SE532714C2 - Plattvärmeväxlaranordning och plattvärmeväxlare - Google Patents

Description

25 30 532 'F44 dalar för att å ena sidan tillhandahålla mekanisk styvhet och ä andra sidan förbättra värmeväxlingen med vätskan. Plattorna kommer att bära mot var- andra där plattornas mönster möter varandra, vilket kommer att förbättra plattpaketets mekaniska styvhet. Detta är viktigt speciellt när fluiderna har olika tryck. En nackdel med att plattorna bär mot varandra är att varje kon- taktpunkt kommer att utgöra en flödesbegränsning där material som ingår i vätskan kan uppfångas och ackumuleras. Det ackumulerade materialet kommer att ytterligare begränsa flödet, och orsaka att mera material ackumu- lerar. Detta påminner i viss mån om uppkomsten av ett floddelta, där en liten flödesskillnad kommer att avsätta visst material som i sin tur medför att mera material avsätts.

En lösning på problemet med igensättning av material i en plattvärmeväxlare är att använda en värmeväxlare där produktkanalen är kontaktfri. Denna typ av värmeväxlare reducerar ackumuleringen av material i produktkanalen.

US 4403652 beskriver en värmeväxlare med en kontaktfri kanal. Värmeväx- laren omfattar specifika, extruderade värmepaneler som har två sidor för- bundna medelst ett liv och specifika samlingsrörsektioner tillverkade genom gjutning. När panelema staplas för att bilda en värmeväxlare, erhålls kontakt- fria kanaler. Lösningen är tämligen dyrbar och komplicerad, men kan fungera för vissa applikationer.

För att erhålla en tillräcklig styvhet när man använder traditionella värmeväx- larplattor för en kontaktfri plattvärmeväxlare, sammanfogas plattorna perma- nent parvis, exempelvis genom svetsning eller hårdlödning. Två plattor bildar på detta sätt en kassett med ett flertal kontaktpunkter mellan plattorna, där kontaktpunkterna såväl som plattans sarg är sammanfogade. Kassetten kommer att vara tillräckligt styv för att hantera vissa skillnader i tryck mellan de två fluiderna, och möjliggör därigenom den kontaktfria produktkanalen. En plattvärmeväxlare som har en kontaktfri kanal är känd från JP 2001272194.

Två plattor av samma typ som har längsgående spår är permanent samman- 10 15 20 25 30 ïW-il fogade med varandra i denna värmeväxlare för att bilda en kassett, i vilken längsgående kanaler är utbildade för värmeväxlarfluiden. Sådana Kassetter staplas med användning av packningar, för att därigenom bilda en kontaktfri produktkanal mellan två Kassetter.

En annan värmeväxlare som har en kontaktfri produktkanal är beskriven i WO 2006/080874. l denna visade värmeväxlare används ett korrugerat och undulerat mönster vinkelrätt mot flödesriktningen för att ge plattorna styvhet och även förbättra värmeöverföringen mellan de två fluiderna. Två olika platt- typer är nödvändiga för att åstadkomma detta. Två plattor av en första platt- typ bildar en första kassett, och två plattor av den andra platt-typen bildar en andra kassett. Plattornas mönster är så anpassade att när de två kassetterna är placerade mot varandra, bildas en produktkanal där plattorna ej bär mot varandra. Beroende på storleken av värmeväxlaren, kan avståndet mellan plattorna i den kontaktfria produktkanalen ligga i intervallet 4 till 8 mm. Denna typ av värmeväxlare reducerar åtminstone viss del av ackumuleringen av material i produktkanalen.

Den i WO 2006/080874 visade värmeväxlaren är en s.k. semisvetsad platt- värmeväxlare, d.v.s. en värmeväxlare omfattande ett antal kassetter bildade genom parvis hopsvetsning av värmeväxlarplattor. Svetssömmen löper nor- malt utefter kassettemas sidokanter och omkring porthålen. En packning är insatt mellan de respektive kassetterna och är vanligtvis framställd av ett gummimaterial och placerad i ett spår i värmeväxlarplattan. Den ena fluiden strömmar inuti kassetterna och den andra fluiden mellan kassetterna. Flö- deskanalen inuti kassetterna används för den värmande/kylande fluiden och flödeskanalen mellan kassetterna används för den fibrösa fluiden. Semisvet- sade plattvärmeväxlare tolererar relativt höga tryck och gör det möjligt att öppna plattpaketet och rengöra utrymmena mellan paren av svetsade vär- meväxlarplattor. De svetsar som ersätter packningarna i vartannat utrymme mellan plattorna omkring värmeväxlarytan hos värmeväxlarplattorna reduce- rar behovet av packningsutbyte och höjer säkerheten. 10 15 20 25 30 532 'F14 Dessa lösningar kan fungera för vissa applikationer, men de uppvisar fortfa- rande vissa nackdelar. En nackdel är att de i längsled sig sträckande fluidka- nalerna ger en relativt dålig värmeöverföring vilket i sin tur erfordrar en tämli- gen stor värmeväxlare. Det finns sålunda utrymme för förbättringar.

BESKRIVNING AV UPPFlNNlNGEN Ett syfte med uppfinningen är sålunda att tillhandahålla en förbättrad värme- växlare som har en kontaktfri produktkanal.

Lösningen på problemet enligt uppfinningen finns angiven i den känneteck- nande delen av kravet 1. Kraven 2 - 6 innehåller fördelaktiga utföringsformer av värmeväxlaranordníngen. Kravet 7 innehåller en fördelaktig värmeväxlare.

Med en värmeväxlaranordning, omfattande ett flertal av kassetter, där en första kassett omfattar två plattor av en första typ och en andra kassett om- fattar två plattor av en andra typ, där varje platta är försedd med ett korruge- rat mönster uppvisande ett flertal åsar och dalar med däremellan liggande sidoväggar, och där kassetterna är monterade intill varandra på ett förutbe- stämt avstånd, förverkligas syftet med uppfinningen i det att avståndet az mellan den första kassettens sidoväggar och den andra kassettens sidoväg- gar är väsentligen konstant över kassetternas bredd.

Med denna första utföringsform av värmeväxlaranordningen erhålles en pro- duktkanal i vilken flödesbegränsningen är konstant över värmeväxlarens bredd. Eftersom den flödesbegränsning som orsakas av avståndet mellan kassetternas sidoväggar är konstant över värmeväxlarens bredd, kommer det i värmeväxlaren ej att finnas några områden där material kommer att ha lägre hastighet och sålunda kommer det ej heller att finnas något område i vilket materialet börjar att ackumuleras. 10 15 20 25 30 Detta är fördelaktigt i det att kassetterna kan användas i värmeväxlare för att värma eller kyla fluider innehållande partiklar eller fibrer utan att partiklarna stör fluidflödet.

I en fördelaktig utföringsform av uppfinningen är mönstret hos värmeväxlar- plattorna vågformat på ett undulerande sätt. Fördelen med detta är att väme- växlarytan blir förstorad och att värmeväxlarens verkningsgrad därmed för- bättras. l en fördelaktig vidareutveckling av uppfinningen är mönstret hos värmeväx- larplattorna väsentligen vinkelrätt mot värmeväxlarens flödesriktning. Detta förbättrar värmeväxlarens egenskaper ytterligare vad gäller värmeväxling. l en annan fördelaktig utföringsform av uppfinningen är skillnaden i avstånd mellan den första kassettens sidoväggar och den andra kassettens sidoväg- gar mindre än 1/10 av höjden hos en ås. Fördelen med detta är att värme- växlarens värmeväxlingsegenskaper ytterligare förbättras. Skillnaden i flö- deshastighet hos fluiden kommer mer preciserat att reduceras eftersom skill- naden i flödesmotstånd är reducerad över kassettens bredd.

I en fördelaktig ytterligare utföringsform av uppfinningen är skillnaden i av- stånd mellan den första kassettens sidoväggar och den andra kassettens sidoväggar mindre än 1/50 av höjden hos en ås. Fördelen med detta är att värmeväxlarens värmeväxlingsegenskaper ytterligare förbättras. l en fördelaktig ytterligare utföringsform av uppfinningen är skillnaden i av- stånd mellan den första kassettens sidoväggar och den andra kassettens sidoväggar mindre än 1/1 OO av höjden hos en ås. Fördelen med detta är att värmeväxlarens värmeväxlingsegenskaper ytterligare förbättras. l en värmeväxlare enligt uppfinningen, ingår ett flertal värmeväxlarkassetter.

Fördelen med detta är att en värmeväxlare för viskösa fluider erhålles. 10 15 20 25 30 ut rd -~,l mått! »in KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer att beskrivas mera i detalj i det följande, med hänvis- ning till de utföringsformer som finns visade på de bifogade ritningarna, där: Fig. 1 visar en värmeväxlare enligt känd teknik, Fig. 2 visar en frontvy av en platta för användning i en värmeväxlare enligt uppfinningen, Fig. 3 visar en detalj hos en första utföringsform av en värmeväxlare enligt uppfinningen, Fig. 4 visar en detalj hos två Kassetter placerade intill varandra i en värme- växlare enligt uppfinningen, Fig. 5 visar i tvärsektion A - A kassetten enligt figur 4, och Fig. 6 visar i tvärsektion B - B kassetten enligt figur 4.

SÄTT FÖR UTovANoE Av uPPFirvNlNeeN De utföringsformer av uppfinningen och vidareutvecklingar därav som be- skrivs i det följande skall enbart betraktas som exempel och begränsar på intet sätt skyddsomfånget som definieras av patentkraven.

Figur 1 visar en frontvy avseende en känd kassett 1 enligt vad som visas i WO 2006/080874. Kassetten 1 omfattar två värmeväxlarplattor 2 som är permanent sammanfogade. Plattorna har fyra porthål utgörande insläpps- och utsläppsportar 4, 5, 6, 7 och en värmeöverföringsyta med åsar 9 och da- lar 10. Kassetten 1 kan framställas genom att svetsa eller hårdlöda ihop plat- 10 15 20 25 30 torna, varvid de två plattorna sammanfogas permanent utefter sin periferi och kring minst två av portarna 4, 5, 6, 7. Plattorna är även sammanfogade i värmeöverföringsytan, där mönstret hos den ena plattan kommer att bära mot mönstret hos den andra plattan. Plattorna kan exempelvis vara samman- fogade utefter några längsgående linjer som sträcker sig från den ena in- släpps-/utsläppssidan till den andra insläpps-/utsläppssidan.

En kassett är framställd av två plattor av samma typ. Den ena plattan roteras 180° kring en centrumaxel 11 innan plattorna hopfogas. lvlönstren kommer på detta sätt att interagera så att mönstret hos den ena plattan bär mot mönstret hos den andra plattan, vilket skapar ett flertal mellanliggande kon- taktpunkter. Når samtliga eller åtminstone vissa av dessa kontaktpunkter är sammanfogade, erhålles en styv kassett som kommer att motstå ett visst övertryck.

Plattans mönster är konfigurerat på sådant sätt att det ej kommer att upp- komma några kontaktpunkter mellan kassetternas värmeväxlingsytor när kassetterna är monterade i en värmeväxlare. Plattorna är dessutom så kon- struerade att de mellanliggande kontaktpunkterna för erforderligt mekaniskt stöd skapas väsentligen enbart inuti kassetten, i den kylande mediumkana- len, när två plattor är sammanfogade för att bilda en kassett. Vid porthålen 4 och 5 stöter däremot plattorna fullständigt mot varandra och är permanent sammanfogade för att bilda en tätning mot den fiuid som är avsedd att flyta genom porthålen. Porthålen 6 och 7 bildar kassetternas insläpp och utsläpp.

Kassetterna är monterade till varandra medelst en tätande packning. Pack- ningen, som företrädesvis är framställda av ett elastiskt material, exempelvis gummimaterial, är placerad i ett spår som sträcker sig utefter periferin hos de plattor som utgör kassetten och kring portarna 4 och 5. Kring portarna 6 och 7 finns en packningsring. Syftet med packningen är att täta utrymmet mellan de två kassetterna, för att därigenom skapa en produktkanal. 10 15 20 25 30 Figur 2 visar en frontvy avseende en kassett 11 för användning i en värme- växlare enligt uppfinningen. Kassetten 11 omfattar två permanent hopfogade värmeväxlarplattor 12. Plattorna har minst fyra porthål som utgör insläpps- och utsläppsportar 14, 15, 16 och 17 och en värmeöverföringsyta 18 med àsar 19 och dalar 20. Kassetten 11 kan framställas genom att svetsa eller hårdlöda ihop plattorna, varvid de två plattorna sammanfogas permanent utefter sin periferi och omkring minst två av portarna 14, 15, 16, 17. Plattorna är företrädesvis även hopfogade i värmeöverföringsytan, där mönstret hos den ena plattan kommer att bära mot mönstret hos den andra plattan. Plat- torna kan exempelvis vara hopfogade utefter några längsgående linjer som sträcker sig från den ena insläpps-/utsläppssidan till den andra inslåpps- /utsläppssidan.

En första kassett är framställd av två plattor av samma typ. Den ena plattan roteras 180° kring en centrumaxel 13 innan plattorna hopfogas. Mönstren kommer på detta sätt att interagera så att mönstret hos den ena plattan kommer att bära mot mönstret hos den andra plattan, vilket skapar ett flertal mellanliggande kontaktpunkter. När samtliga eller åtminstone vissa av des- sa kontaktpunkter är hopfogade erhålles en styv kassett som kommer att motstå visst övertryck.

Plattvärmeväxlaren enligt uppfinningen omfattar två olika typer av kassetter.

Den första kassetten finns beskriven ovan. En andra kassett framställs på samma sätt, med användning av två plattor av samma typ och med den ena plattan roterad 180° kring en centrumaxel. Plattorna för den andra kassetten har samma mönster som plattorna för den första kassetten, men med mönst- ret roterat jämfört med plattorna för den första kassetten.

Mönstren hos de första och andra kassettema är konfigurerade på sådant sätt att det ej kommer att uppkomma några kontaktpunkter mellan kassetter- nas värmeöverföringsytor när kassetterna är monterade i en värmeväxlare.

Kassetterna monteras till varandra med en tätande packning. Packningen, 10 15 20 25 30 som företrädesvis är framställd av ett elastiskt material, exempelvis gummi- material, är placerad i ett spår som sträcker sig utefter periferin hos de i kas- setten ingående plattorna och omkring portarna 14 och 15. Runt portarna 16 och 17 finns en packningsring. Syftet med packningen är att täta utrymmet mellan två kassetter, för att därigenom skapa en produktkanal.

Enligt uppfinningen, är plattorna även så konstruerade att kontaktpunkter för erforderligt mekaniskt stöd i stort sett enbart uppkommer på insidan, mellan två plattor som skall sammanfogas för att bilda en kassett, genom att motsatt liggande åsar anligger mot varandra. Vid porthålen 14 och 15 anligger där- emot plattorna fullständigt mot varandra och är permanent sammanfogade för att bilda en tätning mot den fluid som är avsedd att strömma genom port- hålen. Porthålen 16 och 17 utgör kassetternas insläpp och utsläpp.

Figur 3 visar en detalj i mönstret hos plattorna. Mönstret omfattar korruge- ringar med åsar 19 och dalar 20. Korrugeringarna är vàgformade och skapar unduleringar tvärs plattytan, parallellt med centrumaxeln 13 och sålunda vin- kelrätt mot flödesriktningen genom kanalerna i värmeväxlaren.

Figur 4 visar en detalj hos den första kassetten 11 och den andra kassetten 21 när dessa är monterade i en värmeväxlare. Den första kassetten 11 är försedd med åsar 19 och dalar 20 med snedställda sidoväggar 21, 22 där- emellan. Den andra kassetten 21 är på liknande sätt försedd med åsar 23 och dalar 24 med snedställda sidoväggar 25, 26 däremellan.

Figur 5 visar en tvärsektion i planet A - A. Minimiavståndet mellan de två åsarna 19 och 24 är i denna figur betecknat med ai. lvlinimiavståndet mellan de två sidoväggarna 22 och 26 är betecknat az. Minimiavståndet mellan de två dalarna 20 och 25 är betecknat a3. Minimiavståndet mellan de två sido- väggarna 23 och 27 är betecknat a4. Minimiavståndet mäts vinkelrätt mot ytorna. Volymen mellan den första kassetten 11 och den andra kassetten 21 utgör produktflödeskanalen för den fluid som skall kylas eller värmas. Pilar 31 10 15 20 25 30 10 anger flödesriktningen för fluiden. Volymen mellan kassetterna omfattar kavi- teten 28 mellan åsarna 19 och 24, kaviteten 29 mellan sidoväggarna 22 och 26 och kaviteten 30 mellan dalarna 20 och 25. Avstånden aj och ag, är före- trädesvis väsentligen samma, på samma sätt som avstånden a; och a4. Av- ståndet b är höjden hos en ås mätt från en dal. Detta värde är en plattas pressdjup.

Figur 6 visar en tvärsektion i planet B - B. I denna figur, på samma sätt som i figur 5, är minimiavståndet mellan de två åsarna 19 och 24 betecknat a1. lvli- nimiavståndet mellan de två sidoväggarna 22 och 26 är betecknat az. Mini- míavståndet mellan de två dalarna 20 och 25 är betecknat ag. lvlinimiavstån- det mellan de två sidoväggarna 23 och 27 är betecknat a4. Minimiavståndet mäts vinkelrätt mot ytoma. volymen mellan den första kassetten 11 och den andra kassetten 21 utgör produktflödeskanalen för den fluid som skall kylas eller värmas.

Beroende på det faktum att avståndet mellan sidoväggarna är mindre än av- ståndet mellan åsarna och dalarna, d.v.s. avståndet a2 är mindre än avstån- den a1 och ag, kommer sidoväggarna och sålunda kaviteten 29 att utgöra en flödesbegränsning för fluiden. Genom att hålla denna flödesbegränsning konstant över värmeväxlarens bredd, minimeras problemet med igensättning och ackumulering av material i produktkanalen. Genom att hålla flödesbe- gränsningen konstant kommer det ej att finnas någon position iflödeskanalen där material kan börja att ackumuleras, eftersom flödeshastigheten kommer att vara väsentligen densamma över värmeväxlarens hela bredd. l värmevåxlaren enligt uppfinningen hålls avståndet mellan sidoväggarna, d.v.s. avståndet az, väsentligen konstant över hela värmeväxlaren. Med vä- sentligen konstant menas att variationen i avståndet mellan sidoväggarna ligger inom de toleranser som erhålles vid tillverkning av värmeväxlarplattor- na. Toleransen för pressande plattor som används för kassetterna är företrä- desvis mindre än 1/10 av plattorna pressdjup. Toleransen för de pressade 10 15 20 11 plattor som används för kassetterna är ännu hellre företrädesvis mindre än 1/50 av plattans pressdjup. Toleransen för de pressade plattor som används för kassetterna är ännu hellre mindre än 1/100 av plattans pressdjup. Tole- ranser inom dessa intervall är möjliga och ekonomiska att åstadkomma när man pressar värmeväxlarplattor. Detta betyder att en typisk tolerans för plat- tor med ett presscljup av storleksordningen 10 mm kan ligga i ett område från 1 mm nertill 0,1 mm.

För att erhålla ett väsentligen konstant avstånd mellan sidoväggarna, görs mönstren för de två platt-typer som används för de första och andra kasset- terna asymmetriska i förhållande till dalarnas och åsarnas bredd. l den be- skrivna utföringsformen betyder detta att bredden hos dalen 20, d.v.s. av- ståndet mellan den nedre delen av sidoväggarna 22, 23, är större när dalen är vinkelrätt mot flödesriktningen (se figur 5) än när dalen är vinkelställd i för- hållande tili flödesriktningen (se figur 6).

Uppfinningen skall ej anses vara begränsad till de beskrivna utföringsformer- na, ett antal av ytterligare varianter och modifikationer är möjliga inom ramen för de efterföljande patentkraven. Ett annat plattmönster kan exempelvis an- vändas för värmeväxlarekassetterna. 10 15 20 25 30 35 12 HÄNVISNrNGSTECKEN KÄND TEKNIK 1 : Kassett 2: Platta 3: Centru maxel 4: Port 5: Port 6: Port 7: Port 8: Vä rmeöverföringsyta 9: Ås 10: Dal 1 1 : Kassett 12: Platta 13: Centrumaxel 14: Port 15: Port 16: Pod 17: Pod 18: Värmeöverföringsyta 19: Ås 20: Dal 21 : Andra kassett 22: Sidovägg 23: Sidovägg 24: Ås 25: Dal 26: Sidovägg 27: Sidovägg 28: Kavitet 29: Kavitet 30: Kavitet 31: Flödesriktning

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 PATENTKRAV Värmeväxlaranordning, omfattande ett flertal av kassetter (11, 21), där en första kassett (11) omfattar två plattor av en första typ och en andra kassett (21) omfattar två plattor av en andra typ, där varje platta är för- sedd med ett korrugerat mönster som har ett flertal åsar (19, 24) och dalar (20, 25) med sidoväggar (22, 23, 26, 27) däremellan, där det kor- rugerade mönstret innefattar vågformade unduleringar parallella med korrugeringarna, och där kassetterna är monterade intill varandra på ett förutbestämt avstånd, k ä n n e te c k n a d a v att det vinkelräta av- ståndet (ag) mellan sidoväggarna (22, 23, 26, 27) till två angränsande Kassetter (11, 21) är väsentligen konstant över kassetternas bredd. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att det korrugerade mönstret är parallellt med centrumaxeln (13) hos värmeväxlareplattan. Anordning enligt något av kraven 1 - 2, k ä n n e t e c k n a d a v att skillnaden i avstånd (ag) mellan sidoväggarna (22, 23, 26, 27) till den första kassetten (11) och den andra kassetten (21) är mindre än 1/10 av höjden b hos en ås. Anordning enligt något av kraven 1 - 2, k ä n n e t e c k n a d a v att skillnaden i avstånd (az) mellan sidoväggarna (22, 23, 26, 27) till den första kassetten (11) och den andra kassetten (21) är mindre än 1/50 av höjden b hos en ås. Anordning enligt något av kraven 1 - 2, k ä n n e t e c k n a d a v att skillnaden i avstånd (ag) mellan sidoväggarna (22, 23, 26, 27) till den första kassetten (11) och den andra kassetten (21) är mindre än 1/100 av höjden b hos en ås. LJ? I 1 "l TU *-J -ä »PI Värmeväxlare, omfattande ett flertal av anordningar enligt något av kra- ven 1 - 5.