DK151915B - Pladevarmeveksler - Google Patents

Description

i

DK 151915B

Den foreliggende opfindelse angår en pladevarmeveksler af den i krav l's indledning angivne art.

Pladevarmevekslere er i løbet af årene i mange handelsmæssige og fremsti 11ingsmæssige operationer blevet mere og mere benyt-5 tet, da de har mange fordele i forhold til andre typer af varmevekslerudstyr (f.eks. kappe- og rørvarmevekslere). Nogle af de medfølgende fordele indbefatter (a) alsidighed og fleksibilitet til effektivt at møde forskellige varmevekslerbehov; (b) jg forbedret regulering af slut- eller terminaltemperaturforskel-le; (c) variation af antallet af plader for at forøge eller reducere kapaciteten; (d) formning af nye strømveje eller en omplacering af strømvejen for bedre at styre trykfald og (e) reduktion af vedligeholdelsesomkostningerne.

15

Til trods for de mange medfølgende fordele har hidtidige pladevarmevekslere ikke desto mindre haft en eller flere af de efterfølgende mangler: (1) pladerne slår sig; (2) pladerne er dyre at fremstille, fordi det er nødvendigt at udforme korrugerin-ger, forsænkninger, knapper og tilsvarende udformninger i dis- 20 se for at bevare det ønskede mellemrum mellem nabostillede plader; (3) en uforholdsmæssig stor mængde partikel formet materiale fanges og danner belægning (kedelsten) i strømvejen på grund af størrelsen, formen og antallet af de afstandsholdere, der er placeret i strømvejene, hvorved de i alvorlig grad hæm-

2 S

mer strømmen gennem disse; (4) der kræves specielle paknings-og bindingsmaterialer til at sikre en korrekt tætning mellem pladerne under varmevekslerens drift; (5) pladerne kan kun monteres i én position i forhold til hinanden, hvorved de begrænser varmevekslerens placering til kun ét sted på arbejds- 3 0 pladsen,· og (6) på grund af problemer med hensyn til konstruktionsmæssig integritet var hver plades længde begrænset (f.eks. ikke mere end 2,5 m), hvorved pladens procentvise regenereringsevne blev reduceret.

35 En pladevarmeveksler af den indledningsvist omtalte art kendes fra FR-A-2.382.666. Pladerne holdes i indbyrdes afstand ved hjælp af særskilte afstandsholdeorganer, således at et andet varmevekslermedium i form af en naturlig eller tvungen strøm

DK 151915 B

2 af atmosfærisk luft kan passere gennem det åbne gab mellem pladerne. I de som samlekasser udformede afstandsholdere er der pakninger, der tætnende forbinder nabostillede samlekasser, når disse presses eller spændes sammen. De på samlekas-5 serne udøvede kræfter for opnåelse af den ønskede tætning bestemmes af trykket, der strømmer gennem pladernes gennemstrømningsåbninger. Dette fluidumtryk kan være meget stor, således at pakningerne er underkastet et usædvanligt stort slid med deraf følgende stor risiko for svigt og lækage. Desuden er 10 denne kendte varmeveksler kompliceret og dermed dyr at fremstille.

Det er den foreliggende opfindelses formål at anvise en forbedret pladevarmeveksler, der ikke har de ovenfor anførte mang-jg ler, og som kan optage to cirkulerende varmevekslermedier.

Dette formål tilgodeses ved at den indledningsvist omtalte pladevarmeveksler ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte, hvorved man får en enkelt og billig konstruktueret pladevarmeveksler, hvori det 20 tryk, der kræves til at holde pladerne korrekt liggende an med flade mod flade i forhold til hinanden, er afhængig af varmevekslermediet med det laveste tryk, og dermed er væsentlig mindre end det, der normalt kræves, således at muligheden for slid, brud og lækage undgås.

25

Ved hjælp af det i den kendetegnende del af krav 2 anførte sikres på enkelt måde, ved hjælp af de indbyrdes uafhængige porte, indbyrdes uafhængige til- og bortledningsveje for varmevekslermedierne .

30

Det i den kendetegnende del af krav 3 anførte sikrer, ved hjælp af de andre pakningsholdende ribber, at også samlesek-tionernes pakninger kun udsættes for det lavere tryk hidrørende fra varmevekslermediet med det laveste tryk.

Det i den kendetegnende del af krav 4 anførte sikrer på en billig og enkel måde, at varmvekslermedierne ikke kan komme i kontakt med hinanden. Ved hjælp af det i den kendetegnende del 35

DK 151915 B

3 af krav 5 sikres yderligere, at det høje tryk fra det første varmevekslermedium ikke indirekte får nogen virkning på pak ningens holdbarhed.

5 Det i den kendetegnende del af krav 6 anførte sikrer på enkelt måde at ækvivalente mængder varmevekslermedier passerer gennem de to strømveje.

Det i den kendetegnende del af krav 7 anførte sikrer på en økonomisk måde en enkelt montering af et vilkårligt antal plader til opbygning af en pladevarmeveksler efter behov.

For bedre forståelse af pladevarmevekslerne ifølge opfindelsen henvises til den efterfølgende forklaring og til tegningen, hvori 15 fig. 1 er et perspektivisk deTbillede af én udførelsesform for pladevarmeveksleren ifølge opfindelsen, fig. 2 er et forstørret perspektivbillede af en af de plader, der indgår i piadevarmeveks1eren ifølge fig. 1; en del af pla- 20 den er skåret bort for at vise de deri udformede indre gennemstrømn i ngsåbninger, fig. 3 er et forstørret snit langs linien 3-3 i fig. 2, fig. 4 viser set fra enden og forstørret den første sektion af pladen vist i fig. 2, fig. 5 er et forstørret lodret snit af et par plader arrangeret således i forhold til hinanden, at de ligger an mod hinanden med flade mod flade, 30 fig. 5a er et delbillede set fra oven af den ene ende af varmevekslerpladens midtersektion; en del af sektionens topflade er fjernet, således at man kan se sektionenes indre, og 3g fig. 6 er et perspektivbillede af en anden udførelsesform for pladevarmeveksleren ifølge opfindelsen.

I fig. 1 ses en udførelsesform for varmeveksleren 10 ifølge opfi ndel sen udformet til brug i et mejeri eller til svarende

DK 151915B

4 virksomhed. Varmeveksleren er udstyret med passende indløbs-og udløbsforbindelser lla-b og 12a-b. Forbindelserne lla-b er tilvejebragt til brug for et første varmevekslermedium (f.eks. damp eller ammoniak), og forbindelserne 12a-b er tilvejebragt 5 til brug for et andet varmvekslermedium (f.eks. mælk, vand osv.). Som eksempel kan det anføres, at det første medium kan have et arbejdstryk på ca. 20 kp/cm2, og at det andet medium kan have et arbejdstryk på ca. 7 kp/cm2. Arterne for varmvekslermedium og arbejdstrykkene for disse kan variere hen over et 10 stort område. Normalt vil det beregnede arbejdstryk for det første varmevekslermedium ligge omkring 21 kp/cm2 og for det andet varmevekslermedium ligge omkring 9 kp/cm2.

Varmeveksleren 10 indbefatter også et antal individuelle aflan-ge plader 13, se fig. 2, der i den illustrerede udførelsesform 1 9 er placeret vandret og stablet således, at de ligger an mod hinanden med flade vendende mod flade. Antallet af plader indeholdt i stabelen S og hver plades størrelse og længde afhænger af driftskravene til det system, hvori pladevarmeveksleren 2Q installeres. Pladestabelen understøttes af en bæreramme F's nedre del L, og stabelens top er i indgreb med rammens topdel T. Rammetopdelen T's onrkreds er indstilleligt fastgjort til den nedre rammedel L's omkreds ved hjælp af et antal symmetrisk arrangerede nedholdningsmøtrik- og boltenheder H. Det ved hjælp af rammetopdelen på stabelen udøvede tryk kan omhyg-geligt bestemmes ved brug af en kendt momentnøgle eller et tilsvarende værktøj.

Som vist i fig. 5 er en tætnende pakning 6 indskudt mellem hvert pladepar P indeholdt i stabelen S. Pakningen kan være 30 udformet af forskellige materialearter almindeligvis benyttet til dette formål og skal være i stand til at modstå de temperaturer og tryk, der mødes, når mediet strømmer i de gennemstrømningsåbninger, der er dannet mellem nabostillede plader.

Desuden skal pakningsmaterialet være inaktivt over for et så-35 dant varmevekslermedium.

Hver plade 13 i varmeveksleren 10 er fortrinsvis konstrueret ens og omfatter, som vist i fig. 2, en første eller midtersek

DK 151915 B

5 tion 14, der er ekstruderet ud fra et passende materiale (f.eks. aluminium) med en stor varmeledningsevne, stor strukturel styrke, og som ikke på ødelæggende måde påvirkes af varme veks Termed i erne.

S

Fastgjort ved svejsning eller på tilsvarende måde til midtersektionen 141 s modstående ende findes samlekasser eller -sektioner 15, der fortrinsvis er præcisionsstøbte og er udformet ens.

1 Π

Som vist i fig. 4 og 5 er der i midtersektionen 14 udformet et antal aflange gennemstrømningsåbninger, der er arrangeret med mellemrum og i det væsentlige parallelt i forhold til hinanden. Til hinanden stødende gennemstrømningsåbninger er adskilt fra hinanden ved hjælp af en væg 17, der strækker sig fra sek-tionens brede topflade 18 til dens brede bundflade 20. Gennemstrømningsåbningerne 16 er fortrinsvis udformet ens og har indbyrdes samme udstrækning. Hver gennemstrømningsåbning er forholdsvis lige og har i det væsentlige glatte vægflader, der ikke hindrer eller generer varmevekslermediestrømmen gennem 70 gennemstrømningsåbningen. På grund af denne konstruktion er der et minimalt trykfald, når varmevekslermediet strømmer gennem gennemstrømningsåbningen, og man kan opnå en snævrere terminal-ti 1-terminal temperaturregulering. På grund af den indbyggede styrke for den ekstruderede sektion 14 forbliver 7 c dens top- og bundflade 18, 20 stabile, hvorved man undgår de alvorlige problemer ved, at pladevarmeveksleren slår sig, hvilket er almindeligt ved mange kendte pladevarmevekslere. Som anført ovenfor har man ved hidtil kendte pladevarmevekslere forsøgt at reducere risikoen for, at de slår sig, ved at 30 udforme korruger i nger, forsænkninger, knapper og tilsvarende i den ene af eller begge top- og bundfladerne og derved bevare et ensartet mellemrum mellem dele af til hinanden stødende plader.

35 Som det fremgår af fig. 5a, er hver væg 17 af midtersektionen 14 afkortet ved enden, hvorved det bliver muligt indbyrdes at forbinde til hinanden stødende passager 16 ved deres ender, jævnfør nedenfor.

DK 151915B

6

Formet langs den lange rand af midtersektionen 14's topflade 18 findes et par opad udragende lange ribber 21, 22. Disse ribber samvirker til dannelse af en i det væsentlige kanalformet holde-styre lomme for den tætnende pakning G. Ribben 21 5 rager normalt lidt længere opad end ribben 22 og forhindrer derved mere effektivt sprængning af den optagne pakning, medens varmeveksleren er i drift. Ribberne 21 og 22 giver ekstra stivhed til pladens topflade og kan også tjene til at fastlægge den minimale højde for gennemstrømningsåbningen 23 udformet 10 mellem nabostillede plader, når stabelen S sammentrykkes mellem rammedelene L og T, se fig. 5. Selv om ribberne 21, 22 er vist som udformet på topfladen af sektionen 44, kan de om ønsket i stedet for udformes på bundfladen 20.

Som illustreret i fig. 2 og 3 er samlesektionerne 15 udformet ens og kan være præcisionsstøbte emner. Hver samlesektion har brede top- og bundflader 24 henholdsvis 25, der har fælles plan med tilsvarende overflader for midtersektionen. Desuden har hver samlesektion 15 smalle sideflader 26, der normalt har 2Q fælles plan med midtersektionens tilsvarende smalle sideflader 27. Den ene ende af samlesektionen er lukket ved hjælp af en smal endevæg 28. Endevæggen 28's øvre kant danner en opad ragende læbe 28a. Læben 28a's højde er i det væsentlige den samme som for ribber 31, 31, 32, 33, der også er udformet på hoved-2g sektionens topflade 24. Ribben 30 har en serpentineagtig udformning med sine ender 30a.i.det væsentlige på linie med den tilsvarende ende 21a af ribben 21, der er udformet på midtersektionen 14 ' s topflade 18.

Ribben 31 er afbrudt og har et segment 31a, der delvis omgiver 30 en forstørret tværport 34, der findes i hovedsektionen, og som strækker sig fra topfladen 24 til bundfladen 25. Porten 34 er i forbindelse med gennemstrømningsåbninger 23 formet mellem nabostillede plader i den samlede stabel. Ribben 31 har også et andet segment 31b, der i det væsentlige kan være halvmåne-3 5 formet. Segmentet 31b har en kurvet overflade i det væsentlige på linie med overfladen af ribben 22, der er nabostillet til den optagne pakning. Ribben 30 og ribbesegmenterne 31a, 31b

DK 151915B

7 samvirker med hinanden til at danne en holde-styrelomme for den tætnende pakningsdel, der er båret af midtersektionen 14.

Samlesektionen 15 har også en anden port 35 af lignende form 5 som porten 34, men med afstand til denne. I forbindelse med porten 35 og formet mellem top- og bundfladerne 24, 25 findes en indre sekundær port 36, der strækker sig radialt fra porten 351 s omkreds til den nabostillede ende 14a af midtersektionen 14, hvortil samlesektionen er forbundet. Da enderne 17a af 10 midtersektionens indre vægge 17 er udsparet fra midtersektionsenden 14a, er porten 36 i forbindelse med alle de i midtersektionen dannende indre gennemstrømningsåbninger.

Ribben 33, der er udformet i samlesektionens topflade 24, omgiver den ene ende af porten 35. Ribben 32, der også er formet 15 på topfladen 24, er anbragt koncentrisk med afstand til ribben 33 og samvirker med denne til dannelse af en lomme for en ringformet anden tætningspakning, ikke vist. Den anden pakning kan være fremstillet af det samme materiale som pakningen G.

20 En ændret udførelsesform for pladevarmeveksleren 110 ifølge opfindelsen ses i fig. 6, og den svarer til varmeveksleren 10 med undtagelse af, at det første varmevekslermedium i stedet for at strømme gennem indløbsåbningen 11a, hovedsektionen 15, midtersektionen 14, samlesektionen 15 og ud gennem forbindel-25 sen 11b strømmer ind gennem gennemstrømsåbninger 16 i midtersektionen 14 gennem et antal individuelle rør og udtømmes fra midtersektionen gennem et tilsvarende antal rør T2. Der er et rørpar for hver plade. Hvert rør er forbundet til den ene ende af en ydre samlesektion 115, der er anbragt med afstand 30 for enden fra en tilsvarende endeplade P', hvilken sidstnævnte er fastgjort til og ligger hen over hele endefladen af midter-sektionen 114, Den anden ende af hvert rør er forbundet til et forbindelsesstykke C, er igen er fastgjort til en frilagt del af endepladen. Forbindelsesstykket C er udstyret med en midter-35 åbning, der er på linie med en passende åbning udformet i pladen P'. Det første varmevekslermedium vil således strømme til hver af gennemstrømningsåbningerne 16 på grund af, at de indre vægge 17 har udsparede ender 17a, se fig. 5a.

DK 151915B

8

Varmeveksleren 110 kan være en foretrukken udførelsesform, når varmvekslermediet, der strømmer gennem rørene Tj, T2, er et giftigt produkt, og sidstnævnte under stort tryk indeholdes i samlesektionerne 115. Hvis af en eller anden grund der skulle 5 forekomme lækage af produktet ved et af forbindelsesstykkerne, vil en sådan lækage snarere ske til atmosfæren end til det andet varmvekslermedium, der strømmer gennem gennemstrømningsåbningerne 23. For at lette forståelsen af varmeveksleren 110 er de dele af denne, der svarer til varmeveksleren 10's dele, 10 betegnet med det samme henvisningstal med et foranstillet 1-tal.

På grund af pladerne 13 og 113's konstruktionsmæssige integre-tit og ikke-fleksible karakteristika lettes pladernes samling og adskillelse i en varmeveksler meget. Installation, vedligeholdelse eller udskiftning af forskellige pakninger udgør endvidere intet problem, da der ikke er behov for nogen binding eller ligning af pakningerne. I den forbedrede pladevarmeveksler behøver den sammentrykningskraft, der er nødvendig til 20 på passende måde at holde pladerne i samlet indbyrdes forhold, kun at være større end trykket for det varmevekslermedium, der strømmer gennem gennemstrømningsåbningerne 23. Dette sidste tryk er normalt væsentligt mindre end trykket for det medium, der strømmer gennem gennemstrømningsåbningerne 16. På grund af 2g den nødvendige, reducerede sammentrykningskraft kan man benytte mange forskellige pakningsmaterialer, og pakningernes nyttige levetid forlænges på signifikant måde.

Medens pladerne 13, 113 i den illustrerede udførelsesform er vist i en flad vandret stilling, kan de anbringes på kant 30 (side eller ende), eller de kan vippes, således at kondensat, såfremt det skulle forekomme, vil akkumuleres ved pladens nedre ende og nemt kan bortledes. På grund af denne alsidighed med hensyn til pladernes placering kan varmeveksleren ifølge opfindelsen placeres på det mest praktiske sted inden for et 3 5 givet område. I varmeveksleren ifølge opfindelsen eksisterer der en ideal varmeoverføringstiIstand, idet varmevekslermedierne i én gennemstrømning er i modstrøm i forhold til hinanden .

Claims (7)

1. Pladevarmeveksler for to cirkulerende varmevekslermedier og omfattende et antal plader (13), der er monteret således ovenpå hinanden, at de ligger an mod hinanden med flade ven-dende mod flade, og for det første varmevekslermedium afgrænser første strømveje (16) og af disse uafhængige andre strømveje (23) for det andet varmevekslermedium, indløbs- og udløbsorganer (ved 15) for hver strømvej, hvor hver plade (13) omfatter en aflang ekstruderet sektion (14) af varmeledende materi- 15 ale med bort fra hinanden vendende brede, plane, ydre overflader (18, 20), hvor modstående ender af hver sektion (14) er forbundet til indløbs- og udløbsorganerne (11a, 11b) for de første strømveje (16), hvilken sektion (14) har aflange indre gennemstrømningsåbninger (16), der har samme udstrækning som 20 og spænder hen over afstanden mellem de modstående ender, er indbyrdes adskilte ved i et med de modstående brede overflader (18, 20) formede og disse forbindende kontinuerte, smalle vægge (17) og danner de første strømveje (16), kendetegnet ved, at det første varmevekslermedium har et væsentligt 25 højere tryk end det andet og cirkuleres ad de første strømveje (16), at mindst én anden strømvej (23) er begrænset af et sammentrykkel igt tætnende pakningsorgan (6) indskudt mellem hvert par af nabostillede plader (13) og af de mod hinanden vendende brede overflader (18, 20) af hvert par af nabostillede plader 3 0 (13), at mindst én af de mod hinanden vendende brede overflader (18) har perifere, i tværretningen med mellemrum anbragte ribber (21, 22), hvorimellem segmenter af pakningsorganet (G) er anbragt, når de er sammenpresset og er hindret mod sideværts forskydning ud over sektionens omkreds, når varmeveks-35 lermediet med det lavere tryk cirkuleres ad den anden strømvej .

2. Pladevarmeveksler ifølge krav l, kendetegnet DK 151915B til hver ekstruderet sektion's (14) modstående ender, og hvor mindst én af samlesektionerne har et par indbyrdes uafhængige porte (34, 35), hvoraf en port (35) er i forbindelse med (ved 36) de første strømveje (16) og den anden port (34) er i for-5 bindelse med de andre strømveje (23).

3. Pladevarmeveksler ifølge krav 2, kendetegnet ved, at hver samlesektion (15) omfatter en bred ydre overflade (24, 25), der i det væsentlige flugter med den ekstruderede sektions (14) brede overflade (18, 20), der er udformet med de pakningsholdende ribber (21, 22), og at samlesektionernes (15) brede overflader (24, 25) er udformet med andre pakningsholdende ribber (30, 31), der flugter med de førstnævnte paknings-holdende ribber (21, 22). 15

4. Pladevarmeveksler ifølge krav 3, kendetegnet ved, at det andet pakningsholdende organ (30, 31) i hver samlesektion (15) har et segment (32), der adskiller de deri formede porte (34, 35).

5. Pladevarmeveksler ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hver af de indre gennemstrømningsåbninger (16) har i det væsentlige den samme tværsnitsudformning og er udformet til at modstå høje indre tryk uden forvridning.

5 Patentkrav.

6. Pladevarmeveksler ifølge krav 5, kendetegnet CO ved, at hver gennemstrømningsåbning, der danner den anden strømvej (23), har en vidde i det væsentlige lig med de kombinerede vidder af de indre gennemstrømningsåbninger (16) udformet i den ekstruderede sektion. 30

7. Pladevarmeveksler ifølge et eller flere af de foregående krav, kendetegnet ved, at et antal af pladerne (13) er monteret mellem en rammes (F) første og anden rammedel (L, T), hvis indbyrdes afstand er indstillelig således, at pladerne (13) kan sammenpresses mellem disse, og at sammentryknings 35 DK 151915 B kraften udøvet på pladerne (13) af rammens (F) rammedele (L, T) alene bestemmes af trykket af det andet cirkulerende varmevekslermedium, der har det lavere tryk. 5 10 15 20 25 30 35