!HU000007338T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 007 338
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 07 731433 (22) A bejelentés napja: 2007. 05. 10. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20070731433 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 2021720 A1 2007. 11. 22. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 2021720 B1 2009. 09. 23.
(51) Int. Cl.: F28D 9/00 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 07132083 PCT/FR 07/000792
(30) Elsõbbségi adatok: 0604244 2006. 05. 12.
(73) Jogosult: Carbone Lorraine Equipements Genie Chimique, 54530 Pagny Sur Moselle (FR)
FR
(72) Feltaláló: FERNANDEZ, Jean-Noël, 69630 Chaponost (FR)
HU 007 338 T2
(54)
(74) Képviselõ: Erdély Péter, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Hõcserélõ hegesztett hõcserélõ lapokkal
A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 3 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 007 338 T2
A jelen találmány tárgya hõcserélõ, hegesztett hõcserélõ lapokkal, egy elsõ folyékony közeg és egy második folyékony közeg közötti hõcseréhez. A jelen bejelentés feltalálójának EP 0639258 B1 számú szabadalmából ismeretes olyan hõcserélõ, amely hegesztett hõcserélõ lapokból álló, HEATEX néven védett márkanevû kompakt szerkezet. Ez két szemben fekvõ oldalukon páronként összehegesztett, elõzetesen hidegen alakított lemezekbõl áll, amelyek kötegelt modulelemeket alkotnak külön körökkel egy elsõ folyékony közeg és egy második folyékony közeg számára. Az egymásra helyezett hegesztett lemezek minden irányból lényegében parallelepipedon alakú hõcserélõ blokkot alkotnak, amelyet a hõcserélõ keretéhez tartozó négy oszlop tart. A hõcserélõ lemezek nyitott végei két szemben fekvõ és a lemezekre merõleges összekötõ fal nyílásaihoz vannak hegesztve. A hõcserélõt négy oldalsó, a hõcserélõ keretéhez tartozó négy oszlophoz vannak csavarozva, és karbantartáskor könnyen leszerelhetõk. Az EP 0639258 B1 számú szabadalom szerinti megoldás megszünteti a lemezekbõl álló hõcserélõ blokk és a keret közötti hõtágulás különbség hatását azáltal, hogy az összekötõ falaknál szögben hajló csúszófelületek vannak kialakítva, amelyek részben körülveszik az oszlopokat és lehetõvé teszik az elemek közötti viszonylagos elmozdulást. Ez a kialakítás biztosítja az EP 0639258 B1 számú szabadalom szerinti megoldás elõnyeit a hõigénybevétel során, a hagyományosan hegesztett lemezekbõl készített hõcserélõkhöz, például az EP 0165179 A vagy az EP 0186592 A számú szabadalmi leírásokban ismertetettekhez képest. Mindazonáltal az EP 0639258 B1 számú szabadalom szerinti, hegesztett hõcserélõ lapokkal kialakított hõcserélõvel kapcsolatban is merülnek fel megoldandó problémák jelentõs termomechanikai igénybevétel esetén. Nevezetesen, amikor a hõcserélõ felveszi az üzemi hõmérsékletet, a mûködés során kialakuló hõmérséklet-gradiens függvényében a hõcserélõ lapok hosszirányban dilatálnak, merõlegesen a végeiknél csatlakozó összekötõ falak síkjára. A hõtágulásból így adódó igénybevétel az F/S képlettel számítható, ahol F a dilatációs erõ, S pedig az igénybevételt felvevõ hegesztési varrat keresztmetszete. Ha a dilatáció jelentõs, az igénybevétel is nagy, és a modulelemek közötti hegesztett kötéseknél törést eredményezhet, különösen a hõcserélõ lemezek és az összekötõ falak közötti varratoknál. Nyilvánvaló tehát, hogy az ilyen nagy igénybevételeket el kell kerülni, illetve mértéküket csökkenteni kell annyira, hogy a töréshatár alá kerüljenek. Ez vagy a dilatációs erõ csökkentésével, és/vagy a varratterület növelésével érhetõ el. A jelen találmánnyal ezért az a célunk, hogy az EP 0639258 B1 számú szabadalom szerinti hegesztett hõcserélõt úgy fejlesszük tovább, hogy jobban viselje a hõterhelést, nevezetesen elkerülhetõk legyenek a hõtágulások okozta igénybevétel következtében fellépõ törések.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
A kitûzött feladatot a találmány szerint olyan hõcserélõvel oldottuk meg, amely hegesztett hõcserélõ lapokat tartalmaz, amelyek két szemben fekvõ oldalukon páronként összehegesztett, elõzetesen hidegen alakított lemezekbõl állnak, és kötegelt modulelemeket alkotnak külön körökkel egy elsõ folyékony közeg és egy második folyékony közeg számára, ahol az egymásra helyezett hõcserélõ lemezek végei két szemben fekvõ és a lemezekre merõleges összekötõ fal nyílásaihoz hegesztett lemezek minden irányból parallelepipedon alakú hõcserélõ blokkot alkotnak, amelyet a hõcserélõ keretéhez tartozó négy oszlop tart, ahol a találmány szerint az egyes modulelemeket alkotó hidegen alakított lemezek széleiknél meghatározott hosszon síkban egymásra vannak szorítva, és ezen belül egy, a mechanikai szilárdságot biztosító elsõ hegesztési varrattal vannak összekötve, külsõ széleiknél pedig egy második hegesztési varrat van kialakítva, a tömítettség biztosítására. Ennek megfelelõen a jelen találmány szerint a két lemez szokásos „szél a szélhez” történõ illesztése helyett egy olyan „lágy” illesztést alkalmazunk, ahol a lemezek széleiknél legalább 15 mm hosszon vannak síkban egymásra szorítva, és így hely képzõdik egy kettõs hegesztett kötés kialakításához. Az elsõ hegesztési varrat ponthegesztéssel, lézeres hegesztéssel vagy tárcsaelektródával létrehozott varrat, amely a mechanikai szilárdságot biztosítja. A második hegesztési varrat „TIG” vagy plazmahegesztéssel létrehozott varrat, amely viszont a tömítettség biztosítására szolgál. Az így kialakított komplex kötés keresztmetszete a hagyományosnál jóval nagyobb, és ennek megfelelõen erõsebb kötést biztosít. A találmány egy célszerû kiviteli alakjánál a hõcserélõ keretéhez tartozó mindegyik oszlop, illetve saroktartó rendelkezik egy letört belsõ éllel, és a szomszédos összekötõ fal ennél a letört belsõ élnél van az oszlophoz, illetve saroktartóhoz csatlakoztatva. Így tehát amikor a lemezek dilatálnak, együtt tudnak mozogni az összekötõ falakkal, ami további deformációra ad lehetõséget az oszlopok, illetve saroktartók közötti szabad tér kihasználásával. A találmány egy másik célszerû kiviteli alakjánál mindegyik összekötõ fal két oldalánál harang alakú alakzatokon keresztül van összekötve az oszlopokhoz, illetve saroktartókhoz a letört belsõ éleknél, és az összekötõ falak szemben fekvõ, harang alakú alakzatai együttesen szinuszhullám alakúak, ami lehetõvé teszi, hogy dilatáció jöjjön létre a hõcserélõ lemezek hosszirányára merõleges irányban is. Könnyen belátható, hogy az oszlopoknál, illetve saroktartóknál kialakított alakzatok szabad teret biztosítanak nem csupán az összekapcsolt lemezek kihajlására, hanem a harang alakú alakzatok elhelyezésére és deformációjára is. A találmány szerinti, hegesztett hõcserélõ további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével mutatjuk be. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti hõcserélõ összeállításának részleges, vázlatos nézete, a
1
HU 007 338 T2
2. ábra egy hagyományos hõcserélõ összehegesztett lemezeinek vázlatos metszete, a 3. ábra a találmány szerinti hõcserélõ összehegesztett lemezeinek vázlatos metszete, a 4. ábra egy hagyományos hõcserélõ egy szegmensében mutatja egy összekötõ fal és egy oszlop, illetve saroktartó kapcsolatát, az 5. ábra a találmány szerinti hõcserélõ egy szegmensében mutatja egy összekötõ fal és egy oszlop, illetve saroktartó kapcsolatát, a 6. ábra a találmány szerinti hõcserélõ egy vízszintes metszete és a 7. ábra a 6. ábrán bemutatott hõcserélõ egy részletének perspektivikus rajza. Az 1. ábrán látható hõcserélõ lemezekbõl hegesztett, lényegében négyszögletes, illetve négyzetes alakú 2 modulelemekbõl áll, amelyek két, a 2 modulelemekre merõleges, négyszögletes 3 összekötõ fal közé vannak kötegelve. A 2 modulelemek hosszúkás kialakításúak és végeiknél a 3 összekötõ falak 4 nyílásaihoz vannak hegesztéssel rögzítve. A 3 összekötõ falak hosszabbik oldalai (jelen esetben a függõleges oldalak) négy 5 oszlophoz, illetve saroktartóhoz vannak rögzítve. Az 5 oszlopok, illetve saroktartók alul és felül alsó kereszttartókkal és felsõ kereszttartókkal (ezek az 1. ábrán nem láthatók) vannak összekötve, és így alkotnak komplett, parallelepipedon alakú keretet. A keret oldalait a rajzon nem látható ajtók zárják le, belsejében pedig a kötegelt 2 modulelemek alkotnak egy hõcserélõ blokkot, ami ugyancsak parallelepipedon alakú. A hõcserélõ blokkban két önálló folyadékkör van kialakítva, az elsõ a 2 modulelemeken belül, a második pedig a 2 modulelemek közötti szabad térben. Az így kialakított folyadékkörökhöz bevezetõcsõ és kivezetõcsõ tartozik. Az ilyen típusú hõcserélõk további részletei megtalálhatók a már hivatkozott EP 0639258 B1 számú szabadalomban. A 2. és 3. ábrán 2 modulelemek szerkezete látható: elõzetesen hidegen alakított 6 és 7 lemezek vannak két szélükön összehegesztve. A 2. ábrán a jelenlegi megoldás szerint történõ kialakítást mutatjuk, ahol a 6 és 7 lemezek egyik oldala látható (a másik oldal kialakítása ugyanilyen). A 6 és 7 lemezek szélei 45 fokban egymás felé vannak hajlítva, és egyetlen hosszirányú TIG típusú hegesztéssel vannak összekötve, teljes hosszuk mentén. Ha egy 2 modulelem egyik oldalát tekintjük, az összekötõ falhoz hegesztett végénél, akkor a bemutatott kiviteli példa esetében (amikor a lemez vastagsága 1,5 mm) a hegesztett tartomány 2×2,8 mm×1,5 mm, vagyis 8,4 mm2, és ebben a hegesztett kötésben az igénybevétel a hosszirányú 8 varratnál koncentrálódik. A 3. ábrán a találmány szerinti megoldás kialakítását mutatjuk, ahol az egyik 6 lemez sík a 2 modulelem szélénél, míg a másik 7 lemez szélén egy alakos szakasz van kialakítva oly módon, hogy egy elsõ, például 45 fokos 9 hajlítás és egy második, például 45 fokos
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
2
10 hajlítás után egy L szélességû sík 11 oldalsó csík alakul ki, amely lényegében párhuzamos a 7 lemez síkjával. Ennél a 11 oldalsó csíknál a 7 lemez hozzáilleszthetõ a 6 lemez széléhez, a és L szélességben két 6 és 7 lemez összeköthetõ. A kötés egyik eleme egy 12 elsõ hegesztési varrat, amely lehet ponthegesztéssel, lézeres hegesztéssel vagy tárcsaelektródával létrehozott varrat, amely a mechanikai szilárdságot biztosítja A 6 és 7 lemezek összekötésének második eleme a lemezek külsõ éle mentén haladó 13 egy második hegesztési varrat, amely a tömítettség biztosítására szolgál és célszerûen „TIG” hegesztéssel létrehozott varrat. Célszerû, ha a 2 modulelem szélein a 6 és 7 lemezek síkban történõ átfedésének L szélessége legalább 15 mm. Amennyiben az L szélesség értéke pontosan 15 mm és minden egyéb paraméter változatlan, a találmány szerinti kialakításnál egy 2 modulelem egyik oldalát tekintve az összekötõ falhoz hegesztett végénél, akkor a hegesztett tartomány mérete: [(2×15)+5,6+4]×1,5, vagyis 59,4 mm a 8,4 mm helyett, amit a hagyományos megoldásnál számoltunk. A hegesztési tartomány mechanikai ellenállása tehát a találmány szerint több, mint hétszerese a hagyományos megoldásénak, vagyis másképpen kifejezve több, mint 600%. A 4. ábrán a jelenlegi megoldás szerint kialakított hõcserélõ egy szegmensének vízszintes metszete látható, ahol egy 2 modulelem és egy 3 összekötõ fal kapcsolódása látható egy, a keret egy részét képezõ 5 oszlophoz, illetve saroktartóhoz. A 4. ábrán jól látszik, hogy a 3 összekötõ fal egy szögletes keresztmetszetû képezõ 5 oszlophoz, illetve saroktartóhoz van csatlakoztatva. Ebben az esetben a hõcserélõ lemezek F nyíl irányába mutató dilatációját a P1 és P2 pontok közötti merev kapcsolat kell felvegye. Az 5. ábrán a találmány szerinti megoldás kialakítását mutatjuk, ahol az 5 oszlop, illetve saroktartó belsõ oldalán egy letörés van kialakítva. A 16 letörés az 5 oszlop, illetve saroktartó szomszédos 14 és 15 oldalai között van kialakítva 45 fokos szögben, szélessége pedig legalább 10 mm, és egy háromszög alakú 17 teret szabadít fel. Így amikor a 2 modulelem dilatációja lép fel az F nyíl irányában, a 3 összekötõ fal a 17 szabad tér kihasználásával el tud hajlani, mivel az egyik P1 merev kapcsolat megszûnt. Ekkor a fellépõ igénybevételt a 3 összekötõ fal kihajlása elnyeli. Az 5. ábrán az is látható, hogy a 3 összekötõ fal úgy van az 5 oszlophoz, illetve saroktartóhoz csatlakoztatva, hogy oldalt két, egymáshoz képest fordított helyzetben lévõ harang alakú 18 és 19 alakzat van kialakítva oly módon, hogy vízszintes metszetben együtt egy szinuszhullámot formálnak. Ez a kialakítás járulékos flexibilitást eredményez, amely adott esetben segít a hõcserélõ blokk dilatációját kiegyenlíteni az F erõre merõleges irányban. A 6. és 7. ábrán a találmány szerinti konstrukció olyan további részleteit mutatjuk, amelyek segítségével
1
HU 007 338 T2
járulékos dilatációkiegyenlítõ hatás érhetõ el a hõcserélõ blokk aljánál és tetejénél. A keret alsó 20 kereszttartójánál a 3 összekötõ falak alul egy olyan 21 szakasszal vannak ellátva, amelyen nincsenek 4 nyílások, és amely vízszintesen a 20 kereszttartó fölött, arra van csatlakoztatva. A 21 szakasz hosszirányú 22 hajlítással van ellátva, ami alkalmassá teszi a dilatáció felvételére ezen a helyen. A hõcserélõ felsõ része is hasonlóan lehet kialakítva. Nyilvánvaló, hogy a fentiekben leírt hõcserélõ számtalan módon megvalósítható különbözõ lemezkialakításokkal: a lemezeken lehetnek kiugrások, bemélyedések, sajtolt párhuzamos bordák vagy csatornák, vagy lehetnek sima lemezek visszahajlított végekkel, amelyek mind önmagukban ismert kialakítások. A lemezek lehetnek szimpla lemezek, például rozsdamentes acél lemezek. Különleges esetben alkalmazhatók úgynevezett szendvicslemezek, amelyek egyik rétege lehet a megfelelõ szilárdságot biztosító vastagságú rozsdamentes acél hordozóréteg, másik, vékony rétege nemesfém vagy ötvözet, amely tartalmaz nikkelt, cirkóniumot vagy tantált. Megjegyzendõ az is, hogy a találmány szerinti megoldás különösen jól alkalmazható laminált (szendvicsszerkezetû) lemezek esetén. A hagyományos technológiáknál a lemezek széleik mentén történõ összehegesztésekor fennáll annak a veszélye, hogy ferritképzõdés lép fel a fémolvadékban a migráció következtében. Ezzel szemben a találmány szerinti megoldásnál, amit a 3. ábrán szemléltettünk, laminált 6 és 7 lemezek alkalmazásakor, amikor nemesfém réteg borítja a hordozó rozsdamentes acélréteget, elvégezhetõ a hegesztés egyik része úgy, hogy a 12 elsõ hegesztési varrat a rozsdamentes rétegek között biztosítja a kötés szilárdságát, és a második, a tömítettséget biztosító, TIG típusú 13 hegesztési varrat kizárólag a rozsdamentes hordozórétegen túlnyúló nemesfém- vagy ötvözetrétegek között van kialakítva. A találmány szerinti, hegesztett hõcserélõ lapokból álló hõcserélõk az ipar számos területén alkalmazhatók: a vegyiparban, gyógyszeriparban, élelmiszeriparban, fûtõberendezésekben stb. Az elmondottakból következik, hogy a találmány nem korlátozódik a hõcserélõ bemutatott kiviteli alakjaira, a megoldás számos egyéb módon is megvalósítható a csatolt igénypontok által meghatározott oltalmi körön belül. Így például megvalósítható a hõcserélõ: – a legkülönbözõbb alakú és méretû lemezekkel, elõnyösen ezek általában négyszögletesek és hegeszthetõ anyagúak, – a lemezek összekötéséhez bármilyen hegesztési eljárás alkalmazható, akár az elsõ, akár a második hegesztési varratról van szó, a második hegesztési varrat készülhet például plazmahegesztéssel, – módosítható az összekötõ falaknak az 5 oszlopokhoz, illetve saroktartókhoz csatlakoztatása is, nem szükségszerû ezek hegesztéssel történõ közvetlen összekapcsolása, alkalmazhatók közbensõ elemek is, amelyek körülvehetik az oszlo-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
pokat, illetve saroktartókat, kapcsolódhatnak a letörésekhez és az azokkal szomszédos oldalakhoz is, – a hõcserélõk nemcsak függõleges, hanem vízszintes helyzetben is alkalmazhatók, ebben az esetben a „felsõ” és „alsó” jelzõk jelentése megfelelõen módosul.
SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Hõcserélõ, hegesztett hõcserélõ lapokkal, amelyek két szemben fekvõ oldalukon páronként összehegesztett, elõzetesen hidegen alakított lemezekbõl (6, 7) állnak, és kötegelt modulelemeket (2) alkotnak külön körökkel egy elsõ folyékony közeg és egy második folyékony közeg számára, ahol az egymásra helyezett hõcserélõ lemezek (6, 7) végei két szemben fekvõ és a lemezekre merõleges összekötõ fal (3) nyílásaihoz (4) hegesztett lemezek minden irányból parallelepipedon alakú hõcserélõ blokkot alkotnak, amelyet a hõcserélõ keretéhez tartozó négy oszlop, illetve saroktartó (5) tart, azzal jellemezve, hogy az egyes modulelemeket (2) alkotó, hidegen alakított lemezek (6, 7) széleiknél meghatározott hosszon (L) síkban egymásra vannak szorítva, és ezenbelül egy, a mechanikai szilárdságot biztosító elsõ hegesztési varrattal (12) vannak összekötve, külsõ széleiknél pedig egy második hegesztési varrat (13) van kialakítva, a tömítettség biztosítására. 2. Az 1. igénypont szerinti hõcserélõ, hegesztett hõcserélõ lapokkal, azzal jellemezve, hogy a lemezek (6, 7) széleiknél legalább 15 mm hosszon (L) vannak síkban egymásra szorítva. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti hõcserélõ, hegesztett hõcserélõ lapokkal, azzal jellemezve, hogy az elsõ hegesztési varrat (12) ponthegesztéssel, lézeres hegesztéssel vagy tárcsaelektródával létrehozott varrat. 4. Az 1–3. igénypontok bármelyike szerinti hõcserélõ, hegesztett hõcserélõ lapokkal, azzal jellemezve, hogy a második hegesztési varrat (13) „TIG” vagy plazmahegesztéssel létrehozott varrat. 5. Az 1–4. igénypontok bármelyike szerinti hõcserélõ, hegesztett hõcserélõ lapokkal, azzal jellemezve, hogy a hõcserélõ keretéhez tartozó mindegyik oszlop, illetve saroktartó (5) rendelkezik egy letört belsõ éllel (16), és a szomszédos összekötõ fal (3) ennél a letört belsõ élnél (16) van az oszlophoz, illetve saroktartóhoz (5) csatlakoztatva. 6. Az 5. igénypont szerinti hõcserélõ, hegesztett hõcserélõ lapokkal, azzal jellemezve, hogy mindegyik oszlop, illetve saroktartó (5) letört belsõ éle (16) 45°¹os szögben van levágva a szomszédos oldalakból (14, 15), legalább 10 mm hosszban. 7. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti hõcserélõ, hegesztett hõcserélõ lapokkal, azzal jellemezve, hogy mindegyik összekötõ fal (3) két oldalánál harang alakú alakzatokon (18, 19) keresztül van összekötve az oszlopokhoz, illetve saroktartókhoz (5), a letört belsõ éleknél (16).
1
HU 007 338 T2
8. A 7. igénypont szerinti hõcserélõ, hegesztett hõcserélõ lapokkal, azzal jellemezve, hogy az összekötõ falak (3) szemben fekvõ, harang alakú alakzatai (18, 19) együttesen szinuszhullám alakúak. 9. Az 1–8. igénypontok bármelyike szerinti hõcserélõ, hegesztett hõcserélõ lapokkal, azzal jellemezve, hogy a hõcserélõ lemezek (6, 7) olyan szend-
5
5
2
vicsszerkezetek, amelyek egyik rétege rozsdamentes hordozóréteg, másik rétege pedig vékony nemesfém vagy ötvözet, ahol a tömítésre szolgáló második hegesztési varrat (13) kizárólag a rozsdamentes hordozórétegekrõl kinyúló és egymást átlapoló nemesfém- vagy ötvözetrétegek között van kialakítva.
HU 007 338 T2 Int. Cl.: F28D 9/00
6
HU 007 338 T2 Int. Cl.: F28D 9/00
7
HU 007 338 T2 Int. Cl.: F28D 9/00
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest
