DE2055500B2 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig.! schematisch den Wärmetauscher im Schnitt,

Fig,2 eine vergrößerte Ansicht des Details III in Fi gt.

Der in F i g, 1 gezeigte Wärmetauscher ist für die Aufheizung eines Hochdruckgases (z, B. Kohlendioxid mit einem Druck von etwa 150 Bar) durch ein Niederdruckgas (z. B. Helium mit einem Druck von etwa 35 Bar) bestimmt. Dieser Wärmetauscher hat ein Plattenpaket A innerhalb eines Behälters B und die nachfolgend beschriebenen Zu- und Abführleitungen und Verbindungselemente.

Das durch aneinandergereihte Strömungswege gebildete Plattenpaket A des Wärmetauschers hat eine im wesentlichen stehende prismatische Form mit viereckigem Querschnitt. Die Niederdruckströmungswege sind für den veuikalen Durchtritt des Gases von einem Ende des Plattenpakets A zum anderen ausgeführt und seitlich über die gesamte Länge des Wärmetauschers durch Wände eingefaßt. Die Hochdruekströmungswege weisen Wellbleche auf, die so angeordnet ind, daß das Gas über den Hauptteil der Längsausdehnung des Plattenpakets A vertikal strömt und in den Endteilen kreuzend strömt, so daß der Ein- und Auslaß des Hochdruckgases an den entgegengesetzten Enden der beiden sich gegenüberstehenden Seitenflächen ermöglicht wird. Die Strömungswege sind längs ihrer Hauptabmessung durch Wände begrenzt, die nur eine Zufuhr- und eine Abfuhröifnung in zwei Seitenwänden an entgegengesetzten Enden offen lassen. Durch die im Vergleich zur Querausdehnung relativ lange Gestalt des Plattenpakets A bildet die Zone kreuzender Strömung (mit mäßigem Wirkungsgrad) nur einen geringen Anteil der Gesamthöhe. Diese schlanke Gestalt wird in den Transversalabmessungen im übrigen beschränkt durch den Lötofen bei der Herstellung.

Der Behälter B weist eine zylindrische Wand 10 auf, an der, z. B. durch Verschweißen, ein unterer Boden 12 mit einer Auflagefläche 14 befestigt ist, auf der das Plattenpaket A ruht. Die Auflagefläche 14 ist am Umfang einer vertikalen unteren Zuführleitung 15 für das Niederdruckgas angebracht. Am oberen Ende hat die zylindrische Wand 10 einen Flansch 16 zur Verbindung mit einem abnehmbaren Deckel 20. Mit ihm ist eine Abführleitung 18 für den Auslaß des Niederdruckgases verbunden und er besitzt außerdem einen nach innen vorstehenden zur Auflagefläche 14 des Bodens 12 koaxialen Bundring 22. Der lösbare Deckel 20 wird mit der zylindrischen Wand 10 z. B. mit Hilfe von Bolzen 24 und Muttern 26 fest verbunden.

Die Wand 10 des Behälters B weist außerdem eine Zuführleitung 28 und eine Abführleitung 30 für das Hochdruckgas auf. Die öffnungen 32 und 34 der die Hochdruckströmungswege begrenzenden Wände stehen den Zu- und Abführleitungen 28 und 30 gegenüber, wenn das Plattenpaket A im Behälter B eingesetzt ist.

Die Verbindungen zwischen dem Plattenpaket A und den Zu· und Abführleitungen 15 und 18 für das Niederdruckgas müssen selbstverständlich gasdicht sein, damit Leckverluste vermieden werden. Zu diesem Zweck ist das Plattenpaket A mit einem z. B. mit Querstreben versehenen unteren Verbindungsstück 36 versehen, das einen Teil 38 mit viereckigem Querschnitt zur Befestigung am Plattenpaket A und einen Kegelstumpf-Anschlußteil aufweist. Dieser Anschlußteil hat eine Stützkremoe 40. die mit einem ringförmigen Vorsprung 42 versehen ist, der eine in eine Ring- oder Dichtnut der an dem Boden 12 vorgesehenen Auflagefläche 14 eingelassene Dichtung zujiammenpreßt Ein im Verbindungsstück 36 angeordneter Diffusor 44 gewährleistet die Verteilung des Niederdruckgases, das durch die Zuführleitung 15 in die Niederdruckströmungswege einströmt. Das obere Ende des Plattenpakets A trägt ebenfalls ein Verbindungsstück 46. Das mit Transportösen 48 versehene obere Verbindungsstück 46 hat eine dem unteren Verbindungsstück 36 ähnliche Form und besitzt ebenfalls einen divergierenden Diffusor 49, endet jedoch in einem mit einer Ringdichtung versehenen zylindrischen Endteil 50, das unter Gleitreibung in den innen vorspringenden Bundring 22 des Deckels 20 eingreift.

Das gesamte Plattenpaket A wird so im Behälter B gehalten und zentriert Weiter ist, wie man sieht, der Durchmesser der Bohrung in die das zylindrische Endteil 50 eingreift, geringer als der Durchmesser des ringförmigen Vorsprungs 42 für die Dichtung. Deshalb wird das PlattenpaKet A durch den vc.m Druck im Behälter B herrührenden axialen Schub auf _-'.e in der Auflagefläche 14 eingelassene Dichtung gepreßt

Zwischen der Zu- bzw. Abführleitung 28, 30 für das Hochdruckgas einerseits und den Hochdruckströmungswegen andererseits sind Diffusoren 52 für die Gasverteilung angeordnet, ähnlich wie die Diffusoren 44,49 für das Niederdruckgas. Die Diffuseren 52 enden jedoch bereits in unmittelbarer Nähe der Wände der Strömungswege und lassen also geringe Ausgangsmöglichkeiten in den Zwischenraum zwischen dem Plattenpaket A und dem Behälter ßfrei.

Zur Vermeidung einer Umgehung der Hochdruckströmungswege über den ringförmigen Zwischenraum, der mit den Zu- und Abführleitungen des Hochdruckgases verbunden ist, ist erfindungsgemäß eine elastische Absperrung vorgesehen, die Dilatationen und Kontraktionen des Plattenpakets A in Längsrichtung zuläßt. Diese elastische Absperrung (vgl. F i g. 2) wird durch eine Anordnung gewährleistet, die durch eine mit der Seitenwand des Plattenpakets A beispielsweise durch Verschweißen oder Verlöten dicht befestigte Ringplatte 56, einen am Behälter B in gleicher Höhe befestigten Vorsprung 54 und einen elastischen Sperring 58 gebildet wird, der lösbar und dicht mit der Platte 56 und dem Vorsprung 54 verbunden ist Die Befestigung kann z. B. durch Schrauben erreicht werden, die Deckplatten oder Beschläge 60 gegen die Ränder des Sperrings 58 pressen.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, werden die bei den herkömmlichen Vorrichtungen bei ihr^r Verwendung für Gase mit hohem Druck auftretenden Probleme durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher gelöst. Die Verbindungen der Hochdruckströmungswege dehen sich nur geiingfCgug aus, denn der Druck innerhalb der Strömungswege ist gleich dem Druck, in dem Raum oder Behälterteil herrscht, in dem sie sich befinden, und die Verbindungen bilden nur noch thermische Brücken (bzw. Strömungsbegrenzungen). Bei den Niederdruckströmungswegen werden die Platten einem Differenzdruck ausgesetzt, der sie gegen das Wellblech preßt und die Verbindungen (im allgemeinen Lötverbindungen) unter Druck setzt, was nicht nur zu zulässigen Beanspruchungen der Verbindung führt, sondern auch die Leckgefahr vermindert Die Scherkräfte bleiben schließlich stets gering.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ruht das gesamte Plattenpaket A auf der in der Auflagefläche 14

eingelassenen Dichtung. Das Gewicht des Plattenpakets A überlagert sich also dem in gleicher Richtung wirkenden Druck und wirkt der Leckgefahr entgegen und darüber hinaus werden so auch Stöße beim Anlegen des hohen Drucks bei Inbetriebnahme der Anlage vermieden.

Im übrigen sieht die erfindungsgemäße Anordnung des Wärmetauschers ein rasch auswechselbares Plattenpaket vor. Bei der dargestellten Ausführungsform wird dazu der Deckel 20 und die damit fest verbundene Abführleitung 18 entfernt. Zur leichteren Handhabung ist der Deckel 20 mit ösen 62 zum Anbringen von Ha-

ken versehen. Nach Abnahme des Deckels 20 werde die Bolzen zur Befestigung des Sperrings 58 gelöst um das Plattenpaket A mittels der ösen 48 herausgehoben Eine Anwendung des erfindungsgemäßen Wärme tauschers ist die Rückgewinnung der Wärme des Pri märkühlmittels im Hochtemperatur- oder Hochdruck kreis gasgekühlter Reaktoren und insbesondere söge nannter HTGR-Rekatoren (high temperature gas-cool ed reactor). Dabei kann der Behälter B durch das Reak torgehäuse selbst gebildet sein. Man erhält so eine An Ordnung mit sogenanntem integrierten Wärmetau scher.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   ket nach unten ausfahrbar (vgl. OE-PS 179 297). Dabei muß ein Flansch an der oberen Abführleitung entfernt, eine die Abführleitung umgebende angepreßte Dichtung gelockert und entfernt, sowie ein das Paket stützender Boden gelöst werden. Ein Sperring zwischen Zu- und Abführleitungen des ersten Fluids ist bei diesem Wärmetauscher nicht vorgesehen.

   Der Einsatz derartiger für einen Wärmetausch zwischen Niederdruckfluiden sehr gut geeigneter Platten-

   Wärmetauscher mit einem stehenden, zylindrischen Behälter, in dem ein Paket aus Platten, die die Kanäle für ein erstes und ein zweites Wärmetauschfluid begrenzen, angeordnet ist, mit seitlich am Behälter angebrachten, in senkrechtem Abstand zueinander liegenden Zu- und Abführleitungen für das
   erste Fluid, mit einem mit dem Behälter fest verbun- io wärmetauscher für Hochdruckfluide, insbesondere über denen Boden, der eine senkrecht nach unten wei- 50 Bar, bereitet jedoch erhebliche Schwierigkeiten, z. B. sende, zentral angeordnete Zuführleitung für das dann, wenn derartige Wärmetauscher bei Gasturbinen zweite Fluid aufweist, und mit einem abnehmbaren verwendet werden sollen. In diesem Falle müssen die Deckel, der eine das Ein- und Ausbauen des Platten- auf nur wenig über Atmosphärendruck befindlichen pakets ermöglichende Öffnung am oberen Behälter- 15 V-Jrbrennungsgase die auf mehrere Bar komprimierte ende abschließt und der mit einer nach oben führen- Laut aufheizen. Die Anschlüsse bzw. Verbindungen im

   Bereich von Ein- und Auslaß für das Druckgas müssen daher insbesondere gegenüber der äußeren Atmosphäre gasdicht sein.

   Bei Rohrwärmetauschern wurde zum Ausgleich von Wärmedehnungen der obere Rohrboden, an dem die Rohre, der untere Rohrboden und die Zu- und Abführleitungsstutzen des zweiten Fluids befestigt sind, mittels eines Tragrohis an der Mitte des teilbaren Behälter

   den, zentrisch angeordneten Abführleitung für das
   zweite Fluid und einem nach unten weisenden Bundring versehen ist dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenpaket (A) mit einem untren 20
   und oberen, im wesentlichen konisch verlaufenden
   Verbindungsstück (36, 46) zur Zu- und Abführung
   des zweiten Fluids verbunden ist, von denen das
   obere (46) ein zylindrisches Endteil (50) aufweist
   das mit einem Gleitsitz, ein axiales Spiel gegenüber 25 mantels befestigt und abgestützt, wobei die Leitungsdem Deckel (20) freilassend, in den Bundring (22) stutzen gegen die Leitungen mit Stopfbüchsen abgeeingreift und das untere (36) an seinem Außenum- dichtet wurden (vgL DT-PS 829 173).
   fang, nahe dem unteren Ende mit einer Stützkrem- Eine Übertragung auf Plattenwärmetauscher ist je-

   pe (40) versehen ist, die auf einer Auflagefläche (14) doch nicht ohne weiteres möglich, da dort hauptsächdes Bodens (12) aufliegt und die einen in eine Dicht- 30 Hch Druckkräfte schädigend wirken. Wird nämlich in nut der Auflagefläche (14) eingreifenden ringförmi- einen von zwei Ströirrungswegen ein Fluid eingelassen, gen Vorsprung (42) aufweist und daß zwischen den dessen Druck gegenüber der Atmosphäre, in der das seitlichen Zu- und Abführleitungen (28,30) ein vom Plattenpaket enthalten ist, relativ hoch ist. dann werden Umfang des Plattenpakets (A) zur Innenwand des die Verbindungen zwischen den die Strömungswege Behälters (B) reichender elastischer Sperring an- 35 bildenden Platten großen Zugkräften ausgesetzt. Diese geordnet ist. Verbindungen die bei Plattenwärmetauschern im allge

   meinen durch Verlöten, Verschweißen oder Verkleben

   gebildet sind, können solche Kräfte schlecht aufnehmen. Insbesondere Schweiß- oder Lötverbindungen 40 verhalten sich bei Einwirkung von Zugkräften bei er-

   Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit höhter Temperatur sehr ungünstig,
   einem stehenden, zylindrischen Behälter, in dem ein Pa- Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Plattenpaket

   ket aus Platten, die die Kanäle für ein erstes und ein eines Wärmetauschers in einen zylindrischen Behälter zweites Wärmetauschfluid begrenzen, angeordnet ist so einzubauen, daß bei einer hohen Druckdifferenz zwimit seitlich am Behälter angebrachten, in senkrechtem 45 sehen zwei Wärmetauschfluiden einerseits eine dichte Abstand zueinander liegenden Zu- und Abführleitun- Trennung der Strömungswege der zwei Fluide erreicht gen für das erste Fluid, mit einem mit dem Behälter fest und andererseits ein vom Behälter unabhängiges Ausverbundenen Boden, der eine senkrecht nach unten dehnen des Plattenpakets im Betrieb gewährleistet ist. weisende, zentral angeordnete Zuführleitung für das Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gerweite Fluid aufweist und mit einem abnehmbaren 5o löst, daß das Plattenpaket mit einem unteren und obe-Deckel, der eine das Ein- und Ausbauen des Plattenpa- ren, im wesentlichen konisch verlaufenden Verbinkets ermöglichende öffnung am oberen Behälterende dungsstück zur Zu- und Abführung des zweiten Fluids abschließt und der mit einer nach oben führenden, zen- verbunden ist, von denen das obere ein zylindrisches Irisch angeordneten Abführleitung für das zweite Fluid Endteil aufweist das mit einem Gleitsitz, ein axiales und einem nach unten weisenden Bundring versehen SS Spiel gegenüber dem Deckel freilassend, in den Bundist ring eingreift und das untere an seinem Außenumfang,

   nahe dem unteren Ende mit einer Stützkrempe versehen ist die auf einer Auflagefläche des Bodens aufliegt und die einen in eine Dichtnut der Auflagefläche ein-

   Plätteflpaket und am Plattenpaket ein unterer Zuführ· 6σ greifenden ringförmigen Vorsprung aufweist, und daß raum mit einer Zuführleitung befestigt, wobei diese Zu- zwischen den seitlichen Zu- und Ausführleitungen ein fahrleitung durch eine Zuführleitung im Behälterboden vom Umfang des Plattenpakets zur Innenwand des Begesteckt ist Die Zu- und Abführbereiche für das erste hälters reichender elastischer Sperring angeordnet ist. Fluid sind durch mindestens eine am Paket ange- Das am unteren Ende angeordnete Verbindungs-

   schweißte, den Raum zwischen Paket und Behälter fül- ⁶S stück überträgt so das Gewicht des Plattenpakets auf !ende und diese abstutzende Platte voneinander ge- den Behälter, während das am oberen Ende angeordnetrennt te Verbindungsstück eine dichte Gleitverbindung mit

   Bei einem anderen Wärmetauscher ist das Plattenpa- der entsprechenden Zuführleitung des Behälters bildet

   Bei einem derartigen Wärmetauscher (vgl. FR-PS 1 252 482) ist ein oberer Abführraum für das zweite Fluid mit einer Abführleitung am Deckel, daran das