DE2055500C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmelauscher mn einem stehenden, zylindrischen Behälter, in dem ein Pa ket aus Platlen. die die Kanäle für ein erstes und ein zweites Warmclauschfluid begrenzen, angeordnet isi. mit seitlich am Behälter angebrachten, in senkrechtem Abstand zueinander liegenden /u- und Abfuhrleilun gen fur das erste f lind mn einem mn dem Behälter fest verbundenen Boden, der eine senkrecht nach linien weisende, zentral angeordnete Zuführleitung für d.is zweite Fluid aufweist, und mit einem abnehmbaren Deckel, der eine d.is f.in- und Ausbauen des Plallenp.i kc's ermöglichende Öffnung am oberen Uchälicrcndc ahschliel.il und der mn einer nach oben führenden, /en-Irisch angeordneten Abführleitiing für das /weile Fluid und einem nach unten weisenden Bundring versehen ist.

Bi" '.'UH'm derartigen Wärmet,iusrhcr (vgl FRfS 25.? 4H2) ist ein oberer Ahfuhrnium für das /weite Finn¹ ""' :incr AbfUhrleitung am Deckel, daran das p|_a,.,.,,., _tirt_-« und am Plattenpakel ein unterer Zufuhr raum mit einer Zuführleitung befestigt, wobei diese Zuführleitung durch eine Zuführleitung im Behälterboden gesteckt ist. Die Zu· und Abfiihrbcreichc für das erste Fluid sind durch mindestens eine am Paket auge· schweißte, den Raum zwischen Paket und Behälter füllende und diese abstützende Platte voneinander getrennt.

Bei einem anderen Wärmetauscher ist das Plallcnpaket nach unten ausfahrbar (vgl. AT-PS 179 297). Dabei muß ein Flansch an der oberen Abführleitiing entfernt, eine die Abführleitung umgebende angepreßte Dichtung gelockert und entfernt, sowie ein das Paket stüt-/ender Boden gelöst werden. Ein Sperring zwischen Zu- und Abführleilungen des ersteu Fluids ist bei diesem Wärmetauscher nicht vorgesehen.

Der Einsatz derartiger für einen Wärmetausch zwischen Niederdruckfluiclrn sehr gut geeigneter Plattenwärmetauscher für Iloehdruekfluide. insbesondere über 50 Bar. bereitet jedoch erhebliche Schwierigkeiten, z. B. dann, wenn derartige Wärmetauscher bei Gasturbinen verwendet werden sollen. In diesem Falle müssen die auf nur wenig über Atmosphärendruck befindlichen Verbrennungsgase die auf mehrere Bar komprimierte Luft aufheizen. Die Anschlüsse bzw. Verbindungen im Bereich von Ein- und Auslaß für das Druckgas müssen daher insbesondere gegenüber der äußeren A'niosphäre gasdicht sein.

ίο Bei Rohrwärmelauschern 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 Tragrohrs an der Mitte des teilbaren Behältermantels befestigt und abgestützt, wobei die Leitungsstutzen gegen die Leitungen mit Stopfbüchsen abgedichtet wurden (vgl DE-PS 829 173).

Eine Übertragung auf Plattenwärmetauscher ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, da dort hauptsachlieh Druckkräfte schädigend wirken. Wird nämlich in einen von zwei Slrömungswegcn ein Fluid eingelassen, dessen Druck gegenüber der Atmosphäre, in der das Plattenpakei enthalten ist. relativ hoch ist. dann werden die Verbindungen zwischen den die Slrömungswege bildenden Platten großen Zugkräften ausgesetzt. Diese Verbindungen die bei l'laltenwärmetausehern im allgemeinen durch Verlöten. Verschweißen oder Verkleben gebildet sind, können solche Kräfte schlecht aufnch men. Insbesondere Schweiß odrr Lötverbindungen verhalten sich bei Einwirkung von Zugkräften bei erhöhter Temperatur sehr ungünstig.

Is isi daher Aufgabe der Erfindung, ein Plattenpaket eines Wärmetauschers in einen zylindrischen Behälter so einzubauen, daß bei einer hohen Druckdifferenz zwisehen zwei Wärmclauschfluiden einerseits eine dichte Trennung der Slrömungswege der zwei Fluide erreicht und andererseits ein vom Behälter unabhängiges Ausdehnen des Plattenpakets im Betrieb gewährleistet ist Diese Aufgabe wird crfindungsgcmäß dadurch ge lost, daß das Plattenpakel mit einem linieren und oberen, im wesentlichen konisch verlaufenden Verbin diingsslück zur Zu- und Abführung des /weilen t Unds verbunden ist. von denen das obere ein zylindrisches Endteil aufweist, das mn einem Cileitsit/. ein axiales Spiel gegenüber dem Deekel freilassend, in den Bund ring eingreift und das unlere jn seinem Aiillenumfang. nahe dem unteren Ende mit einer Slülzkrcmpe verse hen ist. die auf einer Auflagefläche des Bodens aufliegt und die einen in eine Dichtnut der Auflageflache ein greifenden ringförmigen Vorsprung aufweist, und daß zwischen den seitlichen Zu· und Aüsfühflciluflgen cm vom Umfang des Plaltenpakcls zur Innenwand des 'Behälters reichender elastischer Sperring angeordnet iiit. Das am unteren Ende angeordnete Vcrbindurlgs· stück überträgt so das Gewicht des Plattenpakcts auf den Behälter, während das am oberen Ende angeordnete Verbindungsstück eine dichte Gleitverbindung mit der entsprechenden Zuführleitung des Behälters bildet.

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

F i g. I schematise!! den Wärmetauscher im .Schnitt.

F ι g. 2 eine vergrößerte Ansicht des Details III in Fig. 1.

Der in Fig. 1 gezeigte Wärmelauscher ist für die Aufbei/ung 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 4 innerhalb eines Behälters B und die nachfolgend beschriebenen Zu- und Abführleitungen und Verbindungselemente.

Das durch aneinandergereihte Strömungswegc gebildele Plattenpaket A des Wärmetauschers hat eine im wesentlichen stehende prismatische Form mit viereckigem Querschnitt. Die Niederdruckströmungswege sind für den vertikalen Durchtritt des Gases von einem Ende des Plattenpakets A zum anderen ausgeführt und seitlich über die gesamte Länge des Wärmetauschers durch Wände eingefaßt. Die Hochdruckströmungsivege weisen Wellbleche auf. die so angeordnet sind, daß das Gas über den Hauptteil der Längsausdehniing des Platienpakets A vertikal strömt und in den F.ndteilen kreuzend strömt, so daß der F.in- und Auslaß des Hochdruckgases an den entgegengesetzten F.nden der beiden sich gegenüberstehenden Seitenflächen ermöglicht wird. Die Strömungswegc sind längs ihrer Hauptab messung durch Wände begrenzt, die nur eint Zufuhr- und eine Abfuhröffnung in zwei Seitenwanden an entgegengesetzten finden 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 Ges.imlhöhe. 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 unlerer Hoden 12 nut einer Auflagefläche 14 befesligt ist. auf der diis Platlenpaket A ruht. Die Auflagefläche 14 ist am Um fang einer vertikalen unteren Zuführleitung 15 für das Niederdruckgas angebracht. Am oberen Ende hat die zylindrische Wand 10 einen F-'lansch 16 zur Verbindung mit einem abnehmbaren Deckel 20 Mit ihm ist eine Abfuhrlcilung 18 fur den Auslaß des Niederdruckgases verbunden und er besitzt außerdem einen nach innen vorstehenden zur Auflagelläche 14 des Bodens 12 koaxialen Bundring 22. Der 'nsbare Deckel 20 wird mn der zylindrischen Wand 10 ζ. B. mit Hilfe von Holzen 24 und Müllern 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 Hochdruckstromungswege begrenzenden Wände stehen den Zu- und Abfuhrlcitungen 28 und 30 gegenüber, wenn d.is Plattenpaket A im Behälier Beingesetzt ist.

Die Verbindungen zwischen dem Plattenpakct Λ und den Zu- und Abführleitungen 15 und 18 für das Niederdruckgas müssen selbstverständlich gasdicht sein, damit Leckverluste vermieden werden. Zu diesem Zweck ist das Plattenpakei A mit einem z. B. mit Querstreben versehenen unteren Verbindungsstück 36 versehen, das einen Teil 38 mit viereckigem Querschnitt zur Befestigung am Platlenpaket A und einen Kcgclstumpf-Anschlußtcil aufweist. Dieser Anschlußteil hat eine Stützkrempe 40, die mit einem ringförmigen Vorsprung 42 versehen ist, der eint· in eine Ring- oder Dichtnut der nn dem Boden 12 vorgesehenen Auflagefläche 14 eingelassene Dichtung zusammenpreßt. 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 45. 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 vom -.Tuck im Behälter B herrührenden axialen Schub auf die in ;er Auflagefläche 14 eingelassene Dichtung gepreßt.

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

Zur Vermeidung einer Umgehung der Hochdruckstromungswege über den ringförmigen Zwischenraum, der mit den Zu- und Abführleilungen des Hochdruckgases verbunden ist. ist erfindungsgemäß eine elastische Absperrung vorgesehen, die Dilatationen und Kontraktionen des Plattenpakets A in Längsrichtung zuläßt. Diese elastische Absperrung (vgl. i" i g. I) wird durch eine Anordnung gewährleistet, die durch einf mit der Seitenwand des Plaltenpakels A beispielsweise duich Verschweißen oder Verlöten dicht befestigte Ringplatio 56. einen am Behälter ö in gleicher Höhe befestigten Vorsprung 54 und einen elastischen Sper ring 58 gebildet wird, der lösbar und dicht mit der Plat te 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 ihrer Verwendung für Gase mit hohem Druck auftretenden Probleme durch den erfindiingsgemäßen War· niet;; jsther gelöst. Die Verbindungen der Hochdruckströmungswege dehnen sich nur geringfügig aus, denn der Druck innerhalb der Strömungswege ist jleich dun Druck, in dem Raum oder Behalterteil herrscht, in dem sie sich befinden, und die Veibindungen bilden nur noch thermische Brücken (bzw. Strömungsbegrenzungen). Bei den Niederdruckströmungswegen werden die Plat ten 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 l.eckgefahr 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 Plattcnpakets 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 crfindungsgcmäße 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 Haken versehen. Nach Abnahme des Deckels 20 werden die Bolzen zur Befestigung des Sperrings 58 gelöst und das Plaltcnpakel A mittels der Ösen 48 herausgehoben. Eine Anwendung des crfindungsgemäßen Wärmetauschers ist die Rückgewinnung der Wärme des l'rimärkühlmiltels im Hochtemperatur- oder Hochdruckkrcis gasgckühltcr Reaktoren und insbesondere sogenannter HTGR-Rekatoren (high temperature gas-coolcd reactor). Dabei kann der Behälter Bdurch das Rcaktorgehäusc selbst gebildet sein. Man erhält so eine Anordnung mit sogenanntem integrierten Wiumctnusclicr.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wärmetauscher mil einem stehenden, zylindrischen Behälter, in dem ein Paket uns Platten, die die Kanäle für ein erstes und ein /weites Wärmeiausch fluid begrenzen, angeordnet ist. mit seitlich am Behälter angebrachten, in senkrechtem Abstand /nein ander liegenden /u- und Abführleitungen für das erste Fluid, mit einem mit dem Behälter fest verbundenen Boden, der eine senkrecht nach unten weisende, zentral angeordnete Zuführleitung für das zweite Fluid aufweist, und mit einem abnehmbaren Deckel, der eine das F.in- und Ausbauen des Plattenpakets ermöglichende Öffnung am oberen Behälterende abschließt und der mit einer nach oben führenden, zentrisch angeordneten Abführlcitung für das zweite Fluid und einem nach unten weisenden Bundring versehen ist. dadurch gekennzeichnet, daß Jas Plattenpaket (A) mit einem unteren 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 GIcitsilz. ein axiales Spiel gegenüber dem Deckel (20) freilassend, in den Bundring (22) eingreift und das untere (36) an seinem Außenumfang, nahe dem unteren finde mit einer Stützkrem pe (40) versehen ist, die auf jiner Auflageflache (14) des Bodens (12) aufliegt und die einen in eine Dicht nut der Auf'agefläche (14) eingreifenden ringförmi gen Vorsprung (42) aufweist, und daß zwischen den seitlichen Zu- und Ab.ührleii^ngcn (28. 30) ein vom Umfang des PlaUenpakcP, (A) zjr Innenwand des Behälters (B) reichender elasi >cher Sperring (58) angeordnet ist.