Wärmeaustauscher mit plattenförmigen Austauschelementen Für den Wärmeaustausch zw-ischen zwei Medien mit geringen Absolutdrücken und vor allem. mitt klei nem gegenseitigem Druckunterschied werden oftmals Wärmeaustauscher verwendet, bei denen die Aus tauschfläche statt aus Rohren aus sogenannten Plat ten besteht, das heisst aus handelsüblichem Platten- materiail (Bleche aus Eisen oder Eisenlegierungen und Nichteisenmateriahen sowie nichtmetallisches Mate rial).
Solche Plattenaustauscher werden verwendet für den Wärmedurchgang hauptsächlich zwischen Me dien, welche Wärmeübergangszahlen ungefähr der gleichen Grössenordnung aufweisen, so z. B. zwi schen Gas und Gas oder Flüssigkeiten und Flüssigkei ten, bei, ungefähr atmosphärischem Absolutdruck.
Die P#lattenaustauscher weisen gegenüber den Rip penrohren und vor allem aber auch gegenüber dem Glattrohrbündel sehr niedrige Materialpreise für die Austauschfläche auf. Sie zeichnen sich ferner durch geringe Verarbeitungskosten, aus, so dass sich daraus Wärmeaustauscher geringer Quadratmeterpreise er geben. Bei geschickter Anordnung lassen sich, im übrigen auf verhältnismässig kleinem Volumen sehr grosse Austauschflächen unterbringen.
Das Platten material kann entsprechend den Voraussetzungen aus gesucht werden, welche sich durch die Festigkeits rechnung gegen Überdruck, die Verarbeitungsmög- lichkei#t und die notwendige Korros-ionsbeständigkeit ergeben. Neben der technischen Berechnung treten dabei vor allem konstruktiv und fabrikatorisch ve.r- schiedene Probleme auf, wie Distanzierung, Abdich tung und AusdehnungsmöglIchkeit der Platten.
Die Distanzierung oder Abstützung der Platten oder Austauschflächen gegeneinander ist bedingt durch das Vorhandensein, von kleinen absoluten über- und Unterdrücken der beiden Medien und die gegen seitigen Druckunterschiede derselben.
Durch die<B>Ab-</B> stützung der Austauscheleinente gegeneinander und gegen das Gehäuse soff vor allem der regehnässige Plattenabstand und damit die Durchflussquerschnitte und Geschwindigkeiten der Medien gewährleistet wer den, so dass die berechneten Wärmeübergangszahlen und die Druckverluste in der Praxis auch eingehalten werd'en können.
Der Abstand zwischen, den einzelnen Abstützungselementen richtet sich nach den Anfor derungen für eine minimale Durchbiegung der Aus tauschflächen zwischen den Abstützungselementen. Als Distanzierungs- oder Abstützungselemente d.ienten bisher Profile aller Art, welche zwischen die Platten eingelegt wurden, um eine lineare Distanzierung zu gewährleisten. Diese Profile wurden durch Schweissen, Löten, Nieten, Lehnen oder Kleben mit den Plaften verbunden.
Eine derartige Distanzierung mittels durch gehender Profile bietet zwar strömungs- und reini- ,u <B>-</B> ngstechnische Vorzüge, ist aber infolge des Mate- riaf- und Arbeitsaufwandes bei der Herstellung zu teuer.
Es können aber auch nockenförmige Distan- zierungsmittel zwischen den Platten eingebaut wer den, so dass die Med-len nicht nur im Gleich- oder Gegenstrom, sondern auch im Kreuzstrom zueinan der geführt werden können. Solche zwischen denPlat- ten ein-gebrachte Nocken, können mit den Platten ver schweisst, verlötet, vernietet, verlelmt oder mittels durchgehender Zuganker festgelegt werden.
Diese Lösung des Distanzierungsproblems hat den Nachteil der erschwerten Reinigung der Strömungswege und ist ebenfalls, teuer in bezug auf Material- und Arbeits aufwand. Eine weitere Lösung, die, in bezug auf Ma terialaufwand günstig ist, besteh-t darin" dass man bei Gegen- oder Gleichstrom der Medienführung auf der ganzen Länge der Platten in der Durchflussrichtung Sicken oder bei Kreuzstromführung der Medien nok- kenförmige Einpressungen anbringt,
durch welche eine Distanzierung der Platten gegeneinander erreicht wird. Der Nachteil dieser Lösung besteht indessen im erhöhten Arbeitsaufwand sowie im Bedarf kostspie- ligger Presseinrichtungen. Ausserdem bietet diese Ein richtung Schwierigkeiten bei der Reinigung.
Die Abdichtung der beiden Medien gegenein ander muss absolut dicht sein. Durch gute Abdich tung werden Bypassströmungen vermieden. Bei un genügender Dichtung können durch das überströmen des einen, Mediums höheren Druckes zum andern MediumStörungenderDurchflussgeschwindigkeitender Medien sowie der Wärmeüberganggsverhältnisse ver ursacht werden. Eine unbefriedigende Abdichtung macht sich auch durch die Gasverlusebemerkbar und bedeutet daher bei der Mischung bestimmter Gase direkte Betriebsgefahren.
Bisher wurde die Dichtung zwischen beiden Medien durch Einlegen von End- profi-len, zwischen die Plattenränder erreicht, wobei die Abdichtung durch Verpressen der Profile, mit den Platten-rändern oder durch Verschweissen, Verlöten, Verleimen usw. der Profile mit den, Plattenrändern. erreicht wurde. Die Abdichtung, kann auch durch<B>Ab-</B> kanten und Verbinden der Plattenränder durch Fal zen, Verschweissen, Verlöten, Verleimen usw. erreicht werden.
Bei der Abdichtung des Plattenkörpers nach aussen durch geeignete Dichtungswulste gegen das Gehäuse kann auch die Lösung des Problems einer Ermöglichung der Dilatation des Plattenkörpers ge genüber dem Gehäuse mitberücksichtigt werden. Die Lösung des Dilatationsproblems bestand bisher in der Verwendung einer Stopfbüchsendichtung, welche<B>je</B> nach der temperaturmässigen Betriebsart die Längen veränderungen des Plattenaustauscherblockes unter bestmöglicher Dichtung der Medien zulässt.
Durch die vorliegende Erfindung soll nun ein Wärmeaustauscher mit plattenförmiggen Austausch elementen geschaffen werden, welcher in bezug auf Festigkeiten gegenüber Unter- oder überdrucken, durch geeignete Distanzierung der Platten sowie in bezug auf Dichtheit zwischen den Medien und nach aussen-, bei allen.
Temperaturen und eventuellen Drük- ken unter gleichzeitiger Schaffun 'g einwandfreier Aus dehnungsmöglichkeit des Plattenkörpers gegenüber dem Gehäuse, bei Vermeidung schwer lösbarer Stopf- büchsenprobleme beste Voraussetzungen bietet.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht dass Flachrohre von einer die Druckunterschiede der durchfliessenden Medien, bei minimaler Durchbie- gung ertragenden Breite, mit ihren Längsschmalsei#ten zu plattenförmigen Elementen miteinander verbun den sind, deren Flachseiten Plattenflächen bilden, welche sich angenähert über die ganze Breite des Gehäuses des Wärmeaustauschers erstrecken, wäh rend die stirnseitigen Enden der Austauschelemente durch<B>je</B> -einen Verbindunggskörper zusammengeschlos sen und mit dem Gehäuse hermetisch dichtend ver bunden.
sind, wobei die Dilatation der Au#stauschele- mente kompensierende Mitt#el vorgesehen, sind.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausfüh rungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigen: Fig. <B>1</B> einen Querschnitt durch ein einzelnes Wärmeaus#tauschelement, Fi.g. 2 einen Teillängsschnitt durch eine erste Ausführungsform, des mehrere Austauschelemente enthaltenden Wärmeaustauschers, Fig. <B>3</B> eine schaubildliche Teilansicht eines Ele- mentenbündels gemäss einer zweiten Ausführungs form des Wärmeaustauschers,
Fig. 4 einen Teillängsschnitt durch die zweite Ausführungsform des Wärmeaustauschers, Fig. <B>5</B> die zweite Ausführungsförm des Wärme- austau,schers in horizontaler Anordnung, FinG. <B>6</B> einen Teillängsschnitt durch eine dritte und Fig. <B>7</B> durch eine vierte Ausführungsform des Wärmeaustauschers.
Nach Fig. <B>1</B> besteht ein einzelnes plattenförmiges Element<B>1</B> der Gesamtbreite B eines mehrere Ele mente enthaltenden Wärmeaustauschers, aus einzel nen Flachrohren la, lb, lc usw., die eine Breite<B>b</B> aufweisen und mit ihren Längsschmalseiten aneinan- de,rgefügt und durch Schweissen, Löten, Leimen usw. miteinander verbunden sind.
Der Abstand<B>b</B> zwischen zwei durch die Schmalseiten l' der Flachrohre la, <B><I>1 b,</I></B> le gebildeten Dis#tanzierungen der Austauschfläche eines Elementes ist abhängig von der zulässigen Durchbiegung der Austauschfläche des einzelnen Flachrohres la, lb, lc usw.,
somit vom Druckunter schied und Absolutdruck der durchströmenden Me dien sowie von der Festigkeit des Flachrohrmaterials. Durch die Aneinanderreihung mehrerer Flachrohre zu einem Element erübrigen sich sekundär eingebrachte Distanzierungen innerhalb eines Elementes. Jedes Element ist durch die richtige Wahl der Breite<B>b</B> fähig, in sich ohne weitere Distanzierungsmittel höchst zulässige Drücke aufzunehmen.
Nach Fig. 2 setzt sich ein Wärmeaustauscher aus mehreren Elementen<B>1</B> zusammen, welche innerhalb eines Gehäuses 2 ein Elemenitenbündel bilden, wobei die Distanzierung der einzelnen Elemente<B>1</B> unterein ander und gegenüber dem Gehäuse 2 durch zwei Verbindungsplatten<B>3</B> erreicht wird, welche an beiden stirnseitigen Enden des Elementenbündels ang eordnet und mit Flanschen 2' des Gehäuses 2 hermetisch dichtend verbunden sind.
Die stirnseitigen Enden der Elemente durchsetzen die Verbindungsplatten<B>3</B> in Öffnungen 3a und sind mit den Platten<B>3</B> durch Schweissen, Löten, Kleben, Leimen usw. hermetisch dichtend verbunden. Die durch Dilatation b.-wirkten LängenÜnderungen des Elem-.ntenbünidels werden duirch einen Dil#ata-tionswulst 4desGehäuses wie inFig. <B>5</B> dargestellt kompensiert.
Die Elemente<B>1</B> führen das Medium Mj, während in den Räumen zwischen den Elementen<B>1,</B> dem Elementenbündel und dem Ge häuse 2 das Medium M., im Gleichstrom, Gegenstrom oder Kreuzstrom zirkufiert.
Bei der Ausführungsform nach Fig. <B>3</B> wird die Distanzierung der Elemente<B>1</B> untereinander durch Erweiterungen<B>5</B> der stirnseitigen Enden der Ele mente<B>1</B> -erreicht. Die Elemente liegen mit ihren er weiterten Enden<B>5</B> einander an, wobei zwischen den Elementen Zwischenräume für die Zirkulation des zweiten Mediums M2 gebildet werden. Die einander anliegenden, erweiterten Enden<B>5</B> sind durch Schweiss nähte<B>6</B> oder durch Löten, Leimen usw. fest mitein ander verbunden.
Ein solches Elementenbündel mit durch erweiter ten Enden<B>5</B> voneinander distanzierten Elementen<B>1</B> ist an seinen stirnseitigen Enden<B>je</B> in einen Kragen<B>7</B> ge- fasst, welcher das Bündel umschliessend, mit diesem durch Schweissen, Löten, Leimen usw. verbunden ist. Der Flanschteil des Kragens<B>7</B> greift zwischen die Flansche 2' des Gehäuses 2 ein und ist mit diesen unter Einlage von Dichtungsringen hermetisch dich tend verschraubt.
Das Gehäuse 2 ist, wie Fig. <B>5</B> zeigt, mit einem Dilatationswulst 4 versehen, durch welchen die durch Dilatation bewirkten Längenänderungen des Elementenbündels kompensiert werden.
<B>Die</B> Anordnung eines Dilatationswulstes 4 am Gehäuse ist dann zu wählen, wenn auf dem Gehäuse oder auf den Anschlusskanälen 2a (Fig. 4 und<B>5)</B> keine Kräfte wi.rken und somit eine Wirkungsmöglich keit eines Dilatationswulstes am Gehäuse nicht beein trächtigt ist.
Meist ist jedoch das Gehäuse Träger von Leitungsanschlüssen und bedarf daher einer grossen Stabilität, welche das Anbringen von Dechnungswul- sten nicht zulässt. In diesem Falle, ist es vorzuziehen, den Dilatationswulst 4 in den Kragen<B>7</B> (FinG. <B>6)</B> ein zubauen. Dieser nimmt die durch Dilatation bewirk ten Längenänderungen des Elementenbündels auf und ermöglicht zugleich auch eine hermetische Abdichtung der Strömungswege für das Medium M..
Statt eines Dilatationswulstes kann auch eine Membrane<B>8</B> angewendet werden. Diese wird nach Fig. <B>7</B> durch besondere Ausbildung des Kragens<B>7</B> ge#schaffen. Als Membrane wirkt der stark verbrei terte Flanschteil des Kragens<B>7,</B> welcher nur an sei nem äusseren Rand zwischen den Flanschen 2'des Ge häuses 2 gehalten und gedichtet ist, während der in nere Flanschteil in Aussparungen<B>9</B> der Gehäuse flansche 2' die Dilatatiensbewegungen des Elementen- bündels aufnehmen kann.
Bei dieser Ausführungs form ist auch gezeigt, dass bei vertikaler Anordnung des Wärmeau:stauschers das beträchtliche Gewicht des Elementenbündels durch einen Tragrost<B>10</B> auf genommen werden kann. Dieser ist in den Kragen<B>7</B> eingeführt und mit diesem fest verbunden.
Heat exchangers with plate-shaped exchange elements For the heat exchange between two media with low absolute pressures and above all. With a small mutual pressure difference, heat exchangers are often used in which the exchange surface consists of so-called plates instead of tubes, i.e. of commercially available plate material (sheets made of iron or iron alloys and non-ferrous materials as well as non-metallic material).
Such plate exchangers are used for the heat transfer mainly between media, which heat transfer coefficients have approximately the same order of magnitude, such. B. between rule gas and gas or liquids and liquids th, at, approximately atmospheric absolute pressure.
The plate exchangers have very low material prices for the exchange surface compared to the ribbed tubes and, above all, compared to the smooth tube bundle. They are also characterized by low processing costs, so that they give heat exchangers with lower prices per square meter. With a skilful arrangement, very large exchange surfaces can also be accommodated in a relatively small volume.
The panel material can be selected according to the prerequisites, which result from the strength calculation against overpressure, the processing options and the necessary corrosion resistance. In addition to the technical calculation, there are primarily constructional and manufacturing problems, such as spacing, sealing and the possibility of expansion of the panels.
The spacing or support of the plates or exchange surfaces against one another is due to the presence of small absolute overpressures and underpressures of the two media and the mutual pressure differences of the same.
The <B> support </B> of the exchangeable elements against each other and against the housing ensures above all the rainy plate spacing and thus the flow cross-sections and speeds of the media, so that the calculated heat transfer coefficients and pressure losses are adhered to in practice will be able to.
The distance between the individual support elements depends on the requirements for a minimum deflection of the exchange surfaces between the support elements. So far, all types of profiles have been used as spacing or support elements, which were inserted between the plates in order to ensure linear spacing. These profiles were connected to the panels by welding, soldering, riveting, leaning or gluing.
Such a spacing by means of continuous profiles does offer flow and cleaning advantages, but is too expensive due to the material and labor involved in production.
However, cam-shaped spacers can also be installed between the plates, so that the media can be guided not only in cocurrent or countercurrent, but also in crosscurrent to one another. Such cams introduced between the plates can be welded, soldered, riveted, lapped or fixed by means of continuous tie rods to the plates.
This solution to the distancing problem has the disadvantage of making it more difficult to clean the flow paths and is also expensive in terms of material and labor. Another solution, which is favorable in terms of material expenditure, consists in "creating corrugations along the entire length of the plates in the direction of flow with counterflow or cocurrent flow of the media, or cock-shaped impressions when the media is cross-flow",
by which a distance between the plates is achieved. The disadvantage of this solution, however, is the increased workload and the need for expensive pressing devices. In addition, this one direction offers difficulties in cleaning.
The seal between the two media must be absolutely tight. Good sealing avoids bypass flows. If the seal is inadequate, the flow of higher pressure from one medium to the other can cause disruptions in the flow rates of the media and the heat transfer conditions. An unsatisfactory seal is also noticeable through gas losses and therefore means direct operational hazards when certain gases are mixed.
So far, the seal between the two media has been achieved by inserting end profiles between the panel edges, whereby the seal is achieved by pressing the profiles with the panel edges or by welding, soldering, gluing etc. the profiles with the panel edges. was achieved. The sealing can also be achieved by <B> edging </B> and connecting the board edges by folding, welding, soldering, gluing, etc.
When sealing the plate body to the outside by means of suitable sealing beads against the housing, the solution to the problem of enabling the plate body to dilate with respect to the housing can also be taken into account. The solution to the dilatation problem has so far consisted in the use of a stuffing box seal which, depending on the temperature operating mode, allows the length changes of the plate exchanger block with the best possible sealing of the media.
By the present invention, a heat exchanger with plate-shaped exchange elements is to be created, which in terms of strengths against under- or overpressure, by suitable spacing of the plates and in terms of tightness between the media and to the outside, at all.
Temperatures and possible pressures while at the same time creating a perfect expansion possibility of the plate body in relation to the housing, while avoiding difficult to solve stuffing box problems offers the best conditions.
According to the invention, this is achieved in that flat tubes of a width that can withstand the pressure differences of the media flowing through with minimal deflection are connected to one another with their longitudinal narrow sides to form plate-shaped elements, the flat sides of which form plate surfaces which approximate the entire width the housing of the heat exchanger extend, while the front ends of the exchange elements by <B> each </B> -a connecting body are closed and connected to the housing in a hermetically sealed manner.
are, with the dilation of the exchange elements compensating means are provided.
In the drawing, for example, embodiments of the subject matter of the invention are shown, namely: FIG. 1 shows a cross section through a single heat exchange element, FIG. 2 shows a partial longitudinal section through a first embodiment of the heat exchanger containing several exchange elements, FIG. 3 shows a diagrammatic partial view of a bundle of elements according to a second embodiment of the heat exchanger,
4 shows a partial longitudinal section through the second embodiment of the heat exchanger, FIG. 5 shows the second embodiment of the heat exchanger in a horizontal arrangement, FinG. <B> 6 </B> shows a partial longitudinal section through a third and FIG. <B> 7 </B> through a fourth embodiment of the heat exchanger.
According to FIG. 1, a single plate-shaped element 1 with the total width B of a heat exchanger containing several elements consists of individual flat tubes 1 a, 1 b, 1 c etc. which have a width B> b </B> and with their longitudinal narrow sides are joined to one another, r joined and connected to one another by welding, soldering, gluing, etc.
The distance <B> b </B> between two spacings of the exchange surface of an element formed by the narrow sides l 'of the flat tubes la, <B> <I> 1b, </I> </B> le depends on the permissible deflection of the exchange surface of the individual flat tube la, lb, lc etc.,
thus from the pressure difference and absolute pressure of the media flowing through and from the strength of the flat tube material. By stringing together several flat tubes to form one element, there is no need for secondary spacing within an element. By choosing the right width <B> b </B>, each element is capable of absorbing the highest permissible pressures without further spacing means.
According to Fig. 2, a heat exchanger is composed of several elements <B> 1 </B>, which form a bundle of elements within a housing 2, with the spacing of the individual elements <B> 1 </B> from one another and from the housing 2 is achieved by two connecting plates <B> 3 </B>, which are arranged at both end faces of the element bundle and are connected to flanges 2 'of the housing 2 in a hermetically sealed manner.
The front ends of the elements penetrate the connecting plates <B> 3 </B> in openings 3a and are connected to the plates <B> 3 </B> by welding, soldering, gluing, gluing, etc. in a hermetically sealed manner. The changes in length of the element bundle caused by dilation b. Are made possible by a dilation bead 4 of the housing as shown in FIG. <B> 5 </B> shown compensated.
The elements <B> 1 </B> carry the medium Mj, while in the spaces between the elements <B> 1, </B> the element bundle and the housing 2, the medium M circulates in cocurrent, countercurrent or crosscurrent .
In the embodiment according to FIG. 3, the spacing of the elements <B> 1 </B> from one another by extensions <B> 5 </B> of the front ends of the elements <B> 1 </ B> achieved. The elements lie against one another with their extended ends <B> 5 </B>, spaces being formed between the elements for the circulation of the second medium M2. The adjacent, extended ends <B> 5 </B> are firmly connected to one another by welding seams <B> 6 </B> or by soldering, gluing, etc.
Such an element bundle with elements <B> 1 </B> spaced from one another by extended ends <B> 5 </B> is at its front ends <B> each </B> in a collar <B> 7 </ B > collected, which encloses the bundle and is connected to it by welding, soldering, gluing, etc. The flange part of the collar <B> 7 </B> engages between the flanges 2 'of the housing 2 and is hermetically screwed to them with the insertion of sealing rings.
As shown in FIG. 5, the housing 2 is provided with a dilation bead 4 by means of which the changes in length of the bundle of elements caused by dilation are compensated.
<B> The </B> arrangement of a dilatation bead 4 on the housing is to be selected if no forces act on the housing or on the connection channels 2a (FIGS. 4 and 5) and thus a Effectiveness of a dilation bead on the housing is not impaired.
In most cases, however, the housing is the carrier of line connections and therefore requires great stability, which does not allow the application of bulges. In this case, it is preferable to build the dilation bead 4 into the collar <B> 7 </B> (FinG. <B> 6) </B>. This absorbs the changes in length of the bundle of elements caused by dilation and at the same time enables the flow paths for the medium M to be hermetically sealed.
Instead of a dilation bead, a membrane <B> 8 </B> can also be used. According to FIG. 7, this is created by a special design of the collar <B> 7 </B>. The strongly widened flange part of the collar <B> 7 </B> acts as a membrane, which is only held and sealed at its outer edge between the flanges 2 'of the housing 2, while the inner flange part is held in recesses <B> 9 the housing flange 2 'can accommodate the dilatation movements of the bundle of elements.
In this embodiment, it is also shown that when the heat exchanger is arranged vertically, the considerable weight of the bundle of elements can be absorbed by a support grate. This is inserted into the collar <B> 7 </B> and firmly connected to it.