DE2045064B2 - Plattenwärmetauscher - Google Patents

Description

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1. da- verlaufenden Randbereiche benachbarter Plattendurch gekennzeichnet, daß die Plattenpaare und 45 paare zum Bilden des Abdichtrandes zueinander hin Blechstreifen (8) so ausgebildet sind, daß die im wesentlichen viertelkreisförmig verformt sind, die Blechstreifen (8) im druckentlasteten Zustand der parallelen, im Querschnitt runden Strömungskanäle Plattenpaare zwischen die Blechtafeln (1) der für das Gas hoher Temperatur und niedrigen Druk-Plattenpaare einschiebbar und herausziehbar sind kes bestimmt sind und die Breite der zu diesen par- und im druckbelasteten Zustand vom hohen 50 allelen Strömungskanälen parallel verlaufenden Druck des Kühlmittels in den Strömungskanälen Randbereiche so groß gewählt ist, daß bis zur (4) mit wellenähnlichem Querschnitt in ihrerLage Außenkante dieser Randbereiche die infolge der fixiert sind. Heißgastemperatur höhere Wandtemperatur der par-

3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 allelen Strömungskanäle im wesentlichen bis zur oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen 55 Kühlmitteltemperatur vermindert ist, nach Patent der eingeschobenen Blechstreifen(8)von derGas- 1 601 215.

eintrittsseite (E) zui Gasaustrittsseite (A) des In Plattenwärmetauschern dieser Art ergibt sich

Wärmetauschers etwa entsprechend dem Verhält- auf dem Gasweg vom Eintritt in den Plattenstapel bis

nis der abnehmenden Temperaturdifferenz zwi- zum Austritt aus dem Plattenstapel eine stark abneh-

sehen Gas und Kühlmittel zunehmen. 60 mende Temperaturdifferenz zwischen dem Gas unc

4. Plattenwärmetauscher nach einem der An- dem Kühlmittel, da die Verdampfungstemperatur de; sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittels überall etwa gleich ist, während das Gai eingeschobenen Blechstreifen (8) von der Gasein- sich stark abkühlt. Die Folge ist, daß die Heizflä trittsseite (E) bis zu einem Abstand, bei dem die chenbelastung in beispielsweise kcal/m²h bei glei Gase auf Temperaturen abgekühlt sind, bei de- 65 chem Strömungsquerschnitt der Strömungswege de nen Turbulenz keinen Einfluß auf chemische Re- Gases vom Anfang bis zum Ende des Plattenstapel aktionen des Gases mehr besitzt, eine glatte sehr stark abnimmt. Bei Rohrbündelwärmetauscher] Oberfläche aufweisen und anschließend Turbu- ist es bekannt, an den Rohren innen und/oder außei

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Rippen anzuschweißen, beispielsweise gemäß der bri- Außerdem kann die Wärmetauschfläche benachbartischen Patentschrift 874 395 oder der französischen ter, im Querschnitt runder Stromungskanaie ver Patentschrift 959 336, wobei die Rippen in Längs- schieden ausgeführt sein. Die Blechstreifen bestenen richtung der Rohre zunehmende Oberflächen aufwei- aus gut wärmeleitendem Material wie z. B. £"Ρ~^Γ· sen können. Ein einem Plattenwärmetauscher ent- 5 Zwar ist die Wirksamkeit der durch die Blecnsireifernt ähnelnder Rohrbündelwärmetauscher, bei dem fen gebildeten Sekundär-Heizflächen etwas S^e™p^r durch die Rohre ein Medium hohen Druckes strömt, als diejenige der durch die Blechtafel^ gebiiaeten ist durch die schweizerische Patentschrift 398 657 Primär-Heizflächen. Die Kosten je Flacheneinneii vorgeschlagen worden, gemäß der benachbarte, mit der Sekundär-Heizflächen betragen aber nur einen Rippen versehene Rohre miteinander verbunden io äußerst geringen Bruchteil (¹Ao bis Vso) derjenig sind, derart, daß die Rippen sowohl im Inneren der der Primär-Heizflächen. Spart man also einen erneD-Rohre als auch außerhalb der Rohre angeordnet sind liehen Teil der Primär-Heizflächen em und setzt oa- und die Rippen benachbarter Rohre als durchge- für eine etwas größere Sekundär-Heizflache ein, so hende, die Rohre verbindende Wand ausgebildet ergibt sich eine wesentliche Ersparnis der Uesamunsind. Derart miteinander verbundene Rohre können 15 vestitionskosten. Außerdem kann beispielsweise De beispielsweise durch Aufschweißen von Blechstreifen Äthylenerzeugung durch Cracken infolge der durcn auf eine Blechtafel hergestellt werden, wobei die die erfindungsgemäße Ausbildung des Plattenwdr-Blechtafel die Wand bildet und durch die aufge- metauschers erzielten Verkürzung der Lange ovs schweißten Blechstreifen die Rohre gebildet werden. Plattenwärmetauschers und der dadurch rascneren Dabei sind für jedes der Rohre mehrere Schweiß- 20 Abkühlung (kürzere Verweilzeit) der Spaltgase aucn nähte notwendig. Außerdem ist lediglich die gesamte eine gewisse Steigerung der Äthylen-Ausbeute erzien Wärmetauschfläche erhöhi, jedoch nicht entlang des werden. . . _p.

Wärmetauschers änderbar. Der Anwendung derarti- Bei einer besonderen Ausgestaltung sind die riai-

eer Rippen bei Plattenwännetauschern stehen aber tenpaare und Blechstreifen so ausgebildet, dab die erhebliche, insbesondere fertigungstechnische Nach- 25 Blechstreifen im druckentlasteten Zustand der naiteile entgegen. Die verformten Platten bei Platten- tenpaare zwischen die Blechtafeln der Plattenpaare wärmetauschern werden üblicherweise maschinell einschiebbar und herausziehbar sind und im drucK-mittels einer Prägevorrichtung gefertigt. Die benach- belasteten Zustand vom hohen Druck des Kuhimitbarten Platten des aus solchen Platten zusammenge- tels in den Strömungskanälen mit wellenannlicnem setzten Stapels werden dann verschweißt. Werden 3» Querschnitt in ihrer Lage fixiert sind. Durch die tiernun zusätzliche Rippen an den Platten angeschweißt, ausziehbarkeit kann der Plattenwärmetauscher senr so sind weitere zusätzliche, langwierige und damit schnell von Verunreinigungen gereinigt werden, teuere Arbeitsgänge notwendig, wodurch dann der Außerdem sind lediglich die bei der Hersteilung Kostenvergleich von Plattenwännetauschern mit eines üblichen Plattenwärmetauschers notwendigen Rohrbündelwärmetauschern gleichen Effektes wieder 35 Schweißnähte an den Rändern der Blecntatein oes zugunsten der Rohrbündelwärmetauscher ausfällt. Stapels notwendig. Da die Blechstreifen ment ge-Außerdem weisen bekanntlich die Blechtafeln der schweißt werden müssen, können sie auch aus senr Plattenwärmetauscher eine gegenüber den Rohren dünnem oder nicht schweißbarem Mat en al^estehen^ von Rohrbündelwärmetauschern geringe Wandstärke Bei einer vorteilhaften Weitergestaltung nehmen

auf so daß Schweißarbeiten erheblich erschwert 40 die Flächen der eingeschobenen Blechstreiien von sind, wodurch die Fehlerquote größer wird. Darüber der Gaseintrittsseite zur Gasaustrittsseite des warhinaus ist eine Reinigung derartiger Rohrbündelwär- metauschers etwa entsprechend dem Vernaitnis oer metauscher von sich ablagernden Verunreinigungen abnehmenden Temperaturdifferenz zwiscnen uas nahezu unmöglich oder mit erheblichem Aufwand und Kühlmittel zu. Dadurch wird die sich temperaturverbunden. 45 abhängig ändernde Heizflächenbelastung entlang Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, des Plattenwärmetauschers im wesentlichen konstant, bei Plattenwärmetauschern nach Patent 1601215 Von besonderem Vorteil ist es, wenn*- eingeeine kostengünstige, die Heizflächenbelastung aus- schobenen Blechstreifen von der Gaseintrittsseiteb s gleichende Konstruktion zu entwickeln. zu einem Abstand, bei dem die Gase auf Temperatu-Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 50 ren abgekühlt sind, bei denen die Turbulenz keinen löst daß zwischen den die Plattenpaare bildenden Einfluß auf chemische Reaktionen des Gases mehr Blechtafeln Blechstreifen aus gutem wärmeleitendem besitzt, eine glatte Oberfläche aufweisen «ndan-Material angeordnet sind, die jeweils in zwei benach- schließend Turbulenzerzeuger an den Blechstreiten barte der im Querschnitt runden Strömungskanäle vorgesehen sind. Zwar ist einerseits wegen des besseeines Plattenpaares zumindest teilweise hineinragen 55 ren Wärmetauscheffektes eine turbulente .~er quaa- und mit den aufcinanderliegenden Teilen der Plat- turbulente Strömung der wannetauschenden Medien tenpaare in gutem wärmeleitendem Koniakt sind. erwünscht, jedoch kann andererseits insbesondere ,bei Die Blechstreifen bilden Sekundär-Heizflächen. hohen Gastemperaturen Turbulenz unerwun chte Durch die erfindungsgemäße Ausbildung können die Gasreaktionen verursachen Die genannte Austuüwärmetauschenden Flächen entsprechend der sich 60 rungsform erfüllt jedoch diese beiden, sich anscheiändernden Heizflächenbelastung sich entlang der im nend gegeneinander a^schließende,n^^; Querschnitt runden Strömungskanäle variabel ausge- Dabei ist es vorteilhaft, wenn die ^*^«™"** führt sein, beispielsweise am Gaseintritt in den Plat- aus tiefgezogenen Teilen der «^^"J^g^. tenwärmetauscher, in die Strömungskanäle mit run- streifen bestehen, die den Querschn.tt ^r ^o dem Querschnitt kaum hineinragend und am Gasaus- 6₅ mungskanale unterteilen. Der^ige TAirbuIen«rzeu tritt derart hineinragend, daß sich diejenigen Blech- ger sind sehr einfach herstel bar Bei euiei^anderen streifen, die in einen der im Querschnitt runden Strö- sehr vorteilhaften Ausgestalte* :sind di^™^ηζ mungskanale hineinragen, berühren oder überlappen. erzeuger aus Blechen gebildete, auf die B

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aufgesetzte Verdrängerkörper, die den Querschnitt Strömungskanäle 4 mit wellenähnlichem Querschnitt der Strömungskanäle entsprechend der Verminde- für das verdampfende Kühlmittel gebildet, in denen rung des Volumens des Gases durch die abnehmende dieses vertikal nach oben strömt. Ein druckfester Temperatur verengen. Dies ist insbesondere dann Mantel 5, der unten mit Eintritts- und oben mit Ausvorteilhaft, wenn ein Tiefziehen von Teilen der 5 trittsstutzen für ein Kühlmittel versehen ist, umgibt Blechstreifen nicht mehr in Frage kommt, da die den im Querschnitt beispielsweise etwa sechseckigen Turbulenzerzeuger schon zu groß sind oder wenn die Plattenstapel. Beiderseits vorgesehene Flanschringe 6 Turbulenzerzeuget ihrerseits auch als weitere Sekun- sind in geeigneter Weise mit den Blechtafeln 1 an de- ; där-Heüfiachen dienen sollen. ren äußeren Kanten 7 verschweißt. Von der Gasein-

Bei einer besonderen Ausgestaltung liegen Teile io trittsseiteE strömt ein Gas hohen Drucks durch die der eingeschobenen Blechstreifen an den Blechen der Strömungskanäle mit rundem Querschnitt zu der Plattenpaare an und diese Teile sind als Schaber aus- Gasaustrittsseite A des Plattenwärmetauschers und gebiidet. Solche Teile können beispielsweise Turbu- steht mit dem Kühlmittel im Wärmetausch. ;

lenzerzeujer oder Verdrängerkörper der beschriebe- Bei dieser Anordnung wird der Wärmeübergang \

nen Art sein. Beim Herausziehen üben sie eine scha- 15 von dem zu kühlenden Gas an das Kühlmedium in j bende Reraigungswirkung auf die durch die Blechta- erster Linie durch den Wärmeübergang von dem Gas j fein gebildeten Primärheizflächen aus, wodurch die an die Wände der Strömungskanäle bestimmt. Der | Inkrustierung, also die abgelagerten Verunreinigun- Wärmeübergang von dem Gas an die Wände der j gen, sich an den Teilen der Blechstreifen sammelt. Strömungskanäle wird durch die Anordnung von als | Die herau»£,~''öö~^nen Blechstreifen lassen sich leicht 20 Sekundär-Heizflächen dienenden Blechstreifen 8 in- i reinigen und dann wieder einsetzen. Dabei zieht man nerhalb der im Querschnitt runden Strömungskanäle j die als sekundäre Heizfläche eingeschobenen Blech- wesentlich gefördert. !

streifen in drucklosem Zustand des Plattenwärmetau- Die Blechstreifen 8, die vorzugsweise aus Kupfer

schere heraus, reinigt sie und fügt sie wieder ein. Die oder aus einem anderen gut wärmeleitenden dünnen i eingeschobenen Blechstreifen können im drucklosen »5 Material bestehen, werden in drucklosem Zustand i Zustand des Piattenwärmetauschers zur heißen Seite des Plattenwärmetauschers zwischen die jeweils eine j hin herausgezogen, gereinigt und von der heißen Reihe im Querschnitt runder Strömungskanäle bil-SeHe her wieder eingeschoben, können aber auch im dende Blechtafeln 1 mit Halbrohrsicken 2 von einer drucklosen Zustand zur heißen Seite hin herausgezo- Seite her eingeschoben. Gemäß der Darstellung in gen, gere^igt und von der kalten Seite her wieder 30 F i g. 2 und den F i g. 3 bis 6 haben diese Blechstreicingeschoben «erden, wobei in letzterem Fall die fen 8 auf der Gaseintrittsseite je eine einfache, ebene eingeschobenen Blechstreifen nicht unbedingt die Form, während sie in Richtung auf die Gasaustrittsgleichen sein müssen, die herausgezogen wurden, sehe A zu jeweils immer mehr zusätzliche Fläche

In den F i g. 1 bis 6 ist die Erfindung an Hand durch Tiefziehen oder Aufsetzen zusätzlicher Blecheines Ausbildungsbeispiels näher erläutert. 35 streifen aufweisen.

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfin- Bei Gaseintritt mit hoher Temperatur wird da-

dungsgemäßen Plattenwärmetauscher gemäß der Li- durch eine zu unerwünschten chemischen Reaktionen nieI-I in Fig. 2; führende Turbulenzwirkung vermieden, während in

Fig.2 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie Il-a- Bereichen abnehmender Temperatur, in denen durch b-c-d-e-j-g-W in der Fig. 1; 40 Turbulenz keine unerwünschten chemischen Reak-

F i g. 3 zeigt ein Längsschnittdetail nach der Linie tionen mehr zu erwarten sind, zunehmend turbuni-IIIin Fig.2; lenzerzeugende Flächen im im Querschnitt runden

F i g. 4 desgleichen nach der Linie IV-IV; Strömungskanal angeordnet sind.

F i g. 5 desgleichen nach der Linie V-V und Durch Anordnen von Verdrängungskörpern belie-

F ig. 6 desgleichen nach der Linie VI-VI. 45 biger Form auf den Blechstreifen 8 wird eine durch

Der Plattenwärmetauscher besteht aus einem Plat- Temperaturabnahme und damit Volumenabnahme, tenstapel, der aus vertikalen Blechtafeln 1 mit hori- bedingte Verringerung der optimalen Gasgeschwinzontal gerichteten Halbrohrsicken 2 besteht, wobei je digkeit vermieden.

zwei benachbarte Blechtafeln 1 mit Halbrohrsicken 2 Von besonderer Bedeutung ist dabei der Umstand,

Plattenpaare bilden, die eine Reihe paralleler im 50 daß die eingeschobenen, als Sekundär-Heizflächen Querschnitt runder Strömungskanäle bilden. Die dienenden Blechstreifen 8 beim Betrieb des Plattenoberen und unteren Kanten 1' derartiger benachbar- Wärmetauschers durch den hohen Druck des verter Blechtafeln 1 sind miteinander verschweißt. Die dampfenden Kühlmittels in sehr guten metallischen an beiden Enden der Blechtafeln 1 mit Halbrohrsik- Kontakt mit den unverformten Teilen der Blechtaken 2 liegenden vertikalen Kanten 3 sind um 90° 55 fein 1 kommen. Hierdurch wird ein besonders guter hohlzylindrisch umgebogen und mit den entspre- Wärmeübergangskoeffizient erzielt,
chend gebogenen Kanten 3 benachbarter Blechta- Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher ist

fein 1 benachbarter Plattenpaare verschweißt. Auf beispielsweise als Spaltgaskühler oder auch in analodiese Weise werden zwischen benachbarten, jeweils ger Weise als direkt befeuerter Dampferzeuger oder gegeneinander versetzt angeordneten Plattenpaaren 60 Flüssiggasverdampfer verwendbar.

Hierzu 1 BIaU Zeichnungen

Claims (1)

1 2 lenzerzeuger an den Blechstreifen (8) vorgesehen Tj ... sind. Patentansprüche: 5 Plattenwärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzerzeuger

1. Plattenwärmetauscher für ein Gas hoher 5 aus tiefgezogenen Teilen der eingeschobenen Temperatur und niedrigen Drucks und ein unter Blechstreifen (8) bestehen, die den Querschnitt hohem Druck stehendes Kühlmittel mit einem der Strömungskanäle unterteilen.
Plattenstapel aus in gleicher Weise wellenähnlich 6. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 4 verformten, rechteckigen Blechtafeln, deren Rän- oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbuder abwechselnd mit dem Rand der einen bzw. io lenzerzeuger aus Blechen gebildete, auf die der anderen benachbarten Blechtafel abdichtend Blechstreifen (8) aufgesetzte Verdrängerkörper verbunden sind, wobei abwechselnd zwei benach- sind, die den Querschnitt der Strömungskanäle barte Blechtafeln spiegelbildlich zur gemeinsa- entsprechend der Verminderung des Volumens men Berührungsebene als Plattenpaare aufeinan- des Gases durch die abnehmende Temperatur der liegen und dadurch zwischen sich einzelne 15 verengen.

parallele im Querschnitt runde Strömungskan^le 7. Plattenwärmetauscher nach einem der Anbilden und benachbarte Plattenpaare zueinander spräche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Abstand und um eine halbe Wellenlänge ver- Teilt, der eingeschobenen Blechstreifen (8) an setzt angeordnet sind und zwischen sich Strö- den Blechtafeln (1) der Platteupaare anliegen mungskanäle mit wellenähnlichem Querschnitt 30 und diese Teile als Schaber ausgebildet sind,
bilden, wobei die senkrecht zu den parallelen im
Querschnitt runden Strömungskanälen verlaufenden Randbereiche benachbarter Plattenpaare

zum Bilden des Abdichtrandes zueinander hin im
wesentlichen viertelkreisförmig verformt sind, die 25
parallelen im Querschnitt runden Strömungskanäle für das Gas hoher Temperatur und niedrigen Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher Druckes bestimmt sind und die Breite der zu die- für ein Gas hoher Temperatur und niedrigen Drucks sen parallelen Strömungskanälen parallel verlau- und ein unter hohem Druck stehendes Kühlmittel mit fenden Randbereiche so groß gewählt ist, daß bis 30 einem Plattenstapel aus in gleicher Weise wellenähnzur Außenkante dieser Randbereiche, in infolge lieh verformten, rechteckigen Blechtafeln, deren der Heißgastemperatur höhere Wandtemperatur Ränder abwechselnd mit dem Rand der einen, bzw. der parallelen Strömungskanäle im wesentlichen der anderen benachbarten Blechtafel abdichtend verbis zur Kühlmitteltemperatur vermindert ist, nach bunden sind, wobei abwechselnd zwei benachbarte Patent 1601215, dadurch gekennzeich- 35 Blechtafeln spiegelbildlich zur gemeinsamen Berühn e t, daß zwischen den die Plattenpaare bilden- rungsebene als Plattenpaare aufeinander liegen und den Blechtafeln (1) Blechstreifen (8) aus gutem dadurch zwischen sich einzelne, parallele, im Querwärmeleitendem Material angeordnet sind, die je- schnitt runde Strömungskanäle bilden und benachweils in zwei benachbarte der im Querschnitt barte Platienpaare zueinander mit Abstand und um runden Strömungskanäle eines Plattenpaares zu- 40 eine halbe Wellenlänge versetzt angeordnet sind und mindest teilweise hineinragen und mit den aufein- zwischen sich Strömungskanäle mit wellenähnlichem anderliegenden Teilen der Plattenpaare in gutem Querschnitt bilden, wobei die senkrecht zu den parwärmeleitendem Kontakt sind. allelen, im Querschnitt runden Strömungskanälen