DE1930815A1

DE1930815A1 - Platten-Waermetauscher

Info

Publication number: DE1930815A1
Application number: DE19691930815
Authority: DE
Inventors: Paddock David Anders; Kemp Carrol Bela
Original assignee: Air Preheater Co Inc
Current assignee: Alstom Power Inc
Priority date: 1968-06-26
Filing date: 1969-06-18
Publication date: 1970-04-16
Also published as: FR2014240A1; US3537165A; FR2014240B1; NL6909736A

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Air Preheater Company, Inc., Windsor, Connecticut._t- USA,

betreffendί
"Platten-Wärmetauscher"

Die Erfindung betrifft einen Platten-Wärmetauscher, und zwar einen Platten-Rekuperativ-Wärmetauscher, dessen Teile einfach zusammengestellt und zu einer leckfreien Baueinheit zusammengeschweißt werden. Die Erfindung bezieht sich somit auch auf ein Verfahren zum Herstellen derartiger Wärmetauscher.· . - " -

Verschiedene Versuche sind bereits unternommen worden, einen Wärmetauscher von der Bauart zu- schaffen, bei der eine Reihe dünner Metallplatten in einer Anordnung Vorder- ..-seite an Vorderseite zusammengebaut werden zur Bildung von Umhüllungen oder Ummantelungen mit dünnen Durchlaßwegen av/isehen- diesen für den getrennten Durchstrom eines Strömungsmittel s in Wärmeaustauschbeziehung mit einem anderen,

0 09816/1199

1930813

über die Außenseite des Wärmetauschers strömenden flüssigen oder gasförmigen Medium. Eine solche Anordnung ist in den US-Patentschriften 2 j>50 339 und 2 610 839 gezeigt, wobei ein Strömungsmittelaustritt aus dem Raum zwischen den Platten durch die Verwendung einer Packung oder einer Dichtung zwischen den Platten ausgeschlossen wird. Während derartige Gerätebauformen gut sind für die meisten Anwendungsfalle, wo ein begrenzter Strömungsmittelaustritt zulässig ist, fordert die technische Entwicklung auf verschiedenen Gebieten häufig H die Verwendung eines Wärmetauschers, bei dem absolut kein Strömungsmittelaustritt zulässig ist, so daß der Austritt oder >die Leckage giftiger Ätz- oder Beizmittel oder auf andere Weise schädlicher Strömungsmittel wirkungsvoll verhindert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Platten-Wärmetauscher zu vermeiden und einen Wärmetauscher zu schaffen, der sich aus einer Anzahl gleichartiger Bauelemente sowohl einfach und billig herstellen läßt als auch absolut leckfrei ist.

Ein derartiger Plätten-Wärmetauscher ist erfindungs- ψ gemäß gekennzeichnet durch eine Reihe ähnlich durchbrochener Wärmeübergangsplatten, die in gegenseitigem Abstand angeordnet sind unter Bildung einer Reihe von Strömungsdurchlässen zwischen ihnen, durch eine paarweise Verbindung nebeneinanderliegender Platten rings um den Umfang benachbarter

Öffnungen oder Durchbrüche zur Bildung einer Wärmetauscher-. αβ/Γ Platten

Unterbaueinheit, durch eine Verbindung;nebeneinander liegender Unterbaueinheiten entlang ihren Randbereichen unter Bildung einer Aufeinanderfolge miteinander verbundener Unterbaueinheiten, so daß ein in einem Durchlaßweg, durch eine Öffnung oder einen Durchbruch der Platte fließendes Strömungsmittel oder Fluid von einem Strömungsmittel oder Fluid

009816/1199

/ · ■■-'■■

unter Wärmeaustauschbeziehung wirksam getrennt ist, daö den Wärmetauscher außen umströmt.

Die Erfindung besteht also in einem Platten-Rekuperativ-Wärmetauscher, der aus einer Reihe von Platten besteht, die an ihren Rändern aneinanderstoßen und leicht zu einer einstückigen, leckfreien Baueinheit zusammengeschweißt sein können.

Die 'Erfindung schafft auch einen Platten-Wärmetauscher, der aus einfach_: geformten, im wesentlichen ebenen oder leicht schüsseiförmig gewölbten Platten besteht, die entlang ihren aneinanderstoßenden Rändern leckfrei zusammengeschweißt sind. Eine ..solche Wärmetauscherkonstruktion bietet auch den Vorteil einer minimalen Anzahl von Verbindungsstellen und kann zu einer Baueinheit zusammengeschweißt sein, wodurch die Schweißverbindungen der einzelnen Unterbaueinheiten davon leicht auf Leckstellen untersucht werden können, bevor es erforderlich ist, eine Anzahl von Unterbaueinheiten zu einem vollständigen Wärmetauscher zu verbinden.

Das Verfahren zum Herstellen eines derartigen Platten-Rekuperativ-Wärmetauschers aus einer Reihe seitlich nebene.inanderliegender Platten mit einer Vielzahl von Öffnungen oder Durchbrüchen darin ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Plattenpaar durch Zusammenschweißen Rücken an Rücken rings um den Umfang nebeneinanderliegender Öffnungen oder Durchbrüche zu einer Unterbaueinheit verbunden wird, daß eine Reihe von Unterbaueinheiten in seitlicher Hebeneinanderstellung angeordnet wird, und daß die Ränder seitlich benachbarter Unterbaueinheiten unter Bildung eines vollständigen Wrirnetauscher-Aufbaues zusammengeschweißt werden. Ein siches Verfahren, bei den"zunächst"die einzelnen Plattenpaare rings un die nebeneinander!legenden öffnungen oder Durchbrüche in ihnen miteinander verschweißt werden, bietet

009816/1199

-Δ-

den Vorteil, daß eine derart ausgebildete Schweißverbindung leicht zugänglich ist und dann durch geeignete Untersuchungsgeräte, wie z.B. ein Leckstellenuntersuchungsgerät nach Art eines Massenspektrometer oder -spektrographen, eingehend auf Leckstellen untersucht werden kann. Erst nach einem zufriedenstellenden Durchgang durch einen solchen Test, der die Gewähr dafür bietet, daß eine durchgehende Schweißverbindung vorhanden ist, die die Möglichkeit eines eventuellen Leckens ausschließt, werden ähnliche Unterbaueinheiten eine auf der anderen angeordnet und die Ränder aneinanderstoßender Platten werden W gleichermaßen in einer Stirnseiteh-zu-Stirnseiten-Lage durch Schweißen miteinander verbunden. Eine derart zusammengestellte und verbundene vollständige Baueinheit kann dann an die geeigneten Zufuhr- und Auslaßleitungen angeschlossen werden oder sie kann auch an die Verwendung bei beträchtlich' höheren Drücken angepaßt Werden durch Anordnung in einem Querbalken-Stützrahmen, wobei dann auch geeignete Anschlüsse angebracht werden können und ein Strömungsmittel oder Fluid hindurchgeschickt werden kann, während ein anderes Strömungsmittel oder Fluid, das im Druck wesentlich abweicht, den Wärmetauscher an seiner Außenseite umströmen kann·

. Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes

" der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausftihrungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Wärme-'...". tauschers nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine einzelne Platte des Wärmetauschers,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein zu einer Unter·· baueinheit zusammengeschweißtes Plattenpaar,

00981671198

INSPECTED

S. ' i- C

Pig. 4 einen Querschnitt durch den in Fig. 1 gezeigten Wärmetauscher und

Fig. 5 einen Wärmetauscher der in Fig. 1 gezeigten

Art, der in einen Querbalken-Stützrahmen eingeschlossen ist.

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung wird d*ie Anordnung nach Fig. 1 aus einer Ansah! von Unterbauein- ■ heiten zusammengeschweißt. Jede Unterbaueinheit besteht aus einem Paar geeignet geformter schüsseiförmiger Platten 12, die, Rücken an Rücken, rings um die Öffnungen oder Durchbrüche 14 in der in Fig. 3 gezeigten Anordnung zu der genannten Unterbaueinheit zusammengeschweißt sind* Um die Platten 12 auf diese Weise zu verbinden, wird zuerst ein · Plattenpaar Rücken an Rücken zusammengeklemmt_? mit ihren Öffnungen oder Durchbrüchen 14 in Ausrichtung und in seitlicher Aneinanderlage mit ihren Wellungen 16, Ein Schweißwerkzeug wird in die Öffnung oder den Durchbruch 14 eingesetzt und fortschreitend rings um den Rand der öffnung bewegt, oder die Unterbaüeinheit wird unter Anwendung geeigneter Schweißverfahren auf andere Weise langsam um eine stationäre Schweißvorrichtung gedreht, um den Schweißvor- ' j gang an den aneinanderstoßenden Platten rings um die Öffnungen oder Durchbrüche auszuführen, so daß sie nach dem; Abkühlen durch eine Randschweißung 18 dauerhaft miteinander ; verbunden sind_e *

Die so geformten Unterbaueinheiten werden als

nächstes mit den Rändern ihrer sich auswärts erstreckenden > Stirnseiten in Berührung mit den Rändern von Platten anderer, ähnlicher Unterbaueinheiten gebracht und dann in ähnlicher f Weise zusammengeschweißt durch einen anderen Randschweißvorgang. Zusätzliche Unterbaueinheiten könaen.,hinzugefügt werden, bis der Wärmetauscher in seiner Gesamtheit_;die gewünschte ;

00981S/HS9 ■- " ■ i ;

-6-

Kapazität hat· Eine einzelne Endplatte 22 kann an dem Ende jeder Baueinheit befestigt werden, um sie zu einem gas- oder flüssigkeitsdichten Wärmetauscher abzuschließen» Die Platte 22 ist vorzugsweise ähnlich den Platten 12, um sicherzustellen, daß die Werte für die Ausdehnung und Zusammenziehung gleich sind und daß das Verhalten gegenüber dem Schweißvorgang identisch ist, so daß keine Fehlstellen oder Leckstellen vorhanden sind, die von einem Bruch infolge einer unterschiedlichen Ausdehnung herrühren.

" Geeignete Flanschen mit Einlaß- und Auslaßän-

schlüssen 24 und 26 können an die Endplatte 22 rings um ihre Öffnungen oder Durchbrüche 14 angeschweißt sein für den Anschluß einer geeigneten Zufuhr— und Äuslaßleitung. Die Endplatte an dem gegenüberliegenden Ende der Wärmetauscher-Baueinheit kann eine' einfache Verschlußplatte 25 sein oder sie kann auch in Übereinstimmung mit der Gestaltung des Wärmetauschersysteras durchbrochen sein, zwecks Erzeugung irgendeines von verschiedenen Strömungsverläufen durch den Wärmetauscher,.

, Wenn ein Niederdruck-Strömungsmittel durch die

k von schüsseiförmig gewölbten und Stirnseite an Stirnseite aneinanderstoßenden Platten umschlossenen Räume geleitet

wird, ist kein äußeres Gehäuse oder keine Querbalken- oder Stützrahmenanordnung erforderlich, um dem Innendruck standzuhalten. Wird jedoch ein Strömungsmittel unter einem höheren Druck...als dem Umgebungsdruck durch die Öffnungen oder • ' Durchbrüche und in den Raum zwischen aneinanderstoßenden

I- Platten geleitet, so wird jede Platte durch den unausgeglichenen Strömungsmitteldruck nach außen gedrückt. Da alle Platten mit Ausnahme der Platten- 22 und 25 an den

j Enden der Baueinheit seitlich eine gegen die andere stoßen, t stützen sie sich gegenseitig ab, während die Wandungen der

■ i - . . . ■■' -^: ■■■.,' ■■■■■ ■■ . -. ■' ■■ ■'■■■-.■ ^: .; ■ ■-. -■■."-'■.

, 009818/119$

Y- '■ ' -.- ■ ^ .. .-,.■■■ - -7- . ■■ ■■■■■, ■■:.■■ -^: " \' ■' '■.'■ -

Baueinheit an deren äußeren Enden durch einen Querbalken-Stützrahmen 27, wie er in Fig. 5 schematisch gezeigt ist, unterstützt und gegen nach außen gerichtete Kräfte festgehalten sein können·

Ein auf die beschriebene Weise zusammengebauter und durch Schweißen verbundener Wärmetauscher ist haltbar und im wesentlichen frei von der Möglichkeit eines Strömungsmittelaustritts. Ein Paktor, der ganz wesentlich zur Vermeidung von Leckstellen beiträgt, ist die Tatsache, daß das üblicherweise angewendete Schweißverfahren die Verwendung eines Löt-FlußmittelS vermeidet, so daß keine Flußmitteleinschlüsse in der Verbindungsnaht sind, die leicht gelöst werden können und Poren erzeugen, die dann Wege für den Leckflüssigkeitsdurchtritt werden und somit zu einer Gesamtverringerung der Festigkeit und der Wirksamkeit der Wärmetauschereinheit beitragenβ

- Patentansprüche -

009818/1199

-8-

Claims

Pat ent an s ρ r ü c h e

I 1.JPlatten-Wärmetauscher, insbesondere Platten-Rekuperativ^Warmetauscher, gekennzeichnet durch eine Reihe ähnlich durchbrochener Wärmeübergangsplatten (12), die in gegenseitigem Abstand angeordnet sind unter Bildung einer Reihe von Strömungsdurchlässen zwischen ihnen, durch eine paarweise k Verbindung nebeneinanderliegender Platten (12) rings um den Umfang benachbarter Öffnungen oder Durchbrüche (14) zur Bildung einer V^rmetauscher-Unterbaueinheit, durch eine Verbindung /nebeneinanderliegender Unterbaueinheiten entlang ihren Randbereichen unter Bildung einer Aufeinanderfolge miteinander verbundener Unterbaueinheiten, so daß ein in einem Durchlaßweg durch eine Öffnung oder einen Durchbruch (14) der Platte (12) fließendes Strömungsmittel oder Fluid von einem Strömungsmittel oder Fluid unter Wärmeaustauschbeziehung wirksam getrennt ist, das den Wärmetauscher außen umströmt.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet

durch eine Reihe schüsseiförmig gewölbter Wärmeübergangsplatten (12), die abwechselnd Rücken an Rücken angeordnet sind unter Bildung einer Reihe von Strömungdurchlässen zwischen ihnen.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wärmeübergangsplatte (12) ein Paar Öffnungen oder Durchbrüche (14) aufweist.
4. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübergangsplatten (12) und die Unterbaugruppen an ihren Verbindungsstellen miteinander verschweißt sind.

009816/1199
5. Wärmetauscher nach einem oderrmehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens einen Querbalken-Stützrahmen (27), der aneinanderstoßende Unterbaugruppen umschließt. ■'.""-. :
6. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme- »übergangsplatten (12) flache Randabschnitte rings um schräge Wellungen (16), die an benachbarten Platten (12) in gegenseitiger Berührung stehen und sich aneinander abstützen, aufweisen.
7. Verfahren zum Herstellen eines Platten-Rekuperativ-Wärmetauschers aus einer Reihe seitlich nebeneinanderliegender Platten mit einer Vielzahl von Öffnungen oder Durchbrüchen darin, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Plattenpaar durch Zusammenschweißen Rücken an Rücken rings um den Umfang nebeneinanderliegender Öffnungen oder Durchbrüche zu einer Unterbaueinheit verbunden wird, daß eine. Reihe von Unterbaueinheiten in seitlicher Nebeneinanderstellung angeordnet wird, und daß die Ränder seitlich benachbarter Unterbaueinheiten unter Bildung eines voll·* ständigen Wärmetauscheraufbaues zusammengeschweißt werden· -
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einzelplatte mit einer Außenform und Öffnungen oder Durchbrüchen darin ähnlich denen der Platten der Unterbaueinheiten an die Enden des Wärmetauscheraufbaüs angeschweißt wird, um den Raum in dem Wärmetauseher, der duirch die Öffnungen oder Durchbrüche gespeist wird, zu umschließen»

009816/1199

JlD ,

Leers© ι te