DE1920288A1

DE1920288A1 - Plattenwaermetauscher

Info

Publication number: DE1920288A1
Application number: DE19691920288
Authority: DE
Inventors: Konard Dipl-Ing Otto
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1968-11-18
Filing date: 1969-04-22
Publication date: 1970-06-04
Also published as: GB1282029A; SE343383B; US3568765A; FR2023518A7

Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG 1920288

Unser Zeichen! O.Z... 24 βθ4 Α Ms/GP 67OO Ludwigshafen, l8. ^.1969

Plattenwärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher für Flüssigkeiten oder Gase, bestehend aus einem Stapel einzelner, mit zwischengelegten Dichtungen versehener Platten, die zwischen einem räumlich feststehenden Kopfstück und einem über Zuganker lösbar mit dem Kopfstück verbundenen Endstück angeordnet sind, wobei die Rohranschlüsse für die Zu- bzw. Abfuhr der wärmetauschenden Medien am Kopfstück vorgesehen sind und die wärmetauschenden Medien am Ende des Plattenstapels umgelenkt werden.

Plattenwärmetauscher der bekannten Bauart bestehen aus einem Stapel rechteckiger oder kreisförmiger Platten, die zwischen einem Kopfstück und einem Endstück eingespannt sind. Die Platten sind mit Rillen versehen und weisen öffnungen zur Zu- und Abführung der Medien zu bzw. aus den Räumen zwischen den Platten auf. Kopf- und Endstück sind als ebene Scheiben ausgebildet und mit Stutzen zur Zufuhr und Abfuhr der wärmetauschenden Medien versehen. Zwischen den einzelnen Platten sind Dichtungen angeordnet, die beim Zusammenpressen des Plattenstapels mittels der am äußeren Umfang der Platten vorgesehenen Zuganker die Abdichtung der Räume zwischen den wärmetauschenden Flacheiund der Flüssigkeitskanal nach außen sicherstellen sollen.

Der Nachteil dieser Plattenwärmetauscher besteht darin, daß diese nur mit Platten verhältnismäßig kleiner Durchmesser bzw. Kantenlängen ausgerüstet werden können,, da die hohen Druckkräfte, die zum Abdichten des Plattenstapels über die am Umfang der Platten angeordneten Zuganker aufgebracht werden müssen, eine Verwölbung der Platten hervorrufen, die mit wachsenden Durchmessern bzw. Kantenlängen immer stärker in Erscheinung tritt und leicht zu Undichtigkeiten führt.

Der Erfindung lag demnach die Aufgabe zugrunde, die Anpreßkräfte möglichst gleichmäßig, über die ganze Plattenfläche zu verteilen,

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um ein Verwölben der einzelnen Platten auch bei relativ großen Plattenabmessungen zu vermeiden. Dadurch sollte es ermöglicht werden, daß bei Zu- und Abfuhr der wärmetauschenden Flüssigkeiten nur am Kopfstück des Wärmetauschers auch bei großen Plattenabmessungen die für die Portleitung der wärmetauschenden Flüssigkeiten vom Kopfstück zum Endstück bzw. vom Endstück zum Kopfstück erforderlichen Durchtrittsquerschnitte noch

innerhalb der Plattenfläche angeordnet werden können.

Diese Aufgabe wurde bei einem Plattenwärmetauscher für Flüssigkeiten^ bestehend aus einem Stapel einzelner mit zwischengelegten Dichtungen versehener Platten, die zwischen einem räumlich feststehenden Kopfstück und einem über Zuganker lösbar mit dem Kopfstück verbundenen Endstück angeordnet sind, wobei die Rohranschlüsse für die Zu- bzw. Abfuhr der wärmetauschenden Flüssigkeiten am Kopfstück vorgesehen sind und die wärmetauschenden Medien am Ende des Plattenstapels umgelenkt werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kopfstück und das Endstück jeweils als Zylindermantel mit gewölbtem Boden und Flansch ausgebildet ist und im Endstück eine in axialer Richtung des Plattenpakets kolbenartig verschiebbare Endscheibe angeordnet ist₅ mit deren Hilfe die zwischen ihr und dem Kopfstück befindlichen Platten durch Einleiten eines Druckmediums zwischen Endscheibe und gewölbtem Endstück hydraulisch zusammengepreßt werden können. Dabei sollte die bewegliche Endscheibe wenn sie mit einem Fremdmedium als Druckmedium beaufschlat wird, in ihren äußeren Abmessungen mindestens den äußeren Abmessungen der zwischen ihr und dem Kopfstück angeordneten Platten entsprechen. Wird die Endscheibe mit einem der wärmetauschenden Medien als Druckmedium beaufschlagt, dann muß die Endscheibe in ihren äußeren Abmessungen größer sein als die zwischen ihr und dem Kopfstück angeordneten Platten.

Um für die Fortleitung der wärmetauschenden Flüssigkeiten vom Kopfstück zum Endstück bzw. vom Endstück zum Kopfstück erforderlichen Durchtrittsquerschnitte noch innerhalb der Plattenfläche anordnen zu können, empfiehlt es sich, die zwischen Kopfstück und Endstück angeordneten Platten als Kreisscheiben auszubilden, wobei die eigentliche wärmetauschende Fläche der Platten am äußeren Umfang von vier um 90 zueinander versetzt angeordneten

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Öffnungen umgeben ist, welche zur Zu- und Abführung der wärmetauschenden Flüssigkeiten zu- bzw. von den wärmetauschenden Flächen dienen, und daß diese Öffnungen jeweils weniger als einen Viertelkreisbogen des Plattenumfangs einnehmen und die vier zwischen, je zwei benachbarten Öffnungen liegenden Plattenflächen mit Durchbrüchen versehen sind, die paarweise der Fortleitung der wärmetauschenden Flüssigkeiten vom Kopfstück zum Endstück bzw. vom Endstück zum Kopfstück unter Umgehung der wärmetauschenden Flächen der'Platten dienen. Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher ist in der Zeichnung beispielsweise schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Figur 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch den Wärmetauscher.

Figur 2 zeigt eine einzelne ,Platte des Wärmetauschers ohne Dichtungen in der Draufsicht.

Figur 3 zeigt eine einzelne Platte des Wärmetauschers mit aufgelegten Dichtungen in der Draufsicht.

Figur 4 zeigt einen Ausschnitt aus dem Wärmetauscher in perspektiver Darstellung.

Der Plattenwärmetauscher besteht gemäß Figur 1 aus dem räumlich feststehenden Kopfstück 10 mit den Rohrstutzen l8 zur Zufuhr und Abfuhr der wärmetauschenden Flüssigkeiten, dem beweglichen und mit Verdrängerkörpern 17 ausgerüsteten Endstück 11, den zwischen beiden Teilen angeordneten, kreisförmigen Platten 12, einer festen Endscheibe 13 im Kopfstück 10, einer im Endstück 11 beweglich gelagerten Endscheibe 14 mit Dichtung 15 und mehreren Zugankern 16, die Kopfstück 10 und Endstück 11 miteinander verbinden.

Figur 2 zeigt eine kreisförmige Platte 12, bei der die eigentliche wärmetauschende Fläche 25 von den Öffnungen 20, 21, 28 und 29 umgeben ist, die jeweils der Zu- und Abfuhr einer wärmetauschenden Flüssigkeit zu bzw. aus dem Raum zwischen zwei Platten 12 dienen. Da die Stutzen 18 zur Zu- und Abfuhr der wärmetauschenden Flüssigkeiten zu bzw. von dem Wärmetauscher am Kopfstück 10 angebracht sind, müssen im Wärmetauscher Umführungsleitunger.

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vorgesehen werden, die die wärmetauschenden Flüssigkeiten unter Umgehung der wärme tauschenden Flächen 25 vom Kopfstück 10 zum anderen Ende des Plattenstapels bzw. von dort zum Kopfstück 10 weiterleiten. Die Öffnungen 20, 21, 28 und 29 wurden deshalb um 90° gegeneinander versetzt derart angeordnet, daß sie jeweils weniger als einen Viertelkreisbogen des Plattenumfangs in Anspruch nehmen. Die vier zwischen je zwei benachbarten Öffnungen 20, 21, 28 und 29 liegenden Plattenflächen konnten nun mit Durchbrüchen 22 und 2J> versehen werden, die paarweise der Fortleitung der wärmetauschenden Flüssigkeiten vom Kopfstück 10 zum anderen Ende des Plattenstapels bzw. von dort zum Kopfstück 10 unter Umgehung der wärmetauschenden Flächen 25 der Platten 12 dienen.

In Figur J> ist die in Figur 2 dargestellte Platte 12 mit Dichtungen 24 versehen, die die Trennung der einzelnen Kanäle 20, 21, 22, 23, 28 und. 29 voneinander bewirken und die Öffnungen 20 und 28 an die wärmetauschende Fläche 25 anschließen. Werden die in Fig. J5 dargestellten, mit Dichtungen 24 belegten Platten 12 in dem Plattenpaket abwechselnd um 90 gegeneinander verdreht angeordnet, dann entsteht der in Figur 4 in perspektivischer Darstellung gezeigte Wärmetauscher, bei dem die Hohlräume zwischen zwei wärmetauschenden Flächen 25 abwechselnd an die Öffnungen 20 und 28 bzw. 21 und 29 angeschlossen sind.

Der besseren Übersicht wegen sind nur eine begrenzte Anzahl von Platten 12 und Dichtungen 24 axial auseinandergezogen dargestellt worden. An das Kopfstück 10 reiht sich die im Kopfstück 10 fest angeordnete Endscheibe 1J> an, an diese schließen sich Dichtungen 24 und Platten 12 abwechselnd an und werden von der beweglichen Endscheibe 14 und dem Endstück 11 abgeschlossen. Die Wege der einzelnen wärmetauschenden Medien sind durch Pfeile dargestellt und das Hindurchleiten eines Mediums durch den Hohlraum zwischen den wärmetauschenden Flächen 25 zweier Platten 12 wurde in der Ebene der jeweils dazwischen befindlichen Dichtung 24 durch Pfeile dargestellt.

Bei dem hier dargestellten Gegenstromprinzip tritt das eine wärmetauschende Medium 26 über einen der Rohrstutzen 18 in den Wärmetauscher ein und wird nach Durchtritt durch die Bohrung 27

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der festen Endscheibe 13 durch die öffnungen 20 weitergeleitet. In der Ebene jeder zweiten Dichtung 24 wird ein Teil des Mediums.26 in Pfeilrichtung durch den Hohlraum zwischen den benachbarten Platten 12 zum Zwecke des Wärmetausches geführt. Diese Teilströme werden über die öffnungen 28 aus den Hohlräumen abgeführt und sammeln sich als Mediumstrom 45s der parallel zum Mediumstrom 26 verläuft. Nach Erreichung des Endes des Plattenstapels werden die beiden Medienströme 26 und 4-5 umgelenkt, durch die Kanäle 22 unter Umgehung der wärmetauschenden Flächen 25 zur feststehenden Endscheibe 13 zurückgeleitet und nach Durchtritt durch die Bohrungen 30 und 31 als ein Stoffstrom 26 + 45 aus einem der Rohrstutzen 18 abgeführt.

Das zweite wärmetauschende Medium 32 + 33 tritt über einen der Rohrstutzen 18 in den Wärmetauscher ein. Es wird zunächst in zwei Teilströmen 32 und 33 nach Durchtritt durch die Bohrungen 34 und 35 der Endscheibe 13 durch die Kanäle 23 bis zur Endscheibe 13 durch die Kanäle 23 bis zur Endscheibe 14 bzw. zur letzten Dichtung 24 geführt, dort umgelenkt und als Strom 36 durch die öffnungen 21 zum Kopfstück 10 zurückgeführt. In der Ebene der direkt vor der Endscheibe 14 angeordneten Dichtung und in den Ebenen jeder zweiten folgenden Dichtung 24 wird von dem Mediumstrom 36 ein Teil in Pfeilrichtung durch die jeweils von dem ersten wärmetauschenden Medium 26 nicht berührten Hohlräume geführt und in den öffnungen 29 als Teilstrom 37 gesammelt. Der Teilstrom 37 wird wieder parallel zum Mediumstrom 36 geführt. Beide Ströme 36 und 37 werden nach dem Durchtritt durch die Bohrungen 38 und 39 der Endscheibe 13 vereinigt · und durch einen der Rohrstutzen 18 aus dem Wärmetauscher abgeführt.

Die Abdichtungen der Kanäle 22 und 23 und der öffnungen 20, 21, 28 und 29 untereinander und nach außen wird dadurch vorgenommen, daß die bewegliche Endscheibe 14 auf der dem Endstück 11 zugekehrten Seite mit einem Druckmedium beaufschlagt und in Richtung auf ..das Kopfstück 10 hin bewegt wird, so daß der Plattenstapel mit den zwischengelegten Dichtungen 24 zusammengespreßt wird. In der Ausführungsform gemäß Figur 4 wird als Druckmedium dae eine wärmetauschende Medium, bestehend aus den Teilströmen 26 und 45, benutzt, wobei die Endscheibe 14 einen größeren Außen-

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durchmesser aufweist als die gestapelten Platten 12. Zu diesem Zweck treten die Teilströme 26 und 45 durch die Bohrungen 40, 4l, 42 und 43 der Endscheibe 14 durch diese hindurch und füllen den Raum zwischen Endscheibe 14 und Endstück 11 aus. Da die Endscheibe 14 auf der dem Endstück 11 zugekehrten Seite in größerer Flächenausdehnung als auf der den Platten 12 zugekehrten Seite mit Flüssigkeit beaufschlagt wird, entsteht eine Schubkraft in Richtung zum Kopfstück 10 hin, die die erforderliche Dichtkraft auf die dichtungen 24 ausübt. Das Endstück 11 kann zur Vermeidung eines zu großen flUssigkeitsgefUllten Raumes mit 'Verdrängerkörpern 17 (siehe Figur 1) ausgestattet sein. Kopfstück fc 10 und Endstück 11 sind mit gewölbten Böden versehen und können sehr viel höhere Drücke aufnehmen als die scheibenförmigen Endstücke bekannter Bauart.

Als Druckmedium zwischen Endscheibe 14 und Endstück 11 kann auch anstelle des einen wärmetauschendai Mediums ein Fremdmedium verwendet werden, welches durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Rohrstutzen dem Endstück 11 zugeführt werden müßte. Wenn das Fremddruckmedium einen größeren Druck aufweist als die wärmetauschenden Medien, kann die Endseheibe l4 denselben Außendurchmesser aufweisen wie die Platten 12. Die Umlenkung des einen wärmetauschenden Mediums 26, 45 dürfte in diesem Fall nicht mehr im Endstück 11 erfolgen, bzw. müßte flüssigkeitsdicht ^ gegen das Fremddruckmedium erfolgen. In jedem Fall ist aber die Endscheibe 14 axial beweglich im Endstück 11 gelagert und durch die im Endstück 11 eingelegte Dichtung 15 nach außen abgedichtet. Die Flansche des Kopfstückes 10 und des Endstückes 11 sind durch Zuganker 16 (siehe auch Figur 1), die die Bohrungen 44 der Flansche geführt werden, gegeneinander fixiert.

Während des Betriebs des Wärmetauschers wird die Endscheibe 14 mechanisch lediglich durch die zwischen den wärmetauschenden Flüssigkeiten und dem im Endstück 11 eingebrachten Fremddruokmedium herrschende Druckdifferenz beansprucht; sie ist im Falle der Verwendung einer der wärmetauschenden Medien als Druckmedium zum Teil völlig entlastet. Die Endscheibe 14 kann also bei geringer Wandstärke aus Material gefertigt werden, an das bezügliche der Festigkeit keine besonderen Ansprüche gestellt werden. Bei Außerbetriebnahme des Wärmetauschers kann die Entlastung

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der Endscheibe und damit der Dichtungen in sehr einfacher Weise durch Ablassen des Druckmediums aus dem Endstück 11 vorgenommen werden, wodurch die Haltbarkeit der Dichtungen wesentlich ver-' längert wird. Die zum Abdichten des Plattenpakets erforderlichen Anpreßkräfte werden mittels der im Endstück 11 beweglich angeordneten Endscheibe 14 gleichmäßig auf die Platten 12 verteilt, so daß auch bei großen Preßkräften oder bei großen Plattenabr messungen nicht mehr die Gefahr besteht, daß die einzelnen Platten durch zu hohe, über Zuganker aufgebrächte, an den Plattenrändern angreifende Kräfte deformiert werden und dadurch Undichtigkeiten entstehen. Die in der Zeichnung dargestellten Zuganker 1.6 dienen lediglich der Fixierung und Abstützung von Kopfstück 10 und Enstück 11 gegeneinander, aber nicht der Einleitung der Anpreßkräfte in die Platten 12.

In manchen Fällen kann es von Vorteil sein, außer der Endscheibe 14 auch die im Kopfstück 10 befindliche Endscheibe Ij5 axial beweglich anzuordnen.

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Claims

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Patentansprüche

[ 1. J Plattenwärmetauscher für Flüssigkeiten oder Gase, bestehend —' aus einem Stapel einzelner., mit zwischengelegten Dichtungen versehener Platten, die zwischen einem räumlich feststehenden Kopfstück und einem über Zuganker lösbar mit dem Kopfstück verbundenen Endstück angeordnet sind, wobei die Rohranschlüsse für die Zu- bzw. Abfuhr der wärmetauschenden Medien am Kopfstück vorgesehen sind und die wärmetauschenden Medien am Ende des Plattenstapels umgelenkt werden., dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück und das Endstück jeweils als Zylindermantel mit gewölbtem Boden und Flansch ausgebildet ist und im Endstück eine in axialer Richtung des Plattenpakets kolbenartig verschiebbare Endscheibe angeordnet ist, mit deren Hilfe die zwischen ihr und dem Kopfstück befindlichen Platten durch Einleiten eines Druckmediums zwischen Endscheibe und gewölbtem Endstück hydraulisch zusammengepreßt werden können.

2. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Endscheibe in ihrem äußeren Durchmesser größer ist als die zwischen ihr und dem Kopfstück gestapel Platten und daß das Druckmedium den gleichen Druck aufweist wie die durch die Platten strömenden wärmetauschenden Medien.

j5. Plattenwärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmedium eines der wärmetauschenden Medien verwendet wird.

4. Plattenwärmetauscher gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Kopfstück und Endstück angeordneten Platten als Kreisscheiben ausgebildet sind, wobei die eigentliche wärmetauschende Fläche der Platten am äußeren Um-

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σ fang von Vier um 90 zueinander versetzt angeordneten öff-O₀ nungen umgeben ist zur Zu- und Abführung der wärmetauschenden *° Medien, zu bzw. von den wärme tauschenden Flächen, daß diese ^- Öffnungen jeweils weniger als einen Viertelkreisbogen des _» Plattenumfangs einnehmen und die vier zwischen je zwei benach-¹^ baren Öffnungen liegenden Plattenflächen mit Durchbrüchen versehen sind, die paarweise der Fortleitung der wärmetauschenden

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Medien vom Kopfstück zum Endstück bzw. vom Endstück zum Kopfstück unter Umgehung der wärmetauschenden Flächen der Platten dienen.

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG

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