SE527981C2 - Metod och anordning för bedömning av risken för fluidumläckage i en värmeväxlare med sensor - Google Patents

Description

20 25 30 527 981 Den brittiska patentskriften GB 2062833-A beskriver en värmeväxlare för bland annat ett hälsovàdligt fluidum. Värmeväxlaren är uppbyggd av värmeväxlarplattor som innefattar porthál och är parvis svetsade till varandra samt placerade med packningar mellan varje svetsat plattpar.

Området runt portarna innefattar en första packning, vilken är placerad närmast portmynningen och därmed har fluidumkontakt samt en andra packning, vilken är placerad utanför den första packningen så att ett utrymme bildas mellan packningarna. Vid läckage genom den första packningen kommer fluidum in i utrymmet mellan packningarna och hindras därigenom från att blanda sig med andra fluidum i värmeväxlaren. En sensor är placerad så att den sträcker sig genom den andra packningen och in i utrymmet mellan packningarna. Sensorn har till uppgift att detektera och indikera om fluidum kommer in i utrymmet mellan packningarna, vilket i så fall betyder den första packningen närmast porten har brustit och måste bytas. Nackdelen med uppfinningen enligt GB 2062833-A är att sensorn endast i efterhand indikerar när packningen har brustit och läckage i värmeväxlaren redan uppstått.

Den europeiska patentskriften EP 0520380-A1 beskriver en packning för en fordonsmotor, vilken packning innefattar sensorer för tryckavkänning.

Sensorn är placerad mellan två packningshalvor tillsammans med tätningsmedel för att förhindra direktkontakt med fluidum. Nackdelen med uppfinningen enligt EP 0520380-A1 är den komplicerade packningskonstruktionen, som medför att packningen är tillverkningsmässigt kostsam och kräver flera tillverkningssteg till färdig produkt. En ytterligare nackdel med packningar uppbyggda av flera delar år att delarna kan delaminera från varandra, vilket då medför att packningen kan börja läcka. En ytterligare nackdel är att sensorerna endast är avsedda för att mäta tryck i packningen, och arrangemanget är inte utrustat för att bedömma risken för läckage p.g.a. att packningen har 10 15 20 25 30 527 981 brustit. Ytterligare en nackdel med packningen är att den har en sådan utformning att den är omöjlig att applicera på värmeväxlarplattor eftersom den är formad att täta mellan två relativt stora flata ytor och inte för att passa i ett packningsspår i en värmeväxlarplatta.

SAMMANFATTNINGEN AV UPPFINNINGEN Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att skapa en metod för att i en packningsförsedd värmeväxlare kunna bestämma när byte av packningar bör ske för att förhindra att läckage genom packningen uppstår p.g.a. bristning eller förslitning och där ovan nämnda problem är undanröjda.

Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att skapa en metod för att vid en packningsförsedd värmeväxlare avkänna packningsmaterialets funktionsduglighet.

Ovannämnda och andra ändamål uppnås enligt uppfinningen genom att den inledningsbeskrivna metoden har getts det av patentkravet 1 framgående kännetecknet.

Fördelar som uppnås med en metod enligt patentkravets 1 kännetecknande del är att det blir möjligt att med ledning av det avkända kompressionstrycket kunna bedöma risken för fluidumläckage hos en packningsförsedd plattvârmeväxlare. Därmed blir det möjligt att förutsäga när byte av packningar i värmeväxlare mäste ske för att undvika att packningar brister under drift.

Ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att vid en packningsförsedd värmeväxlare skapa en metod för indikering av risken 10 15 20 25 30 527 981 för fluidumläckage, vilken metod är ekonomiskt fördelaktig jämfört med kostnaden för byte av packningar i en värmeväxlare där läckage genom dess packningar har inträffat. Ändamålet är också att metoden skall vara enkel att applicera samt medföra tidsbesparingar jämfört med jämförbara tekniker.

Föredragna utföringsforrner av metoden enligt uppfinningen har vidare getts de av underkraven 2 - 6 framgående kännetecknen.

Enligt en andra utföringsform av metoden enligt uppfinningen registreras packningsmaterialets kompressionstryck med hjälp av en första sensor.

På så sätt kan tryckförändringar i värmeväxlaren upptäckas under ett tidigt skede vid drift av värmeväxlaren. Tryckförändringar kan t.ex. bero pà packningsförslitníng eller pà att plattorna ej är stabilt inspända mellan änd- eller tryckplattorna. Genom att upptäcka tryckförändringar vid ett tidigt skede minimeras risken för att läckage genom eller förbi packningama skall uppstå.

Enligt en ytterligare utföringsform av metoden enligt uppfinningen uppmäts fluidets tryck i värmeväxlaren med hjälp av en andra sensor vilket även ger fluidets tryck mot packningsmaterialet. På så vis kan tryckförändringar hos ovan nämnda fluidum upptäckas. Med en sådan andra sensor blir det även möjligt att kontrollera att värmeväxlaren inte överlrycks, dvs. trycksättes utöver ett förutbestämt, övre gränsvärde.

Genom kontroll av fluidets tryck i värmeväxlaren så att bl.a. övertryck undviks kan värmeväxlarens och dess ingående komponenters livslängd ökas eftersom förslitning p.g.a. för högt tryck undviks. För att säkerställa en korrekt avkänning av fluidumtrycket är den andra sensorn placerad pà så sätt att den har vätskekontakt med fluidet i värmeväxlaren. En värmeväxlares fluidum uppvisar normalt högst tryck vid värmeväxlarens 10 15 20 25 527 981 inlopp, varefter trycket genom vårmeväxlaren avtar i relation till avståndet från nämnda inlopp. P.g.a. detta behöver placeringen av den andra sensorn inte vara lokaliserad till själva värmeväxlaren. Istället kan sensorn vara placerad på valfritt ställe utmed fluidets strömningsväg till värmevåxlaren från värmeväxlarsystemets sista komponent.

Vårmeväxlarsystemets sista komponent definieras såsom den sista komponent som har möjlighet att påverka det inkommande fluidets karakteristik till värmeväxlaren, t.ex. trycket. Denna sista komponent kan t.ex. vara en pump som förser värmeväxlaren med fluidum.

Vid en ytterligare utföringsform av metoden enligt uppfinningen behandlas de värden som registreras av de olika sensorerna i en processor. Ur de registrerade värdena beräknas en kvot, vilket är ett s.k. differenstrycksvärde, vilket jämförs med ett förutbestämt börvärde.

Genom denna jämförelse kan man snabbt upptäcka awikelser vilka kan bero på att en packning är utsliten och håller på att brista. Vid sådan awikelse aktiveras en indikator för påkallande av uppmärksamhet, t.ex. en lampa eller annan signal. Härigenom kan byte av packning i värmeväxlaren ske redan innan läckage uppstår.

Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att skapa en anordning för en packningsförsedd värmeväxlare vilken möjliggör samtidig avkånning av värrneväxlarens fluidumtryck och packningarnas kompressionstryck.

Ovannämnda och andra ändamål uppnås enligt uppfinningen genom att den inledningsbeskrivna värmeväxlaren har getts de av patentkravet 7 framgàende kännetecknen. 10 15 20 25 30 527 981 Fördelar som uppnås med en anordning enligt patentkravets 10 kännetecknande del är att det blir möjligt att i värmeväxlaren mäta dels fluidernas vätsketryck, dels packningamas kompressionstryck. Därmed blir det möjligt att mäta differensen mellan dels ovannämnda, dels förutbestämda börvärden så att awikelser hos de uppmätta tryckvärdena kan upptäckas. Sådana awikelser kan t.ex. indikera att en packning är utsliten och måste ersättas för att inte bristning eller läckage genom denna skall uppstå.

Ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att vid en packningsförsedd värmeväxlare skapa en anordning för indikering av risken för fluidumläckage, vilken anordning är ekonomiskt fördelaktig jämfört med kostnaden för byte av packningar i en värmeväxlare där läckage genom dess packningar har inträffat. Ändamålet är också att anordningen skall vara enkel att konstruera och samt medföra tidsbesparingar jämfört med jämförbara tekniker.

Föredragna utföringsforrner av anordningen enligt uppfinningen har vidare getts de av underkraven 8 - 10 framgående kännetecknen.

Vid en ytterligare utföringsform av anordningen enligt uppfinningen är den första sensom placerad i ett i plattan anordnat spår för en packning samt anordnad att avkänna trycket mellan packningen och plattan. På så sätt kan packningens kompressionstryck avkännas. En fördel med att placera sensom i packningsspåret är att sensorn ligger skyddad från yttre påverkan. Ytterligare en fördel med att sensorerna är placerade i packningsspåren är att när plattorna pressas mot varandra kläms och positioneras sensorerna mellan packning och platta varvid sensorerna hålls på plats. 10 15 20 25 30 527 981 Yttertigare utföringsform av anordningen enligt uppfinningen är att den första sensorn för avkänning av packningens kompressionstryck är placerad mellan de värmeöverföringsplattor vilka tillsammans skapar en flödeskanal. Denna kanal skall vara den kanal vilken är den första mottagare av det inkommande varma fluidet till värmeväxlaren. Detta därför att i denna kanal har det inkommande fluidet sin högsta temperatur ivärmeväxlaren och därmed också störst påverkan på packningarna.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föredragna utföringsformer av anordningen och metoden enligt uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hänvisning till bifogade schematiska ritningar, som endast visar de för förståelse av uppfinningen nödvändiga detaljerna.

Fig. 1 visar schematiskt ett värmeväxlarsystem innefattande en värrneväxlare med olika röranslutningar och en komponent som genom sin funktion är den sista komponent som kan påverka det inkommande fluidets karakteristik, t.ex. fluidets tryck.

Fig. 2 visar en del av en vårmeväxlare enligt uppfinningen med en stativplatta och en tryckplatta samt mellan dessa ett antal värmeöverföringsplattor och packningar. De tre första plattorna är för bättre förståelse vridna med sina värmeöverföringsytor mot läsaren.

Fig. 3 visar en transversell genomskäming av en platta och en packning med en sensor placerad mellan plattan och packningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV OLIKA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN 10 15 20 25 30 527 981 Fig. 1 visar ett värmeväxlarsystem (1) med bl.a. en värmeväxlare (2).

Värmeväxlaren (2) innefattar en stativplatta (3) innefattande in- och utloppsportar, se Fig. 2, och en tryckplatta (4). Mellan nämnda stativ- (3) och tryckplatta (4) är ett antal värmeöverföringsplattor (5a, 5b, 5c, osv.) med packningar (6) placerade. l den efterföljande texten kommer värmeöverföringsplattoma (5a, 5b, 5c, osv.) endast att benämnas som plattor (5a, 5b, 5c, osv.). Genom Fig. 2 tydliggörs hur värmeväxlarens (2) packningar (6) är anordnade genom att tre av plattorna (5a - 5c) i figuren är vridna 90 grader runt en vertikal mittlinje (14) så att plattornas (5) värmeöverföringsytor (10) är vända mot betraktaren. Även fluidumflödet indikeras schematiskt i figuren medelst pilar (7).

I den föredragna utföringsformen av uppfinningen har varje platta (5) fyra portar (11a, 1 lb, 11c och 11d) placerade så att varje hörnparti av plattan (5) innefattar en port. Plattan (5) innefattar vidare en värmeöverföringsyta (10) och två längsgående kanter, nämligen en vänsterkant (8) resp. en högerkant (9), en övre kant (12) samt en undre kant (13). Mittlinjen (14) sträcker sig från den övre kanten (12) till den undre kanten (13) (mellan de två övre portama (1 la och 11b) samt mellan de två undre portarna (11c och 11d)) och delar plattan (5c) i två halvor.

Packningen (6) är placerad i ett packningsspär (ej visad i figur) i plattan (5) och sträcker sig runt om plattans (5) värmeöverföringsyta (10) samt runt dess portar (11a, 11b, 11c och 11d).

Plattoma i Fig. 2 år numrerade från vänster i figuren varvid den första plattan (5a) är placerad närmast stativplattan (3). Pá den tredje plattan (5c) är en sensor (15a) placerad. Sensom (15a), se Fig. 3, är placerad mellan packningen (6) och plattan (5c) så att den anligger mot såväl 10 15 20 25 30 527 981 packningen (6) och plattan (5c). Sensorn (15a) är positionerad vid plattans (5c) övre vänstra området, längs med den längsgående vänstra kanten (8) och under den övre vänstra porten (11a). l detta område utsätts packningen (6) för flest antal olika utmattningsfaktorer vilka alla är bidragande orsaker till att en packning kan brista. Utmattningsfaktorerna är t.ex. temperaturskiftningar, friktion, fluidumkontakt samt syrekontakt från utsidan av värmeväxlaren. Vid syrekontakt torkar packningen (6) vilket bidrar till att packningen (6) efter hand börjar spricka för att sedan helt brista.

En alternativ utföringsform av uppfinningen är att placera en sensor (15b) längs med en packningsdiagonal (16). l Fig. 2 ses hur packningsdiagonalen (16) sträcker sig från ovansidan av den övre vänstra porten (11a) på den tredje plattan (5c) mot den längsgående högra kanten (9) vid undersidan av den övre högra porten (11b). Vid denna placering är det önskvärt att sensorn (15b) placeras på den sträckning av packningsdiagonalen (16) som är placerad på den högra sidan om plattans (5c) mittlinje (14). P.g.a. att plattor normalt är utrustade med upphängningsanordningar (17) vilka är placerade i området mellan de övre portarna (11a och 11b) är det ej önskvärt att ha sensorer placerade på den del av packningsdiagonalen (16) som är närmast upphängningsanordningarna (17) och som sträcker sig på den vänstra sidan om mittlinjen (14). Detta eftersom sensorerna då blir svårtillgängliga.

En andra sensor (15d), se Fig. 1, är placerad på valfritt ställe utmed fluidets strömningsväg till värmeväxlaren (2) från värmeväxlarsystemets (1) i strömningsriktningen sett sista komponent (18).

Värrneväxlarsystemets (1) sista komponent (18) definieras såsom den sista komponent (18) som har möjlighet att påverka det inkommande 10 15 20 25 30 527 981 10 fluidets karakteristik till värmeväxlaren (2), t.ex. trycket. Som är nämnt tidigare kan denna sista komponent (18) t.ex. utgöras av en pump som förser värmeväxlaren (2) med fluidum. l den föredragna utföringsformen av uppfinningen är ovan nämnda andra sensor (15d), se Fig. 1, placerad på sådant sätt att det inkommande varma fluidet till värrneväxlaren avkännes. Detta eftersom det är det varma fluidets tryck i relation till packningstrycket i kanalen för det varma fluidet som är avgörande för att kunna bedöma om risk för läckage föreligger. Vid behov av applikationer där det finns intresse av att kunna registrera det inkommande kalla fluidets tryck är en sensor placerad på sådant sätt att det inkommande kalla fluidet avkännes. På motsvarande sätt avkännes då packningstrycket i kanalen för det kalla fluidet.

I Fig. 2 indikeras ett utrymme (19) vilket är bildat mellan stativplattan (3) och den första plattan (5a). Detta utrymme (19) är torrlagt och utgör ett isolerande skikt varvid det fluidum som flödar i en första kanal (20a) (mellan den första och den andra plattan (5a och 5b)) endast har värmeöverföring med det fluidum som flödar i en andra kanal (20b), skapad mellan den andra och den tredje plattan (5b och 5c).

Enligt den föredragna utföringsformen av uppfinningen innehåller kanalerna växelvis kallt respektive varmt fluidum, där den första kanalen (20a) innehåller kallt fluidum, den andra kanalen (20b) innehåller varmt fluidum o.s.v.. l ett packningsförsett plattpaket har man störst packningsslitage och störst sannolikhet för bristning av packningar i de kanaler vilka är placerade närmast en stativ- eller tryckplatta, eftersom packningarna där är utsatta för de högsta temperaturerna och temperaturskiftningarna. 10 15 20 25 527 981 11 P.g.a. olika temperaturutvidgningskoefficienter hos stativ- och tryckplatta uppstär friktion mellan de olika plattorna, packningarna och stativ- och tryckplattan p.g.a. att de rör sig olika vid t.ex. temperaturskiftningar.

Härigenom kan plattor som är belägna nära stativ- och tryckplatta ej anpassa sig lika lätt till ovan nämnda rörelser som plattor vilka är placerade i mitten av ett plattpaket, där alla närliggande plattor rör sig pä ett likartat sätt. De ovan nämnda rörelserna bidrar därför till att det är störst risk för att en packning skall brista i den kanal som är första mottagare av det inkommande varma fluidet samt är placerad närmast en stativ- eller tryckplatta.

Genom ovanstående resonemang är det förtydligat varför man iden föredragna utföringsformen av uppfinningen har placerat sensom (15a), se Fig. 2, i plattans (5c) övre vänstra område under den övre vänstra porten (11a). I detta område råder högst temperatur, de närliggande plattorna (5a - 5c) och stativplattan (3) har p.g.a. bl.a. temperaturutvidgningskoefficienter störst inbördes rörlighet vilket bidrar till hög belastning. Packningen (6) i detta omrâde är dessutom utsatt för syrepåverkan från utsidan av värmeväxlaren (2).

Den ovan beskrivna packningsförsedda plattvärmeväxlaren enligt uppfinningen fungerar under drift på följande sätt.

Sensorn (15a) avkänner vilket tryck som packningen (6) och plattan (5c) uppvisar mot varandra. Som nämnts tidigare kommer varmt fluidum in från den övre vänstra porten på den tredje plattan (5c) och fördelar sig i den andra kanalen (20b). Trycket av det inkommande fluidet avkännes innan fluidet fördelar sig ut mellan plattorna på så sätt som tidigare är nämnt, nämligen på valfritt ställe utmed fluidets strömningsväg till 10 15 20 25 30 527 981 12 värmeväxlaren (2) fràn värmeväxlarsystemets (1) sista komponent (18), se Fig. 1.

De uppmätta värdena fràn sensorerna registreras och behandlas i en i sig känd processor. l processom avkännes bl.a. att trycket för fluidet ej överskrider det tryck som packningen (6) och plattan (5c) uppvisar mot varandra. Är fluidets tryck större än packningstrycket betyder det att risk för läckage genom eller runt packningarna (6) kan uppstå. Från de erhållna värdena av fluidets tryck och packningstrycket beräknas mellan dessa en kvot, vilket är ett s.k. differenstrycksvärde. Sker förändringar av nämnda differenstrycksvärde utöver tillåtna gränsvärden, även kallade börvärden, aktiveras en indikator. lndikatoms uppgift är att päkalla uppmärksamhet så att processen kan avbrytas och nödvändig serviceätgärd av systemet kan ske.

Vid en annan alternativ utformning av uppfinningen är en sensor (15c) placerad pä den andra plattan (5b) istället för pä den tredje plattan (5c).

Sensorn är placerad mellan packningen (6) och plattan (5b) pä samma sätt som tidigare är förklarat. Sensorn (15c) är då placerad vid den andra plattans (5b, se Fig. 2) övre vänstra område, under packningen (6) utmed den längsgående vänstra kanten (8), under den övre vänstra porten (5a) samt ovanför packningsdiagonalen (16). Eftersom sensorn (15c) är förbunden med den andra plattan (5b) reagerar även sensorn (15c) på tryckförändringar vilka sker på den sida av den andra plattan (5b) som angränsar mot den tredje plattan (5c).

Vid en ytterligare altemativ utformning av uppfinningen (ej visad i figur) är en bit av en packning placerad i en miljö motsvarande den som råderi ovan nämnda värmeväxlare. Genom en sådan simulering av värmeväxlarens packningsförhällanden blir det möjligt att kunna 527 981 13 kontrollera och bedöma risken för fluidumläckage genom en packning placerad i värmeväxlaren utan att behöva befinna sig i direkt närhet till vänneväxlaren.

Uppfinníngen är inte begränsad till den visade utföringsformen utan kan varieras och modifieras inom ramen för de efterföljande patentkraven, vilket delvis har beskrivits ovan.

Claims (10)

1. 0 15 20 25 30 527 981 14 PATENTKRAV

2. 1. Metod att vid en värmeväxlare (2) innefattande ett antal värmeväxlarplattor (5) och mellanliggande packningar (6), bedöma ett packningsmaterials funktionsduglighet, vilken packningsmaterials kompressionstryck avkännes av en första sensor (15a-c), kännetecknad därav, att det avkânda värdet registreras och behandlas i en processor, varvid risken för läckage av ett värmeväxlaren (2) genomströmmande fluidum därmed bedöms genom att det behandlade värdet jämförs med ett börvärde som vid awikelse aktiverar en indikator innan läckage genom eller förbi en packning uppstår. _ Metod enligt patentkravet 1, kännetecknad därav, att fluidets tryck avkännes. .

3. Metod enligt patentkravet 2, kännetecknad därav, att trycket av fluidet i vårmeväxlaren (2) avkännes av en andra sensor (15d). .

4. Metod enligt patentkravet 2, kännetecknad därav, att fluidets tryck mot packningsmaterialet avkännes av den andra sensorn (15d). .

5. Metod enligt något av patentkraven 3 eller 4, kännetecknad därav, att en sensor, företrädesvis den andra sensorn (15d). har vätskekontakt med värmeväxlarens (2) fluidum. 10 15 20 25 30 527 981 15

6. Metod enligt något av patentkraven 3 eller 4, kännetecknad därav, att av de avkända värdena framtages en kvot vilken jämförs med ett förutbestämt börvärde. .

7. Anordning för avkänning av driftsförhàllande vid ett värmeväxlarsystem (1) innefattande en plattvärmeväxlare (2) med såväl vårmeväxlarplattor (5) som packningar (6), vilken plattvärmeväxlare (2) är mottagare av ett fluidum samt innefattar en första sensor (15a-c) för avkänning av en packnings (6) kompressionstryck, kännetecknad därav, att den första sensorn (15a-c) är anordnad i eller intill en eller flera packningar (6) samt att anordningen innefattar en andra sensor (15d) för avkänning av fluidumtryck, varvid sensorn (15d) för avkänning av fluidumtrycket är placerad på ett ställe utmed en för fluidet strömningsväg till värmeväxlaren (2) från värmeväxlarsystemets (1) i en strömningsriktning sett sista komponent (18), vilken sista komponent (18) är den sista komponent i systemet som har möjlighet att påverka fluidets karakteristik till värmeväxlaren (2). .

8. Anordning enligt patentkravet 7, kännetecknad därav, att en första sensor (15a-c) är placerad på en platta (5) i direkt närhet till en packning (6) samt anordnad att avkänna packningens (6) tryck mot plattan (5). .

9. Anordning enligt något av patentkraven 7 eller 8, kännetecknad därav, att en första sensor (15a-c) är placerad i ett i plattan (5) 527 981 16 anordnat spår för en packning (6) samt anordnad att avkänna trycket mellan packningen (6) och plattan (5).

10. Anordning enligt patentkravet 7, kännetecknad därav, att sensorn (15a-c) för avkänning av packningens (6) kompressionstryck är placerad mellan plattor (5) vilka tillsammans skapar en flödeskanal för mottagande av varmt fluidum i värmeväxlaren (2).