SE517362C2 - Värmeväxlarturbulisator och värmeväxlare försedd med en sådan - Google Patents

Description

25 30 35 ~srrezaa Dokument CH-A-'529 986 visar en turbuliator med rader av utbuktningar anordnade så att tvärgående, icke utbuktade områden är lokaliserade tvärs över tuibulisatorns hela bredd mellan utbuktningama. Problement med denna konstruktion är även här att det kan bli för stor minskning av flödeshastigheterria eller turbulens mellan utbuktningarna, vilket resulterar i dålig värmeöverföringsprestaïida.

Föreliggande uppfinning erbjuder ett optimalt anordnade av tryckåterhämtningszoner i turbulisatorerna for att minska tryckfallet men ändå bibehålla tillräckligt höga flödeshastigher och turbulens for att ge hög värmeöverföringsprestanda.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Enligt en aspekt på uppfinningen erbjuds en turbulisator for en värmeväxlare varvid turbulisatom innefattar ett långsträckt platt element med ett flertal grupper av intilliggande längsgående parallella rader av utbuktningar utformade däri, varvid nämnda utbuktningar är avbrutna i syñe att bilda längsgående neutrala kanaler mellan nämnda grupper av intilliggande längsgående rader av utbuktningar.

Enligt en annan aspekt på uppfinningen erbjuds en värmeväxlare innefattande ett flertal åtskilda rörelement som definierar flödeskanaler däremellan, varvid nämnda rörelement definierar åtskilda inlopps- och utloppsöppningar, och en turbulisator anordnad i åtminstone en av flödeskanalerna mellan respektive inlopps- och utloppsöppningar.

Enligt ytterligare aspekter på uppfinningen gäller att: - utbuktningarna är i form av bryggor, varvid bryggoma är orienterade i längsriktningen för att definiera en orientering for högtiycksfall i bryggomas riktning och en orientering för lågtrycksfall på tvären i riktningen som går under bryggoma, - raderna av utbuktningar ytterligare är avbrutna i längsriktningen för att bilda tryckåterhämtningzoner anordnade på längden mellan nämnda utbuktningar, - utbuktningarna ligger i linje i den tvärgående riktningen varvid även tryckåterhämtningszonerna tvärs över ligger i linje for att bilda neutrala kanaler i den tvärgående riktningen, - utbuktningarna är placerade i sicksack i den tvärgående riktningen, 10 15 20 25 30 35 «s11*ze2 3 - utbuktningarna ligger i linje i den tvärgående riktningen, - turbulisatom uppvisar ett centrumplan som innehåller tryckåterhämtningszonema, och varvid utbuktningarna i varje rad med utbuktningar sträcker sig växelvis över och under centrumplanet, i - turbulisatom uppvisar ett centrumplan som innehåller tryckåterhämtningszoner, och varvid utbuktningarna i varje rad med utbuktningar sträcker sig växelvis över och under centrumplanet, - nämnda grupper innefattar tre rader av utbuktningar, varvid en enda längsgående neutral kanal finns mellan varje grupp och - rörelementen är tillverkade av plåtar, vända baksida mot baksida som uppvisar förenade perifera kanter och upphöjda mittpartier som definierar nämnda flödeskanaler.

KORT FIGURBESKRIVNING Föredragna uttöringsformer av uppfinningen kommer att beskrivas medelst exempel med hänvisning till bifogade ritningar, av vilka Fig. 1 utgör en sprängperspektivvy av en föredragen utföringsform av en värme- växlare av plåttyp enligt föreliggande uppfinning, Fig. 2 utgör en förstorad perspektivvy av ett parti av den turbulisator som används i värmeväxlaren enligt Fig. 1, Fig. 3 utgör en sidovy av ett parti av turbulisatom enligt Fig. 2 i pilens 3 riktning i Fig. 2, Fig. 4 utgör en planvy av turbulisatom enligt Fig. 2 och 3, Fig. 5 utgör en perspektivvy av en annan utföringsform av en turbulisator enligt föreliggande uppfinning, Fig. 6 utgör en sidovy av ett parti av turbulisatom enligt Fig. 5 i pilens 6 riktning i Fig. 5, Fig. 7 utgör en planvy av turbulisatom som visas i F ig. 5 och 6, Fig. 8 utgör en perspektivvy av ännu en annan utföringsform av en turbulisator enligt föreliggande uppfinning, Fig. 9 utgör en sidovy av ett parti av turbulisatom enligt Fig. 8 i pilens 12 riktning i Fig. 8, Fig. 10 utgör en planvy av turbulisatom som visas i Fig. 8 och 9, 10 15 20 25 30 35 isi1>zs2 ß/ Fig. 11 utgör en perspektivvy av ännu en annan utföringsform av en turbulisator enligt föreliggande uppfinning, Fig. 12 Fig. 13 utgör en sidovy av turbulisatom som visas i Fig. 11 och utgör en planvy av turbulisatom som visas i Fig. 11 och 12.

Med hänvisning till Fig. 1 betecknas en föredragen utföringsform av en värmeväxlare enligt föreliggande uppfinning allmänt med hänvisningssiffran 10. Värmeväxlaren 10 är utformad av ett flertal åtskilda rörelement eller plåtpar 12, varvid vart och ett har en övre plåt 14, en nedre plåt 16 och en turbulisator 18 anordnade däremellan. Plåtama 14 och 16 är anordnade med baksidorna mot varandra och med förenade perifera kanter 20.

Plåtarna uppvisar upphöjda mittpartier 22, vilka definierar en flödeskanal däremellan i vilken turbulisatorema 18 är anordnade. De upphöjda mittpartiema 22 definierar också åtskilda inlopps- och utloppsöppningar 24, 26 för flöde av fluidum, såsom olja, genom plåtparen. När värmeväxlaren är hopmonterad, är alla inlopp söppningama samordnade och bildar under kommunikation ett inloppsrör, och alla utloppsöppníngarna 26 är samordnade och bildar under kommunikation ett utloppsrör. Utvecklade metallfenor 28 är anordnade mellan plåtparen för att tillåta ett armat fluidum, såsom lufi, att strömma tvärs genom plåtparen. Plåtama 14, 16, som står i kontakt med fenoma 28, är åtskilda medelst upphöjda ändklackar 29 för att bereda rum för fenoma mellan mittpartiema 22 på plåtama.

Plåtania 14, 16 och fenoma 28 kan ha vilken form som helst och den konfiguration som önskas och anses i och för sig inte utgöra del av föreliggande uppfinning. I själva verket kan plåtama 14, 16 utformas med utåt anordnade försänkriingar, som passar ihop med intilliggande plåtpar, varvid fenor 28 inte används.

Med hänvisning till Fig. 2, 3 och 4 visas en föredragen utföringsform av en turbulisator 30, som kan användas som turbulisatom 18 iFig. 1. Det skall inses att Fig. 5, 8 och ll visar andra föredragna utíöringsformer av turbulisatorer. Vilken som helst av dessa kan användas som turbulisatom 18 i den värmeväxlare 10 som visas i Fig. 1. De turbulisatorer som visas iFig. 2, 5, 8 och 11 utgör endast illustrationer av sektioner eller partier i turbulisatorema. Det skall inses att nämnda turbulisatorer kan tillverkas i vilken längd eller bredd som helst efier önskemål beroende på tillverkningsmetod.

Turbulisatorema stansas eller valsas vanligen ut från aluminium som är ca 0,01 tum (0,25 mm) tjock. Andra material och tjockare eller tunnare material kan även användas för turbulisatorema. 10 15 20 25 30 35 i? " :E16 2 6' Turbulisatom 30 är ett plant element med ett flertal utbuktningar 32, 34 utformade däri.

Utbuktningarna 32, 34 är anordnade i parallella rader. När turbulisatom 30 har lång- sträckt form, är utbuktningarna anordnade i parallella, längsgående rader 36 och även tvärgående rader 38.

Utbuktningarna 32, 34 avbryts periodiskt så att de bildar obuktade tryckåterhämtnings- zoner 40 anordnade mellan eller nedströms utbuktningarna 32, 34 i varje utbuktningsrad 36. Utbuktningarna 32, 34 i varje rad är således åtskilda medelst tryckåterhämtnings- zoner 40 i stället för att gränsa till varandra såsom är fallet med konventionella turbulisatorer.

Turbulisatom 30 har tryckåterhämtningszoner 40 med ett centrumplan, såsom indikeras med pilen 41 i Fig. 3, och utbuktningarna 32, 34 sträcker sig växelvis över (utbukt- ningarna 32) och under (utbuktningarna 34) centrumplanet 41.

Utbuktningarna 32, 34 äri form av bryggor, och turbulisatom 30 har en orientering med högt trycksfall i bryggomas riktning, eller i den längsgående riktningen, och en orientering med lågt trycksfall i den riktning som passerar under bryggoma eller den tvärgående riktningen. Enligt den utföringsform som visas i Fig. 2 avbryts utbukt- ningarna 32, 34 i riktningen för högtrycksfall av tryckåterhämtningszoner 40 anordnade mellan eller nedströms utbuktningarna. Såsom bäst framgår av Fig. 4 är själva tryckåter- hämtningszonema 40 anordnade i tvärgående rader eller neutrala kanaler 41 När turbulisatom 30 används såsom turbulisatom 18 i värmeväxlaren 10 enligt Fig. 1, strömmar fluidum i orienteringen för högtrycksminskning eller den riktning som är parallell med de längsgående raderna 36 från inloppsöppningama 24 till utlopps- öppningama 26. Fluidet strömmar runt och under eller genom utbuktningarna 32, 34.

Detta förorsakar turbulens och minskar gränsskiktstillväxt som ökar värmeövertörings- koefficienten. Tryckåterhämtningszonema 40 tillåter emellertid tryckåterhämtning för att minska flödesresistensen eller trycksfallet när fluidet passerar från inlopps- öppningama 24 till utloppsöppningarna 26.

I turbulisatom 30 är utbuktningarna 32, 34 samordnade i lågtrycksfallriktningen eller den tvärgående riktningen. Även tryckåterhämtningszonema 40 är samordnade i lågtrycksfallriktningen eller den tvärgående riktningen i syfte att bilda neutrala kanaler 40. Tryckåterhämtningszonerna 40 bildar således kontinuerliga, neutrala kanaler 41 i lågtrycksfallriktningen. Nämnda neutrala kanaler 41 åstadkommer även områden som 10 15 20 25 30 35 ~s1r é kan användas för att stöta ut turbulisatorn fiån de fonnar som används for att tillverka turbulisatorn. I Bredden på de utbuktade längsgående raderna 36 är företrädesvis så smal som är praktiskt möjligt ifråga om verktygsutformninš och underhållsändamål. För automatiska kylningsändamål bör ett föredraget minimum vara ca 0,02 tum (0,5 mm). Den maximala bredden bör inte överskrida tio gånger den minimala bredden. Vanligen bör den maxi- mala bredden vara ca 0,2 tum (5 mm). Den längsgående längden på tryckåterhämtnings- zonema 40 sträcker sig från 5 % av det längsgående utrymmet eller utrymmet från centrumlinje till centrumlinje mellan utbuktningama 32, 34 till ca 75 % av utrymmet mellan två konsekutiva utbuktningar 32, 34. Ett föredraget intervall kan vara mellan 0,02 tum (0,5 mm) och ca 0,5 tum (1,25 cm) eller ca 40-50 % av avståndet från centrumlinje till centrumlinje mellan längsgående konsekutiva utbuktningar 32, 34.

Höjden på utbuktningarna 32, 34 över eller under centrumplanet 41, som innehåller tryckåterhämtningszonerna 40, beror på tjockleken på det material som används för turbulisatom 30. Nämnda höjd bör inte vara mindre än materialtjockleken och sträcker sig vanligen från detta minimum till ca 10 gånger materialtjockleken, när aluminium används för turbulisatom 30. Ett lämpligt intervall är fiån 0,01 tum (0,25 mm) till 0,5 tum (1,25 cm).

Den längsgående längden på utbuktningama 32, 34 är normalt ca 2 gånger höjden på utbuktningama. Höjden sträcker sig normalt från ca 2 gånger materialtjockleken till ca 20 gånger materialtjockleken. Ett lämpligt intervall är från 0,02 tum (0,5 mm) till ca 1,0 tum (2,5 cm).

Med hänvisning till Fig. 5, 6 och 7 visas en turbulisator 45 som är i huvudsak lika som turbulisatom 30 med undantag av följande. I turbulisatom 45 är utbuktningarna 32, 34 sicksackforrnade i lågtrycksfallriktningen eller den tvärgående riktningen. Utbuktning- arna 32, som sträcker sig över centrumplanet inriktar sig således inte på tvären med utbuktningama 34 som sträcker sig under centrumplanet i intill varandra längsgående rader 36. Utbuktningarna 32, 34 i varannan rad av utbuktningar inriktar sig med varandra men de kan också vara sicksackformade om så önskas. Materialtjockleken och dimensionerna på utbuktningarna 32, 34 och tryckåterhämtningszonen 40 är liknande de hos turbulisatom 30 enligt Fig. 2. 10 15 20 25 30 35 isrr as2 7 Med hänvisning till Fig. 8, 9 och 10 visar en turbulisator som mest liknar turbulisatom 30 enligt Fig. 2, förutom att utbuktningarna 32, 34 avbryts i lågtrycksfallriktningen för att bilda ytterligare tryckåterhämtningszoner 56 anordnade mellan några av radema med utbuktningar 36. I själva verket sträcker sig tryçkåterhämtningszonerna 56 på längden längs turbulisatoms 55 hela längd för att bilda längsgående neutrala kanaler 58 i turbulisatorns 55 högtrycksfallriktning eller längsgående riktning. För tillverknings- ändamål är bredden på de neutrala kanalerna 58 företrädesvis ungefär den samma som bredden på radema med utbuktningar 36. I turbulisatorn 55 är utbuktningarna 32, 34 i linje med lågtrycksfallriktningen eller den tvärgående riktningen, men de kan lika väl vara sicksackformade. När utbuktningama 32, 34 är i linje med varandra i lågtrycksfall- riktningen eller den tvärgående riktningen, skall det inses att tryckåterhämtningszonema 40 är samordnade för att åstadkomma tvärgående neutrala kanaler 59 i lågtrycksfall- riktningen, och att tryckåterhämtningszonema 56 är samorienterade for att åstadkomma neutrala kanaler 58 i högtrycksfallriktningen. När utbuktningarna 32, 34 är sicksack- forrnade, bildas endast längsgående neutrala kanaler 58. I alla andra avseenden är turbulisatom 55 lika som turbulisatorema 30 och 45.

Med hänvisning till Fig. 11, 12 och 13 visas en turbulisator 60, där utbuktningama 32, 34 endast avbryts i lågtrycksfallriktningen eller den tvärgående riktningen och endast mellan några av radema med utbuktningar 36. Dessa avbrott utgör tryckåterhämtnings- zoner 61 i form av längsgående neutrala kanaler 62. I alla andra avseenden är turbuli- satom 60 lika som turbulisatorema 30, 45 och 55. IFig. 11-13 visas turbulisatorn 60 tillskuren i längd i mitten av utbuktningarna 32, 34. Detta har gjorts i illustrationssyfte. I praktiken skärs turbulisatorema vanligen till i längd mellan utbuktningarna, såsom är fallet i Fig. 1-10.

Med hänsyn till de beskrivna utföringsformema av uppfinningen skall inses att olika modifieringar kan göras i den ovan beskrivna konstruktionen. I stället för att använda plåtpar 12 som rörelement som definierar de turbulisatorer 18 som innehåller flödes- kanaler, kan exempelvis platta eller rektangulära rör användas. I nämnda fall infogas turbulisatorema längdvis i ena änden av rören. Iturbulisatorema 18 har utbuktningama visats avrundade med olika kräkningar. Dessa utbuktningar kan ha vilken konfiguration som helt, såsom halvcirkulär, sinusformad, trapetsformad eller till och med V-formad, om så önskas. I vänneväxlaren 10 som visas iFig. 1 visas turbulisatom 18 orienterad på så sätt att flödet sker i högtrycksfallriktningen eller den längsgående riktningen. Turbu- lisatom kan emellertid roteras 90°, så att flödet från inloppet 24 till utloppet 26 sker i lågtrycksfallriktningen, om så önskas. Det skall också inses att de olika egenskapema 10 1517ï sf hos turbulisatorerna 30, 45, 55 och 60 kan blandas och anpassas till varandra, eller också kan en kombination av nämnda egenskaper användas i samma turbulisator.

Således kan en viss värmeväxlare ha vilken som helst av ovannämnda turbulisatorer eller en kombination därav. Andra modifikationer av ovan beskrivna konstruktion är uppenbara för fackmannen inom området. _ Såsom är uppenbart för fackmannen inom området med hänsyn till ovanstående beskrivning är i praktiken många ändringar och modifikationer av föreliggande uppfinningen möjliga utan att man avviker från uppfinningens syfie eller omfattning.

Följaktligen utgör uppfinningens omfattning vad som definieras i följande krav.

Claims (11)

10 15 20 25 30 í§5t7V$62 q PATENTKRAV '

1. l. En turbulisator för en värmeväxlare varvid turbulisatom innefattar ett långsträckt platt element (30) med ett flertal grupper av intilliggande längsgående parallella rader (3 6) av utbuktningar (3 2, 34) utformade däri, k ä n n e, t e c k n a d av att nämnda utbuktningar (32, 34) är avbrutna i syfie att bilda längsgående neutrala kanaler (58, 62) mellan nämnda grupper av intilliggande längsgående rader (3 6) av utbuktningar (32, 34).

2. Turbulisator for en värmeväxlare enligt krav 1, varvid utbuktningarna (32, 34) är i form av bryggor, varvid bryggorna är orienterade i längsriktningen (36) for att definiera en orientering for högtrycksfall i bryggornas riktning och en orientering för lågtrycksfall på tvären i riktningen som går under bryggoma.

3. Turbulisator for en värmeväxlare enligt krav 2, varvid radema av utbuktningar ytterligare är avbrutna i längsriktningen for att bilda tryckåterhämtningzoner (56) anordnade på längden mellan nämnda utbuktningar.

4. Turbulisator for en värmeväxlare enligt krav 3, varvid utbuktningama (32, 34) ligger i linje i den tvärgående riktningen varvid även tryckåterhämtningszonerna (56) tvärs över ligger i linje för att bilda neutrala kanaler (58) i den tvärgående riktningen.

5. Turbulisator for en värmeväxlare enligt krav 2, varvid utbuktningama (32, 34) är placerade i sicksack i den tvärgående riktningen.

6. Turbulisator for en värmeväxlare enligt krav 2, varvid utbuktningarna ligger i linje i den tvärgående riktningen.

7. Turbulisator for en värmeväxlare enligt krav 3, varvid turbulisatom uppvisar ett centrumplan (41) som innehåller tryckåterhämtningszonema (56), och varvid utbuktningarna i varje rad med utbuktningar sträcker sig växelvis över och under centrumplanet. 10 15 20 »s17~zs2

8. Turbulisator for en Värmeväxlare enligt krav 5, varvid turbulisatorn uppvisar ett centrumplan (41) som innehåller tryckåterhämtningszoner (56), och varvid utbuktningarna (32, 34) i varje rad med utbuktningar sträcker sig växelvis över och under centrumplanet (41).

9. Turbulisator for en Värmeväxlare enligt krav 1, varvid nämnda grupper innefattar tre rader (36) av utbuktningar (32, 34), varvid en enda längsgående neutral kanal (5 8) finns mellan varje grupp.

10. Värmeväxlare innefattande ett flertal åtskilda rörelement (12) som definierar flödeskanaler däremellan, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda rörelement definierar åtskilda inlopps- och utloppsöppningar (24, 26), och en turbulisator (18) enligt krav 1 eller 9 anordnad i åtminstone en av flödeskanalema mellan respektive inlopps- och utloppsöppningar (24, 26).

11. Värmeväxlare enligt krav 10, varvid rörelementen (12) är tillverkade av plåtar (14, 16), vända baksida mot baksida som uppvisar förenade perifera kanter (20) och upphöjda rnittpartier som definierar nämnda flödeskanaler.