DD243087A1

DD243087A1 - PLATE WATER HEATER WITH A VARIABLE HEAT EXCHANGE AND PROBLEM-FREE SEALING

Info

Publication number: DD243087A1
Application number: DD28333885A
Authority: DD
Inventors: Eberhard Paul
Original assignee: Bitterfeld Chemie
Priority date: 1985-11-28
Filing date: 1985-11-28
Publication date: 1987-02-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwaermetauscher aus uebereinanderbefindlichen Profilblechen, der auf Grund seiner Konstruktion sowohl eine problemlose Abdichtung als auch eine Variation der Waermetauschflaeche und Stroemungsfuehrung z. B. bei schwankenden Betriebsparametern, selbst bei laufendem Betrieb ermoeglicht. Der Waermetauscher ergibt sich aus einem fortlaufenden glatten oder profilierten Blechstreifen, der in Stroemungsrichtung gesehen maeanderfoermig uebereinandergelegt ist, wodurch hermetisch voneinander getrennte Kammern, fuer beide Medien entstehen. Rechts und links wird der Waermetauscher durch Seitenteile (2, 3) begrenzt. Das Medium gelangt an der Stirnseite ueber einen seitlich befindlichen Hauptverteiler (21) in die Kammern (22, 23). In den Hauptverteiler koennen Schieber (27, 28) eingeschoben werden, womit Waermetauschflaeche und Stroemungsfuehrung variierbar sind. Am Waermetauscher sind stirnseitig abnehmbare Deckel (9, 10) angebracht, wodurch eine mechanische Reinigung realisierbar ist. Der Einsatz ist als Waermetauscher, Verdampfer, Kondensator und Rohrreaktor moeglich. Fig. 4The invention relates to a plate heat exchanger from one another profiled metal sheets, which due to its construction, both a problem-free seal and a variation of Waermetauschflaeche and Stroemungsfuehrung z. B. with fluctuating operating parameters, even during operation made possible. The heat exchanger results from a continuous smooth or profiled sheet metal strip, the Maeanderfoermig is seen superimposed in the flow direction, whereby hermetically separate chambers, arise for both media. Right and left the heat exchanger is limited by side parts (2, 3). The medium reaches the front side via a main distributor (21) located on the side into the chambers (22, 23). In the main distributor slides (27, 28) can be inserted, whereby the heat exchange surface and flow guidance can be varied. At the heat exchanger removable cover (9, 10) are frontally mounted, whereby a mechanical cleaning can be realized. The use is possible as a heat exchanger, evaporator, condenser and tubular reactor. Fig. 4

Description

Um an der Stirnseite das Übertreten eines Stoffstromes in die benachbarte Strömungsebene zu vermeiden, sind erfindungsgemäß je 2 übereinanderliegende Platten stirnseitig miteinander verbunden. Die benachbarte Strömungsebene ist zur Stirnseite hin offen und somit für die mechanische Reinigung zugänglich, so daß nur jede zweite Strömungsebene stirnseitig dicht abgekapselt ist. Die dicht abgekapselte Strömungsebene ist jeweils an der gegenüberliegenden Stirnseite offen. Auf diese Weise entstehen Plattenzwischenräume, die an den Stirnseiten als dicht umhüllte Kammern eine problemlose Abkapselung gegen die darüber- und darunterliegende Strömungsebene ermöglichen. An den Stirnseiten sind abnehmbare Deckel angebracht, die gegen die Stirnflächen drücken, dort aber keine abdichtende Funktion gegen die Stirnflächen und zwischen den beiden Stoffen zu übernehmen brauchen, sondern lediglich eine Begrenzung für den Stoffstrom darstellen, der die oben erwähnten dicht umhüllten Kammern umspült. Eine übliche Dichtung am Rahmenflansch dieser beiden stirnseitigen Deckel stellt erfindungsgemäß dieeinzige Abdichtung des Wärmetauschers nach Ausführungsform 1, 2,4 und 6 dar. Ist keine ' mechanische Reinigung und keine Variation der Strömung erforderlich, werden die Deckel angeschweißt (d. h. keine Dichtung am gesamten Wärmeübertrager).In order to avoid on the front page the passage of a flow of material into the adjacent flow plane, according to the invention 2 superimposed plates are connected to each other frontally. The adjacent flow plane is open to the front side and thus accessible for mechanical cleaning, so that only every second flow plane is sealed at the front side tightly. The tightly encapsulated flow plane is open in each case on the opposite end face. In this way, plate interspaces arise, which allow a problem-free encapsulation against the overlying and underlying flow level at the end faces as tightly enveloped chambers. Removable covers are attached to the end faces, which press against the end faces, but there do not need to take over a sealing function against the end faces and between the two materials, but merely constitute a limit to the material flow, which surrounds the above-mentioned tightly enclosed chambers. A conventional seal on the frame flange of these two end caps according to the invention represents the single seal of the heat exchanger according to embodiment 1, 2, 4 and 6. If no mechanical cleaning and no variation of the flow is required, the caps are welded (ie no seal on the entire heat exchanger) ,

Die Strömungskanäle eines Mediums werden an der Stirnseite von einem seitlich befindlichen senkrechten Hauptverteiler gespeist. Eintritt und Austritt sollten aus strömungstechnischen Gründen bei eingängiger Strömungsführung diagonal gegenüberliegen.The flow channels of a medium are fed at the front side by a lateral vertical main distributor. For fluidic reasons, inlet and outlet should be diagonally opposite each other with a single-flow flow guide.

Zum Variieren der Zahl durchströmter Plattenzwischenräume bzw. zur Änderung der Strömungsführung (Gleich-, Gegenstrom, Parallel- bzw. Reihenschaltung, ein- oder mehrgängiger Betrieb) kann erfindungsgemäß in den Hauptverteiler ein (bzw. mehrere) Schieber eingebaut werden, der je nach Stellung einen Kanal absperren (freigeben), die Strömungsführung ändern bzw. eine Vielzahl von Kanälen absperren (freigeben) kann. Alle genannten Varianten sind bei laufendem Betrieb möglich. Eine stufenlose Verstellung ist realisierbar. Der Absperreffekt läßt sich auch durch Einbau eines speziellen stirnseitigen Deckels mit Ships erreichen, wobei ein Ship an der entsprechenden Stelle des Hauptverteilers den Kanal absperrt bzw. den Stoffstrom umlenkt. Bei Einbau dieser Ships ist aber eine Variation während des Betriebes nicht möglich. Der Vorteil des Einbaus eines (oder mehrerer) Schiebers liegt in einer Erhöhung des Gebrauchswertes des Wärmeübertragers, da der Betreiber den Wärmeübertrager sich ändernden verfahrenstechnischen Bedingungen ohne Produktionsstillstand und ohne große Aufwendungen selbst anpassen kann. Durch abnehmbare Deckel an den Stirnseiten sind die Plattenzwischenräume für eine mechanische Reinigung zugänglich.To vary the number of flow-through plate interspaces or to change the flow control (DC, counterflow, parallel or series connection, single or multi-speed operation) according to the invention in the main manifold one (or more) slide can be installed, depending on the position Shut off (enable) the channel, change the flow guidance or shut off (release) a large number of channels. All mentioned variants are possible during operation. A stepless adjustment is feasible. The Absperektekt can also be achieved by installing a special front cover with ships, with a Ship at the appropriate point of the main distributor shuts off the channel or deflects the flow of material. When installing these ships but a variation during operation is not possible. The advantage of installing one (or more) slide is an increase in the utility value of the heat exchanger, since the operator can adjust the heat exchanger itself changing process conditions without production downtime and without large expenses. Removable lids on the front sides make the plate gaps accessible for mechanical cleaning.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend erläutert werden.The invention will be explained below.

Fig. 1 zeigt in Strömungsrichtung gesehen das Profil des Wärmetauschers, im Beispiel an Hand von 5 übereinander befindlichen, mäanderförmig gewundenen (Profil-)Blechen 1. Die Prägung der Profilbleche zur Erzeugung von Turbulenz kann beliebig gewählt werden (Ausführungsform 1).Fig. 1 shows in the flow direction, the profile of the heat exchanger, in the example of 5 superimposed, meandering wound (profile) sheets 1. The embossing of the profile sheets for generating turbulence can be chosen arbitrarily (embodiment 1).

An den Seiten erfolgt eine Abgrenzung der Medien A und B durch Seitenteile 2 und 3, welche zum Beispiel in der Weise entstehen, in dem das verlängerte oberste und unterste Profilblech entsprechend abgekantet 4,5 ist. Durch je eine Schweißnaht 6,7 entsteht der-Wärmetauscher als ein nach außen hin dichtes Paket.On the sides there is a delimitation of the media A and B by side parts 2 and 3, which arise for example in the manner in which the extended top and bottom profile sheet is beveled according to 4,5. By a respective weld 6,7, the heat exchanger is formed as a package dense to the outside.

In Fig. 2 ist der Wärmetauscher zur Verdeuchtlichung nur als näanderförmig gewundener Profilblechstreifen ohne Hauptverteilerkanal und Stirnseitendeckel dargestellt. Die Abbildung zeigt eine zweite Ausführungsform, die durch beliebig viele Umlenkbleche 8 für Medium A und (oder) B gekennzeichnet ist.In Fig. 2, the heat exchanger for Verdeuchtlichung is shown only as a meandering wound profiled sheet metal strips without main distribution channel and end cover. The figure shows a second embodiment, which is characterized by any number of baffles 8 for medium A and (or) B.

Eine weitere Ausführungsform ergibt sich durch Abwandlung der Anordnung der Umlenkbleche, wie sie beispielsweise von Rohrbündelwärmetauscher her bekannt ist. In Anlehnung an die bekannten Scheibeneinbauten ist die Anordnung der Umlenkbleche möglich, wodurch abwechselnd eine Innen- und Außenströmung im Plattenzwischenraum erzwungen wird. Die Anordnung der Umlenkbleche bestimmt die Strömungsverhältnisse im Plattenzwischenraum und die Strömungsführung (Gleich-, Kreuz- oder Gegenstrom). Es ist eine Gestaltung aus glatten- und (oder) profilierten Blechen, sowie mit und ohne Umlenkblechen denkbar.Another embodiment results from a modification of the arrangement of the baffles, as it is known, for example, from tube bundle heat exchanger ago. Based on the known disc internals, the arrangement of the baffles is possible, whereby alternately an internal and external flow is enforced in the plate gap. The arrangement of the baffles determines the flow conditions in the plate gap and the flow control (DC, cross or countercurrent). It is conceivable a design of smooth and (or) profiled sheets, and with and without baffles.

Fig.3 zeigt den Wärmetauscher mit Stirnseitendeckeln 9,10, den zum Deckel sowie zum Wärmeübertrager gehörigen Rahmenflansch 11,12 und 13,14 und Zwischenflansch 15,16 und 17,18 (in Fig.3 verdeckt), dem stirnseitig angeschweißten Blechstreifen 19,20 (schraffiert dargestellt) sowie mit den Hauptverteilern für Eintritt sowie Austritt der Medien A und B. Im dargestellten Beispiel wird das eintretende Medium A vom Hauptverteiler 21 in die Kanäle 22 und 23 verteilt. Die Kanäle eines Mediums sind gegen den Hauptverteiler des anderen Mediums abgesperrt 24.3 shows the heat exchanger with end caps 9,10, the associated to the cover and the heat exchanger frame flange 11,12 and 13,14 and intermediate flange 15,16 and 17,18 (hidden in Figure 3), the front side welded sheet metal strip 19, 20 (hatched) and with the main distributors for entry and exit of the media A and B. In the example shown, the incoming medium A is distributed from the main distributor 21 into the channels 22 and 23. The channels of one medium are shut off against the main distributor of the other medium 24.

Eine dritte Ausführungsform sieht die Anwendung von speziellen Schiebern zur Absperrung bzw. Umlenkung von Volumenströmen der Medien A und (oder) B vor.A third embodiment provides for the use of special valves for shutting off volume flows of the media A and (or) B.

Fig.4 zeigt einen Ausschnitt des Wärmetauschers mit angeflanschtem Deckel 9, der mit je 2 Gehäusen 25,26 zur Unterbringung der Schieberz. B. 27,28 und deren Führungsschienen 29,30 eine Einheit bildet. Die Führungsschienen sind am Gehäuse befestigt.4 shows a section of the heat exchanger with flanged lid 9, each with 2 housings 25,26 to accommodate the Schieberz. B. 27,28 and the guide rails 29,30 forms a unit. The guide rails are attached to the housing.

Die Bedienung der Schieber erfolgt über die herausragenden Spindeln 31 und 32. Die Bewegung des Schiebers ist auf Grund des im Führungsstift 33 und 34 eingearbeiteten Innengewindes und des Außengewindes der Spindel bei dessen Drehbewegung möglich. Die aus dem Gehäuse herausragenden Spindeln sind mit je einer Dichtung abgedichtet. Um Falschströmungen vom Hauptverteiler, z. B. des eintretenden Mediums A in das Gehäuse 25 zu vermeiden, ist eine Sperrwand 35 (schraffierte Fläche) vorgesehen, die aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt sein kann. Die baukastenartig gestalteten Segmente können entsprechend des Schiebereinsatzes ausgetauscht werden. Schieber 27 ist zur Absperrung des Strömungskanals 22 (Fig.3) und Schieber 28 zur Umlenkung des Stoffstromes im Hauptverteiler 21 vorgesehen. Die beiden Schieber 27 und 28 sind in ihrer Form gleich gestaltet. Ihre unterschiedliche Funktion erhalten sie auf Grund der vertikalen bzw. horizontalen Einbauweise, die je nach Erfordernis in ein und derselben Führungsschiene möglich ist. Der Vorteil besteht einmal in der Austauschbarkeit und zum anderen in der vielfältigsten Variation der Strömungsverhältnisse. In Abhängigkeit von der Dimensionierung des Hauptverteilers sind aber auch unterschiedliche Schieber-Abmessungen zur Absperrung des Kanal- und Hauptverteilerstromes möglich. Fig. 5 zeigt den durch die Schieberstellung gemäß Fig.4 hervorgerufenen Strömungsverlauf für Medium A.The operation of the slider via the outstanding spindles 31 and 32. The movement of the slider is possible due to the incorporated in the guide pin 33 and 34 internal thread and the external thread of the spindle during its rotational movement. The spindles protruding from the housing are each sealed with a seal. To false currents from the main distributor, z. As to avoid the incoming medium A in the housing 25, a barrier wall 35 (hatched area) is provided, which may be composed of individual segments. The modular-like segments can be replaced according to the slide insert. Slide 27 is provided to shut off the flow channel 22 (Figure 3) and slide 28 for deflecting the material flow in the main manifold 21. The two slides 27 and 28 are designed the same shape. Their different function they receive due to the vertical or horizontal installation method, which is possible depending on the requirements in one and the same guide rail. The advantage is once in the interchangeability and on the other in the most varied variation of the flow conditions. Depending on the dimensions of the main distributor but also different slide dimensions for shutting off the channel and main distribution flow are possible. FIG. 5 shows the flow pattern for medium A caused by the slide position according to FIG. 4.

In Fig. 6 sind 3 typische Beispiele zur Umlenkung des Volumenstromes A in symbolischer Weise dargestellt.In Fig. 6 3 typical examples for the deflection of the flow A are shown symbolically.

Fig. 6a ist die zu Fig. 5 analoge Darstellung der Absperrung des Strömungskanals 22.FIG. 6 a is the representation of the shut-off of the flow channel 22 analogous to FIG. 5.

Finfih hilript dtp. Rfiihfinsrhnltiinn rtp.r Strnmiinnskanälp 9Finfih hilript dtp. Rfiihfinsrhnltiinn rtp.r Strnmiinnskanälp 9

Fig. 6 c zeigt die Reihenschaltung je zweier, parallel geschalteter Strömungskanäle. Der letzte Strömungskanal ist abgesperrt und kann bei Bedarf zur Vergrößerung der Wärmeübertragerfläche oder Variation der Strömungsverhältnisse freigegeben werden. Die Gestaltung der Strömungsverläufe läßt sich in beliebiger Weise fortsetzen. Ist auf Grund der Betriebserfahrungen oder der zu erwartenden Durchsatzschwankungen die Veränderung der Volumenströme abschätzbar, so wird zur Absperrung bzw. Umlenkung an den entsprechenden Stellen ein Schieber vorgesehen und bei Bedarf betätigt. Bei Einsatz einer höheren Anzahl von Schiebern an einem Hauptverteiler erweist sich der Einbau eines kompakten Blocks, der eine Vielzahl von übereinander angeordneten Führungsschienen darstellt, als vorteilhaft.Fig. 6 c shows the series connection of two, parallel-connected flow channels. The last flow channel is shut off and can be released if necessary to increase the heat exchanger surface or variation of the flow conditions. The design of the flow paths can be continued in any way. If the change in the volume flows can be estimated on the basis of the operating experience or the expected throughput fluctuations, then a slide is provided for blocking or deflection at the corresponding points and actuated as required. When using a higher number of sliders on a main distributor, the installation of a compact block, which is a plurality of superimposed guide rails, proves to be advantageous.

Eine vierte Ausführungsform wird an Hand von Fig.7 ein Stirnseitendeckel dargestellten dem Absperrships 36, 37 fest angebrachtsind, die ähnlich wie beim Schiebereinsatz Strömungskanäle absperren 36 bzw. den Stoffstrom umleiten 37. Eine fünfte vereinfachte Ausführungsform ist in Fig.8 dargestellt. Sie verzichtet auf die stirnseitig dicht umhüllten Kammern jeder zweiten Strömungsebene, d.h. der in Fig.3 dargestellte stirnseitig angeschweißte Blechstreifen 19,20 fehlt hier. Die Abdichtung zwischen den Strömungsebenen erfolgt durch den dicht angepreßten Stirnseitendeckel, der entweder über seine gesamte Fläche mit einem Dichtungsmaterial beschichtet ist, oder in den, entsprechend dem mäanderformig gewundenen Verlauf des Profilblechstreifens, ein Dichtungsstreifen 38 eingelegt ist (Fig.8). Eine Abdichtung mit Rahmenflansch ist hier ebenso wie die Ausbildung des Deckels mit Absperrships bzw. mit Gehäusen für den Schiebereinsatz möglich. Bei dieser Ausführungsform ist die mechanische Reinigung aller Strömungskanäle beidseitig realisierbar. Für eine sichere Abgrenzung der beiden Medien bietet die sechste Ausführungsform (Fig.9) eine Variante an, bei der jeweils ein Stoffstrom auf einer Stirnseite durch Einschweißen eines Blechstückes 39 (schraffiert dargestellt) stirnseitig eingekammert ist. Das Blechstück 39 deckt die Strömungskanäle und den Hauptverteiler des betreffenden Stoffstromes B stirnseitig ab. Die mechanische Reinigung dieses Strömungsprofils erfolgt von der anderen Stirnseite aus, nach der hin dieses Profil offen ist. Die gegeneinandergepreßten Rahmenflansche 11 und 13 sorgen für eine Abdichtung nach außen hin. Diese Ausführungsform ermöglicht den Einsatz von Schiebern (Fig.4) bzw. Absperrships (Fig.7) am Hauptverteiler 21 des zur betrachtenden Stirnseite hin offenen Stoffstromes.A fourth embodiment of the shut-off shackles 36, 37 shown in FIG. 7 is fixedly mounted, which, similarly to the slide insert, shuts off flow channels 36 or redirects the material flow 37. A fifth simplified embodiment is shown in FIG. It dispenses with the frontally tightly enveloped chambers of each second flow plane, i. the front side welded sheet metal strip 19,20 shown in Figure 3 is missing here. The sealing between the flow planes is carried out by the tightly pressed end cover, which is coated either over its entire surface with a sealing material, or in which, according to the meandering wound course of the profile sheet strip, a sealing strip 38 is inserted (Figure 8). A seal with frame flange is here as well as the formation of the lid with Absperrships or with housings for the slide insert possible. In this embodiment, the mechanical cleaning of all flow channels can be realized on both sides. For a secure delimitation of the two media, the sixth embodiment (FIG. 9) offers a variant in which in each case a material stream is chambered on the end side by welding a piece of sheet metal 39 (hatched). The sheet metal piece 39 covers the flow channels and the main distributor of the relevant material stream B frontally. The mechanical cleaning of this airfoil takes place from the other end face, after which this profile is open. The gegeneinandergepreßten frame flanges 11 and 13 provide a seal to the outside. This embodiment makes it possible to use slides (FIG. 4) or shut-off shafts (FIG. 7) on the main distributor 21 of the material flow which is open towards the viewing end side.

Claims

Invention claim:

1. Heat exchanger with variable heat exchange surface and easy sealing, consisting of übereinanderbeefindlichen flat, smooth or stamped sheets (1), characterized in that the übereinanderbefindlichen sheets of a continuous sheet metal strip (1), which is seen meandering superimposed in the flow direction result, thus hermetically separate chambers for both media arise.

2. Heat exchanger according to item!, Characterized in that the supply of the medium for heat exchange in a side located to the heat transfer plates vertical main manifold (21), which connects all the flow channels of one medium and is shut off against the flow channels (24) of the other medium.

3. Heat exchanger according to points 1 and 2, characterized in that on the front side of the übereinandererbefindlichen profile sheets, the transgression of a flow in the adjacent flow plane is avoided in that each two superimposed sheets connected by a front side mounted strip (19,20) with each other are that each second flow plane is sealed off the front side tightly and a crossing into the adjacent frontally open flow plane is not possible, or additionally the main manifold of the encapsulated material flow through a welded sheet (39) is sealed.

4. Heat exchanger according to points 1 to 3, characterized in that against the end faces of the superimposed profile sheets removable cover (9,10) are pressed, which allow a mechanical cleaning of the flow profile of both streams.

5. heat exchanger with variable heat exchange surface, characterized in that the cover is supplemented by the installation of slides (27,28) and thus offers the possibility to shut off during operation flow channels or turn on and thus to change the heat exchange surface or to redirect material flows in any way (Switching between single and multi-speed operation).

6. Heat exchanger according to points 1 to 4, characterized in that on the cover Absperrships (36,37) are mounted such that flow channels shut off or released or material flows can be deflected in any way.

For this 5 pages drawings. ,

Field of application of the invention

The invention relates to a compact heat exchanger, which due to its construction allows both a problem-free sealing and permits a variation of the heat exchange surface and flow during operation with changing operating parameters. It can be used to solve various heat exchange problems between liquid and (or) gaseous media, especially where absolute tightness and mechanical cleaning are required.

Characteristic of the known technical solutions

Plate heat exchangers consist of pressed profile plates, whereby sealing problems can arise which limit the possible applications in terms of pressure, temperature and media aggressiveness. If the volume flow or the temperature change as a result of the operating conditions, it is possible, after the heat exchanger has been shut down, to exchange heat exchangers, to remove them or to increase the heat exchange surface by adding further plates. The change of the transfer surface as well as a variation of the flow guidance (series connection or parallel connection of plate interspaces) during operation is not possible with the previously known plate heat exchangers.

Object of the invention

The present invention solves the problem during operation to change the heat exchange surface, flow velocity, flow guidance and thus the heat transfer in the desired direction. With the help of control technology, the mentioned parameters can be selectively adjusted depending on disturbance variables. A seal between the juxtaposed plates, as known from the plate heat exchanger forth, is not required in the newly developed heat exchanger, whereby a wider range of applications in terms of pressure and temperature is possible.

Explanation of the essence of the invention

The heat exchanger is constructed of successive smooth or embossed sheets (hereinafter referred to as profiled sheet), between which alternately flows cold and hot medium. The profile of the sheets may have different embossing according to the known forms in plate heat exchangers in order to achieve an intensive deflection and turbulence of the flowing medium in Plattenzwischenräum. According to the invention, the profiled sheets result from a continuous profiled sheet metal strip which is superimposed meandering in a meandering manner as seen in the flow direction. This design results in chambers which hermetically separate the two media. On the sides of the heat exchanger, the superimposed profile sheets are limited by side parts, which arise for example in the manner in which the extended top and bottom profile sheet is folded accordingly. On the sides of the profile sheets must be achieved by the side panels no complete seal, since when crossing a medium through the meandering construction, no mixing of the primary and secondary material flow is possible. It is only a trespass in the next level of flow possible, in which the same medium is performed and therefore unproblematic