flöden i de olika plattmellanrummen genom att fungera som en expansions- eller utjämningskammare mellan inloppska- nalen och plattmellanrummen. Den föreslagna konstruktio- nen lämpar sig dock inte lika bra för alla de olika driftfall som konventionella industriplattvärmeväxlare används för.

I GB-A-2 052 723 och GB-A-2 054 124 beskrivs två va- rianter av en plattvärmeväxlare som har en främre och en bakre sektion av plattmellanrum. För att flödet till plattvärmeväxlaren skall nå den bakre sektionen är platt- värmeväxlaren försedd med en shuntledning, bestående av ett rör som är koncentriskt anordnat i inloppskanalen.

Det koncentriska röret tjänar till att leda en del av flödet vidare till den bakre sektionen. Den första sek- tionens plattmellanrum står i direkt förbindelse med in- loppskanalens främre parti. Den andra sektionens platt- mellanrum stàr i direkt förbindelse med inloppskanalens bakre parti.

Det finns således inte någon känd konstruktion som ger en bra fördelning av flödet både utmed plattvärmeväx- larens längd och över plattornas bredd. Framförallt 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. lO 15 20 25 30 35 .s1e ss? 5 Detta ändamål har uppnåtts medelst ett plattpaket som är av det inledningsvis angivna slaget och som känne- tecknas av att primärkanalen och sekundärkanalen står i flödesförbindelse med varandra genom minst ett flödesför- bindelseparti som överbryggar ett flertal plattmellanrum, att flödesförbindelsepartiet har en utsträckning utmed primärkanalen som är väsentligt mindre än primärkanalens utsträckning, och att det väsentligen saknas flödesför- bindelse mellan primär- och sekundärkanalerna utanför nämnda flödesförbindelseparti.

Genom att utforma plattpaketet med en primär- och en sekundärkanal och en komplettera denna konfiguration med den ovan beskrivna flödesförbindelsen erhålles ett platt- paket i vilket fluidumflödet kan fördelas fördelaktigt både utmed plattpaketets längd och över plattornas bredd.

Fluidumflödet som strömmat från primärkanalen genom flö- desförbindelsen kommer till stor del beroende pà flödes- förbindelsens begränsade utsträckning att virvla runt i sekundärkanalen och fluidumflödet kommer därmed att för- dela sig jämnt utmed plattpaketets längd. Genom att styra i vilka plattmellanrum som fluidumet kommer att flöda mellan primär- och sekundärkanalerna kan man styra ström- ningen i sekundärkanalen och därmed kan man styra fördel- ningen av fluidumet över plattpaketets längd. Begräns- ningen av flödesförbindelsepartiets utsträckning utmed primärkanalens längd gör dessutom att olika faser av flu- idum inte kommer att föredra olika vägar mellan primär- och sekundärkanalerna, utan väsentligen samma fasfördel- ning som tvàfasfluidumet har i primärkanalen kommer att strömma till sekundärkanalen och via denna fördelas till de olika plattmellanrummen. Användandet av en primärkanal och en sekundärkanal gör vidare att sekundärkanalen kan utformas att sprida fluidumflödet över plattans hela bredd medan primärkanalen kan utformas sà att ett konven- tionellt, runt rör kan anslutas till plattpaketet. Genom att förse inloppskanalen med en primärkanal och en sekun- därkanal kan man utforma gränssnittet mellan kanal och lO 15 20 25 30 35 ;f5.1“$ 537 6 värmeöverföringsyta och gränssnittet mellan kanal och an- slutning till omgivning relativt fristående från varand- ra. Detta gör att man undviker abrupta dimensionsföränd- ringar, vilket i sin tur gör att man kan undvika oönskad turbulens.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen framgår av de underordnande patentkraven.

Enligt en föredragen utföringsform står primärkana- len i förbindelse med sekundärkanalen genom minst två flödesförbindelsepartier som är belägna på avstånd från varandra utmed primärkanalen. Detta gör att man kan för- dela ett fluidumflöde över långa plattpaket och ändå bi- behålla de avseende fördelningen positiva egenskaper som beskrivits ovan. Denna utföringsform ger dessutom en god flexibilitet avseende olika former av sektionering av plattpaketet.

Enligt en ytterligare en föredragen utföringsform är en flödesfördelaranordning anordnad i primärkanalen för avlänkning av en del av fluidumflödet i primärkanalen via nämnda flödesförbindelseparti. Genom att anordna en flö- desfördelaranordning i primärkanalen kan man på ett en- kelt och säkert sätt styra hur stort fluidumflöde som av- länkas från primärkanalen på olika ställen utmed primär- kanalens utsträckning. Flödesfördelaranordningens avlän- kande egenskap befrämjar dessutom det utjämnande fluidum- flödet i sekundärkanalen.

Med fördel sträcker sig primärkanalen genom hela plattpaketet, vilket är ett enkelt sätt att förse hela plattpaketet med fluidum.

Enligt en föredragen utföringsform sträcker sig se- kundärkanalen genom hela plattpaketet. Med denna utform- ning kan hela plattpaketet betjänas med en enda sekundär- kanal.

Enligt en föredragen utföringsform är sekundärkana- len uppdelad i ett antal åtskilda partier som var och en endast sträcker sig genom en del av plattpaketet. Denna utformning är framförallt användbar i plattpaket med ett lO 15 20 25 30 35 vs1s”ssv 7 stort antal plattor. Denna utformning gör att man i varje sekundärkanal erhåller en utjämning av fluidumflödet för ett visst antal plattmellanrum. Genom att dela upp utjäm- ningsfunktionen på ett antal sekundärkanaler kan man tillåta en något sämre utjämning för var och en av sekun- därkanalerna och ändå erhålla en god fördelning över plattpaketets längd, jämfört med om en enda läng sekun- därkanal med samma utjämningseffekt använts. Uppdelningen gör att plattpaketet kan användas i mer varierande till- lämpningar utan att dess prestanda sjunker i någon större utsträckning.

Lämpligtvis avgränsar flödesfördelaranordningen ett avsnitt av primärkanalens tvärsnittsarea, vilket minskar utmed primärkanalen i fluidumflödets flödesriktning. Den- na utformning gör att det flöde som avlänkas från primär- kanalen tillförs sekundärkanalen på ett flödestekniskt lämpligt sätt.

Enligt en föredragen utföringsform omfattar flödes- fördelaranordningen en rörformig stomme som omsluter en 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 så att dess flödesriktning omriktas successivt.

Med fördel är den snedställda rampens främre parti beläget på avstånd från 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. 10 15 20 25 30 35 N!iíf$.f5:57t 8 Enligt en föredragen utföringsform har avlänknings- kanten huvudsakligen en vertikal utsträckning. Denna ori- entering av avlänkningskanten är fördelaktig eftersom även tvàfasflöden, såsom 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 nâgra 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 vä- sentligen plan, halvellipsformad skiva. Detta är ett en- kelt sätt att säkerställa flödesfördelaranordningens av- länkningsfunktion.

Med fördel är den snedställda rampens utsträckning utmed primärkanalen större än dess största utsträckning tvärs primärkanalen. Detta gör att man erhåller en av- 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 plattor- na i deras anliggning mot varandra kring primärkanalen.

Genom att fastgöra flödesfördelaranordningen på detta sätt krävs det inte några kompletterande komponenter för att fastgöra flödesfördelaranordningen i kanalen. Den kraft som utövas av dragstängerna för att klämma samman plattpaketet utnyttjas på detta sätt också till att fast- göra 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. l0 15 20 25 30 35 s16 ss7 9 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 el- ler mindre sammanfallande ytor.

Enligt en föredragen utföringsform har flödesförbin- delsen mellan primärkanalen och sekundärkanalen en ut- sträckning utmed primär- och sekundärkanalen som är mind- re än var och en av kanalernas utsträckning utmed varand- ra. Med denna utformning förstärker man fluidumflödets tendens att uppvisa en utjämnande, cirkulerande strömning i sekundärkanalen. Detta gör att man erhåller en mycket god fördelning över de olika plattmellanrummen som sekun- därkanalen stàr 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 också att erhållas vid tvàfastillämpningar, d v s då flu- idumet innehåller både vätske- och gasfaser. Primärkana- len med dess flödesfördelaranordning leder fluidumflödet till sekundärkanalen i vilken fluidumflödet utjämnas. 10 15 20 25 30 35 151 6 537 10 Enligt en föredragen utföringsform omfattar platt- värmeväxlaren minst tvà plattpaket, varvid primärkanalen i det första plattpaketet är ansluten till och väsentli- gen sammanfaller med primärkanalen i det andra plattpake- tet, och sekundärkanalen i det första plattpaketet är àt- skild från sekundärkanalen i det andra plattpaketet. Med denna utformning erhåller man en mycket fördelaktig för- delning av fluidumflödet utmed plattvärmeväxlarens längd även om man lokalt skulle erhålla en mindre god fördel- ning i ett plattpaket.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer att beskrivas närmare i det föl- jande under hänvisning till bifogade schematiska ritning- ar som i exemplifierande syfte visar för närvarande före- dragna utföringsformer av uppfinningen enligt dess olika aspekter.

Fig 1 visar schematiskt funktionen hos en känd plattvärmeväxlare.

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 flödesförde- laranordningen i primärkanalen.

Fig 4 är en sprängskiss som visar en uppfinningsen- lig plattvärmeväxlare enligt en föredragen utföringsform.

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-ll visar hur de föredragna utföringsformerna av flödesfördelaranordningen fungerar vid olika sorters tvàfasflöden. 10 l5 20 25 30 35 “516 537 ll Fig 12-15 visar hur flödet fördelas utmed plattvär- meväxlarens längd enligt känd teknik (fig 12-13) och en- ligt en föredragen utföringsform av uppfinningen (fig 14- 15).

Fig 16 är en vy från ovan som visar hur flödesförde- laranordningar är anordnade i primärkanalerna enligt en utföringsform av uppfinningen.

Fig 17 är en vy från 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.

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 llOa-b och en sekundär inloppsport 110c för ett första fluidum, samt två utloppsportar 120e-f för ett andra fluidum. De båda utloppsportarna 120e-f är belägna i hörnorna av plattan. De båda primära inloppsportarna llOa-b är belägna innanför utloppsportarna 120e-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 110c har en làngsträckt form och sträcker sig över större de- len av värmeöverföringspartiets C bredd.

I det övre portpartiet har plattan 100 två i de båda hörnen belägna dubbla inloppsportar 120a-b, 120c-d, som bildar en sammanhängande inloppskanal i vart och ett av 10 15 20 25 30 35 *S16 531 12 de båda hörnen, för det andra fluidumet och en central utloppsport 110d för det första fluidumet.

Plattan 100 är avsedd att anordnas i en plattvàrme- växlare på det sätt som framgår av fig 4. Plattvärmevåx- laren omfattar en stativplatta 210, en tryckplatta 220 och ett antal däremellan anordnade värmeöverföringsplat- tor 100, vilka år 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 vårmeöverföringplattornas 100 portar 110a-d, 120a-f sammanfaller med varandra så att de till- sammans bildar in- och utloppskanaler som sträcker sig genom plattvärmeväxlaren.

Vårmeöverföringsplattorna 100 har packningar 131 i packningsspàr 130 eller upphöjda vulster (ej visade) som är anordnade att ligga an intilliggande värmeöverförings- platta 100 och därigenom avgränsa plattmellanrummen 250 gentemot omgivningen. Värmeöverföringsplattorna 100 har vidare packningar eller liknande som sträcker sig kring vissa av de ovan beskrivna portarna 110a-d, l20a-f. Pack- ningarna kring portarna 1lOa-d, 120a-f har olika form på plattornas 100 båda sidor 100a-b för att vissa av portar- na 110a-d skall stå i förbindelse med varandra utmed en första sida lOOa av plattornas 100 värmeöverföringsparti C, medan de andra portarna 120a-f skall stå i förbindelse med varandra utmed den andra sidan 100b av plattornas 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 plattor- na lO0 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 2l1a-b som sammanfaller med plattornas 100 primära inloppsportar 110a-b. De primära inloppsportarna 1l0a-b bildar två primära inloppskanaler 10 15 20 25 30 35 ts16 ss7 13 230a-b, 330a-b (se fig 4, 16 och 17) som sträcker genom plattvärmeväxlaren. Det första fluidumet strömmar från primärkanalerna 230a-b, 330a-b till en av sekundärportar- na l10c 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- kanalerna 230a-b, 330a-b, 240, 340. Sekundärkanalen 240, 340 står sedan i förbindelse med de plattmellanrum 250 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, utjämnan- de fluidumström i sekundärkanalen 240, 340, vilket gör att man erhåller en jämn flödesfördelning över de olika plattmellanrummen 230 utmed sekundärkanalens 240, 340 och därmed utmed plattvärmeväxlarens längd L.

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

Enligt en första utföringsform av flödesfördelaran- ordningen 400a-b (se fig 5-6) omfattar denna en stomme i form av rörformig, långsträckt, öppen burkonstruktion. De båda flödesfördelaranordningarna i fig 5 och fig 6 är va- rianter av varandra och motsvarande komponenter i de båda varianterna betecknas med samman hänvisningsbeteckningar.

Den öppna burkonstruktionen omsluter och uppbär en sned- ställd ramp 410. Den öppna burkonstruktionen omfattar ett antal ringar 411 och ett antal långsträckta stag 412 som binder samman ringarna 411. Enligt båda varianterna om- 10 15 20 25 30 35 0516" 53? 14 fattar flödesfördelaranordningen 400a-b tre ringar 411. I den ena varianten omfattar flödesfördelaranordningen 400a tre stag 412 och i den andra omfattar flödesfördelaran- ordningen 400b fyra stag 412.

Enligt en andra utföringsform av flödesfördelaran- ordningen 500 omfattar denna ett rör 501 som har ett ur- tag 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 är belägna på ett i omkretsled ökande avstånd från varandra. Detta gör att i en första ände (sett i F- riktningen) omsluter urtaget 502 uppemot halva omkretsen av mantelytan 501 och i en andra ände avslutas urtaget 502 genom att dess kanter 503a-b löper samman och anslu- ter till mantelytan 501. I urtagets 502 första ände är mantelytans 501 av urtaget 502 definierade kant 503 belä- gen på ett första radiellt avstånd H från den ursprungli- ga 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 flödesfördelaranordningar- na 400a-b, 500 är avsedda att användas på samma sätt. En eller flera flödesfördelaranordningar placeras i primär- kanalen på olika ställen utmed kanalens längd så sätt som 16 och 17.

Den snedställda rampen 410, 510 har till funktion framgår av fig 4, att avlänka en del av fluidumflödet i primärkanalen till sekundärkanalen. I fig 3 och fig 9-11 visas hur den sned- ställda rampen 410, 510 är anordnad att orienteras. Fig 3 och fig 9-11 visar flödesfördelaranordningen sett i flö- desriktningen F (se fig 5-8). Den snedställda rampens i 10 15 20 25 30 35 "S16 537' 15 dess främre parti belägna avlänkningskanten 4lOa, 5lOa är belägen ett radiellt avstånd H från den kanalvägg genom vilken flödesfördelaranordningen är anordnad att avlänka ett delflöde. Avlänkningskanten 4lOa, 5lOa delar flödet i primärkanalen i ett huvudflöde FH och ett sekundärflöde FS som är avsett för sekundärkanalen.

Avlänkningskanten 4lOa, 5lOa är vertikalt anordnad vilket innebär att den har en fördelaktig fördelnings- funktion även vid tvàfastillämpningar (se fig 10-ll).

Bàde 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 bàda faserna i väsent- ligen samma andel som de återfinns i huvudflödet FH, vil- ket gör att man undviker fördelningsproblem som annars lätt uppstår vid tvàfastillämpningar. I en traditionell plattvärmeväxlare har gasfasen en tendens att i stor ut- sträckning strömma upp genom de första plattmellanrummen.

Avlänkningskantens 4lOa, 5lOa 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 primârkanalen. Dess utsträckning styrs bland annat av utsträckningen pä 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 pà 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 a av l5° (se fig 16). 10 15 20 25 30 35 5116-1537 16 I fig 5 och 6 visas två olika varianter flödesförde- laranordningen 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 llOa-b i ett antal plattmellanrum 250 (se fig 18) och endast tillåta 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 nivå eller andelen uppklippt packning 131' styr avlänkningsandelen och motsvarar funktionsmässigt valet av snedställning, utsträckning och radiellt inskjutsmått för den snedställda rampen vid flödesfördelaranordningen.

Genom att flödesförbindelsen endast sträcker sig över ett flödesförbindelseparti med relativt begränsad utsträck- 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 se- kundärkanalen 240, 340, 640 är uppdelad i ett antal sek- tioner som var och en står i förbindelse med ett antal plattmellanrum. Varje sektion av sekundärkanalen betjänar ett visst antal plattmellanrum. Ett sätt att åstadkomma indelningen av sekundärkanalen 240, 340, 640 är att emel- lanåt placera en platta 100 där sekundärporten ll0c 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 se- kundärkanalen även vid långa plattvärmeväxlare. lO 15 20 25 30 35 t516 S37 17 I fig 12 visas en konventionell plattvärmeväxlare som inte är sektionerad. I fig 13 visas hur vätskeflödet har en tendens att fördelas utmed plattvärmeväxlaren framförallt vid tvåfastillämpningar. I fig 14 och 15 vi- sas motsvarande fast för en sektionerad plattvärmeväx- lare. Med sektioneringen erhåller man totalt sett en be- tydligt bättre flödesfördelning utmed plattvärmeväxlarens 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 med var och en av sekundärkanalssektionerna 240a-b via två flödesförbindelsepartier vid vilka flödesfördelaran- ordningar är placerade i primärkanalerna 230a-b. Noter- bart är att de olika förbindelsepartierna från 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 två primärkanaler 330a-b och en sekundärkanal 340 som är sektionerad i två sektioner 340a-b. Sekundärkanalens 340 första sektion 340a förses med fluidum från den ena primärkanalen 330b och sekundärkanalens 340 andra sektion 340b förses med fluidum från den andra primärkanalen 330a. I denna utfö- ringsform visas flödesförbindelsepartier 331 som definie- 10 15 20 25 30 35 rii ~s l1 s 532 18 ras av frånvaro av heltäckande packningar (se fig 19).

Flödesförbindelsepartierna 331 är belägna i den i flödes- 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 åtskild från den främre sekundärkanalssektionen 340a me- delst packningar 332 i plattmellanrummen. Sekundärkana- lens 340 sektioner 340a-b är åtskilda från varandra me- delst en platta 100' i vilken det inte finns någon urta- gen sekundärport (jämför med sekundärport l10c i fig 2).

Det bakre partiet av den primärkanal 330b som betjänar den främre sekundärkanalssektionen 340a är delvis avgrän- sat från den bakre sekundärkanalssektionen 340b medelst packningar 332, delvis avgränsat från primärkanalens 330b För att plattpaketet skall kunna motstå fluidumtrycket låter man ett litet främre parti medelst plattan 100'. flöde ledas till det bakre partiet genom mindre öppningar i plattan 100' och från den parallellt löpande sekundär- kanalen 340b. Alternativt kan alla packningar mellan pri- märkanal 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 se- kundärkanalssektion 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 10 15 20 25 30 35 gs1e ss? 19 utmed flödesriktningen F i plattvärmeväxlaren. Den första flödesfördelaranordningen 631a 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 631b en större andel av det kvarvarande fluidumflödet i pri- märkanalen 630. Efterföljande flödesfördelaranordning 631c avlänkar i sin tur ytterligare en större andel av det ytterligare reducerade kvarvarande flödet i primärka- nalen 630.

Denna funktion som erhàlles med olika insticksavs- tänd hos flödesfördelaranordningen kan också i viss ut- sträckning erhàllas med packningsvarianten genom att man làter flödesförbindelsepartiernas storlek variera utmed plattvärmeväxlarens längd. Ett litet flödesförbindelse- parti motsvarar ett litet insticksavstànd och ett större flödesförbindelseparti motsvarar ett större insticksavs- tänd.

I den i fig 20 visade utföringsformen flödesförde- laranordningarna inställbara eller justerbara. Denna in- ställbarhet ástadkommes 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 làngsträckta stag som manövreras av någon form av motor eller kolv i manöverenheten. Man kan tänka sig att lösa inställbarheten pà ett otal andra varianter, exempelvis kan man använda servomotorer som uppbär de snedställda ramperna, man kan använda linor istället för de visad stagen och dà exempelvis komplettera med áterfjädrande upphängning av ramperna sà att de har en tendens att er- hälla 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 pà det inkom- 10 15 20 as1s 531 20 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 631a-c. En konventionell plattvärme- växlare som inte är försedd med primär-/sekundärkanaler eller någon sektionering har annars en tendens att erhål- la en snedfördelning av fluidumflödet om det tillförs ett fluidumflöde som inte sammanfaller med det fluidumflöde 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- och sekundärkanaler, flödesfördelare (fasta och inställ- bara), med eller utan ökande insticksmàtt utmed plattvär- meväxlarens längd, packningar som är ursparade eller del- vis uppklippta varieras allt efter rådande behov för oli- ka tillämpningar.

Claims (23)

10 15 20 25 30 35 n cccc oc 21 PATENTKRAV

1. l. Plattpaket för plattvärmeväxlare, vilket omfattar ett antal vàrmeöverföringsplattor (100), vilka var och en har ett värmeöverföringsparti (C) och ett antal genomgå- (llOa-d, l20a-f), (100) verkar med varandra så att plattorna (100) mellan sig i ende portar varvid plattorna sam- ett antal första plattmellanrum (250) bildar en första flödeskanal och i ett antal andra plattmellanrum (250) bildar en andra flödeskanal och så att portarna (ll0a-d, 120a-f) bildar minst en inlopps- och minst en utlopps- kanal för var och en av flödeskanalerna, att åtminstone den första flödeskanalens inloppskanal omfattar minst en primärkanal (230a-b; 330a-b; 630), som är anordnad att mottaga ett fluidumflöde för den första flödeskanalen, och minst en sekundärkanal (240; 340; 640) som stàr i flödesförbindelse med primärkanalen och den första flö- deskanalen och som är anordnad att mottaga fluidumflödet fràn primärkanalen samt att leda fluidumflödet till den första flödeskanalen, k ä n n e t e c k n a t av att primärkanalen (230a-b; 330a-b; 630) och sekun- därkanalen stàr i flödesförbindelse med varandra genom minst ett flödesförbindelseparti (23l; 331; 631) som överbryggar ett flertal plattmellanrum (250), att flödesförbindelsepartiet (23l; 331; 631) har en utsträckning utmed primärkanalen (230a-b; 330a-b; 630) som är väsentligt mindre än primärkanalens (230a-b; 330a-b; 630) att det väsentligen saknas flödesförbindelse mellan (230a-b, 240; 330a-b, 340; 630, 640) utanför nämnda flödesförbindelseparti (23l; 331; 631).

2. Plattpaket enligt kravet l, vid vilket primär- utsträckning, och primär- och sekundärkanalerna kanalen stàr i förbindelse med sekundärkanalen genom minst två flödesförbindelsepartier som är belägna pá av- stànd fràn varandra utmed primärkanalen.

3. Plattpaket enligt kravet 1 eller 2, vid vilket 10 15 20 25 30 35 uuuu u: 516 537 åk 22 en flödesfördelaranordning (400; 500) är anordnad i pri- märkanalen för avlänkning av en del av fluidumflödet i primärkanalen till sekundärkanalen vid nämnda flödesför- bindelseparti (23l; 331; 631) respektive minst ett av nämnda flödesförbindelsepartier (23l; 331; 631).

4. Plattpaket enligt något av kraven 1-3, vid vilket primärkanalen sträcker sig genom hela plattpaketet.

5. Plattpaket enligt något av kraven 1-4, vid vilket sekundärkanalen sträcker sig genom hela plattpaketet.

6. Plattpaket enligt något av kraven 1-4, vid vilket sekundärkanalen är uppdelad i ett antal åtskilda sektio- ner (240a-b; 340a-b; 640a-c) som var och en endast sträcker sig genom en del av plattpaketet.

7. Plattpaket enligt något av kraven 3-6, vid vilket flödesfördelaranordningen avgränsar ett avsnitt av pri- märkanalens tvärsnittsarea, vilket minskar utmed primär- kanalen i fluidumflödets flödesriktning.

8. Plattpaket enligt något av kraven 3-7, vid vilket flödesfördelaranordningen omfattar en rörformig stomme som omsluter en snedställd ramp (410; 510).

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

10. Plattpaket enligt kravet 8 eller 9, vid vilket den snedställda rampens (410; 510) bakre parti ansluter till primärkanalens kanalvägg vid flödesförbindelsen mellan primärkanalen och sekundärkanalen.

11. Plattpaket enligt något av kraven 8-10, vid vilket flödesfördelaranordningens snedställda ramp (410; 510) har en avlänkningskant (410a; 510a) som är oriente- rad mot fluidumets flöde.

12. Plattpaket enligt krav 11, vid vilket avlänk- ningskanten (410a; 510a) har huvudsakligen en vertikal utsträckning.

13. Plattpaket enligt något av kraven 8-12, vid vilket den snedställda rampen (410; 510) omfattar en väsentligen plan, halvellipsformad skiva. 10 15 20 25 30 35 s1s ss? šïäï n n n c c nu 23

14. Plattpaket enligt kraven 12 och 13, vid vilket avlänkningskanten (410a; 5l0a) definieras av skivans ena ellipshuvudaxel.

15. Plattpaket enligt något av kraven 8-14, vid vilket den snedställda rampens (410; 510) utsträckning utmed primärkanalen är större än dess största utsträck- ning tvärs primärkanalen.

16. Plattpaket enligt något av kraven 3-15, vid vilket flödesfördelaranordningen (400; 500) omfattar ett antal utåt sig sträckande förankringsorgan (413; 513) som är anordnade att fastgöras mellan plattorna i deras an- liggning mot varandra kring primärkanalen.

17. Plattpaket enligt något av kraven 8-16, vid vilket stommen omfattar en öppen rörformig burkonstruk- (400a-b) rampen (410). tion som omsluter och uppbär den snedställda

18. Plattpaket enligt något av kraven 8-16, vid vilket stommen omfattar ett rör (501) som omsluter den snedställda rampen (510) och som är försett med ett urtag (502) (501) till vilket urtag (502) den snedställda rampen (510) är ansluten. i sin mantelyta

19. Plattpaket enligt något av kraven 3-18, vid vilket flödesfördelaranordningen har en yttre form som väsentligen motsvarar primärkanalens inre form.

20. Plattpaket enligt något av kraven 1-19, vid (23l; 331; 631) kanalen och sekundärkanalen utmed primär- och sekundär- vilket flödesförbindelsen mellan primär- kanalen har en utsträckning som är mindre än var och en av kanalernas utsträckning utmed varandra.

21. Plattpaket enligt något av kraven 1-20, vid vilket det finns endast en flödesförbindelse mellan pri- mär- och sekundärkanalen.

22. Plattpaket enligt kravet något av kraven 6-21, vid vilket den första flödeskanalens inloppskanal omfat- tar två primärkanaler (330a, 330b), varvid en av primär- (330b) sektion (340a) av sekundärkanalen och den andra primär- kanalerna står i flödesförbindelse med en första :Inna ao u nu; 04 I~0 537 24 kanalen (330a) står i flödesförbindelse med en andra sek- tion (340b) av sekundärkanalen.

23. Plattvärmeväxlare k ä n n e t e c k n a d av att den omfattar åtminstone ett plattpaket enligt något av kraven 1-22.