DE1751976A1

DE1751976A1 - Plattenwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE1751976A1
Application number: DE19681751976
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl-Ing Harhorn
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1968-08-27
Filing date: 1968-08-27
Publication date: 1971-09-16

Description

Plattenwärmeaustauscher

Die ErfindunG betrifft einen Plattenwärmeaustausch?--r mit;

zickzackförmig gewellteri Platten, zwischen denen die ini

Wärpieaustausch befindlichen Medien strömen.

Aus der US-Patentschrift 2 872 165 ist ein Plattenwärme-

austauscher bekannt, der aus rechteckigen, zickzackförmig

gewellten und ai,i Rande mit Dichtungen versehenen Platten

aufgebaut ist. Dai)ei haben die Wellungen henachbarter

Platten ein-en Abstand voneinander, und die iin Wäri##eaustausch

stehünden MedIen GtrÖi,i(-#n im Generistrom zueinander zwischen

den Platten quer zLi üen Wellungen. Das hat zur F,Dl..,e, daß

die zwischen den Platten gebildeten Strömungsquerschnitte

-a-tj-v-iechselnd eine Veren,-un-- und Erweiterung erfahren und die

J C.

"Lröiriungeri in ihrer Richtung ständig uingele.ik#t werden, womit

ein erheblicher der wär.;ieaust#-,U.i-1C.14.j.1-leii Medien

beim Durchströmen des Plattenwärmeaustauschers verbunden ist. Werden in einem solchen Wärmeaustauscher Gase abgek-Uhlt, die ausfrierbare Verunreinigungen enthalten, so besteht die Gefahr, daß ausgefrorene Gasverunreinigungen, z.B. aus Luft vor deren Zerlegung ausgefrorenes Wasser und Kohlendioxyd, die Strömungsquerschnitte an den verengten Stellen zwischen den Platten verstopfen. Außerdem ist der bekannte Wärmeaustauscher dann nicht druckfest, wenn die Platten großflächig sind und zwischen den wärmeaustauschenden Medien ein erheblicher Druckuriterschied besteht, da sich die einzelnen Plattein nur an ihrem Rand berühren.

Der Erfindun.-. liegt die Aufgabe zugrunde, einen druckfesten Plattenwärrneaustauscher mit zickzackförn-iig gewellten Plgtten zu schaffen, zwischen denen für die wärmeaustauschenden Medien gleichförmige Strömungsquerschnitte gebildet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß benachbarte Platten jeweils unterschiedliche, abwechselnd starke und schwache Wellungen aufweisen, an denen sie sich berühren.

Der erf Platt(-21i*#,järmeaustau.#i-olier bestellt demnach

aus urmittelbar zu eine,n, Plattenstap,#l auf' eini'a-efie Weise

,-ufe-*L,naii(iergele,_:,-t-eii, zie'l#rz,-£cl"föriniir Gewell'en Platten, die

sielli parallele, Lleichförmige 1,äi-ii,:skajiälc für die

i.ürt#ic-auL;tauscheilden Medien hilden. Die einzelnen Platt-en

ces Platteilstai-)'el-e# sind nicht gleich stark gewellt, sondern

sich berührende benachberte Pla'tten sind jeweil.--- abwechselnd

:stark und sch-vJach -ewellt, so daß eine !-,tark gewelltu Platte

an beiden Seiten i.,jimer von #e einer sei"e#.,aeii Platte

begrenzt ist. Nowohl benachbarte Platten eine unterschiedlich

star71#e INellung sind unabhängig fiav(,ii die StrÖ-

i.,#ungsquerschnitt(# üei# Platten gleiel# i-Lß, so dacz

die der einz(-Inen

Medien 'L),i Uitikelii-ietrieb des Platteni#;äi,il,.eaustauscilc--;i--#3

beliebig vertauscht werden können. Da sich die Ströiiun[#7.-z;-

quei-schnitte zivischen den Platten auf dem Weil der wäri.#f--.-.,.us-

tauschenden Medien hurch den Plattenwärmeaustauscher niel.t

veren(-en bzw. erweitern, erleiden die strÖrnenden Iiiedien keiren

Großen Druckverlust. Es bestellt auch keine Gefahr, daß sici#

in den Uleichförmigen Strömungskanälen ausfrierbare Gas-

beutandteJ1e ansetzen und die Strömungsquerschnitte verstopfen.

Nachdem die Platten unmittelbar aufeinandergelegt sind, ##tüt7-t

eine Platte die andere in de,ii I'lattenstapel ab, der dadtirch

auch gro.3en Drijckdifferenzen --wise.'.eii den wärmeaustlauschtilden

Medien

Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens

sind die stark gewellten Platten und die schwach gewellten

Platten su aufeinandergelegt, daß die Wellenberge bzw.

der Wellungen benachbarter Platten jeweils in

einer Ebene senkrecht zu den Platten liegen. Dadurch ver-

zahnen sich benachbarte Platten i;iit ihren #-..'ellungeri und

verrutschen nicht nach dem Aufeinanderlegen, Gio daß in kurzer

Zeit ein Plattenstapel aufgebaut werden kann. Die Ausaehnung

des PlattenEtapels senkrecht zu den Plattenebenen,wird

einer vorgegebenen Plattenanzahl umso kleiner, je weiter

sich (Jie '",le21entäler der schwach gewellten Platten in die

.l#'Jellei,täler der stark gewellten Platten hinein--chieben. UmGe-

kei#rt läP-t sicIll# beim erfindungsgein##ßen Plattenwärmeaustauscher

1-,i,u Itaui:jc#iiilieit eine um so größere #-,lärmeübertraü##ungsfläche

je weiter sich benachbarte Platten mit ihren

WellunGen gegenseitig verzahnen. Die Strömungsquer--chnitte

zwischen den Platten bleiben untereinander jedoch immer gleich

g:roß, unabhäng-ir# davon, wie weit die Welle>,'ltäler der schwach

gewellten Platten in die Wellentäler der stark gewellten Platten

hineinragen.

Die (--*Liiz(-#liic-ii Platten des Plattenstapels haben vorteilhafter-

weise einen 'Clachen, nicht gewellten Randbereich, und die

zJ.cl#izaei#förr:l;i.C,en '"lelluiigen der Platter-, sind nach beiden Seiten

I

dieses Raridl.)ei,c-ici-,es ausgeprägt. Zur Vergrößerung der Wärme-

I#ann cler

lllutL;eil viiecierii.., in sielt

Platten -,-,in-1 iiiit V,-)r-t,-il ari ü##reri

eingef#I#--,t, LI-Le

fe"--t iiiiteinancier verbunden jLrid. D-Le

zi,.,isetiE#n uL-ri f'lac#ieri fl.latLei.r-änder.,n (-#L-

-Jebt sein können, I## #t-zIen

fUr das Eiri- tin(1 AuSströmen der wärineau,-#t-,auschenül-.#n

Die Ein- und Au",-str--3t,#iöffriutigen der versc-iiii--#denen .;Lici

ii:it Vort-,#,il vDn init .,,tutzen versebener,

i "öriiiic,en "-J#iiiiiiielkaiiiiii(:"i#ri Uberdeckt.

CD

Der Platteristapel kann von zwei dickwaildigen Druckplatten be-C-> grenzt sein, die mittels Profileisen und Spannbolzer. zusamiiiengepreßt werden. Die Profileisen haben mit Vorteil ein nach außen offenes U-Profil, uni große Biegekräfte aufnehmen zu können. Ein auf diese Weise druckfest geinachter Plattenwärmeaustauscher kann auch dann verwendet werden, wenn die im Wärmeaustausch stehenden Medien einen sehr großen Druck aufweiseM oder wenn zwischen diesen ein sehr großer Druckunte"schied besteht.

Die halbzyl#Ln(##,--#r-#-ichalenfür#"ic-en

stl.rnseitigen l#In- und AusströiAöffnungen des Plattenwärnie-

austauschers überdecken, können an dLe ange-

schw#3iBt, sein. können jedoch auc.>.,. lösbar Dichtungen

le ebenen Stir :eiten c119s PL#

auf d -ris ge-

drück-t "#jobei als HalterunS rit#r die

Pr-;)fileisen üer Druckplatten (ILerien. Dazu #;ind (lie

k-aiY,trt:,-3rn Iiiren Stutzen "#n die i-r,ufileis,3n

4"r, eine,.- Stirnseite PLaL'u-en#.,järin(-#austaujci.er,s neben-

-,inanderliegende Sammelkarritiierri können erfindun#,sgei.,iäß mitein-

nrider verbunuen und als eine Einheit an den Profileisen be-

festigt sein. Dadurch verkürzt sich die Zeit des Zusammenbaus

des Plattenwärmeaustauschers ganz erheblich, i ns besondere

wenn mindestens zwei Medien an einer Stirnseite ihre,Ein- bzw.

Ausströmöffnungen haben, die von mindestens zwei Sammelkammern

Überdeckt werden.

Die Erfindung sei anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch den Plattenwärnieaustauscher längs der Linie I-I der Fig. 2, wobei fünf Medien miteinander im Wärmeaustausch stehen,

Fig. 2 einei, #ichnitt der Linie 11-11 uer mid#

F ig. -- ausschnittsweise cinen "eliiii2-t längo der Linie

III-111 der Fig. 1.

Der in der Zeiel,iiuii,. (jai,i#,estellte

dient beispielsi.,ei--#(2 :,uifl ileichzeitigen Wäi-iiieau.,itau,-cii von

f Uni' Gasen in Liii Dabui Zu

Luft; 1 von u

Uei, Luf,#

ii:i weSentlichem v(iii u#J(I dur

Luft-. 1 un-i des mircinen

Stickstcl'.-i'.,; 2 werden. Hierzu werucii d-Je

querschnit-Ge für Lult 1 und unreinen

vurtauscht. i..erden --Iiii

reiner ein in eiller Tijl'L)illu

zu entspannender una rein,i,

angewämt. Die Medien 1, 2,

sprechendt:n

jeweils in Weise ILcAei u-. t r#en

herausgeleitet.

Die einzelnen Platten 30, 31 des Plattenwärmeaustauschers sind zu einem Plattenstapel zusammengebaut, der von zwei dickwandigen Druckplatten 6, 7 begrenzt ist. An den Außenseiten der Druckplatten 6, 7 sind U-förmige Profileisen 8, 9x 10, 11 angebracht, die über die Konturen des Wärmeaustauschers hinausragen und mittels Spannbolzen 12, 13, 14, 15 den Plattenstapel zusammenpressen.

Zwischen den Platten 30, 31 sind an deren Stirnseite Trennleisten 34 eingefügt, die Ein- bzw. Ausströmöffnungen 16 bzw. 17 für die wärmeaustauschenden Medien aufweisen. Die Ein-und Ausströmöffnungen 16, 17 sind an den Stirnseiten des Plattenstapels für die verschiedenen Medien zu Reihen zusammengefasst, welche von init Stutzen versehenen halbzylinderschalenförmigen Sammelkammern 18, 19, 20, 21, 22, 2.3, 24, 25, 26, 2'( überdeckt sind. Die Sammel.kammern 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 sind lösbar mit dem Plattenwärmeaustauscher verbunden. Dazu ist beispielsweise die Sammelkammer 23, welche zur Verteilung des unreinen Stickstoffs 2 auf seine in einer Reihe liegenden Einströmöffnungen dient, über Stege 2u', 29 an die Profileisen u, 9 angesehraubt. An den Berührungsstellen der Sammelkammern V" 199 209 21, 229 23, 'e_'4, 25, 26, 27 mit den Stirnseiten (ico Plattenwärmeaustauschers befind en sict) in der Zeichnung nicht dargestellte Dichtungen. Zur Vei,I"lirzuntr, der Zusammenbauzeit sind die drei nebeneinanderliegenden Sammelkammern 20, 21, 22 bzw. 25, 26, 27 miteinander verschweißt und als eine Einheit an die Profileisen G' bzw. 11 angeschraubt.
Nach Fig. 3, die einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Plattenwärmeaustauschers zeigt, sind die einzelnen Wärmeübertragungsplatten 30, 31 zickzackförmig gewellt, wobei benachbarte Platten 30, jl jeweils unterschiedliche, abwechselnd starke und schwache Wellungen aufweisen, an denen sie sich berühren. Stark gewellte Platten .30 und schwach gewellte Platten 31 sind so aufeinandergelegt, daß die Wellenberge bzw. Wellentäler 32, 33 der Wellungen benachbarter Platten 30, 31 jeweils in einer Ebene senkrecht zu den Platten 30, 31 liegen. Pro Raumeinheit lassen sich beim erfindungsgemäßen Plattenwärmeaustauscher um so größere Wärmeübertragungsflächen unterbringen, je weiter die Wellentäler 32 der schwach gewellten Platten 31 in die Wellentäler _3_3 der'stark gewellten Platten 30 hineinragen. Die auf die Raumeinheit bezogene Heizfläche kann bei einer Seitenlänge der einzelnen Wellungen der stark gewellten Platten 30 von 3,5 bis 4 mm und der schwach gewellten Platten 31 von 2,5 bis 3 mm bis zu 2000 M 2 In13 betragen; die Heizfläche kann jedoch auch auf den hohen Wert von 11000 m 2 / , m 3 gebracht werden, wenn die Seiten-. länge der einzelnen Wellungen auf 1,8 bzw. 1,5 mm herabgesetzt wird. In jedem Fall bleiben die zwischen den Platten 30, 31 gebildeten Strömungsquerschnitte untereinander gleich groß, so daß diese bei einem Umkehrbetrieb des Plattenwärmeaustauschers für die verschiedenen Medien ohne weiteres vertauscht werden können.
Die sich gegense.Itig etwas verzahnenden Platten 30, 31 des Wärmeaustauschers haben flache, nicht gewellte Randbereiche, zwischen denen Trennleisten 34 eingeschweißt oder eingeklebt sind, welche zusammen mit den Kanten der Platten 30, 31 die ebenen Stirnflächen des Plattenwärmeaustauschers bilden.

Claims

PatentansprUche Plattenwärmeaustauscher mit zickzackförmig gewellten Platten, zwischen denen die im Wärmeaustausch befindlichen Medien strömen, dadurch gekennzeichnet,-daß benachbarte Platten(30, 31) jeweils unterschiedliche, abwechselnd starke und schwache Wellungen aufweisen, an denen sie sich berühren.
Plattenaärmeaustauscher nach Ans ruch 1, dadurch gekennp zeichnet, daß stark gewellte Platten(30) und schwach gewellte Platten (31) so aufeinandergelegt sind, daß die Wellenberge bzw.
Wellentäler(32, 33) der Wellungen benachbarter Platten (30, 31) jevieils in einer Ebenc senkrecht -u den Platten (30, 31) liegen. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zickzackförmigen Wellungen der Platten (30, 31) nach beiden Seiten eines nicht gewellten Randbereiches der Platten (50, 31) ausgeprägt sind.
4. Plattenwärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurcl# gekennzeichnet, daß zwischen den Platten (.30, .31) an deren Stirnseiten Trennleisten (34) eini:-ei'i!C,#; ..i.nu, mittels derer die aufeinandergelegten Platten (50, .31) fest iiiiteinander verbunden sind. 5. Plattenwärrtieaustauscher nach Ansprucii 4, dadurch gekenn- (16,17) zeichnet, daß in den Trennleisten (311) ÖffnungeU/für das

Ein- und Ausströmen der wärmeaustauschenden Medien 3.9 4.- 5) angeordnet sind. 6. Plattenwärneaustauscher nach einem oder ii-,elireren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die außenliegenden Platten (-,'0 bzw. 31) des Plattenstapels begrenzende dickwandige Druckplatten (6, 7), die r-.iittelr, Profileisen (bi gs 10, 11) und Spannbolzen (12, 13, 14, 15) zusammengepreßt sind. Plattenwärmeaustauscher nach einew oder mehreren der Ansprüche 1 bis u, gekennzeichnet durch mit Stutzen versehene Sammelkammern (20, 27), die über Dichtungen auf die stirnseitigen Ein- und Ausströröffnungen (lU, 17) gearUckt sind.
Plattenwärmeaustauscher nach den Ansprüchen 6 und 7, daduich gekennzeichnet, daß als Halterung für die Sammelkammern (11, ig, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27) die Profileisen (S, 9, 10, 11) des Plattenwärmeaustauschers dienen. g.
Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch j, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stirnseite des Plattenwärmeausbauschers nebeneinanderliegende Sammelkammern (20, 21, 22 bzw. 25, 2b, 27) miteinander verbunden und als eine Einheit an den Profileisen (8 bzw. 11) befestigt sind.