NL9002859A - Plaatwarmtewisselaar-module. - Google Patents

Description

Titel: Plaatwarmtewisselaar-module

De uitvinding heeft betrekking op een plaatwarmte-wisselaar volgens de aanhef van conclusie 1, zoals dezebijvoorbeeld is beschreven en weergegeven in de Duitseoctrooipublicatie 3.710.823.

Bij een dergelijke plaatwarmtewisselaar zijn destromingsbanen voor de bij de aan de warmteuitwisselingdeelnemende media bij de hoeken van de stapel van elkaargescheiden door haaks ten opzichte van de rollasnaden enkeellasnaden verlopende hoeklasnaden.

De opbouw van dergelijke hoeklasnaden is lastechnischmoeilijk, in het bijzonder wanneer de materiaaldikte van deafzonderlijke, tot een stapel samengevoegde plaatelementengering is, bijvoorbeeld kleiner of gelijk is aan 0,2 mm. Eenverder bezwaar is daarin te zien, dat deze hoeklasnadentegelijkertijd dienen als aansluitelementen van de stapel voorde de stapel omsluitende behuizing. Deze hoeklasnaden zijnaldus zwakke plaatsen in verband met de stevigheid van eendergelijke plaatwarmtewisselaar, waarvan tot een stapelsamengevoegde, uit plaatelementen bestaande plaatparenzogenaamde modulen vormen die samengevoegd moeten worden totplaatwarmtewisselaars van een willekeurige grootte.

Er zijn ook plaatwarmtewisselaars bekend waarbij deafzonderlijke plaatelementen ten behoeve van de stromingsbanenvoor de bij de aan de warmteuitwisseling deelnemende media bijhun onderlinge verbindingsplaatsen zijn afgedicht middelsdichtingen en vast samengehouden zijn door steunbouten dietegelijkertijd dienen als verbindingselementen voor de stapelomsluitende behuizing; zie bijvoorbeeld het Britse octrooi-schrift 1.034.466. Op deze manier kunnen weliswaar eenvoudigmonteerbare en goed handhaafbare modulen worden vervaardigd,die samengevoegd moeten worden door plaatwarmtewisselaars vaneen willekeurig groot vermogen, maar het grote aantal vanelastische dichtingen tussen de afzonderlijke plaatelementenleidt daartoe, dat de mechanische stevigheid van de plaat- elementen niet volledig benut kan worden aangezien de stevig¬heid van een dergelijke plaatstapel daarbij in de eersteplaats wordt bepaald door de druk- en temperatuurbestendigheidvan de dichtingsmaterialen, die bovendien een relatief geringelevensduur onder de gegeven bedrijfsomstandigheden vertonen endaardoor vaker moeten worden uitgewisseld. Verder laat dedichtheid van dergelijke verbindingsplaatsen veel te wensenover, in het bijzonder bij warmteuitwisselende media metagressieve eigenschappen.

Milieubescherming en energiebesparende maatregelenvereisen meer en meer inzetten van warmtewisselaars, ook bijinstallaties die onder extreme bedrijfsomstandigheden werkzaamzijn, zodat aan dergelijke warmtewisselaars steeds hogereeisen gesteld worden. Bovendien bestaat de eis een hogevermogensdichtheid, d.w.z. een optimale verhouding tussenbouwvolume en warmteuitwisselend vermogen, te bereiken,evenals een goed vermogensgewicht na te streven. Naast detijdens het bedrijf .optredende, d.w.z. toelaatbare mediadrukkenen- temperaturen bepaalt de specifieke warmtecapaciteit devermogensdichtheid en daarmee ook het vermogensgewicht;hierbij speelt de materiaaldikte van de afzonderlijkeplaatelementen een wezenlijke rol.

Aan de uitvinding ligt daarom de opgave ten grondslagvoor plaatwarmtewisselaars uit relatief dunne plaatelementen,die voor het vormen van de stromingsbanen voor de aan dewarmteuitwisseling deelnemende media aan elkaar zijnvastgelast, een nieuwe, tevens als aansluitelement voor debehuizing dienende hoekverbinding te verschaffen, dieeenvoudig te vervaardigen en te monteren is en ook over langebedrijfstijden de afzonderlijke plaatelementen in de stapel enbehuizing statisch fixeert en bij alle bedrijfsomstandighedeneen zekere afdichting waarborgt.

Deze opgave is volgens de uitvinding opgelost door dekenmerkende maatregelen van conclusie 1.

Door de uitvoering volgens de uitvinding van dehoekverbinding als raam-stijl worden buiszijdig aan het begin en het einde van een stapel van plaatelementen kopzijdig evengoed als afdichting en aansluitelementen dienende ramenverschaft, die met elkaar zijn verbonden via haaks op hetraamvlak aangebrachte profielstaven, zodat eenvoudig vervaar-digbare en handhaafbare modulen met een voorafbepaalde grootteontstaan die samengevoegd kunnen worden tot warmtewisselaarsmet een willekeurig vermogen.

Door de U-vormige uitvoering van de kamplaten en stijl-platen wordt een hoge mechanische stevigheid bij een geringemateriaaldikte bereikt, waarbij gelijkertijd de korte benenvan de stijlplaten aanslagen vormen voor de buitenzijde vansteeds het buitenste plaatelement van de stapel.

Wanneer meerdere van derglijke modulen worden samen¬gevoegd tot een plaatwarmtewisselaar via de profielstaven, danworden door de vlakdekkende steunelementen tussen de afzonder¬lijke stapels uitbuigingen van de dunne plaatelementen van destapel met zekerheid verhinderd.

Door de tussenkamplaten en platenparen van de stapel aan¬gebrachte dichtlijst uit siliconen wordt de benodigde fluïdum-matige scheiding aan de hoeken van de stapel gedurende lagebedrijfstijden met zekerheid bereikt, aangezien deze dicht-lijsten niet onderworpen zijn aan mechanische belastingenzoals bijvoorbeeld door dichtingsdruk opwekkende bouten. Demechanische fixering van de plaatelementen van de stapel vindtalleen plaats door de van de buiszijde uit tussen de afzonder¬lijke plaatparen grijpende tanden van de kamplaten.

De volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvindingals T-vormige profielstaven uitgevoerde kamplaten hebben hetvoordeel, dat ten gevolg van hun in de dikte afgezette tandendeze bij de ingrijpplaatsen met de plaatparen vastgelastkunnen worden.

De uitvinding wordt nader verduidelijkt door de hiernavolgende beschrijving van twee, in de tekening min of meerschematisch voorgestelde, uitvoeringsvoorbeelden onderverwijzing naar de tekening, waarin: fig. 1 een gedeeltelijk in doorsnede weergegeven perspec¬tief aanzicht toont van een warmtewisselaarmodule volgens deuitvinding met een slechts aangeduid tweede naburige warmte¬wisselaarmodule; fig. 2 een aanzicht toont van de spleetzijde van dewarmtewisselaarmodule volgens fig. 1, in de richting van depijl 2 gezien; fig. 3 een zijaanzicht toont van de warmtewisselaarmodulevolgens fig. 1 in de richting van de pijl 3 gezien; fig. 4 een zijaanzicht toont van de warmtewisselaarmodulevolgens fig. 1 van de buiszijde uit in de richting van de pijl4 gezien; fig. 5 een perspectiefweergave toont van een kamplaat,dat een deel is van het kopzijdige raam van dewarmtewisselaarmodule; fig. 6 een perspectiefweergave toont van een lijstplaat,dat een deel is van het kopzijdige raam van de warmtewisse¬laarmodule; fig. 7 een gedeeltelijk in doorsnede weergegeven perspec-tiefaanzicht toont van de inbouw van een uit T-vormigeprofielstaven gevormde kamplaat van een tweede uitvoeringsvormvan de uitvinding; en fig. 8 een perspectief weergave toont van de T-vormigekamplaat volgens fig 7.

Een voor de meest uitlopende toepassingen geschiktewarmtewisselaarmodule WM bestaat, zoals in het bijzonderfig. 1 toont, uit tot een stapel samengevoegde plaatelementen10 die regelmatige verdiepte gedeelten- verdiepingen- 11bezitten. Steeds twee verdiepte plaatelementen 10 zijn gespie¬geld op elkaar liggend verenigd tot plaatparen 14 door eerstelasnaden 13- rolnasnaden- bij hun tegenoverliggende niet-verdiepte randbereiken 12, waarbij de plaatelementen met hunnaar elkaar toegekeerde vlakken spieetvormige openingen -spleten - 15 vormen (zie fig. 2 en 7).

Elk plaatpaar 14 is vastverbonden met het naburige plaat-paar 14 door tegenover elkaar liggende tweede lasnaden 16 - kopvlaknaad aan paralleluiteinden -, die de naburige randen -kopuiteinden - met elkaar verbinden.

De naar elkaar toegekeerde vlakken van de afzonderlijkeplaatparen vormen buisvormige openingen - buizen - 18 (ziefig. 4).

De afzonderlijke plaatelementen en daaruit gevormdeplaatparen zijn daarbij zodanig opgesteld, dat de spleet - enbuiszijdige openingen voor de warmteuitwisselende media ondereen hoek ten opzichte van elkaar zijn opgesteld.

De afzonderlijke, via de kopvlaklasnaden met elkaar toteen stapel St samengevoegde, plaatparen 14 zijn door 4 kam¬platen 20 in hun gestapelde toestand gehouden, die zich aanweerszijden over de kopzijdige kantlengte van de stapel Stuitstrekken en daarbij steeds tegenover elkaar liggen, zoalsin het bijzonder de fig. 1 en 2 tonen.

De kamplaten 20 zijn in doorsnede U-vormig (zie fig. 5)met benen 22 en 23 van ongelijke lengte, waarbij de benen 23tanden 25 bezitten. De onderlinge afstand a van de tanden 25komt overeen met de persdiepte t van een plaatpaar plus dedubbele plaatdikte s van een plaatelement (vgl. fig. 2). Dekamplaten 20 zijn zodanig opgesteld, dat de tanden 25 vanuitde buiszijde van het plaatpaar ingrijpen tussen de afzonder¬lijke plaatparen en deze daardoor vormsluitend fixeren; vgl.de fig. 1, 2 en 4. Tussen de kamplaten 20 en de plaatparen 14zijn dichtingslijsten 37 uit siliconen opgesteld, om defluïdum-matige zekere scheiding aan de hoeken van de stapel Stte bereiken; vgl. fig. 2 en 3) in fig. 1 echter terwille vande duidelijkheid van het overzicht niet weergegeven).

De met betrekking tot fig. 2 bovenste en onderstekamplaten 20 zijn aan hun uiteinden vastgelast aan tweeeveneens tegenover elkaar liggende stijlplaten 30 tot een metbetrekking tot de stapel St kopzijdig raam, d.w.z. vast metelkaar verbonden. Hiertoe hebben de kamplaten 20 steeds aanbeide uiteinden een uitstekende lip 26, waarvan de breedteovereenkomt met de breedte van het lange been 31 van de indoorsnede eveneens U-vormige stijlplaat 30 (vgl. fig. 6). Het korte been 33 van de stijlplaat 30 dient als aanlegvlak voorde lasaansluiting van de eerste en laatste plaatelementen vande stapel St, zoals fig. 1 duidelijk toont.

De uit kamplaten en stijlplaten gevormde kopzijdige ramenzijn via vier een hoekprofiel vertonende profielstaven 40 aanelkaar gelast, d.w.z. vast verbonden, tot een de stapel St aanalle zijden omvattend stapelgestel SG. Op deze manier ontstaateen gemakkelijk te handhaven warmtewisselaarmodule met eenvoorafbepaald vermogen en meerdere van dergelijke modules WM,WM-2, ...WM-n kunnen dan worden samengevoegd tot een warmte¬wisselaar met een willekeurig groot vermogen. Hierbij is hetvan voordeel wanneer tussen twee modulen steunelementen 50worden ingevoegd, vgl. fig. 1, die afhankelijk van de toe¬passing kunnen bestaan uit verschillende materialen; alsdoelmatig is een door een siliconenmantel 51 omsloten schuim-glas gebleken.

Een verder uitvoeringsvoorbeeld van de onder verwijzingnaar fig. 5 beschreven kamplaat is in de figuren 7 en 8weergegeven, waarbij gelijke onderdelen zijn voorzien vangelijke verwijzingscijfers.

Zoals de figuren 7 en 8 tonen, zijn daar kamplaten 70aanwezig, die zijn vervaardigd uit T-vormige profielen. Hetene been 72 van de profielstaaf is in het gebied 71 tenopzichte van de aanwezige materiaaldikte verdund, bij voorkeurtot ca. 2 mm, om een vastlassen aan de randbereiken 12 van deplaatparen 14 mogelijk te maken. Op deze manier ontstaat eengeheel gelaste warmtewisselaar, zodat de dichtingslijsten 37volgens het eerste uitvoeringsvoorbeeld - vgl. fig. 2 en 3 -achterwege gelaten kunnen worden.

In het verdunde gedeelte 71 zijn de tanden 25 ingewerkt,bijvoorbeeld door uitfrezen overeenkomstig het reeds besprokenuitvoeringsvoorbeeld.

Ook daar zijn stijlplaten 74 aanwezig, die met dekamplaten 71 het kopzijdige raam vormen, die op hun beurt viahun vlakmatige uitzetting zijn verbonden tot het reeds be¬schreven stapelstelsel SG, dat een stapel St uit plaatparen 14omsluit en daarmee de genoemde warmtewisselaarmodule WM vormt.

Claims (8)

1. Plaatwarmtewisselaar, bestaande uit plaatelementen diezijn voorzien van regelmatige verdiepte gedeelten, en aan hunverdiepingsvrije randen met elkaar zijn verbonden tot spleet-zijdige openingen vormende plaatparen, en waarbij de plaat-paren door de kopse uiteinden van steeds naar elkaar toe¬gekeerde plaatelementen van twee naast elkaar liggende plaat¬paren middels keellasnaden met elkaar zijn verbonden om buis-zijdige openingen te vormen, waarbij aldus een stapel isgevormd waarvan de spleetzijdige en buiszijdige openingenonder een hoek ten opzichte van elkaar zijn opgesteld; met het kenmerk, dat voor de fluïdum-matige scheiding vande door de plaatparen (14) gevormde spleet- en buiszijde (15,18) kamplaten (20) zijn verschaft die zich aan weerszijdenover de kantlengte van de kopzijden van de stapel (St) zichuitstrekken en met hun tanden (25), waarvan de onderlingeafstand (a) overeenkomt met de verdiepingsdiepte (t) van eenplaatpaar (14) plus de dubbele plaatdikte (s) van een plaat-element (10), vanuit de buiszijde ingrijpen tussen de afzon¬derlijke plaatparen (14) en star verbonden zijn met zich langsde spleetzijden eveneens over de kantlengte van de stapel (St)uitstrekkende stijlplaten (30) tot steeds een aan de kopzijdevan de stapel opgesteld raam, waarvan de hoeken star zijnverbonden via de stapel (St) langszijdig insluitende profiel-stapel (14) voor het vormen van een stapelstelsel (SG) .

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk datde kamplaten (20) in doorsnede U-vormig zijn uitgevoerd metbenen (22, 23) met ongelijke lengte, waarbij een been (23) isgetand met tanden (25).

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk datde stijlplaten (30) in doorsnede eveneens U-vormige zijn uit¬gevoerd met benen (31, 33) van ongelijke lengte, waarbij hunkorte benen (33) steeds aan de buitenzijde van de buitenste plaatelementen (10) van de stapel (St) aanliggend vast zijnverbonden met de kamplaten (20).

4. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk datde kamplaten (20) aan hun uiteinden zijn voorzien van met debreedte van het lange been (31) van de stijlplaat (30) over¬eenkomende lippen (26) die dienen voor de verbinding met destijlplaten.

5. Warmtewisselaar volgens ten minste één der conclusies 1t/m 4, met het kenmerk dat de kam- en stijlplaten (20, 30)evenals de profielstaven (40) middels lasverbindingen star metelkaar zijn verbonden, en dat tussen de kamplaten (20) enplaatparen (14) van de stapel (St) een dichtingslijst (37) uitsiliconen is aangebracht, die de spleet- en buiszijden (15, 18) afdicht.

6. Warmtewisselaar volgens conclusie 4, met het kenmerk datbij het aan elkaar koppelen van meerdere stapels (St) tussende naar elkaar toegekeerde plaatelementen van elke steeds dooreen stapelstelsel (SG) omsloten stapel (St) een vlak aan deplaatelementen aanliggend steunelement (50) is aangebracht, endat de steunelementen (50) bestaan uit door een gluconenmantel(51) omsloten schuimglas.

7. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk datde kamplaten zijn uitgevoerd als T-vormige profielstaven (70)waarvan de tanden (25) dragende benen (72) in het gebied (71)van de tanden qua dikte zijn verdund tot ongeveer 2 mm dikte,en dat de stijlplaten zijn uitgevoerd als aan de lijven (74)van de profielstaven (70) vastgelaste, rechthoekvormige staven(75) .

8. Warmtewisselaar volgens conclusie 7, met het kenmerk datde tanden (25) van de profielstaven (70) bij de ingrijp-plaatsen zijn vastgelast aan de plaatparen (14) .