DE102005026328B4 - Wärmetauscherplatte für einen Plattenwärmetauscher und Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauscherplatte - Google Patents
Wärmetauscherplatte für einen Plattenwärmetauscher und Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauscherplatte Download PDFInfo
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Abstract
Wärmetauscherplatte
für einen
Plattenwärmetauscher
mit nebeneinander angeordneten Ein- und Austrittsöffnungen
und einer Profilierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherplatte
(2) aus zusammengeschweißten
Blechsegmenten (10 bis 61) besteht.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmetauscherplatte für einen Plattenwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Platte.
- Bei Plattenwärmetauschern bilden eine Anzahl von profilgeprägten dünnen Platten mit Durchlassöffnungen aneinander gereiht ein Paket von Fließspalten, die wechselseitig von den wärmetauschenden Medien durchflossen werden. Zwischen die Platten eingelegte Umfangsdichtungen gewährleisten, dass die gewünschte Durchströmung des Plattenpakets erreicht wird und dass dieses nach außen dicht ist.
- Die in Plattenwärmetauschern eingesetzten Wärmetauscherplatten werden durch einen Umformprozess aus Metallblechen gefertigt. Als Plattenwerkstoffe kommen je nach Anwendungsfall austenitische Chrom-Nickel-Stähle, Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle, Nickelbasislegierungen oder Titan zum Einsatz. Die aus diesen Werkstoffen bestehenden Metallbleche werden in Walzwerken mit maximalen Blechbreiten von 1250 mm, in Sonderfällen auch 1500 mm, hergestellt. Die Umformung der Metallbleche zu Wärmetauscherplatten erfolgt in speziellen Pressen, welche sowohl in Hinsicht auf die maximale Blechbreite als auch in Hinsicht auf die erreichbare Presskraft begrenzt sind.
- Üblicherweise werden die Anschlüsse der Plattenwärmetauscher nebeneinander angeordnet. Dabei wird die maximal erreichbare Anschlussgröße von Rohrleitungen an einen Plattenwärmetauscher unmittelbar von der maximalen Breite der Wärmetauscherplatte bestimmt. Diese beträgt ca. 450 mm bei einer Blechbreite von 1250 mm und ca. 500 mm bei einer Blechbreite von 1500 mm.
- Die zur Verfügung stehenden Blechbreiten verhindern den Bau größerer Plattenwärmetauscher, so dass vor allem die in energetischen und chemischen Anwendungen vorliegenden, großen Durchsätze nur über eine konstruktiv ungünstigere Anordnung der Anschlüsse oder mit einer großen Anzahl parallel geschalteter Plattenwärmetauscher realisierbar sind. Das hat erhebliche verfahrenstechnische Nachteile und ist wirtschaftlich ineffizient (hoher Aufwand für Verrohrung, Platzbedarf, Montage, Instrumentierung, Wartung etc.).
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zur Verfügung zu stellen, die den Bau größerer Plattenwärmetauscher unter Beibehaltung der Anschlusslage ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Wärmetauscherplatte, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, sowie mit Verfahren zu deren Herstellung gelöst.
- Durch das Zusammenschweißen von Blechsegmenten lassen sich größere Blechbreiten und damit auch größere Plattenwärmetauscher realisieren. Dazu können zunächst entweder flache Blechsegmente zu einem Wärmetauscherplatten-Rohling zusammengeschweißt werden, der anschließend zu einer fertigen Wärmetauscherplatte umgeformt wird, oder aber die zunächst flachen Blechsegmente werden zunächst umgeformt und anschließend zur fertigen Wärmetauscherplatte zusammengeschweißt.
- In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann das Zusammensetzen einer Wärmetauscherplatte aus Blechsegmenten dazu genutzt werden, Blechsegmente aus unterschiedlichem Material und/oder unterschiedlicher Wandstärke zusammenzufügen. So können z. B. bei Wärmetauscherplatten, die aus mindestens drei durch Querschweißnähte zusammengefügten Blechsegmenten bestehen, dass oder die Blechsegmente, die den zentralen Bereich der Wärmetauscherplatte bilden, mit einer geringeren Blechstärke ausgeführt werden, als die Blechsegmente, die die beiden Kopfbereiche der Wärmetauscherplatte bilden. Nach dem Stand der Technik richtet sich die Blechstärke einer Wärmetauscherplatte nach der verformungstechnisch notwendigen Blechstärke der Kopfbereiche, welche die höchsten lokalen Umformungsgrade aufweisen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen in schematischer Weise:
-
1 eine isometrische Darstellung eines Plattenwärmetauschers in teilweiser Explosionsdarstellung, wobei der Übersicht halber nur drei Wärmetauscherplatten dargestellt sind, -
2 -6 verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Wärmetauscherplatten, bei denen die Blechsegmente mit geraden Schweißnähten zusammengeschweißt sind, -
7 -11 verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Wärmetauscherplatten, bei denen die Blechsegmente mit der Kontur der Profilierung oder anderen Konturen der Wärmetauscherplatte folgenden Schweißnähten zusammengeschweißt sind, -
12 -15 verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Wärmetauscherplatten, bei denen die Blechsegmente in einer Kombination aus Längs- und Quernähten zusammengeschweißt sind, und -
16 -20 jeweils einen Querschnitt durch eine Wärmetauscherplatte mit verschiedenen Ausführungen des Schweißnahtbereichs. - Der in
1 gezeigte Plattenwärmetauscher1 besitzt Wärmetauscherplatten2 , die in ein Gestell3 eingehängt sind und dann mittels Spannschrauben4 zwischen zwei Spannplatten5 und6 verspannt werden, so dass die Wärmetauscherplatten2 in einem Paket dicht aneinander liegen. Es werden auf jeder Seite des Plattenwärmetauschers1 zwei Spannschrauben4 eingesetzt, von denen in der Zeichnung nur eine dargestellt ist. - Jede Wärmetauscherplatte
2 weist vier Ein- bzw. Austrittsöffnungen7 auf und ist in dem Bereich zwischen diesen Öffnungen7 profiliert. Mit dieser Profilierung stützen sich die Wärmetauscherplatten2 aneinander ab. Des Weiteren sorgt diese Profilierung für eine Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche und für die Erzeugung der dem Wärmeübergang förderlichen Turbulenz der Strömung zwischen den Platten sowie für eine bessere Verteilung der wärmetauschenden Medien über die Fläche der Wärmetauscherplatte2 . Zwischen den Wärmetauscherplatten2 eingelegte Umfangsdichtungen8 sorgen zum einen dafür, dass die wärmetauschenden Medien nicht nach außen dringen können, insbesondere aber auch dafür, dass die Medien separiert voneinander jeweils jedes zweite Wärmetauscherplattenpaar durchströmen. Der Zu- bzw. Abfluss der wärmetauschenden Medien erfolgt über Rohrstutzen9 , die an der Spannplatte5 vorgesehen sind. Die Rohrstutzen9 fluchten mit den Ein- und Austrittsöffnungen7 der Wärmetauscherplatten2 . Die oben stehend kurz erläuterte Konstruktion eines Plattenwärmetau schers1 ist allgemein bekannt und bedarf daher hier keiner weiteren Erläuterung. - Neu an dem in
1 dargestellten Plattenwärmetauscher1 sind die Wärmetauscherplatten2 , die in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Blechsegmenten10 und11 , welche mit einer, bezogen auf die Darstellung, geraden vertikalen Schweißnaht25 zusammengefügt sind.2 zeigt eine derartig zusammengesetzte Wärmetauscherplatte2 in einer schematischen Draufsicht. - Die
3 bis6 zeigen weitere Ausführungsformen einer aus Blechsegmenten mit geraden Schweißnähten zusammengeschweißten Wärmetauscherplatte2 . In dem Ausführungsbeispiel gemäß3 besteht die Wärmetauscherplatte2 aus vier Blechsegmenten12 bis15 , die durch eine gerade vertikale Schweißnaht25 und eine gerade horizontale Schweißnaht26 zusammengefügt sind. - In dem Ausführungsbeispiel gemäß
4 setzt sich die Wärmetauscherplatte2 aus zwei Blechsegmenten16 und17 zusammen, die durch eine gerade horizontale Schweißnaht26 miteinander verbunden sind. - Die Wärmetauscherplatte
2 gemäß5 ist aus drei Blechsegmenten18 bis20 zusammengesetzt, die durch zwei gerade horizontale Schweißnähte26 gefügt sind. Die beiden Segmente18 und20 bilden dabei die die Ein- und Austrittsöffnungen7 enthaltenen Kopfbereiche der Wärmetauscherplatte2 . Dabei haben die beiden Blechsegmente18 und20 aus verformungstechnischen Gründen eine größere Wandstärke als das den zentralen Bereich der Wärmetauscherplatte2 bildende Blechsegment19 . Sie können auch aus einem anderen Material angefertigt sein. - Die in
6 gezeigte Wärmetauscherplatte2 besteht aus vier Blechsegmenten21 bis24 , die durch gerade horizontale Schweißnähte26 miteinander verbunden sind. Im Unterschied zum vorher stehenden Ausführungsbeispiel ist der zentrale Bereich der Wärmetauscherplatte2 hier durch zwei Blechsegmente22 und23 gebildet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können die einzelnen Blechsegmente21 bis24 mit unterschiedlicher Wandstärke und/oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen, sofern sich diese miteinander verschweißen lassen. - In den Ausführungsbeispielen gemäß den
7 -11 haben die Schweißnähte25 ,26 einen vom geraden Verlauf abweichenden Verlauf. Es ist zweckmäßig, wenn dieser Verlauf der Kontur der Profilierung der Wärmetauscherplatte2 folgt. Es sind aber auch Schweißnähte25 ,26 möglich, die anderen Konturen der Wärmetauscherplatte2 folgen. In7 setzt sich die Wärmetauscherplatte2 aus zwei Blechsegmenten27 ,28 , in8 aus zwei Blechsegmenten29 ,30 , in9 aus vier Blechsegmenten31 -34 , in10 aus vier Blechsegmenten35 -38 und in11 aus drei Blechsegmenten39 -41 zusammen. - Die Ausführungsbeispiele gemäß den
12 -15 zeigen Wärmetauscherplatten2 mit einer Kombination von geraden und ungeraden Schweißnähten25 ,26 . Dabei setzt sich in12 die Wärmetauscherplatte2 aus vier Blechsegmenten42 -45 , in13 aus sechs Blechsegmenten46 -51 , in14 aus vier Blechsegmenten52 -55 und in15 aus sechs Blechsegmenten56 -61 zusammen. - Es versteht sich, dass auch bei den Ausführungsformen gemäß den
7 -15 einzelne oder mehrere der Blechsegmente27 -61 mit unterschiedlicher Wandstärke und/oder aus unterschiedlichem Material gefertigt sein können. - Die Fertigung einer aus den Blechsegmenten
10 und11 ,12 bis15 ,16 und17 ,18 bis20 ,21 bis24 .27 und28 ,29 und30 ,31 bis34 ,35 bis38 ,39 bis41 ,42 bis45 ,46 bis51 ,52 bis55 bzw.56 bis61 zusammengesetzten Wärmetauscherplatte2 kann durch zwei verschiedene Verfahren erfolgen. Bei dem einen Verfahren werden die Blechsegmente10 bis61 zunächst unverformt zu einem flachen Wärmetauscherplattenrohling zusammengeschweißt, der dann insgesamt zur fertigen Wärmetauscherplatte2 umgeformt wird. Bei der anderen Verfahrensweise werden die einzelnen Blechsegmente10 bis61 einzeln umgeformt und anschließend zur fertigen Wärmetauscherplatte2 zusammengesetzt. Die letzte Verfahrensweise hat den Vorteil, dass kleinere Pressen verwendet werden können. - Mögliche Ausführungen der Wärmetauscherplatte
2 im Bereich der Schweißnähte25 und26 gehen aus den16 bis20 hervor. In den Ausführungsbeispielen gemäß den16 bis18 ist die Wärmetauscherplatte2 im Bereich der Schweißnähte25 und26 profilfrei ausgeführt. Diese drei Ausführungsbeispiele unterscheiden sich dadurch, dass im Falle der16 die Blechsegmente10 bis61 stumpf zusammengeschweißt sind, während sie in den Ausführungsbeispielen gemäß den17 und18 überlappend zusammengeschweißt sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß18 sind im Überlappungsbereich zwei Schweißnähte25 ,26 vorgesehen, wodurch die Stabilität der Wärmetauscherplatte2 in diesem Bereich erhöht wird. - In den Ausführungsbeispielen gemäß den
19 und20 ist die Wärmetauscherplatte2 auch im Bereich der Schweißnähte25 und26 profiliert ausgeführt. Während in der Ausführung gemäß19 eine Stumpfnaht25 ,26 vorgesehen ist, überlappen sich die Blechsegmente10 bis61 im Profilbereich. Dadurch wird die Profilierung der Wärmetauscherplatte2 zur Zentrierung der Blechsegmente10 bis61 vor dem Zusammenschweißen genutzt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist zur Stabilisierung im Überlap pungsbereich eine Doppelnaht25 ,26 vorgesehen. Natürlich ist auch eine Einfachnaht25 ,26 möglich.
Claims (8)
- Wärmetauscherplatte für einen Plattenwärmetauscher mit nebeneinander angeordneten Ein- und Austrittsöffnungen und einer Profilierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherplatte (
2 ) aus zusammengeschweißten Blechsegmenten (10 bis61 ) besteht. - Wärmetauscherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht bzw. die Schweißnähte (
25 ,26 ) einen geraden und/oder einen der Kontur der Profilierung oder einer anderen Kontur der Wärmetauscherplatte (2 ) folgenden Verlauf hat bzw. haben. - Wärmetauscherplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechsegmente (
10 bis61 ) in Quernähten (26 ) zusammengeschweißt sind. - Wärmetauscherplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechsegmente (
10 bis61 ) in Längsnähten (25 ) zusammengeschweißt sind. - Wärmetauscherplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechsegmente (
10 bis61 ) in einer Kombination aus Längsnähten (25 ) und Quernähten (26 ) zusammengeschweißt sind. - Wärmetauscherplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mindestens drei durch Querschweißnähte (
26 ) zusammengefügten Blechsegmenten (18 bis20 ,21 bis24 ,35 bis38 ,46 bis51 ,52 bis55 , bzw.56 bis61 ) besteht, wobei die Blechsegmente (18 ,20 ;21 ,24 ;35 ,38 ;46 ,47 ,50 ,51 ;52 ,55 bzw.56 ,61 ) der beiden Kopfbereiche aus einem anderen Material bestehen und/oder ei nen andere Wandstärke haben, als die den Zentralbereich der Wärmetauscherplatte (2 ) bildenden Blechsegmente (19 ;22 ,23 ;36 ,37 ;48 ,49 ;53 ,54 bzw.57 bis60 ). - Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauscherplatte gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zunächst flachen Blechsegmente (
10 bis24 ) zu einem Wärmetauscherplattenrohling zusammengeschweißt werden, der anschließend zur fertigen Wärmetauscherplatte (2 ) umgeformt wird. - Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauscherplatte gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zunächst flachen Blechsegmente (
10 bis24 ) umgeformt und anschließend zur fertigen Wärmetauscherplatte (2 ) zusammengeschweißt werden.
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