DE1122559B

DE1122559B - Plate heat exchangers for high internal pressures and large temperature differences

Info

Publication number: DE1122559B
Application number: DEA31856A
Authority: DE
Inventors: Glenn Ernest Flurschutz; Bernard Cott
Original assignee: Air Preheater Co Inc
Current assignee: Alstom Power Inc
Priority date: 1959-04-17
Filing date: 1959-04-17
Publication date: 1962-01-25

Description

Plattenwärmeaustauscher für hohe Innendrücke und große Temperaturunterschiede Die Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmeaustauscher für unter hohem Druck stehende Strömungsmittel und weitgehende Temperaturänderungen, bei dem in an sich bekannter Weise ein paar Seitenwände vorgesehen sind, die mit ihren verlängerten beiden Enden die Stirnenden des Austauschergehäuses überragen, in welche die Stirnwände derselben eingesetzt sind.Plate heat exchangers for high internal pressures and large temperature differences The invention relates to a plate heat exchanger for use under high pressure stagnant fluids and extensive temperature changes, in which in itself known way a few side walls are provided with their extended both ends protrude beyond the front ends of the exchanger housing into which the end walls the same are used.

In einem rechteckigen Plattenwärmeaustauscher bestehen die Wände gewöhnlich aus mit Rippen versehenen Verstärkungsplatten, wobei das Gehäuse, dessen Wände aus Platten bestehen, lediglich in bestimmten Abständen durch Versteifungsrippen verstärkt ist, um ihm die erforderliche Festigkeit zu verleihen. Eine solche Verstärkung kann leicht für einen bestimmten Druck gebaut werden, jedoch entsteht, wenn die Temperatur des unter Druck stehenden Strömungsmittels von der Temperatur der Umgebung abweicht, ein Temperaturgefälle über die Verstärkung, was einen Wärmeverzug zur Folge hat. In solchen bei hohen Temperaturen betriebenen Plattenwärmeaustauschern können Verbindungsstücke oder Platten zur Versteifung mit den entgegengesetzten Wänden verbunden werden, jedoch hat der Temperaturunterschied zwischen diesen inneren Verbindungsstücken und den Enden der Verstärkung hohe Spannungen innerhalb des Wärmeaustauschers, der Verstärkung und der zugehörigen Verbindunr@n zur Folge.In a rectangular plate heat exchanger, the walls are usually made made of ribbed reinforcement plates, the housing, the walls of which are made of Plates are made, only reinforced at certain intervals by stiffening ribs is to give it the necessary strength. Such reinforcement can can easily be built for a certain pressure, however, arises when the temperature the pressurized fluid differs from the ambient temperature, a temperature gradient across the reinforcement, which results in a heat distortion. In such plate heat exchangers operated at high temperatures, connectors or plates are connected to the opposite walls for stiffening, however, the temperature difference between these inner connectors and the ends of the reinforcement high stresses within the heat exchanger, the Reinforcement and the associated connection result.

Erfindungsgemäß werden nun an jede Stirnwand außen ein Paar im Abstand nebeneinanderliegender Verstärkungsplatten gleitbar angesetzt, welche durch mehrere Querschienen versteift sind, die sich zwischen den verlängerten Seitenwandenden erstrecken, ohne daß ihre Längenausdehnung behindert wird und die Verstärkungsplatten gegen die Gehäusestirnwände andrücken.According to the invention, a pair are now spaced apart from each end wall on the outside adjacent reinforcement plates slidably attached, which by several Cross rails are stiffened between the extended side wall ends extend without their longitudinal expansion is hindered and the reinforcing plates press against the front walls of the housing.

Durch die erfindungsgemäße Verstärkung werden die vorerwähnten Nachteile beseitigt, da sie frei beweglich ist, wenn sich der Kern ausdehnt oder zusammenzieht. Wegen dieser Anpassungsfähigkeit treten im Aufbau des Wärmeaustauschers keine hohen Spannungen auf, so daß die Verstärkung in wirksamer Weise ihre Hauptaufgabe erfüllt, die erforderliche Sicherheit gegen die im Betrieb auftretenden Innendrücke zu geben.The aforementioned disadvantages are eliminated by the reinforcement according to the invention eliminated as it moves freely when the core expands or contracts. Because of this adaptability, there are no highs in the structure of the heat exchanger Tensions so that the reinforcement effectively fulfills its main task, to provide the necessary security against the internal pressures occurring during operation.

Die Erfindung wird in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines mit einer Verstärkung versehenen Plattenwärmeaustauschers gemäß der Erfindung, Fig.2 eine abgeänderte Form einer Verstärkung. Fig.l zeigt einen Plattenwärmeaustauscher zur Wärmeübertragung zwischen heißem Gas von niedrigem Druck und kühlerer Luft, die unter einem verhältnismäßig hohen Druck steht. Der Wärmeaustauscher besteht im wesentlichen aus einer Reihe von Ummantelungen, von denen jede zwei Platten 14 aufweist. welche einen Strömungsmittelkanal begrenzen und durch eine Reihe von parallelen Rohren 16 voneinander in Abstand gehalten werden, wobei die Seiten der Rohre eine Reihe von Querrippen bilden, die sich quer durch den Kanal zwischen den Platten 14 erstrecken. Die dadurch gebildeten Ummantelungen sind an ihren Seitenkanten durch Abschlußschienen 18 abgeschlossen, die gewöhnlich zwischen den Platten verschweißt sind, so daß eine zusammenhängende Baugruppe erhalten wird. Eine Anzahl dieser Ummantelungen sind in Ausfiuchtung mit Abschlußschienen 20 an ihren entgegengesetzten Enden zusammengebaut, welche dazu dienen, die Ummantelungen in Abstand voneinander zu halten, so daß Kanäle für die Strömung eines zweiten Strömungsmittels zwischen diesen vorgesehen sind. Eine Reihe solcher Ummantelungen bildet daher einen Kern, durch welchen die Strömungsmittel mit dem ausdrücklichen Zweck der Wärmeübertragung fließen können. Um ferner die verschiedenen Strömungsmittel in den Kanälen zwischen den Wänden der Wärmeaustauschvorrichtung zu halten. ist ein das Ganze umgebendes Gehäuse vorgesehen. Dieses Gehäuse besteht normalerweise aus zwei Seitenplatten 22 mit einer Einlaßöffnung 24 und einer Auslaßöffnung 26 an ihren entgegengesetzten Enden, die dazu dienen, den Luftstrom den von den Ummantelungen gebildeten Kanälen 28 zuzuführen bzw. aus diesen abzuleiten. Die Endplatten 32 sind an ihren entgegengesetzten Enden zwischen den Seitenplatten 22 verschweißt, um das Gehäuse zu vervollständigen, das die zusammengebauten Ummantelungen einschließt und Außenwände für die Kanäle 34 an entgegengesetzten Enden des Gehäuses bildet.The invention is described in more detail in connection with the drawing, in which FIG. 1 shows a diagrammatic representation of a plate heat exchanger provided with a reinforcement according to the invention, FIG. 2 shows a modified form of reinforcement. Fig.l shows a plate heat exchanger for heat transfer between hot gas of low pressure and cooler air which is under a relatively high pressure. The heat exchanger consists essentially of a series of jackets, each of which has two plates 14 . which define a fluid channel and are spaced from one another by a series of parallel tubes 16, the sides of the tubes forming a series of transverse ribs extending across the channel between the plates 14 . The sheaths thus formed are closed at their side edges by end rails 18 , which are usually welded between the plates, so that a coherent assembly is obtained. A number of these shrouds are assembled in alignment with end rails 20 at their opposite ends which serve to space the shrouds from one another so that channels are provided for the flow of a second fluid therebetween. A series of such jackets therefore form a core through which the fluids can flow for the express purpose of heat transfer. Further, to maintain the various fluids in the channels between the walls of the heat exchange device. a housing surrounding the whole is provided. This housing normally consists of two side panels 22 having an inlet opening 24 and an outlet opening 26 at their opposite ends which serve to supply and discharge the air flow to and from the ducts 28 formed by the shrouds. The end plates 32 are welded at their opposite ends between the side plates 22 to complete the housing which encloses the assembled shells and forms outer walls for the channels 34 at opposite ends of the housing.

Der Strömungsmitteldruck in den inneren Kanälen 28 wird in einem solchen Gehäuse durch gleiche Drücke in ähnlichen Kanälen an entgegengesetzten Seiten der Ummantelungen vollständig ausgeglichen, jedoch wirkt der hohe Strömungsmitteldruck in den Kanälen 34 auf die ganze Fläche der Platten 32, ohne daß der Druck an seinen entgegengesetzten Seiten ausgeglichen wird, was erfordert, daß die Platte 32 eine ausreichende Festigkeit hat, damit die eingeschlossenen Kanäle den Strömungsmitteldrücken standhalten können.The fluid pressure in the inner channels 28 is fully equalized in such a housing by equal pressures in similar channels on opposite sides of the shrouds, but the high fluid pressure in the channels 34 acts on the entire surface of the plates 32 without the pressure on its opposite sides Sides is balanced, which requires that the plate 32 have sufficient strength so that the enclosed channels can withstand the fluid pressures.

Gemäß der Erfindung ist eine Verstärkung an den entgegengesetzten Enden der zusammengebauten Vorrichtung vorgesehen, um eine angemessene bauliche Steifigkeit der äußeren Wände 32 der Kanäle 34 zu sichern. Die Verstärkung besteht aus zwei schweren Platten 36, die durch eine Anzahl an den Platten 36 und den Seitenplatten 22 so befestigten Querschienen 38 in ihrer Lage gehalten werden, daß eine relative Bewegung derselben möglich ist.In accordance with the invention, reinforcement is provided at the opposite ends of the assembled device to ensure adequate structural rigidity of the outer walls 32 of the channels 34 . The reinforcement consists of two heavy panels 36 held in place by a number of cross rails 38 attached to panels 36 and side panels 22 so that relative movement thereof is possible.

Jede Querschiene 38 ist etwas kürzer als die normale Breite der Platten 32 und ist nur an einer Platte 36 bei 42 durch Schweißen befestigt. Die Schienen sind mit den ihnen benachbarten Platten 36 in der in Fig. 1 gezeigten Art wechselweise verbunden. Ferner ist ein Ende jeder Schiene 38 bei 44 mit der Innenfläche der einen Wand 22 verbunden, und zwar dasjenige Ende, das der Verbindung 42 abgekehrt und mit der Platte 36 verbunden ist. Zwischen den benachbarten Kanten der Platten 36 und zwischen den äußeren Kanten der Platten 36 und der benachbarten Wand 22 ist jeweils ein Spielraum vorgesehen. um eine beträchtliche Relativbewegung der Platten 36 zu ermöglichen, wenn sich der Ummantelungskern innerhalb des Gehäuses zusammenzieht oder ausdehnt.Each cross rail 38 is slightly shorter than the normal width of panels 32 and is attached to only one panel 36 at 42 by welding. The rails are alternately connected to the plates 36 adjacent to them in the manner shown in FIG. 1. Furthermore, one end of each rail 38 is connected at 44 to the inner surface of one wall 22 , namely that end which faces away from connection 42 and is connected to plate 36 . Clearance is provided between the adjacent edges of the panels 36 and between the outer edges of the panels 36 and the adjacent wall 22 . to allow substantial relative movement of the plates 36 as the clad core contracts or expands within the housing.

Die Bruchfestigkeit der Verstärkung hängt von der Art der Verstärkungsplatten 36 ab sowie von der Beschaffenheit und Zahl der Querschienen, die quer zu den Platten 36 angeordnet sind.The breaking strength of the reinforcement depends upon the type of the reinforcing plates 36 as well as on the nature and number of cross rails which are disposed transversely to the plates 36th

Eine abgeänderte Form der Verstärkung ist in Fig. 2 gezeigt, in der eine Reihe von Querschienen 52 so aufeinandergelegt sind, daß sich eine zusammengesetzte Schiene ergibt, die sich völlig über den Raum zwischen den Seitenwänden 22 zur Abstützung der Endplatte 32 erstreckt. Jede Schiene ist wesentlich kürzer als die normale Breite der Platte 32 und an ihrem einen Ende mit der Platte 22 verbunden, während ihr entgegengesetztes Ende sich von der ihr benachbarten Platte 22 in Abstand befindet, während einander benachbarte Schienen 52 mit den entgegengesetzten Seitenplatten verbunden sind, so daß sie eine ununterbrochene Stütze über die Platte 32 bilden. Ferner ist jede Platte 36, die am festen Ende der Schiene 52 anliegt, auch mit dieser festhaftend verbunden, so daß ein vorspringender oder frei tragender Teil 56 vorhanden ist, der sich über die benachbarte, relativ bewegliche Platte 36 erstreckt. Zur zusätzlichen Abstützung für den vorspringenden oder frei tragenden Teil 56 jeder Schiene 52 sind Blöcke 58 vorgesehen, die leicht gegen die obere Kante derselben anliegen und mit dem festen Ende der benachbarten Querschienen verbunden sind.A modified form of reinforcement is shown in FIG. 2 in which a series of cross rails 52 are laid one on top of the other to form a composite rail which extends entirely across the space between the side walls 22 to support the end plate 32 . Each rail is substantially shorter than the normal width of plate 32 and is connected at one end to plate 22 , while its opposite end is spaced from the plate 22 adjacent to it, while adjacent rails 52 are connected to the opposite side plates, so that they form an uninterrupted support over the plate 32 . Furthermore, each plate 36 which rests against the fixed end of the rail 52 is also firmly adhered to the latter, so that a protruding or cantilevered part 56 is present which extends over the adjacent, relatively movable plate 36. For additional support for the protruding or cantilevered portion 56 of each rail 52 , blocks 58 are provided which rest lightly against the upper edge thereof and are connected to the fixed end of the adjacent cross rails.

Claims

f ATENTANSI'RÜCHE 1. Housing for a plate heat exchanger, the high internal pressures and extensive temperature variations is exposed and a pair of side walls, has the project beyond the end faces of the exchanger with its extended both ends, in which the end walls are used the same, characterized in that at each end wall (32) is slidably attached to the outside of a pair of spaced-apart reinforcement plates (36) which are stiffened by a plurality of transverse rails (38, 52) which extend between the extended side wall ends (22) without their longitudinal expansion being hindered. and press the reinforcement plates (36) against the housing end walls (32).

2. Housing according to claim 1, the end walls of which are at right angles to the side walls, characterized in that each stiffening transverse rail (38, 52) is rigidly attached to both one of the side walls (22) and one of the reinforcing plates (36), so that both reinforcing plates (36) can be moved relative to one another.

3. Housing according to claim 2, characterized in that each stiffening transverse rail (38. 52) is rigidly attached at one end to the side wall ends (44) and its other end ends at a distance from the opposite side wall (22).

4. Housing according to claim 2 or 3, characterized in that the stiffening cross rails (38, 52) are alternately attached to the opposite side wall ends (22) (44) .

5. Housing according to one of claims 2 to 4, characterized in that each stiffening cross rail (38) with that reinforcement plate (36) is rigidly connected (42), the shortened At the end of the rail.

6. Housing according to claim 1 to 4, characterized in that two stiffening transverse rails (52) lie against one another.

7. Housing according to one of claims 2 to 4, characterized in that each of these stiffening transverse rails (52) is rigidly attached to that reinforcing plate (36) which is on the side of its end rigidly attached to the side wall, and its free end forms a cantilever arm (56) which engages over the other reinforcement plate (36) and is supported by a shoulder (58) of the adjacent cross rail (52). B. Housing according to one of claims 1 to 4, characterized in that the length of the stiffening transverse rails (38, 52) is significantly shorter than the width of the housing end walls (32). References considered: U.S. Patent No. 2,380,002.