NO310532B1 - Platevarmeveksler med stablete plateelementer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en platevarmeveksler omfattende flere rektangulære plateelementer og mellomliggende pakninger som holdes klemt i en stabel, hvor plateelementene og pakningene avgrenser strømningskanaler for varmevekslingsmedier som strømmer gjennom platevarmeveksleren, hvor strømningskanalene må fylles via innrettede innstrømnings- og utstrømningsåpninger i platene.

De vanlige brukte platevarmevekslere i dag omfatter overveiende 4-600 plater i den samme stabel, men det er ikke uvanlig at så mange som 1000 plater er klemt sammen i den samme varmevekslerstabel.

På grunn av de ofte høye trykk og temperaturer i varme-vekslermediene under bruk, er det på den ene side nødvendig at platene og de mellomliggende pakninger i stabelen holdes sammen ved hjelp av store klemkrefter, slik at en tetthet i strømnings-kanalene sikres.

På den annen side vil imidlertid klemkreftene, som kan anta meget høye verdier på noen av platene i stabelen, uunngåelig tilføre høye sidekrefter på de aktuelle plater med fare for sideveis forskyvning av disse, så og si ut av stabelen.

I det verste tilfelle kan resultatet bli etterfølgende ukontrollert fordreining av platestabelen og derfor lekkasje i strømningskanalene.

Derfor har erfaring vist at det er av den største viktighet at platene hele tiden er riktig innrettet, både under klemvirkningen og under etterfølgende bruk for å unngå fordreining av platestabelen og derved uønsket svikt i varmeveksleren.

Den minste f eilinnretting av platene i stabelen bevirker også f eilinnretting av de etterfølgende mellomliggende pakninger. Den høye klemkraft vil derfor uunngåelig bli fordelt fra en pakning til den neste følgende pakning i stabelen, som fremkaller tverr-krefter som virker mellom platene og de mellomliggende pakninger, som medfører en risiko for lekkasje i strømningskanalene. I ekstreme tilfeller kan vipping av pakningene finne sted og skade på pakningene og platene kan forekomme som et resultat av dette.

For å unngå feilinnretting av platene i stabelen er det kjent å føre platene i innrettingsanordninger med forskjellige konfigurasjoner.

En vanlig brukt innrettingsanordning omfatter øvre og nedre føringsstenger tilkoplet i endene til klemanordningen. De øvre og nedre føringsstenger er i inngrep i åpninger eller utsparinger symmetrisk anordnet ved hhv de øvre og nedre kanter av platene.

På grunn av de uunngåelige fremstillingstoleranser for utsparinger, for pressede plater og for pakningene anbrakt derimellom, er en jevn virkning av den store klemkraft over hele platearealet, og derfor over plateomkretsen umulig. Enkelte plater i stabelen blir derfor påvirket av krefter rettet tverrgående med klemretningen.

Med den ovenfor nevnte konstruksjon kan de tverrgående krefter øke i en slik utstrekning at lekkasje skjer mellom platene og de tilstøtende pakninger, eller til og med slik at noen plater bryter ut sideveis av stabelen med hensyn til føringsstengene.

Tverrkreftene fremkaller videre friksjonskrefter som virker mellom føringsstengene og platematerialet som støter opp til utsparingene, slik at platene hindres fra ytterligere glidning på føringsstengene når klemkraften øker enda mer.

Friksjonskreftene blir derfor akkumulert over lengden av platestabelen, som uunngåelig fører til en økning i klemkraften som virker på den aktuelle plate, som medfører ytterligere risiko for at platen blir trykket sideveis ut av stabelen.

En ytterligere forverrende faktor som fremkaller større mulighet for tverrgående glidning av platene, er at de motstående overflater av pakningene og platene ofte omfatter friksjonsreduser-ende forbindelser for lettere demontering av stabelen.

For å unngå de ovenfor nevnte problemer er det foreslått mange andre konstruksjoner av varmevekslerplater med innrettingsanordninger i form av innbyrdes innkoblende platedeler.

En av disse konstruksjoner er beskrevet i GB 2 107 845 A, hvor de innrettede innstrømnings- eller utstrømningsåpninger av platene i stabelen er forsynt med et kragestykke, hvor den ytre kontur av dette er innkoplet med den indre kontur av kragen på den neste følgende plate i stabelen. Ifølge den tekniske lærdom av denne konstruksjon bør kragestykkene strekke seg vesentlig over den del av åpningen som er fjernt fra det indre plateområde. M.a.o. bør kragestykket ha en konveks forlengelse i forhold til det indre plateområde.

Erfaring har vist at denne konstruksjon heller ikke har vært i stand til å løse de ovenfor* nevnte problemer. Tvert imot er det fremdeles mulighet for feilinnretting av stabelen på grunn av den sideveis innbyrdes glidning av tilstøtende plater.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en platevarmeveksler som kan settes sammen på en hurtig og enkel måte uten mangel på pålitelig innretting av platestabelen, og som dessuten virker på en sikker måte og er pålitelig i bruk.

Platevarmeveksleren ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at minst to diagonalt motstående hjørner av hver plate i stabelen har nedtrykkede hj ørneområder omfattende kragedeler, som er forbundet med det indre plateareal ved en bøyelinje, hvor bøyelinjen strekker seg i det vesentlige fra en periferisk platekant til den andre tilstøtende periferiske platekant av hjørnene med en konkav utstrekning i forhold til det indre plateareal, og hvor den ytre kontur av kragedelene av platen i stabelen er i direkte inngrep med den indre kontur av kragedelene av den etterfølgende plate i stabelen.

Dette resulterer i en platevarmeveksler med en særlig pålitelig tetthet av strømningskanalene under bruk, og som kan monteres såvel som demonteres på en enestående hurtig og passende måte.

Den direkte innkopling mellom de ytre konturer av diagonalt motstående hjørner av en plate, og de indre konturer av diagonalt motstående hjørner av den neste følgende plate i stabelen sikrer en hurtig montering hvor platene føres på en sikker måte i inngrep med hverandre. Den konkave forlengelse av kragedelene sikrer videre at platene hele tiden er i fastlåst inngrep med hverandre, som opprettholder innrettingen av stabelen avhengig av dimensjonelle platevariasjoner innenfor produksjonstoleransene.

Testing av platevarmeveksleren ifølge oppfinnelsen under ekstreme varme- og trykkforhold har vist en overraskende stabil og pålitelig innretting av platene i stabelen med ubetydelig tverrgående forskyvning av disse, både i tverretninger parallelt med kantene av platene og i dreieretninger rundt det indre plateareal.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 er et skjematisk enderiss av platevarmeveksleren ifølge oppfinnelsen, fig. 2 er et perspek-tivriss av en del av hjørnene av tre etterfølgende plater i varmevekserstabelen på fig. 1, fig. 3 er et mer detaljert enderiss av en del av plateelementhjørnet av en annen utførelsesform, og fig. 4 er et snittriss etter linjen IV-IV på fig. 3.

Den nye platevarmeveksleren 1 vist på fig. 1 omfatter flere rektangulære plateelementer 2 og mellomliggende pakninger 3 holdt klemt i en stabel 4 ved hjelp av tradisjonelle klemanord-ninger, som f .eks. kan være i form av endeplater og sammenkoplende boltestrenger. Plateelementene 2 og mellomliggende pakninger 3 avgrenser strømningskanaler 5 for de varmevekslende medier som strømmer gjennom platevarmeveksleren 1. Strømningskanalene fylles med varmevekslende medier via innrettede innstrømnings- og utstrømningsåpninger 6 i plateelementene 2.

Hvert hjørne 7 av hvert plateelement 2 i stabelen 4 omfatter inntrykkede hjørneområder 8 som er forbundet med det indre plateområde ved en bøyelinje 9. Bøyelinjen 9 strekker seg fra en platekant 10 langs periferien til den andre tilstøtende platekant 11 langs periferien av hjørnet 7, med en konkav utstrekning i forhold til det indre plateområde. Dette er upåvirket av at bøyelinjen avviker fra en rett linje til den indre platearealsiden av linjen. Bøyelinjen strekker seg i det vesentlige til platekantene langs omkretsen, men kan innenfor rammen av oppfinnelsen avsluttes en liten avstand fra kantene, så lenge som utstrekningen linjen fremdeles er konkav i forhold til det indre plateområde.

I utførelsesformen vist på fig. 1 og 2, er den konkave utstrekning av bøyelinjen 9 en sirkelbue med en senter som er beliggende i det vesentlige ved krysningen av utstrekningen av de to tilstøtende omkretsplatekanter 10, 11 av hjørnet. Dette betyr at bøyelinjen 9 møter platekantene 10, 11 i en rett vinkel.

Andre former av den konkave bøyelinjeutstrekning omfatter sammensetninger av linjestykker med forskjellige former, så som sammensetninger av rette linjestykker og krummede linjestykker. En slik utførelsesform er vist på fig. 3 og 4 hvor bøyelinjen er krummet i midten av dens utstrekning, og er rett ved endene av dens utstrekning som møter platekantene.

De nedtrykkede hjørneområder omfatter en kragedel 12 som strekker seg på skrå i forhold til plateoverflaten, fig. 4. Kragedelen 12 er en del av en korrugering 13 som gir ytterligere styrke og stabilitet til det nedtrykkede platehjørneområde. Fordypningene i korrugeringen 13 er lavere enn alle andre fordyp-ninger av det gjenværende indre plateområde. Plateelementet slutter ved hjørnet ved et plant platestykke 14, som kan utelates.

Plateelementene fremstilles av konvensjonelt pressverktøy, men det skal understrekes at det var en stor overraskelse for fagfolk innenfor området for platepressingsteknolgi at det nødvendige platematerialevolum under de testede trykkhandlinger ble trukket på en jevn måte fra det indre plateområde og inn i det konkave bøyelinjeområde.

Den direkte innkopling mellom de ytre konturer av diagonalt motstående hjørner 7 av et plateelement 2 og de indre konturer av diagonalt motstående hjørner 7 av det neste følgende plateelement 2 i stabelen 4, sikrer en hurtig sammenstilling av platevarmeveksleren, hvor platene på en sikker måte føres til inngrep med hverandre. Den konkave bøyelinjeutstrekning 9 av de nedtrykkede hjørneområder sikrer videre at platene 2 hele tiden er i fastlåsende inngrep med hverandre, som opprettholder innretting av stabelen uavhengig av dimensjonelle platevariasjoner innenfor produksjonstoleransene.

Testing av platevarmeveksleren 1 ifølge oppfinnelsen under ekstreme varme- og trykkforhold har vist en overraskende stabil og pålitelig innretting av platene 2 i stabelen 4, med ubetydelig tverrgående forskyvning av platene, både i tverretninger A, B parallelt med kantene 10, 11 av platene 2 og i rotasjonsretninger R rundt det indre plateområde, fig. 1.

Testing har videre vist at innretting av stabelen opprettholdes selv om de geometriske dimensjoner av platekonf igur-ene, såvel som platetykkelsen varierer. Sammenliknet med de kjente innrettingsanordninger, kan innretting av den nye varmevekslerstabel opprettholdes innenfor akseptable nivåer for et bredere område av dimensjonelle dimensjonstoleranser av plateelementene.

Claims (8)

1. Platevarmeveksler (1) omfattende flere rektangulære plateelementer (2) og mellomliggende pakninger (3) som blir holdt klemt i en stabel (4), hvor plateelementene (2) og pakningene (3) avgrenser strømningskanaler (4) for varmevekslingsmedier som strømmer gjennom platevarmeveksleren (1), hvor strømningskanalene (5) kan fylles via innrettede innstrømnings- og utstrømningsåpnin-ger (6) i plateelementene (2), KARAKTERISERT VED at i det minste to diagonalt motstående hjørner (7) av hver plate (2) i stabelen (4) har nedtrykkede hjørneområder (8) omfattende kragedeler (12), som er forbundet med det indre plateområde ved en bøyelinje (9), hvor linjen (9) strekker seg i det vesentlige fra en platekant (10) langs omkretsen til den andre nærliggende platekant (11) langs omkretsen av hjørnet (7) med en konkav utstrekning i forhold til det indre plateområde, og hvor den ytre kontur av kragedelene (12) av et plateelement (2) i stabelen (4) er i direkte inngrep med den indre kontur av kragedelene (12) av det neste følgende plateelement (2) i stabelen (4).

2. Platevarmeveksler ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den konkave utstrekning av bøyelinjen (9) er buet.

3. Platevarmeveksler ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at den konkave utstrekning av bøyelinjen (9) er en sirkelbue.

4. Platevarmeveksler ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at senteret av sirkelen er beliggende i det vesentlige ved krysningen av utstrekningene av de to tilstøtende platekanter (10, 11) langs omkretsen av hjørnet (7).

5. Platevarmeveksler ifølge ett av kravene 1 - 4, KARAKTERISERT VED at kragedelene (12) strekker seg på skrå i forhold til plateoverflaten.

6. Platevarmeveksler ifølge ett av kravene 1 - 5, KARAKTERISERT VED at de nedtrykkede hjørneområder omfatter en korrugering (13).

7. Platevarmeveksler ifølge ett av kravene 1 - 6, KARAKTERISERT VED at alle fire hjørner (7) av plateelementene (2) omfatter nedtrykkede hjørneområder.

8. Platevarmeveksler ifølge ett av kravene 1 - 7, KARAKTERISERT VED at fordypningene av hj ørneområdene er lavere enn noen annen fordypning i det gjenværende indre plateområde.