SE0600758A1 - Plattvärmeväxlare vilken innefattar åtminstone en förstärkningsplatta vilken är anordnad utanför en av de yttre värmeväxlarplattorna - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en plattvärmeväxlare innefattande ett flertalplattor. Plattorna utbreder sig parallellt med ett huvudsakligt ut-bredningsplan och innefattar flera värmeväxlarplattor och enförstärkningsplatta (2). Värmeväxlarplattorna är anordnadebredvid varandra och bildar ett plattpaket med första plattmel-lanrum och andra plattmellanrum. Varje värmeväxlarplatta harfyra porthål som bildar portar (8) genom plattpaketet. Värme-växlarplattorna innefattar en yttersta värmeväxlarplatta vid ensida av plattpaketet och en yttersta värmeväxlarplatta vid enmotsatt sida av plattpaketet. Två av nämnda plattmellanrum iplattpaketet bildar var sitt yttersta plattmellanrum vid var sinsida av plattpaketet, vilka begränsas utåt av var sin av de yt-tersta Värmeväxlarplattorna. Förstärkningsplattan är anordnadutanför en av de yttersta värmeväxlarplattorna. Förstärknings-plattan (2) har ett huvudområde (20), som utbreder sig parallelltmed utbredningsplanet och som innefattar ett förstärknings-mönster (21), vilket är anordnat i närheten av två av portarna (8)och innefattar åtminstone en fördjupning (22) som sträcker sigutåt från Värmeväxlarplattorna. (Fig 2)

Description

lnk. t. Patent- och regyerket 283% ~9fi~ 04 56534 SE Sökande: Alfa Laval Corporate AB Plattvärmeväxlare UPPFlNNlNGENS BAKGRUND OCH TIDIGARE TEKNIK Uppfinningen avser en plattvärmeväxlare innefattande ett platt-paket med plattor enligt patentkravets 1 ingress, se US-A-4,987,955. l många applikationer för permanent förbundna, exempelvis löd-da, plattvärmeväxlare krävs hög hållfasthet. Detta är viktigt närarbetstrycket hos ett eller båda av de två medierna som ledsgenom plattvärmeväxlaren är högt eller när arbetstrycket för etteller båda av medierna varierar över tiden. Plattvärmeväxlareprovtrycks före leverans. Det är önskvärt att uppnå en sådanhållfasthet och styvhet hos plattvärmeväxlaren att den plastiskadeformationen i samband med provtryckningen är så liten sommöjligt. l syfte att möta kraven på högre hållfasthet är det känt att ut-nyttja tjockare änd- eller förstärkningsplattor, dvs. de två plattorsom befinner sig ytterst i plattpaketet. Dessa förstärkningsplat-tor kan också benämnas adapterplattor eller stativ- och tryck-plattor. Det är också känt att utnyttja plåtar, brickor eller tjockaplana plattor som förstärkningsplattor. Sådana plåtar, brickoreller tjocka plana plattor kan också var anordnade utanför stativ-och/eller tryckplattorna. En nackdel med sådana extra plattor,brickor eller liknande är att tillverkningen blir mer kompliceradeftersom fler detaljer måste fixeras när plattvärmeväxlaren fär-digställs, exempelvis när den löds samman.

En annan nackdel med tjockare förstärkningsplattor med mermaterial är att den termiska ”trögheten” ökar hos dessa förstärk- ningsplattor. På grund av denna större termiska tröghet hos för-stärkningsplattorna erhålls en reducerad termisk utmattnings-prestanda hos plattvärmeväxlaren, i synnerhet hos de värme-växlarplattor som är anordnade närmast innanför förstärknings-plattorna. Eftersom värmeväxlarplattorna är tillverkade av etttunnare material kommer de att snabbare anpassa sig till medi-ernas temperatur vilket medför en oönskad temperaturskillnadmellan värmeväxlarplattorna och förstärkningsplattorna, ochsåledes termiskt betingade spänningar.

Vidare medför tjockare förstärkningsplattor den nackdelen attmaterialåtgången blir större och därmed ökar kostnaderna förplattvärmeväxlaren.

US-A-4,987,955 visar en plattvärmeväxlare som innefattar ettflertal plattor som utbreder sig parallellt med ett huvudsakligtutbredningsplan. Plattorna innefattar en flertal värmeväxlarplat-tor och åtminstone en förstärkningsplatta. Värmeväxlarplattornaär anordnade bredvid varandra och bildar ett plattpaket med för-sta plattmellanrum för ett första medium och andra plattmellan-rum för ett andra medium. Var och en av värmeväxlarplattornahar fyra porthål som bildar portar som sträcker sig genom platt-paketet. Värmeväxlarplattorna innefattar en yttersta värmeväx-larplatta vid en sida av plattpaketet och en yttersta värmeväx-larplatta vid en motsatt sida av plattpaketet. Två av plattmellan-rummen i plattpaketet bildar var sitt yttersta plattmellanrum vidvar sin sida av plattpaketet, vilka begränsas utåt av var sin avde yttersta värmeväxlarplattorna. Förstärkningsplattan är anord-nad bredvid och utanför en av de yttersta värmeväxlarplattorna, SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att undanröja ovannämnda nackdelar och åstadkomma en plattvärmeväxlare meden hög hållfasthet. Vidare eftersträvas en plattvärmeväxlare somkan tillverkas till låga kostnader. I synnerhet eftersträvas enpermanent förbunden plattvärmeväxlare med en hög hållfasthet.

Detta ändamål uppnås med den inledningsvis angivna plattvär-meväxlaren som kännetecknas av att förstärkningsplattan har etthuvudområde, som utbreder sig parallellt med utbredningsplanetoch innefattar ett förstärkningsmönster, vilket är anordnat i när-heten av de två portarna och innefattar åtminstone en fördjup-ning som sträcker sig utåt från plattpaketet. En sådan förstärk-ningsplatta med ett förstärkningsmönster kan göras tunnare änen fullständigt plan platta och samtidigt motstå de krafter somverkar på plattpaketet. I synnerhet kan ett sådant förstärknings-mönster motverka den kraft som på grund av ett högt tryck hosnågot av medierna strävar efter att deformera värmeväxlarplatt-orna utåt. Med fördel sträcker sig fördjupningen i ett plan som ärvinkelrätt mot denna kraft som strävar efter att deformera vär-meväxlarplattorna utåt. Fördjupningen eller fördjupningarna kanåstadkommas i samband med att förstärkningsplattan pressas.

Enligt en utföringsform är nämnda fördjupning långsträckt sedd ien normalriktning till utbredningsplanet, dvs. fördjupningen ärlängre än bred. På så vis kan fördjupningen erhålla en avsevärdlängd i nämnda plan som är vinkelrätt mot denna kraft som strä-var efter att deformera värmeväxlarplattorna utåt.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är plattvärmeväxlarnapermanent förbundna med varandra. Företrädesvis är plattornapermanent förbundna med varandra genom smältning av metal-liskt material, såsom genom lödning och/eller svetsning. Det skanoteras att plattorna också kan vara limmade med varandra. Detska också noteras att uppfinningen även är tillämplig på pack-ningsförsedda plattvärmeväxlare där värmeväxlarplattorna pres-sas mot varandra med lämpliga spännorgan, såsom spännbultar.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är förstärk-ningsmönstret utformat att samverka med ett pressmönster hosden yttersta värmeväxlarplattan som är anordnad bredvid för-stärkningsplattan på så sätt att förstärkningsplattan är positione-rad i en definierad position i förhållande till den yttersta värme-växlarplattan. På så sätt förenklas tillverkningen av plattvärme- växlaren eftersom förstärkningsplattan inte måste fästas vid denyttersta värmeväxlarplattan, exempelvis genom svetsning, föresammanlödning av plattvärmeväxlaren. Tack vare den definiera-de positionen kan förstärkningsplattan låsas i den önskade po-sitionen i förhållande till den yttersta värmeväxlarplattan ochplattpaketet.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen har fördjup-ningen en väsentligen rak utsträckning. Denna raka utsträckningkan såsom indikerades ovan sträcka sig parallellt med ett plansom är vinkelrätt mot den kraft som strävar efter att deformeravärmeväxlarplattorna. Detta plan är vinkelrätt, eller väsentligenvinkelrätt mot utbredningsplanet.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen sträcker sigmellan nämnda två portar. Speciellt mellan portarna uppträderkrafter som verkar utåt från plattpaketet i en normalriktning medavseende på utbredningsplanet. Fördjupningar i detta områdekan på ett effektivt sätt motverka sådana krafter.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattar för-stärkningsmönstret flera fördjupningar som sträcker sig utåt frånvärmeväxlarplattorna. Med fördel har åtminstone en av fördjup-ningarna en väsentligen rak utsträckning. Alla eller flera av för-djupningarna kan med fördel vara väsentligen raka och sträckasig väsentligen parallellt med varandra. Vidare kan åtminstoneen av fördjupningarna sträcka sig mellan nämnda två portar.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen har huvudom-rådet en väsentligen plan utbredning, varvid förstärkningsmönst-ret sträcker sig utåt från den plana utbredningen.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen har huvudom-rådet en area som åtminstone utgör en större del av förstärk-ningsplattans area. Förstärkningsplattans area kan vara någotmindre än arean hos värmeväxlarplattorna.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattar för-stärkningsplattan åtminstone två porthål, vilka är koncentriskamed varsin port av nämnda två portar. Således kan förstärk-ningsplattans porthål bilda en del av plattvärmeväxlarens portar.Det ska också noteras att förstärkningsplattan kan vara hel, dvs.inte innefatta några porthål då inloppet och/eller utloppet förifrågavarande portar kan vara beläget på den sida hos plattpa-ketet som är vänd från förstärkningsplattan.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattar för-stärkningsplattan två förstärkningsmönster, som är anordnade inärheten av varsitt par av portar och som vart och ett innefattaråtminstone en fördjupning som sträcker sig utåt från värmeväx-larplattorna. Därvid kan förstärkningsplattan innefatta åtminsto-ne fyra porthål, vilka är koncentriska med varsin port av portar-na hos plattpaketet.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattarvarje värmeväxlarplatta ett värmeväxlarområde och ett yttrekantområde som sträcker sig runt värmeväxlarområdet, varvidförstärkningsplattan har en sådan storlek att den ryms innanfördet yttre kantområdet. Det yttre kantområdet kan innefatta enruntomgående flank som sträcker sig utåt från utbredningspla-net. Enligt denna utföringsform är förstärkningsplattans areasåledes mindre än värmeväxlarplattornas area och förstärk-ningsplattan kan då med fördel vara väsentligen plan i den me-ningen att den inte innefattar någon flank som innefattas avvärmeväxlarplattorna. Det ska emellertid noteras att förstärk-ningsplattan kan ha i princip samma area som värmeväxlarplatt-orna och vara försedd med en runtomgående flank på sammasätt som värmeväxlarplattorna.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innefattarplattorna en ytterligare förstärkningsplatta som är anordnadutanför den andra av de yttersta värmeväxlarplattorna, varvidden ytterligare förstärkningsplattan har ett huvudområde, somutbreder sig parallellt med utbredningsplanet och innefattar ettförstärkningsmönster, vilket är anordnat i närheten av två av portarna och innefattar åtminstone en fördjupning som sträckersig utåt från värmeväxlarplattorna. Således kan plattpaketet påbåda sidor innefatta en förstärkningsplatta för förstärkning avområdet kring portarna. Den ytterligare förstärkningsplattan kanha i princip samma utformning som den ovan beskrivna förstärk-ningsplattan.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNAFöreliggande uppfinning skall nu förklaras närmare med hjälp av en beskrivning av olika utföringsformer och med hänvisning tillbifogade ritningar.

Fig. 1 visar en sidovy av en plattvärmeväxlare enligt en för-sta utföringsform av uppfinningen.

Fig. 2 visar en vy framifrån av plattvärmeväxlaren i Fig. 1.

Fig. 3 visar en vy framifrån av plattvärmeväxlaren i Fig. 1.

Fig. 4 visar ett snitt längs linjen lV-lV i Fig. 2.

Fig. 5 visar ett vy framifrån av en värmeväxlarplatta hosplattvärmeväxlaren i Fig. 1.

Fig. 6 visar en sidovy av en plattvärmeväxlare enligt enandra utföringsform av uppfinningen.

Fig. 7 visar en vy framifrån av plattvärmeväxlaren i Fig. 6.

Fig. 8 visar en vy framifrån av plattvärmeväxlaren i Fig. 6.

Fig. 9 visar en sidovy av en plattvärmeväxlare enligt entredje utföringsform av uppfinningen.

Fig. 10 visar en vy framifrån av plattvärmeväxlaren i Fig. 9.

Fig. 11 visar en vy framifrån av plattvärmeväxlaren i Fig. 9.

DETALJERAD BESKRIVNING AV OLIKA UTFÖRINGSFORMERAV UPPFINNINGEN Fig. 1-4 visar en första utföringsform av en plattvärmeväxlareenligt uppfinningen. Plattvärmeväxlaren innefattar ett flertalplattor som var och en utbreder sig väsentligen parallellt med etthuvudsakligt utbredningsplan p. Plattorna innefattar i den förstautföringsformen ett flertal värmeväxlarplattor 1 och åtminstoneen förstärkningsplatta 2. l den första utföringsformen innefattarplattvärmeväxlaren fyra förstärkningsplattor 2. Dessutom inne- fattar plattorna en stativplatta 3 och en tryckplatta 4, vilka äranordnade på var sin sida om värmeväxlarplattorna 1. Värme-växlarplattorna 1 bildar ett plattpaket med första plattmellanrum5 för ett första medium och andra mellanrum 6 för ett andra me-dium. Plattmellanrummen 5, 6 är anordnade i en omväxlandeordning på så sätt att vart annat plattmellanrum är ett förstaplattmellanrum 5 och de övriga plattmellanrummen är andraplattmellanrum 6, se Fig. 4.

Varje värmeväxlarplatta 1, se Fig. 5, innefattar fyra porthål 7som bildar portar 8 som sträcker sig genom plattpaketet och bil-dar inlopp och utlopp för de två medierna till de första plattmel-lanrummen 5 respektive de andra plattmellanrummen 6. lnlop-pen och utloppen är anslutna till schematiskt visade inlopps- ochutloppsrör 9. Varje värmeväxlarplatta 1 innefattar ett inre vär-meväxlarområde 10 och ett yttre kantområde 11 som sträckersig runt värmeväxlarområdet 10. Det yttre kantområdet 11 inne-fattar eller bildar en runtomgående flank som sträcker sig utåtfrån utbredningsplanet p. Även stativplattan 3 och tryckplattan 4har ett sådant yttre kantområde 11 som innefattar eller bildar enflank som sträcker sig utåt från utbredningsplanet p. I den förstautföringsformen har varje förstärkningsplatta 2 en sådan storlekatt de ryms innanför det yttre kantområdet 11.

Vidare har varje värmeväxlarplatta 1, på i sig känt sätt, ettpressmönster 13, se Fig. 5, i form av åtminstone en korrugeringav åsar och dalar på värmeväxlarområdet 10. Det pressmönster13 som visas iFig. 5 är endast schematiskt och ett exempel påett sådant mönster. Det ska noteras att värmeväxlarplattorna 1kan ha pressmönster 13 av en mängd olika utformningar.

Värmeväxlarplattorna 1 innefattar en yttersta värmeväxlarplatta1' vid en sida av plattpaketet och en yttersta värmeväxlarplatta1" vid en motsatt sida av plattpaketet. Vidare bildar värmeväx-larplattorna 1, 1', 1" två yttersta plattmellanrum (hänvisnings-beteckning 6 i Fig 4) vid var sin sida av plattpaketet. De två yt-tersta plattmellanrummen begränsas utåt av den yttersta värme- växlarplattan 1' respektive den yttersta värmeväxlarplattan 1".Förstärkningsplattorna 2 är anordnade utanför en av de ytterstavärmeväxlarplattorna 1' respektive 1".

I den första utföringsformen är stativplattan 3 anordnad omedel-bart utanför den yttersta värmeväxlarplattan 1' och tryckplattan4 är anordnad omedelbart utanför den yttersta värmeväxlarplat-tan 1". Stativplattan 3 och tryckplattan 4 har i den fösta utfö-ringsformen ingen termisk funktion, dvs. inget av medierna ledsmellan den yttersta värmeväxlarplattan 1' och stativplattan 3 el-ler mellan den yttersta värmeväxlarplattan 1" och tryckplattan 4.Stativplattan 3 och tryckplattan 4 kan vara väsentligen plana,dvs. sakna det pressmönster 13 som finns på värmeväxlarplatt-orna 1.

Alla plattorna, dvs förstärkningsplattorna 2, stativplattan 3, vär-meväxlarplattorna 1, 1', 1" och tryckplattan 4. är permanent för-bundna med varandra, företrädesvis genom smältning av metal-liskt material, såsom lödning, svetsning eller en kombination avlödning och svetsning. Även inlopps- och utloppsrören 9 kanvara lödda vid plattorna och närmare bestämt vid förstärknings-plattorna 2. Plattorna kan också vara permanent förbundna medvarandra genom limning. Det skall noteras att plattorna ocksåkan vara förbundna med varandra medelst en lösbar förbind-ning, varvid plattorna kan pressas mot varandra med hjälp avspännbuhan I den första utföringsformen är förstärkningsplattorna 2 anord-nade omedelbart utanför stativplattan 3 respektive omedelbartutanför tryckplattan 4. Varje förstärkningsplatta 2 har ett huvud-område 20 som utbreder sig parallellt med utbredningsplanet p.Huvudområdet 20 innefattar ett förstärkningsmönster 21, vilketär anordnat i närheten av två av portarna 8 och innefattar åtmin-stone en, i den första utföringsformen fyra, långsträckta fördjup-ningar 22 som sträcker sig utåt från plattpaketet, se Fig. 4 somvisar fördjupningarnas 22 tvärsnittsform schematiskt. l verklig-heten kan tvärsnittsformen vara mjukare och exempelvis närma sig en halvcirkulär form. Förstärkningsmönstret 21 kan med för-del åstadkommas i samband med pressningen av förstärknings-plattorna 2. Förstärkningsplattorna 2 som är anordnade bredvidstativplattan 3 innefattar två porthål som är koncentriska medvar sin port 8. Förstärkningsplattorna 2 som är anordnade bred-vid tryckplattan 4, se Fig. 4, är hel, dvs. innefattar inga porthål.

De skall noteras att fördjupningarna inte nödvändigtvis måstevara långsträckta utan kan ha en väsentligen cirkulär eller kva-dratisk form sedda i utbredningsplanets p normalriktning. Detväsentliga är att fördjupningarna 22 har en viss utbredning i ettplan som är vinkelrätt mot denna kraft som strävar efter att de-formera värmeväxlarplattorna 1, 1', 1" utåt. Fördjupningarna 22har i den första utföringsformen en långsträckt, väsentligen rakutsträckning, med en väsentligt större längd än bredd seddaovan nämnda normalriktning. Vidare sträcker sig de långsträcktafördjupningarna 22 väsentligen parallellt med varandra. Åtmin-stone tre av de långsträckta fördjupningarna 22 sträcker sigmellan två av portarna 8 i den första utföringsformen. Det skallnoteras att en eller flera av de långsträckta fördjupningarna 22kan ha en utsträckning som avviker från den visade raka for-men. Exempelvis kan en eller flera av de långsträckta fördjup-ningarna 22 vara mjukt krökta eller vinklade i två eller flera av-snitt.

Under drift uppstår i plattvärmeväxlarens inre uppstår ett trycksom strävar efter att pressa plattpaketet utåt, i synnerhet de ytt-re värmeväxlarplattorna 1, 1', 1"”. Genom de långsträckta för-djupningarna 22 förhindras eller reduceras en sådan utböjningeftersom de långsträckta fördjupningarna 22 sträcker sig längsett plan som är vinkelrätt mot, som är väsentligen vinkelrätt moteller som sträcker sig med en relativt stor vinkel mot den utböj-ning som den inre kraften strävar efter att åstadkomma.

Förstärkningsmönstret 21 kan vidare med fördel vara utformatatt samverka med en upphöjning och/eller nedtryckning hos ettpressmönster hos den platta som är anordnad närmast förstärk-ningsplattan 2, dvs. i den första utföringsformen stativplattan 3 och tryckplattan 4. Tack vare en sådan samverkan kan förstärk-ningsplattan 2 positioneras i en definierad position i förhållandetill nämnda närmast liggande platta i samband med tillverkning-en av plattvärmeväxlaren. På så vis måste inte förstärknings-plattorna fästas, exempelvis genom punktsvetsning, vid nämndanärmast liggande platta i förväg, dvs. exempelvis innan platt-värmeväxlarens löds samman.

Fig. 6 - 8 visar en andra utföringsform som skiljer sig från denförsta utföringsformen genom att den innefattar två förstärk-ningsplattor 2 istället för fyra förstärkningsplattor 2. Det skallnoteras att i alla utföringsformer har element med väsentligensamma funktion betecknats med samma hänvisningsbeteckning-ar. Förstärkningsplattorna 2 i den andra utföringsformen är stör-re än i den första utföringsformen och sträcker sig över ett om-råde som inkluderar alla fyra portarna 8. Vidare sträcker sig iden andra utföringsformen två av inlopps- och utloppsrören 9från en sida av plattvärmeväxlaren och två av inlopps- och ut-loppsrören 9 från den andra motsatta sidan av plattvärmeväxla-ren. Förstärkningsplattan 2 som är anordnad bredvid stativplat-tan 3 innefattar fyra porthål som är koncentriska med var sinport 8. Förstärkningsplattan 2 som är anordnad bredvid tryck-plattan 4, se Fig. 8, är hel, dvs. innefattar inga porthål.

Fig 9 - 11 visar en tredje utföringsform som skiljer sig från deförsta och andra utföringsformerna genom att den innefattar enförstärkningsplatta 32 som också bildar en stativplatta på ensida av plattpaketet och en förstärkningsplatta 42 som ocksåbildar en tryckplatta på den andra motsatta sidan av plattpake-tet. Förststärkningsplattorna 32, 42 i den tredje utföringsformenär något större än i den andra utföringsformen och innefattaräven var sitt kantområde 11 som bildar en flank som sträcker sigutåt från utbredningsplanet. Förstärkningsplattorna 32 innefattarfyra porthål som är koncentriska med var sin port 8 medan för-stärkningsplattan 42, se Fig. 11, är hel, dvs. innefattar ingaporthål. Vidare har en av de långsträckta fördjupningarna 22 hosvarje förstärkningsmönster 21 i den tredje utföringsformen er-hållit en alternativ utformning med något vinklade ändavsnitt. 11 Uppfinningen är inte begränsad till de ovan beskrivna utförings-formerna utan kan varieras och modifieras inom ramen för deefterföljande patentkraven.