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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauschereinrichtung mit mehreren an zumindest eine Zu-/Ableitung angeschlossenen sowie Strömungskanäle definierenden Wärmetauscherplatten.
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Wärmetauschereinrichtungen werden in vielfältiger Art und Weise eingesetzt, so unter anderem für die Umsetzung insbesondere gasförmiger Reaktionsmedien genutzt, wie dies in der
EP 2 399 668 A1 beschrieben wird. Dabei wird beispielsweise zwischen den einzelnen Wärmetauscherplatten ein Wärmetauschermedium geführt, wobei in diesem Zusammenhang die Wärmetauscherplatten als Thermobleche ausgelegt sind. Zwischen einzelnen Thermoblechen erfährt das Reaktionsmedium eine Führung, wobei der Wärmetauscher überwiegend dazu dient, Reaktionswärme ab- oder zuzuführen.
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In diesem Fall stellt die Wärmetauschereinrichtung einen Bestandteil eines Reaktors dar. Kommt es dagegen im Inneren eines die Wärmetauschereinrichtung aufnehmenden Behälters zu Verdampfungs- und Kondensationsprozessen des Reaktionsmediums, so wird ein Kondensator und insbesondere Kopfkondensator zur Verfügung gestellt. Das hat sich grundsätzlich bewährt.
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Ein mehrzügiges Thermoblech und einen damit ausgestatteten Wärmetauscher beschreibt die
WO 2009/095221 A1 . In diesem Zusammenhang sind die einzelnen Thermobleche durch gemeinsame Zu- und Ableitungen miteinander verbunden. Da die einzelnen Thermobleche und auch die Zu-/Ableitungen oftmals mit aggressiven Medien in Berührung kommen, werden in der Praxis Ausführungsformen aus Stahl und insbesondere Edelstahl favorisiert. Grundsätzlich können an dieser Stelle aber auch warmfeste Stähle, Kupfer, höherwertige Edelstähle, beschichtete Platten etc. zum Einsatz kommen. Für die Verbindung zwischen den einzelnen Wärmetauscherplatten und den Zu-/Ableitungen kommen dementsprechend Schweißverbindungen nahezu ausschließlich zum Einsatz.
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Zwar können grundsätzlich Wärmetauscher bzw. zugehörige Wärmetauscherplatten auch aus Kunststoff hergestellt werden, wie dies die
DE 32 41 842 A1 beschreibt. In diesem Zusammenhang wird so vorgegangen, dass die Anschlüsse für jeweilige Zuflussleitungen als Flachdüsen mit einem rohrförmigen Anschlussstück ausgebildet sind. Die Flachdüse ist in die freien Enden des Wärmetauschers in axialer Richtung zur Strömungsrichtung der Fließkanäle eingesetzt. Dazu ist es erforderlich, die Wärmetauscherplatten durch einen thermischen Verformungsvorgang bauchig auszugestalten. Solche Vorgehensweisen lassen sich auf Ausführungsformen aus Stahl jedoch nicht übertragen. Hier setzt die Erfindung ein.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauschereinrichtung der eingangs beschriebenen Ausprägung so weiterzuentwickeln, dass eine einfache Fertigung mit der gleichzeitigen Möglichkeit kombiniert wird, besonders hohe Drücke im Inneren der Wärmetauschereinrichtung aufnehmen zu können.
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Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauschereinrichtung mit mehreren an zumindest eine Zu-/Ableitung angeschlossenen sowie Strömungskanäle definierenden Wärmetauscherplatten, welches folgende Verfahrensschritte aufweist:
- – die Zu-/Ableitung wird in längs geöffnetem Zustand mit Schlitzen zur Verbindung mit den Wärmetauscherplatten sowie als Strömungsöffnungen für die hieran anschließenden Strömungskanäle ausgerüstet;
- – nach der Verbindung der längs geöffneten Zu-/Ableitung mit den Wärmetauscherplatten wird die Zu-/Ableitung geschlossen.
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Im Rahmen der Erfindung wird also eine spezielle Vorgehensweise bei der Ankopplung der einzelnen Wärmetauscherplatten an die Zu-/Ableitung verfolgt. Tatsächlich wird zu diesem Zweck zunächst einmal die Zu-/Ableitung in einen längs geöffneten Zustand versetzt bzw. befindet sich in einem solchen längs geöffneten Zustand. Dieser längs geöffnete Zustand kann dadurch beispielhaft herbeigeführt werden, dass die jeweilige Zu-/Ableitung insgesamt rohrförmig ausgelegt ist und eine Trennung in Längsrichtung in ein Unterteil und ein Oberteil erfährt. Lediglich das Unterteil wird nun mit den erforderlichen Schlitzen ausgerüstet, die als Strömungsöffnungen für die daran anschließenden Strömungskanäle beim Anschluss der Wärmetauscherplatten an die Zu-/Ableitung fungieren.
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Nach besonders bevorzugter Ausgestaltung ist die Zu-/Ableitung jedoch zunächst als ebene Platte ausgelegt. Diese ebene Platte wird mit den Schlitzen ausgerüstet. Anschließend wird die solchermaßen geschlitzte ebene Platte gebogen, was beispielhaft durch einen Rollenwalzvorgang oder vergleichbare Vorgehensweisen durchgeführt werden mag. Dabei ist es sogar denkbar, dass die zuvor ebene Platte danach insgesamt zu einem Rohr mit einer Längsnaht gebogen wird, wobei die Längsnaht zum Abschluss der Herstellungsschritte geschlossen wird, beispielsweise durch eine Schweißverbindung.
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In diesem Zusammenhang kommt es ergänzend darauf an, dass der Abstand der Wärmetauscherplatten bzw. Thermoplatten oder sämtliche Abstände der Thermoplatten an den Innendurchmesser der Zu-/Ableitung angepasst sind, um eine durchgängig gleiche Geschwindigkeit beispielsweise eines Kühlmediums durch die fraglichen Leitungen und die Thermoplatten bzw. Wärmetauscherplatten sicherzustellen. Ein etwaiger und auch möglicher Drosseleffekt soll also nicht beobachtet werden. Grundsätzlich ist eine solche Drosselfunktion allerdings denkbar und kann prinzipiell umgesetzt werden. Jedenfalls sind die Zu-/Ableitungen und auch die hierin definierten Strömungsöffnungen für die hieran anschließenden Strömungskanäle so auszulegen, dass durchweg gleiche Geschwindigkeiten in den Leitungen wie auch zwischen den einzelnen Wärmetauscherplatten beobachtet werden.
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Der Anschluss der Wärmetauscherplatten an die Zu-/Ableitung wird regelmäßig so vorgenommen, dass jeweils benachbarte Wärmetauscherplatten unter Definition des Strömungskanals in ihrem Zwischenraum randseitig an den jeweiligen Schlitz angeschlossen werden. Zu diesem Zweck werden die Wärmetauscherplatten meistens vom Inneren der Zu-/Ableitung aus gesehen in die Schlitze eingeschweißt. Zusätzlich können die Wärmetauscherplatten bei diesem Vorgang auch geringfügig im Bereich ihres Anschlusses an den fraglichen Schlitz aufgeweitet werden. Das mag mechanisch durch entsprechende Aufweitdorne, Meißel etc. erfolgen.
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Im Regelfall ist eine solche Aufweitung der jeweiligen Wärmetauscherplatte im Bereich ihres Anschlusses an den Schlitz in der Zu-/Ableitung jedoch nicht erforderlich. Denn bei den Wärmetauscherplatten handelt es sich typischerweise um Thermobleche. Solche Thermobleche werden beispielsweise dadurch hergestellt, dass zwei geradflächige Wärmetauscherplatten paarweise und punktuell miteinander verbunden werden. Das kann durch jeweilige Punktschweißung erfolgen. Grundsätzlich sind auch andere Schweißverfahren an dieser Stelle denkbar, beispielsweise eine Laserschweißung und/oder Rollnahtschweißungen. In letztgenanntem Fall kann die Rollnaht beispielsweise so kurz ausgelegt werden, wie dies der Durchmesser eines Schweißpunktes vorgibt. Außerdem lassen sich die fraglichen Schweißvorgänge im Sinne der Qualitätssicherung überwachen. Auf diese Weise werden insgesamt kissenartige Ausformungen und elliptische Strömungskanäle ausgebildet, wobei im Zuge dieses Vorganges die einzelnen Thermobleche entsprechend mit einem Druckmedium beaufschlagt werden können.
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Durch die solchermaßen ausgebildeten elliptischen Strömungskanäle bzw. korrespondierende kissenartige Ausformungen fließt in der Regel das Wärmetauschermedium, wobei an dieser Stelle die Strömung behindernde Umlenkungen nicht beobachtet werden. Zwischen den einzelnen Thermoblechen aus den paarweise punktuell miteinander verbundenen Wärmetauscherplatten wird regelmäßig das Reaktionsmedium geführt, sofern die Wärmetauschereinrichtung in einem Reaktor eingesetzt und verwendet wird. Etwaige Reaktionswärme des chemisch reagierenden und/oder eine Phasenumwandlung erfahrenden Reaktionsmediums wird mit Hilfe des Wärmetauschermediums abgeführt. Hierbei kann es sich um ein Kühlmedium handeln. Grundsätzlich ist natürlich aber auch der Einsatz eines Heizmediums als Wärmetauschermedium denkbar. In diesem Fall kann dann über das Wärmetauschermedium Reaktionswärme für eine gewünschte chemische Reaktion zugeführt werden. Diese ist meist mit der Kondensation eines Gases oder Dampfes wie beschrieben verbunden.
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Wie bereits erläutert, setzt sich die Zu-/Ableitung typischerweise aus wenigstens einem Unterteil mit den darin definierten Schlitzen und einem Oberteil zusammen. Dabei können prinzipiell ganz unterschiedliche Querschnittsformen realisiert werden, beispielsweise ein runder Querschnitt, ein vieleckiger Querschnitt, Rechteckquerschnitte, quadratische Querschnitte usw.. Ergänzend können auch noch Kopfteile bzw. Seitenteile Berücksichtigung finden, um nach der Vereinigung von Oberteil und Unterteil eine insgesamt geschlossene Auslegung der Zu-/Ableitung zur Verfügung zu stellen. Das Oberteil wird mit dem Unterteil nach der dortigen Anbringung der Wärmetauscherplatten vereinigt. Das heißt, zunächst wird eine Baueinheit aus dem Unterteil und den Wärmetauscherplatten hergestellt. Im Anschluss daran wird diese Baueinheit mit Hilfe des Oberteils verschlossen.
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Die Schlitze und gegebenenfalls die Wärmetauscherplatten werden im Allgemeinen vor ihrer Vereinigung aufgeweitet und können nach der Vereinigung nachbearbeitet werden. Dies geschieht aus dem Grund, um etwaige Strömungsverluste im Übergang von der Zu-/Ableitung zu den Strömungskanälen im Inneren der Wärmetauscherplatten bzw. Thermobleche so gering wie möglich einzustellen. Da die Wärmetauscherplatten meistens paarweise zu den bereits beschriebenen Thermoblechen durch punktweise gegenseitige Verbindung miteinander gekoppelt sind, reicht es in diesem Zusammenhang regelmäßig aus, das betreffende Thermoblech im Bereich der in diesem Zusammenhang beschriebenen elliptischen Strömungskanäle respektive der kissenartigen Ausformungen aufzutrennen, um auf diese Weise den Strömungskanal an den Schlitz in der Zu-/Ableitung anschließen zu können.
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In diesem Zusammenhang werden typischerweise berührungslose Schneidvorgänge wie beispielsweise ein Laserstrahl- und/oder Wasserstrahlschneiden favorisiert, weil derartige Bearbeitungsverfahren regelmäßig nicht mit einer Verformung des Thermobleches beim Schneidvorgang verbunden sind. Folgerichtig kann hierdurch einfach und ohne zusätzliche Nachbearbeitung gewährleistet werden, dass die Wärmetauscherplatten mit ihren Strömungskanälen unschwer in die Schlitze eingeschweißt werden können.
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Dieser Vorgang wird noch dadurch unterstützt und erleichtert, dass die Schlitze die bereits beschriebene Aufweitung erfahren. Tatsächlich kann an dieser Stelle mit einer V-förmigen Aufweitung des jeweiligen Schlitzes in Strömungsrichtung des durch die Zu-/Ableitung den Wärmetauscherplatten zugeführten Mediums gearbeitet werden. Durch diese V-förmige Aufweitung des jeweiligen Schlitzes wird automatisch Platz für eine die jeweilige Wärmetauscherplatte mit den Schlitzrändern verbindende Schweißraupe geschaffen, so dass etwaige Nachbearbeitungsvorgänge auf ein Minimum reduziert sind.
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Im Übrigen hat es sich bewährt, wenn die Wärmetauscherplatten im Bereich des zugehörigen Schlitzes in der Zu-/Ableitung mit einer an die Kontur der Zu-/Ableitung angepassten Ausnehmung ausgerüstet werden. Da die Zu-/Ableitung typischerweise rohrartig ausgebildet ist, wird das jeweilige Thermoblech bzw. werden die zugehörigen Wärmetauscherplatten mit einer an die Rohrform angepassten Ausnehmung ausgerüstet, so dass im Inneren des Schlitzes bzw. der Zu-/Ableitungen keine Überstände durch hierin eintauchende Wärmetauscherplatten beobachtet werden. Dadurch beobachtet man besonders günstige Strömungsverhältnisse und insbesondere keine Verengung des Strömungskanals beim Übergang von der Zu-/Ableitung über den Schlitz in das Thermoblech.
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Um den beschriebenen Schweißvorgang im Bereich der jeweiligen Schlitze der Zu-/Ableitung möglichst problemlos realisieren zu können, hat es sich ergänzend bewährt, wenn die jeweilige Zu-/Ableitung mit einer die Wandstärke der anzuschließenden jeweiligen Wärmetauscherplatten übersteigenden Materialdicke ausgerüstet wird. Das heißt, die Zu-/Ableitung verfügt über eine größere Wandstärke als die jeweils anzuschließenden Wärmetauscherplatten. Dadurch kann die Verbindung bzw. Schweißverbindung an dieser Stelle problemlos ins Innere der Zu-/Ableitung verlagert werden. Denn durch die an dieser Stelle größere Wandstärke der Zu-/Ableitung im Vergleich zu den Wärmetauscherplatten steht insgesamt genügend "Fleisch" für die Schweißverbindung zur Verfügung. Tatsächlich hat es sich in diesem Zusammenhang bewährt, wenn die Wandstärke der Zu-/Ableitung im Vergleich zu derjenigen der Wärmetauscherplatten das wenigstens 1,5-fache beträgt.
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Um die typischerweise bei der Anbringung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wärmetauschereinrichtung im Inneren eines Reaktors herrschenden hohen Drücke aufnehmen zu können, empfiehlt es sich, sämtliche im Zuge der Herstellung realisierten Verbindungen zu prüfen. Da es sich bei diesen Verbindungen regelmäßig um Schweißverbindungen handelt, wird hier meistens mit einer Röntgenprüfung bzw. einer Röntgenanalyse der jeweiligen Schweißverbindung gearbeitet. Ganz abgesehen davon ist die Zu-/Ableitung im Regelfall mit einem Zuganker ausgerüstet, welcher etwaige Verformungen der Zu-/Ableitung im Betrieb und auch schon während der Schweißung verhindert bzw. verhindern kann. Tatsächlich stellt der Zuganker sicher, dass die Zu-/Ableitung auf diese Weise eine zusätzliche Außenversteifung erfährt.
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Insgesamt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauschereinrichtung zur Verfügung gestellt, mit dessen Hilfe sich eine Wärmetauschereinrichtung zuverlässig, schnell und zugleich sicher produzieren lässt, und zwar selbst dann, wenn hohe Drücke von bis zu 100 bar oder noch mehr im anschließenden Betrieb verarbeitet werden sollen. In diesem Zusammenhang hat sich als wesentlicher Vorteil erwiesen, dass die Wärmetauscherplatten jeweils direkt an die jeweilige Zu-/Ableitung angeschlossen sind, also beispielsweise nicht unter Zwischenschaltung etwaiger Platten, Zwischenstücke etc., wie dies in der Praxis oftmals beobachtet wird. Dadurch wird die Anzahl der Schweißverbindungen auf ein Minimum reduziert und werden zugleich Strömungsverluste minimiert, was insbesondere bei hohen Betriebsdrücken von besonderer Bedeutung ist.
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In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass meistens eine Zuleitung oberhalb der Wärmetauscherplatten und eine Ableitung unterhalb bzw. fußseitig der Wärmetauscherplatten vorgesehen ist. Außerdem können verschiedene Wärmetauscherplatten respektive die in diesem Kontext meistens realisierten Thermobleche zu einzelnen Thermoblechmodulen zusammengefasst werden, die wiederum an eine gemeinsame Zuleitung bzw. Ableitung angeschlossen werden, wie dies beispielsweise in der einleitend bereits in Bezug genommenen
EP 2 399 668 A1 näher erläutert wird.
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Bei der Herstellung solcher Wärmetauschereinrichtungen aus mehreren Wärmeplattenmodulen bzw. Thermoblechmodulen kommt besonders die erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Tragen, dass nämlich die einzelnen Wärmetauscherplatten direkt an die jeweilige Zu-/Ableitung angeschlossen werden. Dadurch reicht es aus, die jeweilige Zu-/Ableitung respektive das zugehörige Unterteil mit den erforderlichen Schlitzen für den Anschluss der sämtlichen Wärmetauscherplatten auszurüsten. Sobald diese Wärmetauscherplatten mit dem betreffenden Unterteil verbunden sind, kann die fragliche Baueinheit unschwer insgesamt verschlossen werden, indem das Oberteil auf das Unterteil aufgesetzt wird und beide Teile miteinander verbunden werden. Das geschieht typischerweise durch eine Längsverschweißung. Dabei versteht es sich insgesamt, dass sämtliche Schweißverbindungen im Zuge einer Qualitätssicherung geprüft werden, beispielsweise auf Dichtigkeit durch Röntgenuntersuchungen, per Ultraschall oder auf vergleichbare Art und Weise.
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Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, mit einer einteiligen Zu-/Ableitung derart zu arbeiten, dass diese ein gebogenes Blech darstellt, dessen Längsränder miteinander verbunden, insbesondere verschweißt, werden. Schließlich sind die einzelnen Verbindungen und insbesondere Schweißverbindungen im Rahmen der Erfindung und durch die zunächst längs geöffnete Auslegung bzw. den längs geöffneten Zustand der Zu-/Ableitung problemlos auch noch nach der Herstellung zugänglich. Dadurch können die Schweißverbindungen umfassend und durchgängig auf Dichtigkeit geprüft werden. Auf diese Weise ist die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Wärmetauschereinrichtung für höchste Drücke von 100 bar und mehr geeignet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
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1 die erfindungsgemäße Wärmetauschereinrichtung, eingebaut in einen Reaktor,
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2 einen teilweisen Detailausschnitt aus 1 im Bereich einer Zuleitung,
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3 einen Schnitt entlang einer Linie A-A gemäß 2 und
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4 den Gegenstand nach 2 in einbaufertigem Zustand.
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In den Figuren ist eine Wärmetauschereinrichtung 1 dargestellt, die im Inneren eines Reaktors bzw. Kondensators 2 entsprechend der Darstellung nach 1 aufgenommen wird. Vorliegend und nicht einschränkend handelt es sich bei dem Kondensator 2 um einen Kopfkondensator 2, in welchem ein gasförmiges Reaktionsmedium, vorliegend ein Dampf eines Prozessgases, kondensiert wird. Um die gewünschte Kondensation des dampfförmigen Prozessgases zu erreichen, wird dieses in den zugehörigen Behälter zugeführt, wie die fußseitigen Pfeile in der 1 deutlich machen.
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Man erkennt, dass die Wärmetauschereinrichtung 1 entsprechend der Darstellung nach 1 aus einzelnen Wärmetauschermodulen 3a, 3b und 3c zusammengesetzt ist. Die einzelnen Wärmetauschermodule 3a, 3b, 3c sind jeweils paarweise benachbart zueinander angeordnet und werden über einen gemeinsamen Zulauf bzw. eine Zuleitung 4 mit einem Wärmetauschermedium beaufschlagt. Bei dem Wärmetauschermedium handelt es sich nicht einschränkend um Wasser.
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Nachdem das Wärmetauschermedium die einzelnen Wärmetauschermodule 3a, 3b, 3c passiert hat, verlässt das Wärmetauschermedium den Kondensator 2 über einen Ablauf bzw. zwei Abläufe respektive Ableitungen 5. Außerdem erkennt man noch einen Abzug 6 für Restgas. Wie bereits betont, sind sämtliche Elemente nur beispielhaft dargestellt und für die nachfolgenden Betrachtungen eher von untergeordneter Bedeutung. Denn vorliegend geht es primär um die Wärmetauschereinrichtung 1 und ihre Herstellung.
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Tatsächlich wird die Wärmetauschereinrichtung 1 prinzipiell so hergestellt, dass zunächst einmal Wärmetauscherplatten 7 an die Zu-/Ableitung 4, 5 angeschlossen werden. Im Ausführungsbeispiel nach der 2 ist die Situation dargestellt, dass die Wärmetauscherplatten 7 eine Verbindung mit dem Zulauf bzw. der Zuleitung 4 eingehen, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird. In entsprechendem Sinne kann am Ablauf bzw. der Ableitung 5 vorgegangen werden.
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Im Rahmen des Ausführungsbeispiels und nicht einschränkend werden jeweils zwei Wärmetauscherplatten 7 vor ihrer Anbringung an die betreffende Zu-/Ableitung 4, 5 jeweils paarweise und punktuell zu Thermoblechen 7, 8 gekoppelt. Tatsächlich zeichnen sich diese Thermobleche 7, 8 dadurch aus, dass jeweils benachbarte Wärmetauscherplatten 7 durch Punktschweißungen 8 miteinander gekoppelt werden. Bei diesem Vorgang, der zusätzlich durch eine nachträgliche Druckbeaufschlagung flankiert sein mag, werden die einzelnen Wärmetauscherplatten 7 in geradflächiger Ausprägung durch die Punktschweißungen 8 punktuell miteinander gekoppelt. Dadurch werden elliptische bzw. kissenartige Strömungskanäle 9 ausgebildet, welche bei der Kopplung der Thermobleche 7, 8 mit der jeweiligen Zu-/Ableitung 4, 5 mit an dieser Stelle bereits vorhandenen Schlitzen 10 als Strömungsöffnungen 10 in zusammengebautem Zustand kommunizieren.
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Die Strömungskanäle 9 mögen dadurch hergestellt worden sein, dass die Wärmetauscherplatten 7 nach ihrer punktuellen Verbindung durch die Punktschweißungen bzw. Laserschweißungen 8 im Bereich der anschließenden Strömungskanäle 9 aufgeweitet werden. Außerdem können die Ränder der Wärmetauscherplatten 7 über Rollnahtschweißungen oder auf andere Art und Weise miteinander gekoppelt und folglich abgedichtet werden. Zu diesem Zweck wird die betreffende Zu-/Ableitung 4, 5 zunächst einmal in längs geöffnetem Zustand mit den fraglichen Schlitzen 10 ausgerüstet. Der längs geöffnete Zustand der betreffenden Zu-/Ableitung 4, 5 korrespondiert regelmäßig dazu, dass ein Blech bzw. Stahlblech in geradflächiger Ausprägung mit den betreffenden Schlitzen respektive Strömungsöffnungen 10 ausgerüstet wird. Das kann durch übliche Bearbeitungsschritte wie Fräsen oder Stanzen erfolgen. Nach vorteilhafter Ausgestaltung werden die Schlitze bzw. Strömungsöffnungen 10 jedoch mit einem Laser und insbesondere CO2-Laser aus der die Basis darstellenden Metallplatte bzw. Stahlplatte respektive dem Stahlblech herausgeschnitten.
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Die Bearbeitung mit dem Laser hat den Vorteil, dass sich bei dem beschriebenen Schneidevorgang die Schlitze bzw. Strömungsöffnungen 10 derart problemlos in der Metallplatte realisieren lassen, dass sie im Querschnitt mit ihren Rändern ein V-förmiges Profil definieren. Anhand der 2 wird deutlich, dass die Ränder der Schlitze bzw. Strömungsöffnungen 10 vorliegend einen Winkel α von ca. 60° einschließen. Selbstverständlich kann auch mit anderen Winkeln α gearbeitet werden. Tatsächlich mag der betreffende Winkel α im Bereich von 20° bis 80° und insbesondere 30° bis 70° angesiedelt sein. Der Winkel α bzw. das V-förmige Profil des jeweiligen Schlitzes 10 ist dabei in Strömungsrichtung geöffnet ausgelegt (vgl. die Pfeile in 2).
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Auf diese Weise können die Enden des Thermobleches 7, 8 bzw. die Enden der zugehörigen Wärmetauscherplatten 7 problemlos in die die Zu-/Ableitung 4, 5 anschließend definierende Metallplatte eingeschweißt werden. Tatsächlich wird also zunächst die betreffende Zu-/Ableitung 4, 5 in dem beschriebenen längs geöffneten Zustand mit den fraglichen Schlitzen 10 zur Verbindung mit den Wärmetauscherplatten 7 sowie als Strömungsöffnungen 10 für die hieran anschließenden Strömungskanäle 9 ausgerüstet. Nachdem folglich die Schlitze bzw. Strömungsöffnungen 10 in der Platte definiert worden sind, wird die fragliche und meistens an dieser Stelle noch geradflächige Metallplatte gebogen. Dabei kann die Biegung so vorgenommen werden, dass nach der Anbringung der Wärmetauscherplatten 7 an die Zuleitung 4 im Beispielfall der 2 eine dann noch verbleibende Längsnaht im Anschluss durch beispielsweise Schweißen geschlossen wird. Dadurch weist die Zuleitung 4 nach der Anbringung der Wärmetauscherplatten 7 eine rohrförmige Gestaltung auf, wie sie in den 4 bis 2 dargestellt ist.
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Sofern die Schlitze bzw. Strömungsöffnungen 10 per Laserschnitt in die Zu-/Ableitung 4, 5 bzw. eine Metallplatte als Basis eingebracht werden, muss die fragliche Metallplatte nicht notwendigerweise flach ausgebildet sein. Vielmehr ist es grundsätzlich auch möglich, die fraglichen Schlitze bzw. Strömungsöffnungen 10 auch in die bereits gebogene Metallplatte zur Herstellung der Zu-/Ableitung 4, 5 einbringen zu können. – Nach dem Ausführungsbeispiel ist die fragliche Zu-/Ableitung 4, 5 mit wenigstens einem Unterteil 4a bzw. 5a mit den darin definierten Schlitzen 10 und einem Oberteil 4b bzw. 5b ausgerüstet. Das Oberteil 4b, 5b wird mit dem Unterteil 4a, 5a vereinigt, und zwar nach der Anbringung der Wärmetauscherplatten 7 an dem betreffenden Unterteil 4a, 5a. Die beiden Teile 4a, 5a; 4b, 5b sind im Ausführungsbeispiel und nicht einschränkend jeweils halbzylindrisch ausgelegt und werden zu ihrer Vereinigung an den jeweils verbleibenden Längsnähten miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt.
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Jedenfalls werden die Wärmetauscherplatten 7 bzw. die Thermobleche 7, 8 an die gebogene und mit den Schlitzen bzw. Strömungsöffnungen 10 ausgerüstete Zu-/Ableitung 4, 5 respektive das betreffende Unterteil 4a, 5a angeschlossen. Wie bereits beschrieben, werden die Schlitze bzw. Strömungsöffnungen 10 meistens in eine gerade Metallplatte als Basis für die anschließend gebogene Zu-/Ableitung 4, 5 eingebracht. Es ist alternativ oder zusätzlich aber auch möglich, die fraglichen Schlitze bzw. Strömungsöffnungen 10 in der bereits gebogenen Zu-/Ableitung 4, 5 bzw. dessen Unterteil 4a, 5a zu definieren.
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Nachdem die in diesen sämtlichen Fällen längs geöffnete Zu-/Ableitung 4, 5 mit den Wärmetauscherplatten 7 verbunden worden ist, wird die betreffende Zu-/Ableitung 4, 5 geschlossen. Dazu wird im Beispielfall nach den 2 bis 4 auf die Baueinheit aus dem Unterteil 4a, 5a und den angeschlossenen Wärmetauscherplatten 7 das betreffende Oberteil 4b, 5b aufgesetzt und an den jeweiligen Längsrändern mit dem Unterteil 4a, 5a verschweißt.
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Die Verbindung der Wärmetauscherplatten 7 bzw. der Thermobleche 7, 8 mit der Zu-/Ableitung 4, 5 bzw. dem betreffenden Unterteil 4a, 5a erfolgt in der Weise, dass zunächst einmal die betreffenden Wärmetauscherplatten 7 im Bereich des zugehörigen Schlitzes 10 in der Zu-/Ableitung 4, 5 mit einer an die Kontur der Zu-/Ableitung 4, 5 angepassten Ausnehmung 11 ausgerüstet werden. Da die Zu-/Ableitung 4, 5 in fertig montiertem Zustand und entsprechend dem Ausführungsbeispiel sowie nicht einschränkend zylindrisch oder rohrförmig gestaltet ist, verfügt die Ausnehmung 11 über eine Bogenform bzw. Kreisbogenform.
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Entsprechend der 3 und im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist die Ausnehmung 11 vorliegend als Halbkreisbogen ausgelegt, so dass eine Oberkante der jeweiligen Wärmetauscherplatten 7 in etwa mit der Oberkante des betreffenden Unterteils 4a, 5a der Zu-/Ableitung 4, 5 fluchtet, wie die 3 deutlich macht. Die Schlitze bzw. Strömungsöffnungen 10 verfügen ebenfalls über eine halbkreisförmige Gestaltung in fertig montiertem Zustand der Wärmetauscherplatten 7 an die Zu-/Ableitung 4, 5.
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Bei der Verbindung der Wärmetauscherplatten 7 mit der betreffenden Zu-/Ableitung werden die Wärmetauscherplatten 7 vom Inneren der betreffenden Zu-/Ableitung 4, 5 her gesehen in die Schlitze 10 eingeschweißt. Das erkennt man am besten anhand der Darstellung nach 2. Tatsächlich werden bei diesem Vorgang die Wärmetauscherplatten 7 vor der Vereinigung mit der Zu-/Ableitung 4, 5 ggf. aufgeweitet, wie man beim Vergleich der beiden rechten Darstellungen in der 2 erkennt. Vergleichbares mag für die Schlitze 10 gelten. Im Regelfall sind solche zusätzlichen Bearbeitungsschritte jedoch nicht erforderlich.
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Denn die Wärmetauscherplatten 7 bzw. die daraus hergestellten Thermobleche 7, 8 werden typischerweise im Bereich ihrer kissenförmigen bzw. elliptischen Strömungskanäle 9 mit der bereits erläuterten Ausnehmung 11 ausgerüstet, so dass die Wärmetauscherplatten 7 im Querschnitt von einer unterseitigen Punktschweißung 8 ausgehend in etwa V-förmig aufgeweitet sind. Bei dem entsprechenden Schneidevorgang für die Ausnehmung 11 wird in der Regel mit einem Laser oder einem Wasserstrahlschneidegerät gearbeitet, so dass die V-förmige Aufweitung der Wärmetauscherplatten 7 durch den Schneidevorgang nicht beeinträchtigt wird.
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So oder so werden die Wärmetauscherplatten 7 mit ihren kopfseitigen Kanten bzw. der Ausnehmung 11 in die Schlitze 10 eingeführt und danach vom Inneren der betreffenden Zu-/Ableitung 4, 5 her gesehen mit dieser verbunden, nach dem Ausführungsbeispiel verschweißt. Dadurch dass die Schlitze 10 im Querschnitt eine V-förmige Kontur unter Berücksichtigung des zugehörigen V-Winkels α aufweisen, steht in diesem Zusammenhang genügend Raum für beidseitige Schweißraupen 12 zwischen dem jeweiligen Rand der Wärmetauscherplatte 7 und dem Rand des Schlitzes 10 zur Verfügung. Im Ergebnis werden folglich jeweils benachbarte Wärmetauscherplatten 7 unter Definition des Strömungskanals 9 in ihrem Zwischenraum randseitig an den jeweiligen Schlitz 10 angeschlossen, so dass der Strömungskanal 9 mit der Strömungsöffnung 10 kommunizieren kann. Da die Zu-/Ableitung 4, 5 in längs geöffnetem Zustand mit den Wärmetauscherplatten 7 wie beschrieben vereinigt wird, können die Schweißraupen 12 nach ihrer Anbringung und Herstellung der Verbindung problemlos geprüft werden, beispielsweise per Röntgenanalyse auf Dichtigkeit. Vor dieser Prüfung mögen die Wärmetauscherplatten 7 im Bereich des Schlitzes 10 und auch die Schweißraupen 12 bei Bedarf nachbearbeitet werden.
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Im Rahmen des Ausführungsbeispieles und nach besonders bevorzugter Ausgestaltung verfügt die Zu-/Ableitung über eine Wandstärke 13, welche eine Materialstärke bzw. Materialdicke 14 der Wärmetauscherplatten 7 übersteigt. Auf diese Weise gelingt die Anbringung der Schweißraupen 12 problemlos und sind auch keine Überhitzungen oder Materialschädigungen im Verbindungsbereich der Zu-/Ableitung 4, 5 mit den jeweiligen Wärmetauscherplatten 7 zu befürchten.
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Um bei hohen Drücken innerhalb des Kondensators bzw. Kopfkondensators 2 eine Beschädigung der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Wärmetauschereinrichtung 1 zu verhindern und insbesondere einen sogenannten "Bananeneffekt" der betreffenden Zu-/Ableitung 4, 5 zu vermeiden, wird die betreffende Zu-/Ableitung ausweislich der 4 ergänzend mit einer Verstrebung 15 ausgerüstet. Bei dieser Verstrebung 15 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen Zuganker 15, welcher zwei Stirnbleche 16 zum jeweils kopfseitigen Abschluss der Zu-/Ableitung 4, 5 miteinander (unter Zug) verbindet. Ganz abgesehen davon sind natürlich auch alternativ oder zusätzlich äußere Verstrebungen der betreffenden Zu-/Ableitung 4, 5 denkbar, was im einzelnen jedoch nicht dargestellt ist. – Aufgrund der guten Zugänglichkeit der einzelnen Schweißnähte während des Herstellungsvorganges können diese unmittelbar beispielsweise per Röntgenanalyse überprüft und auf Dichtigkeit untersucht werden. Dadurch lässt sich eine insgesamt hohe Qualität der solchermaßen hergestellte Wärmetauschereinrichtung 1 realisieren, die darüber hinaus für besonders hohe Betriebsdrücke im Inneren des Kopfkondensators 2 im Beispielfall geeignet ist, die Werte von 100 bar und mehr erreichen können.
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Es sollte abschließend noch betont werden, dass die einzelnen Wärmetauscherplatten 7 einen Abstand voneinander aufweisen, welcher typischerweise bis zu 200 mm betragen kann. Vorzugsweise ist der Abstand der Wärmetauscherplatten 7 im Bereich von 4 bis 50 mm angesiedelt. Darüber hinaus können mehrere der in 1 dargestellten Wärmetauschereinrichtungen 1 modulartig übereinander oder auch nebeneinander innerhalb des dargestellten Reaktors bzw. Kondensators 2 angeordnet werden. Zur Reduzierung von Schwingungseinflüssen können die Wärmetauscherplatten 7 darüber hinaus formschlüssig mit zum Beispiel Bolzen und Hülsen verbunden werden, was im Detail jedoch nicht dargestellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2399668 A1 [0002, 0022]
- WO 2009/095221 A1 [0004]
- DE 3241842 A1 [0005]
