DE2048386B2

DE2048386B2 - Plattenwaermetauscher

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Publication number: DE2048386B2
Application number: DE19702048386
Authority: DE
Priority date: 1970-10-01
Filing date: 1970-10-01
Publication date: 1973-06-14
Also published as: GB1353211A; US3759322A; DE2048386A1; DE2048386C3; FR2110168B3; FR2110168A7

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher aus einem Stapel im wesentlichen in gleicher Weise gewellter oder geriffelter, gleichgerichteter, länglichviereckiger Biechtafeln, deren Ränder abwechselnd mit dem Rand der einen bzw. der anderen benachbarten Blechtafel abdichtend verbunden sind, derart, daß abwechselnd zwei benachbarte Blechtafeln in einer gedachten gemeinsamen Berührungsebene sich stellenweise berührend aufeinanderliegen und dermaßen zwischen sich jeweils einen gegen Außendruck abgestützten Strömungsweg für eines der Fluide bilden, wobei jede dieser zwei Blechtafeln gegen die jeweils außen folgende Blechtafel ebenfalls abgestützt

ίο ist und diese Paare je einen Strömungsweg für weitere Fluide bilden und ferner die Form der aufeinanderfolgenden Blechtafeln jeweils durch Drehung einer Blechtafel um eine parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufende Achse um 180° gegeben ist.

Diese gemäß deutscher Patentschrift 678 100 bekannte Bauart der Wärmetauscher hat gegenüber anderen Bauarten die bekannten Vorteile, daß der Wärmetausch durch die Gestaltung der Blechtafeln sehr intensivierbar ist, daß eine große Wärmetauschfläche pro Volumeneinheit unterbringbar ist und daß immer wieder gleiche Plattenformen für die Herstellung verschiedener Wärmetauscher verwendbar sind, wodurch eine rationelle Herstellungsmethode erreichbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher zu schaffen, der ausgehend von der vorstehend beschriebenen günstigen Gestaltungsform die ihm eigenen Vorteile ohne Einbuße irgendeines günstigen Merkmales weiter ausbaut unter gleichzeitiger wesentlicher Vergrößerung des kapazitiven Wärmeinhalts des Plattenstapels und seiner regenerativen Wärmetauschbarkeit, wobei die zur Wärmespeicherung dienenden Blechtafeln in gleicher, also vereinfachender und verbilligender Weise wie die den Plattenstapel aufbauenden Blechtafeln herstellbar sein sollen. ^

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß bei einem Wärmetauscher der vorstehenden Art die jeweils außen folgende Blechtafel in an sich bekannter Weise mit Abstand von der betrachteten Blechtafel angeordnet ist und die Abstützung zwischen der betrachteten und der außen folgenden Blechtafel durch im Zwischenraum angeordnete, in der jeweiligen Hauptströmungsrichtung mit Abstand hintereinanderliegende Pakete aus mindestens einem Paar von gewellten Einlageblechen gebildet ist, deren Wellungen mit der Wellung oder Riffelung der Blechtafel artgleich sind, und welche in bekannter Weise außer zur Abstützung der Blechtafeln auch als Wärmetauschrippen und Wärmespeicher dienen, wobei die Wellungen in Blechtafeln und Einlageblechen in an sich bekannter Weise jeweils schräg zur Hauptströmungsrichtung verlaufen und in benachbarten, sich stellenweise berührenden Blechtafeln und Einlass geblechen einander kreuzen.

Das Merkmal, die jeweils außenfolgenden Blechla-IeIn mit Abstand von den betrachteten Biechtafeln anzuordnen, ist bereits durch die deutsche Patentschrift 109 057 bekanntgeworden. Aus der schweizerischen Patentschrift 215 204 ist die Lehre entnehmbar, die Abstützung solcher Biechtafeln durch mindestens ein Paar in den Zwischenraum eingelegter, mit gleichen Welhmgen versehener Blechtafeln vorzunehmen. Schließlich ist in der deutschen Patentschrift 826 445 bereits gezeigt, daß die Wcllungen von benachbarten Biechtafeln in Plaltenwärmetauschern schräg zur Hauptströmungsrichtung und somit über Kreuz zueinander verlaufend angeordnet

sein können. Ferner ist bereits im Handbuch der Kai- gewellten, länglich viereckigen Blechtafeln 1, 2, 3, tetechnik, Bd. 8, 1957, S. 320, ein regenerativer 4,5 zusammengesetzt ist, wobei die Ränder 6,7 der Wärmetauscher beschrieben und skizziert, bei dem Blechtafel 3 mit den Rändern 8,9 der benachbarten zur Speicherung der Wärme schraubenförmig gewik- Blechtafel 4 und der Rand 10 der Blechtafel 3 mit kelle Blechstreifen zwischen den Trennwänden von 5 dem Rand 11 der Blechtafel 2 bzw. der Rand 12 dci periodisch umschaltbaren Strömungswegen eingelegt Blechtafel 4 mit dem Rand 13 der Blechtafel 5 absind, wobei diese Trennwände als zylindrische dichtend verbunden sind. Die Blechtafeln 2 und 3 Rohre koaxial zueinander angeordnet sind. Schließ- bzw. 4 und 5 liegen längs einer gedachten gemeinsalich ist es auch bekannt, zu Paketen zusammenge- men Btrührungsebene derart aufeinander, daß zwifaßte, zur regenerativen Wärmespeicherung dienende io sehen ihnen jeweils ein durch die Pfeile 14, 15 bzw. Einlagen von Draht- oder Blechstreifenwickeln in 16, 17 angedeuteter Strömungsweg für eines der Richtung der strömenden Fluide mil geringerem Fluide entsteht. Die Blechtafeln 1 und 2 bzw. 3 und 4 Trennabstand anzuordnen. bilden durch ihren gegenseitigen Abstand einen

Eine vorteilhaft weitergebildete Bauart des Plat- Hohlraum 18 bzw. 19. Die Hohlräume 18 und 19

icnwärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, daß 15 dienen als Strömungswege für weitere Fluide. Die

die aufeinanderfolgenden, die Pakete enthaltenden Lage und damit die Anordnung der Form im Räume

Strömungswege an voneinander getrennten Kammern jeder von zwei benachbarten Blechtafeln ist jeweils

des Plattenstapels angeschlossen sind und die Kam- durch Drehung der einen der Blechtafeln um eine

roern mit zwei verschiedenen, am Wärmeaustausch parallel zur Hauptströmungsrichtung gemäß der

beteiligten Fluiden im umschaltbaren Wechselbetrieb 20 Pfeile 14, 15 bzw. 16, 17 verlaufende Achse um

beaufschlagbar sind. 180° gegeben. Zwischen die Blechtafeln 1 und 2

Wärmetauscher nach der beschriebenen Bauart bzw. 3 und 4, also zwischen die mit Abstand zueinanlassen sich mit besonderem Vorteil bei einer Gaszer- der angeordneten Paare benachbarter Blechtafeln, legungsanlage verwenden, wenn die die Pakete ent- sind mehrere in Hauptströmungsrichtung hintereinhaltenden Strömungswege für Rohgas und ein Zerle- 25 anderliegende, voneinander getrennte, den Raum 18 gungsprodukt im umschaltbaren Wechselbetrieb be- bzw. 19 zwischen den Blechtafeln 1 und 2 bzw. 3 stimmt sind, während die anderen Strömungswege und 4 teilweise ausfüllende und die Blechtafeln dabei für reine Produkte vorgesehen sind. an vielen Stellen berührende Pakete 24, 25 bzw. 26,

Die erfindungsgemäße Bauart hat die Vorteile. 27 aus zwei mit artgleichen Wellungen versehenen daß der Wärmetauscher insgesamt wesentlich billiger 30 Paaren von Blechtafeln 28, 29, 30, 31 angeordnet, herstellbar ist als einer aus Rohrschlangen- oder die als Wärmespeichermasse dienen. Die Wellungen -bündel bzw. ein Regenerator mit Füllkörperfüllung aller Blechtafelu sind in gleicher Weise ausgeführt mit Rohrschlangen für die Reinprodukte oder einer und unter 45 schräg gerichtet, so daß die Wellun-Anordnung mit Regeneratoren mit Riffelblechhorden gen benachbarter Platten über Kreuz verlaufend und und zusätzlichen Wärmetauschern für die Reinpro- 35 sich an vielen Stellen berührend und dermaßen gedukle. Außerdem ist es vorteilhaft, daß durch die je- genseitig abstützend angeordnet sind,
weilige Wahl der Blechstärke, der Prägung oder der F i g.^2 zeigt den Ausschnitt einer Draufsicht auf Berippung und der Wellenform das Verhältnis von und eines Querschnittes durch einen Plattenstapel geMasse und Oberfläche in optimaler Weise an die maß der Linie 11-11 in Fig.4. Dabei sind die Bezugsthcrmodynamischen Bedingungen anpaßbar ist. 4° ziffern für analoge Teile aus der F i g. 1 übernom-Außcrdem ist die erfindungsgemäße Art von War- men. Der Plattenstapel unterscheidet sich von dem in metauschern geeignet, in großen — ja sogar extrem Fig. 1 dargestellten dadurch, daß zwischen den großen — Einheiten und für extrem hohe Drücke Blechtafeln 1 und 2 bzw. 3 und 4 jeweils nur ein Paar hergestellt werden zu können. Um die Wärmeleitung von Blechtafcln 28« und 29« zur Bildung eines Pain Strömungsrichtung innerhalb der Blechtafeln mög- 45 kets 24 α angeordnet ist. Zwischen dem Rand 20 der liehst klein zu machen bzw. zu unterbrechen, ist es Blechtafel 1 und dem Rand 11 der Blechtafel 2 bzw. zweckmäßig, die Speichermassenpakete möglichst dem Rand 10 der Blechtafel 3 und dem Rand 12 der kurz auszubilden und durch einen ge.ingen Spalt Blechtafel4 sind Randfüll-Leisten 21 bzw. 22 anvoncinander zu trennen. geordnet, die ebenfalls mit den Rändern 20 und 11

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele des er- 50 bzw. 12 und 10 abdichtend verbunden sind. Die in

findungsgemäßen Wärmetauschers dargestellt. Fig· 1 durch die Pfeile 14, 15 bzw. 16, 17 angedeu-

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise einen Längsschnitt teten Strömungswege verlaufen in Fig. 2 durch die

durch einen Plattenstapel gemäß der Linie 1-1 in Reihen von Querschnitten, in denen sich die Quer-

Fig. 3; schnitte 32, 33, 34, 35, 36, 37 bzw. 38, 39, 40, 41,

Fig. 2 zeigt ausschnittsweise eine Draufsicht auf 55 42, 43 befinden. Die durch die Pfeile 44, 45, 46 im

und einen Querschnitt durch einen Plattenstapel ge- Raum 18 verlaufenden Strömungen gehen durch die

muß der Linie H-Il in F i g. 4; Reihe von Querschnitten, in den die Querschnitte 47,

Fig. 3 zeigt einen Wärmetauscher ausschnills- 48, 49. 50, 51, 52. 53. 54, 55. 56 mit Bczugsziffern

weise in Draufsicht und in zwei verschiedenen Hori- bezeichnet sind.
zontal-Schnittcn gemäß der Linie III-1II in Fig. 4: 60 Fig. 3,4 und 5 zeigen Wärmetauscher, in denen

Fi g. 4 zeigt einen Wärmetauscher je zur Hälfte in Platlenstapcl in der vorstehend beschriebenen Art

einem Längsschnitt und in einer Ansicht gemäß der bevorzugt anwendbar sind. Derartige Wärmetauscher

Linien IV-IV in Fig. 5; können in besonders günstiger Weise als Regencra-

Fig. 5 zeigt einen Wärmetauscher in einem ortho- tor-Block ausgebildet und eingesetzt werden, und

gonalen Längsschnitt dazu gemäß der Linie V-V in 65 zwar für zwei Gase, die ihn in umtauschbar um-

F i g. 4. schallbarer Weise durchströmen, wie ein Rohgas und

Fig. I zeigt einen Ausschnitt eines Längsschnittes ein Rcslgas oder Spülgas, im Falle einer Luft/erlc-

durch einen PlaltensUipel, der aus in gleicher Weise sHini:sanItf!>c v. B. unreiner Stickstoff, und für rein zu

erhaltende Produktgase, wie z. B. reiner Sauerstoff, tausch teilnehmende Fluide geführt sein. Dabei kann

reiner Stickstoff. Ein aus den Blechtafeln 1, 2, 3, 4, 5 zweckmäßigerweise das Verhältnis der Summe ihrer

usw. und aus den Plattenpaketen 24 a, 25«, 26 a, Strömungswege gemäß den einzelnen Strömungswe-

27 a usw. bestehender Plattenstapel ist zu einem im gen mit den Querschnitten 32 bis 43 dem Verhältnis

wesentlichen in einem viereckigen Gehäuse 61 unter- 5 der Volumina der einzelnen Fluide angepaßt sein,

gebrachten Regenerator-Block zusammengesetzt. was durch entsprechende Lage der Zwischenwände

Die in Richtung der Pfeile 14, 15 bzw. 16, 17 und 62, 63, 64 in bezug auf die Gesamtbreite des Plattenparallel dazu gebildeten Strömungswege sind durch stapeis erreichbar ist. Ist der als Beispiel dargestellte Zwischenwände 62, 63, 64 unterteilt, so daß bei ab- Plattenwärmetauscher als Regenerator in einer Luftsoluter Trennung verschiedene Fluide mit großer io Zerlegungsanlage angeordnet, so können durch diese Reinheit durch den Wärmetauscher strömen können. Strömungswege reiner Sauerstoff, reiner Stickstoff Das viereckige Gehäuse 61 ist an den Stirnflächen usw. geführt sein, die am kalten Ende, also z. B. in die mit halbzylindrischen Sammelkästen 65 und 66 ver- Rohrleitungsanschlüsse 67 bis 70 einströmen und am sehen, die ebenfalls mittels der Trennwände 62, 63, warmen Ende durch die Rohrleitungsanschlüsse 71 64 unterteilt sind und in die Rohrleitungsanschlüsse 15 bis 74 den Wärmetauscher verlassen, wobei sie ihre 67, 68, 69, 70 bzw. 71, 72, 73, 74 einmünden, durch Kälte an die Blechtafeln 1 bis 5 und von diesen an die verschiedene Fluide, die den Plattenstapel in oder die als Speichermassen dienenden Pakete, wie 24 bis entgegen der Richtung der Pfeile 14, 15 bzw. 16, 17 27 usw., abgeben. Für die den Plattenstapel in peridurchströmen sollen, zu- bzw. abführbar sind. Ein odisch umschaltbarer umtauschbarer Weise durchströweiterer Strömungsweg durch den Wärmetauscher 20 menden Fluide, wie Rohgas oder Luft einerseits und führt von einem Rohrleitungsanschluß 75 in einen ein Rest- oder Spülgas bzw. ein unreines Zerlegungshalbzylindrischen Verteilkasten 76, weiter durch produkt andererseits, stehen die Strömungswege zwi-Strömungsöffnungen 77 in den Raum 19 a des Plat- sehen den Rohranschlußstutzen 75 und 80 bzw. 81 tenstapels und durch diesen und durch eine Strö- und 84 bzw. 85 und 88 bzw. 89 und 92 zur Verfümungsöffnung 78 zu einem Sammelkasten 79 und in 35 gung, wobei beim Ausführungsbeispiel ein Fluid, einen Rohrleitungsanschluß 80. Ein zweiter, dem z.B. das Rohgas oder die Luft, gleichzeitig in die vorstehenden gleichartiger Strömungsweg führt von Anschlußstutzen 75 und 81 und das andere Fluid in einem Rohranschluß 81 in eine halbzylindrische Ver- die Anschlußstutzen 88 und 92 zugeführt wird. Bei teilkammer 82 weiter durch nicht sichtbare Strö- dieser Schaltung muß die Zwischenwand 63 insbomungsöffnungen in einen dem Raum 19 α im Platten- 30 sondere zwischen den Verteilerkasten 76 und 86 stapel parallelen Raum 18 a und aus diesem durch bzw. 82 und 90 bzw. den Sammelkasten 83 und 9Ϊ nicht sichtbare Strömungsöffnungen in einen Sam- bzw. 79 und 87 und vor allem in Höhe der Einstiömmelkasten 83 und zu einem Rohrleitungsanschluß 84. öffnungen 77 und 78 druckfest ausgeführt sein, da Zwei weitere gleichartige Strömungswege sind zwi- zwischen der zugeführten abzukühlenden Luft und sehen dem Rohrstutzen 85, dem Verteilkasten 86, 35 dem entgegenströmenden Restgas der bei I ii^rwrerledurch den Plattenstapel '.um Sammelkasten 87 und gungsanlagen eigentümliche Druckunterschied bein den Rohrstutzen 88 und von einem Rohrstutzen steht. Da die Blechtafeln zwischen den benachbarten 89 in einem Verteilkasten 90 durch Strömungsöff- Räumen 18 und 19 genügend druckfest sind, kann nungen in den Plattenstapel und aus diesem durch das Rohgas oder die Luft z.B. während einer Schaltöffnungen in einen Sammelkasten 91 und in einen 40 periode vom Rohranschlußstutzen 75 /hit: Rr.bran-Rohrstutzen 92 gegeben. schlußstutzen 80 und das Rest- «»der Spülgas vom

Plattenwärmetauscher der vorbeschriebenen Art Rohranschlußstutzen 84 zum Ronrar-chiiiß^tutzen

haben die vorteilhafte Eigenschaft, daß eine Vielzahl 81 derart geführt sein, daß jeweils der (ieccnstrom in

von Schaltmöglichkeiten der Strömungswege besteht, benachbarten Kammern stattfindet. Dabei werden

so daß bei grundsätzlich gleichem Aufbau auch viele 45 besondere Vorkehrungen für den Druckausgleich

unterschiedliche Aufgaben jeweils in optimaler Weise über die eigentliche Austauscherlänge, also im

lösbar sind. So können z.B. zwischen den Rohrlei- Räume der Speichermassenpakete 24 usw.. ric'u er-

tungsanschlüssen 67 und 71 bzw. 68 und 72 bzw. 69 forderlich sein, da diese geeignet sind, die Dnick-

und 73 bzw. 70 und 74 verschiedene am Wärme- unterschiede zwischen den Platten aufzufangen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Plattenwärmetauscher aus einem Stapel im wesentlichen in gleicher Weise gewellter oder geriffelter, gleichgerichteter, länglich-viereckiger Blechtafeln, deren Ränder abwechselnd mit dem Rand der einen bzw. der anderen benachbarten Blechtafel abdichtend verbunden sind, derart, daß abwechselnd zwei benachbarte Blechtafeln in einer gedachten gemeinsamen Berührungsebene sich stellenweise berührend aufeinanderliegen und dermaßen zwischen sich jeweils einen gegen Außendruck abgestützten Strömungsweg für eines der Fluide bilden, wobei jede dieser zwei Biechtafeln gegen die jeweils außen folgende Blechtafel ebenfalls abgestützt ist und diese Paare je einen Strömungsweg für weitere Fluide bilden und ferner die Form der aufeinanderfolgenden Blechtafeln jeweils durch Drehung einer Tafel um eine parallel zur jeweiligen Hauptströmungsrichtung verlaufende Achse um 180' gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils außen folgende Blechtafel (1;4) in an sich bekannter Weise mit Abstand von der betrachteten Blechtafel (2; 3) angeordnet ist und die Abstützung zwischen der betrachteten und der außen folgenden Blechtafel durch im Zwischenraum angeordnete, in der jeweiligen Hauptströmungsrichtung mit Abstand hintereinanderliegende Pakete (24, 25, 26, 27 bzw. 24 a, ISa, 26 a, Πα) aus mindestens einem Paar von gewellten Einlageblechen (28, 29, 30, 31) gebildet ist, deren Wellungen mit der Wellung oder Riffelung der Blechtafel artgleich sind, und welche in bekannter Weise außer zur Abstützung der Biechtafeln auch als Wärmetauschrippen und Wärmespeicher dienen, wobei die Wellungen in Blechtafeln und Einlageblechen in an sich bekannter Weise jeweils schräg zur Hauptströmungsrichtung verlaufen und in benachbarten, sich stellenweise berührenden Blechtafeln und Einlageblechen einander kreuzen.

2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden, die Pakete (24, 25, 26, 27 bzw. 24 a,

25 a, 26 a, 27 a) enthaltenden Strömungswege an voneinander getrennten Kammern des Plattenstapels angeschlossen sind und die Kammern mit zwei verschiedenen, am Wärmeaustausch beteiligten Fluiden im umschaltbaren Wechselbetrieb beaufschlagbar sind.

3. Plattenwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung in einer Gaszerlegungsanlage die die Pakete (24, 25, 26, 27 bzw. 24«. 25«,

26 o, 27 (?) enthaltenden Strömungsvvege für Rohgas und ein Zerlegungsproduki: im umschallbaren Wechselbetrieb bestimmt sind, während die anderen Strömungswege für reine Produkte vorgesehen sind.