SE532345C2 - Värmeväxlarplatta, värmeväxlarkassett och värmeväxlare med packningsspår - Google Patents

Description

25 30 532 345 andra sidan för att förbättra värmeväxlingen till vätskan. Plattorna kommer att bära mot varandra där plattornas mönster möter varandra, vilket kommer att förbättra den mekaniska styvheten hos plattpaketet. Detta är viktigt speciellt när fluiderna har olika tryck. En nackdel med plattor som bär mot varandra är att varje kontaktpunkt kommer att utgöra en flödesstrypning där materialet som ingår i vätskan kan uppfångas och ackumuleras. Det ackumulerade ma- terialet kommer att ytterligare strypa flödet, och orsaka att mera material ac- kumuleras, Detta kommer att i viss mån påminna om uppkomsten av ett flod- delta, där en liten flödesskillnad kommer att avsätta visst material som i sin tur orsakar att mera material avsätts.

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

För att erhålla tillräcklig styvhet när man använder traditionella värmeväxla- replattor för en kontaktlös plattvärmeväxlare, sammanfogas plattorna perma- nent parvis, exempelvis genom svetsning eller lödning. Två plattor bildar på detta sätt en kassett med ett flertal kontaktpunkter mellan plattorna, där kon- taktpunkterna såväl som plattans sarg är hopfogade. Kassetten kommer att vara tillräckligt styv för att hantera vissa skillnader i tryck mellan de två flui- derna, och därigenom möjliggöra den kontaktfria produktpassagen. Eftersom passagen för värmande/kylande fluid kommer att finnas inuti kassetten, är det viktigt att de två plattorna sammanfogas utan läckage. Speciellt om flui- den för värmning/kylning har ett jämförelsevis högt tryck, kommer även små läckage att orsaka problem. Det är sålunda nödvändigt att man åstadkommer en fullständigt lufttät fog omkring kassetten.

En plattvärmeväxlare som har en kontaktfri passage är känd från JP 2001- 272194. Två plattor av samma typ med spår i längdriktningen är i denna värmeväxlare permanent förbundna med varandra för att bilda en kassett, i vilken det är utbildat längsgående passager för värmeväxlarefluiden. Sådana 10 15 20 25 30 532 345 Kassetter staplas med användning av packningar, för att därigenom bilda en kontaktfri produktpassage mellan två kassetter.

En annan värmeväxlare som har en kontaktfri produktpassage finns visad i WO 2006/080874. l den visade värmeväxlaren, används ett korrugerat och undulerande mönster vinkelrätt mot flödesriktningen för att åstadkomma styvhet hos plattorna och även för att förbättra värmeöverföringen mellan de två fluiderna.

Den i WO 2006/080874 beskrivna värmeväxlaren är en s.k. semisvetsad plattvärmeväxlare, d.v.s. en värmeväxlare omfattande ett antal av Kassetter bildade genom parvis hopsvetsning eller hoplödning av värmeväxlareplattor.

Svetssömmen löper normalt utefter kassetternas sidokanter och omkring porthålen. En packning är insatt mellan respektive kassetter och är normalt framställd av ett gummimaterial och placerad i ett spår i värmeväxlareplattan.

En fluid strömmar inuti i kassetterna, och en annan fluid mellan kassetterna.

Flödespassagen inuti kassetterna används för den värmande/kylande fluiden och flödespassagen mellan kassetterna används för den fibrösa fluiden. Se- misvetsade plattvärmeväxlare klarar relativt höga tryck och gör det möjligt att öppna plattpaketet och rengöra utrymmena mellan paren av svetsade vär- meväxlareplattor. De svetsar som ersätter packningarna i vartannat utrymme mellan plattorna omkring värmeväxlareytan hos värmeväxlareplattorna redu- cerar behovet av utbyte av packning och förbättrar säkerheten. Toleranser i platt- och/eller sammanfogningstekniken kan ge upphov till ett icke perfekt resultat eller kan reducera det maximalt tillåtna trycket i kassetten.

Lösningarna kan tänkas fungera för vissa applikationer, men de uppvisar fort- farande vissa nackdelar. Det finns sålunda utrymme för förbättringar. 10 15 20 25 30 532 345 BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med uppfinningen är således att tillhandahålla en förbättrad platta för en plattvärmeväxlare och att tillhandahålla en förbättrad kassett omfattan- de minst en platta enligt uppfinningen. Lösningen på problemet till grund för uppfinningen finns angiven i den kännetecknande delen av kravet 1. Kraven 2-6 innehåller föredragna utföringsformer av plattan. Kravet 7 innehåller en föredragen kassett för en värmeväxlare och kraven 8-12 innehåller föredrag- na utföringsformer av kassetten. Kravet 13 innehåller en föredragen värme- växlare.

Med en platta för användning i en värmeväxlarekassett, där plattan omfattar ett korrugerat mönster som har ett flertal av åsar och dalar, och där plattan omfattar ett spår för en tätande packning som omger en värmeöverföringsyta som kommer att utgöra en del av en kontaktfri fluidkanal när två kassetter omfattande minst en platta vardera placeras intill varandra, uppnås syftet med uppfinningen i det att spåret för den tätande packningen omfattar en basyta med en första, plan sektion och en andra, krökt sektion, där den krök- ta sektionen är vinklad med vinkeln o.

Med denna första utföringsform av plattan för en värmeväxlare, är ett pack- ningsspår för plattan använt för den permanenta hopfogningen av två plattor till en kassett anpassat så att kassettens fog är förbättrad. En lufttät fog är på detta sätt möjlig att erhålla på ett tillförlitligt och kostnadseffektivt sätt. De pro- blem som orsakas av toleranserna i samband med hopfogningsprocessen reduceras eller elimineras, beroende på typen av problem.

Detta är av fördel i det att kassetter som används i värmeväxlare som har kontaktfria kanaler kan tillverkas på ett tillförlitligt och kostnadseffektivt sätt.

Plattan enligt uppfinningen gör det möjligt att erhålla en tillförlitlig hopfogning av två plattor som bildar en kassett, utan att man interfererar med spåret för den tätande packningen. När två kassetter hopmonterade från plattor enligt 10 15 20 25 30 532 345 uppfinningen placeras intill varandra med en tätande packning i packnings- spåret däremellan, skapas en kontaktfri kanal som är tillförlitligt avtätad med den tätande packningen. Detta gör det möjligt att använda existerande tätan- de packningar, eftersom dimensionerna hos packningsspåret blir väsentligen opåverkade av uppfinningen.

I en fördelaktig utföringsform av plattan enligt uppfinningen, ligger längden Iz hos den andra, krökta sektionen i intervallet 10 % till 90 % av längden l1 hos den första, plana sektionen. Längden l; hos den andra, krökta sektionen lig- ger mera föredraget i intervallet 10 % till 40 % av längden li hos den första, plana sektionen. Fördelen med detta är att kontaktytan mellan de två plattor- na som bildar en kassett är tillräckligt stor för att tillförsäkra en tillförlitlig fog mellan plattorna. l en annan föredragen utföringsform av plattan enligt uppfinningen, ligger vinkeln a i intervallet 1 till 20 grader. Vinkeln a ligger hellre föredraget i inter- vallet 3 till 10 grader. Fördelen med detta är att en kavitet bildas i vilken det kan upptas överskott på lödtenn. Detta möjliggör en tillförlitlig fog, eftersom överskottet på lödtenn kommer att kompensera för toleranser i värmeväxla- replattorna. Där plattorna ej är fullständigt plana, erfordras mera lödtenn för fogen, och där plattorna är plana, erfordras mindre lödtenn för fogen. Den skapade kaviteten tillförsäkrar att man får en tillförlitlig fog över den kompletta kassetten och upptar överskott på lödtenn.

I en fördelaktig ytterligare utföringsform av plattan enligt uppfinningen, är den andra, krökta sektionen hos packningsspåret placerad i riktning mot plattans centrum. Fördelen med detta är att hopmonteringen av plattorna till kassetter blir underlättad. l en värmeväxlarekassett enligt uppfinningen, ingår minst en värmeväxlare- platta enligt uppfinningen. Detta är fördelaktigt i det att det är möjligt att erhål- la en lufttät fog på tillförlitligt och kostnadseffektivt sätt. 10 15 20 25 30 532 345 l en fördelaktig ytterligare utföringsform av värmeväxlarekassetten enligt upp- finningen, används två plattor enligt uppfinningen för kassetten. Fördelen med detta är att det är möjligt att erhålla en lufttät fog på tillförlitligt och kost- nadseffektivt sätt. l en fördelaktig ytterligare utföringsform av värmeväxlarekassetten enligt upp- finningen, skapar de krökta sektionerna en kilformad kavitet. Fördelen med detta är att det skapas en mjuk övergångssektion mellan den krökta och den plana sektionen.

I en fördelaktig ytterligare utföringsform av värmeväxlarekassetten enligt upp- finningen, är den kilformade kaviteten belägen i riktning mot kassettens cent- rum. Fördelen med detta är att hopmonteringen av kassetten underlättas. l en fördelaktig ytterligare utföringsform av värmeväxlarekassetten enligt upp- finningen, monteras kassetten medelst en hårdlödningsprocess. Fördelen med detta är att man erhåller en tillförlitlig fog. Till följd av hårdlödning, kom- mer plattorna att utsättas för lägre värmebelastning eftersom den temperatur som nyttjas är relativt låg. Detta kommer att öka antalet av kassetter som uppfyller de erforderliga toleranserna.

I en fördelaktig ytterligare utföringsform av värmeväxlarekassetten enligt upp- finningen, är överskottet på hårdlödningstenn lokaliserat till den kilformade kaviteten. Fördelen med detta är att hopmonteringen av kassetten underlät- tas. l en värmeväxlare enligt uppfinningen, ingår ett flertal värmeväxlarekassetter enligt uppfinningen. Detta är av fördel i det att det tillhandahålls en förbättrad värmeväxlare, i vilken fogarna som sammanfogar kassetterna är tillförlitliga. 10 15 20 25 30 532 345 KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGAR Uppfinningen kommer att beskrivas mera i detalj i det följande, med hänvis- ning till de utföringsformer som har visats på de bifogade ritningarna, där: Fig. 1 visar en frontvy av en kassett enligt uppfinningen, Fig. 2 visar en detalj hos en längsgående utskärning i periferin hos en kas- sett enligt figur 1, Fig. 3 visar en detalj hos packningsspåret i en platta enligt uppfinningen, och Fig. 4 visar en detalj hos en kassett enligt figur 2.

SÄTT FÖR UTÖVANDE AV UPPFINNINGEN De utföringsformer av uppfinningen med vidareutvecklingar därav som kom- mer att beskrivas i det följande skall enbart betraktas som exempel och utgör på inget sätt begränsning av det skyddsomfång som ges av patentkraven.

Figur 1 visar en frontvy av en kassett 1 för användning i en värmeväxlare enligt uppfinningen. Kassetten 1 omfattar två värmeväxlareplattor 2 som är permanent hopfogade. Plattorna har minst fyra porthål som utgör insläpps- och utsläppsportar 4, 5, 6, 7 och en värmeöverföringsyta 8 med åsar 9 och dalar 10. Kassetten 1 tillverkas genom att plattorna sammanfogas med hård- lödning, varvid de två plattorna 2 sammanfogas permanent utefter sin perife- ri, vid det diagonala packningsspåret och kring minst två av portarna 4, 5, 6, 7. Plattorna är företrädesvis även hopfogade i värmeöverföringsytan, där mönstret hos den ena plattan kommer att bära mot mönstret hos den andra plattan. Plattorna kan exempelvis vara hopfogade utefter ett fåtal längsgåen- de linjer som sträcker sig från ena insläpps-/utsläppssidan till den andra in- 10 15 20 25 30 532 345 släpps-/utsläppssidan. Kassetten omfattar därutöver ett packningsspår 3 som sträcker sig kring kassetten och i vilket en tätningspackning kan monteras för att avtäta den kontaktfria passagen när kassetterna är hopmonterade till att bilda en värmeväxlare.

Figur 2 visar en detalj av en längsgående utskärning av periferin hos en kas- sett enligt uppfinningen. En kassett 1 är framställd av två plattor av samma typ 2. Den ena plattan roteras 180° kring en horisontell centrumaxel innan plattorna hopfogas. På detta sätt kommer mönstren att interagera så att mönstret hos den ena plattan bär mot mönstret hos den andra plattan, vilken skapar ett flertal av mellanliggande kontaktpunkter. När samtliga eller åtmin- stone vissa av dessa kontaktpunkter är permanent sammanfogade, fås en styv kassett som kommer att motstå visst övertryck såväl som visst under- tryck. Packningsspåret 3 är en indragning i plattan 2. När den ena plattan roteras för att man skall erhålla en kassett, kommer packningsspåren hos de två plattorna att bara mot varandra. Eftersom plattan är designad att monte- ras på detta sätt, kommer packningsspåren att tillhandahålla hopfognings- ytan för de två plattorna. l de nuvarande värmeväxlarekassetterna, är plattornas hopfogningsytor, d.v.s. basytorna hos packningsspåren, fullständigt plana. En plan yta kan vara av fördel när plattorna skall hopsvetsas eller hoplimmas, men uppvisar vissa nackdelar när kassetterna skall förbindas genom hårdlödning. Innan plattorna placeras på varandra, appliceras ett hårdlödningslod på den ena eller båda av ytorna. Dessa områden uppvärms därefter för att smälta hård- lödningslodet och förbinda plattorna. Beroende på toleranser i plattorna och/eller appliceringen av hårdlödningslodet, kan vissa imperfektioner erhål- las i fogen i vissa punkter. Om plattorna ej är fullständigt plana eller om för mycket eller för lite hårdlödningslod har applicerats på ytan, kan otäta punk- ter uppkomma. 10 15 20 25 30 532 345 I en värmeväxlareplatta enligt uppfinningen, av vilken en detalj visas i figur 3, är basytan hos packningsspåret 3 uppdelad i en första, plan sektion 12 och en andra, bockad sektion 13. Denna första, plana sektionen är väsentligen plan och placerad på utsidan om packningsspåret, på sidan i riktning mot plattans ytterperiferi. Den andra, bockade sektionen är vinklad i riktning uppåt in i packningsspåret med en vinkel oi jämfört med den plana sektionen. Den andra, bockade sektionen är placerad på insidan av packningsspåret, i rikt- ning mot plattans centrum. Den första, plana sektionen omfattar en första ytteryta 14 och den andra, bockade sektionen omfattar en andra ytteryta 15.

Längden l1 hos den första, plana sektionen kan vara längre än längden I; hos den andra, bockade sektionen. Företrädesvis ligger I; i intervallet mellan 10 % och 90 % av I, och hellre föredraget i intervallet mellan 10 % och 40 % av li. Vinkeln oi ligger företrädesvis i intervallet mellan 1 till 20 grader, och mera föredraget i intervallet mellan 3 till 10 grader.

Syftet med det bockade partiet är att skapa en kavitet i vilken hårdlödnings- lod kan appliceras innan de två plattorna monteras till en kassett, och där överskott på hårdlödningslod kan upptas efter att kassetten har hopmonte- rats.

I en kassett enligt uppfinningen, omfattande två plattor med ett packnings- spår enligt uppfinningen, är de två bockade partierna 13 hos plattorna place- rade intill varandra. När två plattor placeras på varandra, erhålls en kilformad kavitet 11 på innersidan av kassettens fog, mellan de två plattorna. En detalj av en kassett finns visad i figur 4.

När kassetten enligt uppfinningen skall tillverkas, appliceras hårdlödningslod på den ena eller båda av de bockade partiernas första ytterytor 15. Plattorna placeras därefter på varandra och värme appliceras på plattan eller på pack- ningsspåret. Hårdlödningslodet smälter av värmen och absorberas från den kilformade kaviteten in i gapet 16 mellan de första ytterytorna 14 medelst ka- pillärkraft. Enbart den mängd av hårdlödningslod som erfordras för att sam- 10 15 20 25 30 532 345 10 manfoga plattorna absorberas på detta sätt i gapet 16. Det finns sålunda ing- en risk för att för mycket hårdlödningslod skapar en otät punkt i fogen. Sam- tidigt, i händelse av att det skulle föreligga ett litet gap mellan två plattor be- roende på toleranser i ptattan, kommer tillräckligt med hårdlödningslod att absorberas in i gapet för att man skall åstadkomma en tät fog. Det finns så- lunda ingen risk för att för lite hårdlödningslod kommer att ge upphov till en otät punkt i fogen.

Ett litet överskott av hårdlödningslod appliceras företrädesvis på de andra ytterytorna 15 hos de bockade partierna 13. Det tillförsäkras på detta sätt att det alltid kommer att finnas en tillräcklig mängd av hårdlödningslod för att man skall erhålla en tät fog. Överskottet på hårdlödningslod, d.v.s. den mängd som ej absorberas in i gapet 16, kommer att kvarstå i den kilformade kaviteten 12. Den exakta mängden av hårdlödningslod som skall appliceras bestäms exempelvis av dimensionerna hos packningsspåret 3, plattans tole- ranser, dimensionerna hos den kilformade kaviteten och toleranserna vid applicering av hårdlödningslodet. Omkring hälften den kilformade kaviteten är företrädesvis fylld med hårdlödningslod när kassetten är hopmonterad.

Packningsspåret för den packningsring som omger insläpps- och utsläpps- öppningarna för kassettens inre fluidpassage är på samma sätt försett med en inre, bockade sektion. Detta packningsspår sammanfogas på samma sätt.

I en ytterligare utföringsform av en kassett, där två olika värmeväxlareplattor används för kassetten, omfattar enbart den ena av plattorna ett packnings- spår med en bockad sektion. Vinkeln d för den bockade sektionen kan i detta fall vara större än i fallet där man använder två plattor med var sin bockad sektion, för att skapa en kilformad kavitet med samma dimension.

Uppfinningen skall e] betraktas som begränsad till de ovan beskrivna utfö- ringsformerna, ett antal av ytterligare varianter och modifikationer är möjliga 532 345 11 inom ramen för de efterföljande patentkraven. Uppfinningen är Iämpad för alla fogar i en värmeväxlarekassett, där det erfordras en lufttät fog. 10 15 532 345 12 HÄNVISNINGSTECKEN 1: Kassett 2: Platta 3: Packningsspår 4: Port 5: Port 6: Port 7: Port 8: Värmetransferyta 9: Ås 10: Dal 11: Kilformad kavitet 12: Plant parti 13: Bockat parti 14: Första ytteryta 15: Andra ytteryta 16: Gap

Claims (2)

10 15 20 25 30 532 345 i' , äjJ PATENTKRAV Platta för användning i en värmeväxlarekassett, där plattan omfattar ett korrugerat mönster som har ett flertal åsar (9) och dalar (10), och där plattan omfattar ett spår (3) för tätande packning som omger en värme- överföringsyta (8) som kommer att utgöra del av en kontaktfri fluidkanal när två Kassetter omfattande två plattor vardera är placerade intill var- andra, k ä n n e t e c k n a d a v att spåret (3) för den tätande pack- ningen omfattar en basyta med en första, plan sektion (12) och en andra, bockad sektion (13), där den bockade sektionen är vinklad med vinkeln or, där vinkeln or ligger i intervallet 1 till 20 grader. Platta enligt krav 1, k ä n n ete c k n a d a v att längden lg hos den andra, bockade sektion (13) ligger i intervallet 10 % till 90 % av längden l1 hos den första, plana sektionen (12). Platta enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att längden lg hos den andra, bockade sektion (13) ligger i intervallet 10 % till 40 % av längden lr hos den första, plana sektionen (12). Platta enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d a v att vin- keln or ligger i intervallet 3 till 10 grader. Platta enligt något av kraven 1 - 4, k ä n n e t e c k n a d a v att den andra, bockade sektionen (13) hos packningsspåret (3) är belägen i riktning mot plattans centrum. Värmeväxlarekassett, omfattande minst en platta enligt något av kraven

1. - 5. 10 15 20 10. 11. 1

2. 532 345 Värmeväxlarekassett enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v att två plattor enligt något av kraven 1 - 4 används för kassetten. Värmeväxlarekassett enligt något av kraven 6 eller 7, k ä n n e t e c k - n a d a v att de bockade sektionerna (13) skapar en kilformad kavitet (11). Värmeväxlarekassett enligt något av kraven 6 - 8, kä n n ete c k - n a d av att den kilformade kaviteten (11) är belägen i riktning mot kassettens centrum. Värmeväxlarekassett enligt något av kraven 6 - 9, k ä n n e t e c k - n a d a v att kassetten är hopmonterad medelst en hårdlödningspro- cess. Värmeväxlarekassett enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d a v att överskott av hårdlödningslod är beläget i den kilformade kaviteten (11). Värmeväxlare omfattande ett flertal av värmeväxlarekassetter enligt något av kraven 6 - 11.