DE2161604A1

DE2161604A1 - Plattenwaermetauscher, insbesondere zur kuehlung eines verdichteten gases mittels einer fluessigkeit, wie wasser, z.b. als turbokompressor-nachkuehler

Info

Publication number: DE2161604A1
Application number: DE19712161604
Authority: DE
Inventors: Gamal El Din Nasser
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Dvt Buero fur Anwendung Deutscher Verfahrenste
Priority date: 1971-12-11
Filing date: 1971-12-11
Publication date: 1973-06-14
Also published as: DE2161604B2; DE2161604C3

Description

Plattenwkrmetauscher, insbesondere zur Kühlung eines verdichteten Gases mittels einer Flüssigkeit, wie Wasser, z.B. als Turbokompressor-NachkUhler Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, insbesondere zur KUhlung eines verdichteten Gases mittels einer Flüssigkeit, wie Wasser, z.B. als Turbokompressor-NachkUhler, aus einem Stapel im wesentlichen in gleicher Weise gewellter oder ähnlich geformter länglich-viereckiger Blechtafeln, deren Ränder abwechselnd mit dem Rand der einen bzw. der anderen benachbarten Blechtafel abdichtend verbunden sind, mit zumindest annähernd quadratischem bis rechteckigem Querschnitt, der von einem zylindrischen Behälter umgeben ist, wobei die zwischen den Flanken des Stapels und der Behälterwand gebildeten Räume im wesentlichen Strömungswege für eines der Fluide darstellen, die benachbarten Blechtafeln eine Vielzahl von Strömungswegen einerseits mit rundflächigen und andererseits mit wllenförmigen Querschnitten bilden, die rundflKchigen Strömungswege an den StirnflXchen mUnden,mit Versteifungsplatten an den äußeren Blechtafeln. Diese bekannte Bauweise von Plattenwärmetauschern kann bei einfacher Herstellunsweise, geringem Gewicht und Raumbedarf eine intensive, leistungsfähige Wärmetauschleistung aufweisen. Diese einsohneidenen Vorteile sollen für einen errindungsgemäßen Plattenwärmetauscher noch verbessert und vermehrt werden, da dieser darüber hinaus gegenüber Einflüssen der -unterschiedlichen Wärmedehnung, insbesondere bei Verwendung verschiedenen Materials, unempfindlich sein soll, so daß er eine gegen-Uber dem gegenwärtig zu erreichenden Betriebszeiten wesentlich höhere Lebensdauer, insbesondere an seinen inneren komplizierteren Bestandteilen aufweisen soll; und außerdem sollen seine Wärmetauschflächen in besonders günstiger Weise zu reinigen sein.
Bei der Verwendung als Turbokompressor-Nachkühler ist das Verhältnis von Durchsatzmenge zum Gasdruck verhältnismäßig hoch, so daß einem möglichst geringen Druckabfall sowohl in den Strömungswegen an den Wärmetauschflächen als allch in den Zu- und Abführungen zu bzw. von diesen eine besondere Bedeutung zukommt.
Bei einem Wärmetauscher der vorbeschriebenen Art wird als erfindungsgemäße Lösung vorgeschlagen, an beiden Enden des Stapels die rundflächigen Strömungswege verbindende Umlenkkästen anzuordnen und diese mit dem Stapel zu einer durch axiales Einführen mit einem der Umlenkkasten zu vorderst in dem zylindrischen Behälter unterbringbaren baulichen inheit zusammenzufassen, den Umlenkkasten am anderen Ende mit Zu- und Abführungsstutzen Sür ein -Fluid, insbesondere die Kühlflüssigkeit, zu versehen und an einem benachbarten Boden des zylindrischen Behälters anzuflanschen, die bauliche Einheit von dieser Stelle im zylindrischen Behälter aus Gründen der verschiedenen Wärmedehnung verschieblich unterzubringen, den Strömungsweg für ein zweites, in Wärmetausch zu bringendes Fluid, insbesondere ein verdichtetes Gas, von einem Eintrittsstutzen am zylindrischen Behälter in einer in dem zylindrischen flehälter von diesem bis zu den an der Oberseite des Stapels befindlichen Eintrittsöffnungen für die wellenförmigen Strömungswege anzuordnenden Leitkanalhaube und durch den Stapel zu führen und im Raum zwischen dessen Unterseite und dem zylindrischen Behälter in die gleichfalls beidseitig vorgesehenen Räume umzulenken, in diesen je einen Abscheider anzuordnen, und um die Leitkanalhaube herum einem Austrittsstutzen am zylindrischen Beh$.-ilter zuzuführen und die Ein- und Austrittsstutzen für das zweite Fluid in etwa an verschiedenen Enden des zylindrischen Behälters anzubringen.
Diese Lösung ergibt eine Bauart, die ingesamt als sehr vorteilhaft bezeichnet werden kann,auch z.B. im Hinblick auf den Druckausgleich an den Begrenzungswänden des Plattenstapels und an der Leitkanalhaube. Sie ergibt beste Wege für beide Fluide, bei besten Wärmetauschergebnissen. Mit dem Strömungsweg für das verdichtete Gas ist eine besonders gute Verteilung dieses Fluids über den samter" Querschnitt bei niedrigstem Druckabfall erzielbar. Alle Maßnahmen, die irirolge unterschiedlicher Wärmedehnung miteinander funktionierender Teile bisher komplizierte, aufwendige und störanfällige Gestaltgebungen erforderten, sind auf einfache, leicflt herst ellbare und dauerhafte Weise gelöst, wobei die Abdichtungsstellen baulicti einfach und betriebssicher ausbildbar sind. Von besonderem Vorteil ist die Möglichkeit, daß der Abscheider ohne vergrößernde Ausführung des zylindrischen Gefäßes an der Stelle mit größtem Querschnitt anbringbar ist. I)ie Strömungswege mit rundflächigem Querschnitt können durch quer dazu verlaufende Sicken verbunden sein, so daß in vorteilhafter Weise ein Queraustausch zwischen den einzelnen Strömungswegen, eine gute Durchmischung und eine völlige Abstützung aller Blechtafeln erzielt werden kann.
Die wärmetechnische Ausnutzbarkeit ist ganz besonders wirkungsvoll, da die Wärmeübergangsfläche für das Fluid mit geringerer Wärmeübergangszahl, also das Gas, wesentlich größer ausbildbar ist als für das Fluid mit größerer Wärmeübergangszahl. Auch die einfache Reinigungsmöglichkeit der Strömungswege im Plattenstapel und im Behälter ist als besonders zweckmäßig hervorzuheben, da diese wesentlich zur Erhöhung der Wirkungsweise und der Lebensdauer beitragen können.
Es ist besonders günstig und zweckmäßig, daß der Strömungsweg für das kühlende Fluid viermal in den rundflächigen Strömungsquerschnitten des Plattenstapels vermittels der Umlenkkästen hin- und hergeführt sein kann. Dabei können die hin- und hergeführten Strömungswege mit rundflächigem Querschnitt mittels zwischen den zugeordneten Trennwänden in den Umlenkkästen angeordneten Dichtstäben unterteilt sein, wodurch sich die Trennung der Strömungswege in besonders einfacher Weise erzielen läßt. Weiterhin kann in vorteilhafter Weise die Leitkanalhaube mittels Dichtleisten längs der oberen Kanten des Platt>nstapels angesetzt sein. Bei einer besonders vorteilhaften espaltung können die bauliche Einheit von Plattenstapel und Umlenkkästen aus austenitischem Chrom-Nickel-Stahl und der zylindrische B@hälter mit den Anschlußleitungen und Flanschen und der Leitkanalhaube aus normalem Faustahl hergestellt sein, woulurch sich eine besonders leichte und in ihren wesentlichen Teilen eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer aufweisende Bauart ergibt.
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers dargestellt.
Figuren 1 und 2 zeigen einen LSngs- und einen Querschnitt durch einen Plattenwärmetauscher, der im wesentlichen aus einem Plattenstapel 4 in einem an beiden Stirnseiten mittels der Böden 2 und 3 abgeschlossenen zylindrischen Behälter 1 besteht. Der Plattenstapel 4 ist im wesentlichen aus in gleicher Weise gewellten länglich-viereckigen Blechtafeln 6, 7, 8 und 9 zusammengesetzt. Die Ränder der Blechtafeln sind abwechselnd mit dem Hand der einen bzw. der anderen benachbarten Blechtafel abdichtend verbunden, so daß zwischen den Blechtafeln 6 und Y bzw. t3 und 9 Strömungswege gemäß der Pfeile 10 und 11 mit wellenförmigem Querschnitt und senkrecht dazu Strömungswege mit rundflächigem Querschnitt 12, 13 ausgebildet sind Die rundflächigen Strömungswege verlaufen der Länge nach durch den Plattenstapel 4 und münden beiderseits an den Stirnflächen 14, 15. Der Strömungsweg für das verdichtete Gas beginnt in einem Eintrittsstutzen 16 gemäß der Pfeile 17 und führt in einen durch eine Leitkanalhaube 18 und Leitflächen 19 gebildeten Leitkanal zur möglichst gleichmäßigen Verteilung des zu kühlenden Gasgemisches an die Oberfläche des Plattentapels 4, wo er gemß der Pfeile 10 in die Strömungswege mit wellenförmigem Querschnitt eintritt. Er verläßt ctiese gemäß der Pfeile 11, wobei er an den Leitble@nen 20 um etwa 180 ° gemäß der Pfeile 21 umgelenkt wird, so daß er seitwärts des Plattenstapels 4 zwischen diesem und der I3ellKlterwand 1 nach oben und mit einer schrägen Komponente gemäß der Pfeile 22 gegen das andere Ende des zylindrischen Behälters 1 gelangt, an dem ein Auslaßstutzen 23 angebracht ist, durch den das abgekühlte verdichtete Gas gemäß I'feil (24 austritt. Im größten Querschnitt zwischen dem Plattenstapel 4 und der Behälterwand 1 ist in zweckmäßiger Weise Je ein Abscheider 25, 26 angeordnet, der etwa anfallende Feuehtigkeit aus dem Gasstrom entfernt, die dann durch den Ablaßstutzen 27 aus dem Behälter 1 entweichen kann. Es ist sehr vorteilhaft, daß die Versteifungsplatten 28 und 29 an den beiden Flanken des Plattenstapels 4 gering beansprucht sind und demzufolge dünnwandig ausgeführt werden können, da durcii die zweckmäßige Anordnung eine fast völlige Druckentlastung an der äußeren Begrenzung des Plattenstapels erzielt ist. Der gesamte Plattenstapel 4 ist durch eine Öffnung 30 im Boden 2 dem Wärmetauscher in den Behälter 1 einführbar und in diesem auf Schienen 31, 32 verschiebbar gelagert. An der Stirnwand 14 bzw. 15 ist Je ein Umlenkkasten 33 bzw. 34 angeordrlet. I)le Kühlflüssigkeit tritt gemäß Pfeil 35 in den Umlenkkasten 33 ein und wird mittels einer Trennwand 36 gemäß Pfeil 37 in die rundflächigen Strömungswege im Plattenstapel 4 geführt.
Nachdem das Kühlmittel die untersten Strömungswege mit rundflächigem Querschnitt durchströmt hat, gelangt es in den Umlenkkasten 34, in dem es gemäß Pfeil 38 umgelenkt wird und in der zweiten Lage der Strömungswege mit rundflächigem Querschnitt in den Umlenkkasten 33 zurückströmt, wo es wiederum gemäß Pfeil 39 umgelenkt wird und nochmals nach-Durchströmen der dritten Lage der Strömungswege mit rundflächigem Querschnitt in dem Strömung skasten 34 gemäß Pfeil 40 umgelenkt wird und dann nach Durchströmen der obersten Lage der Strömungswege mit rundflächigem Querschnitt gemäß Pfeil 41 in den Umlenkkasten 33 einströmt und von da durch einen Austritt gemäß Pfeil 42 abgeleitet wird. Die Trennung der Lagen innerhalb des Plattenstapels geschieht auf einfachste Weise, indem in die betreffenden Querschnitte mit rundflächigem Querschnitt 43, 44, 45 je ein Stab -aus elastischem Dichtmaterial, z.B. aus Gummi der Länge nach eingelegt ist, der von einer Stirnwand 14 im Umlenkkasten 33 bis zur anderen Stirnwand 15 im Umlenkkasten 34 reicht. Die eingelegten Stäube 43, 44, 45 bilden mit den Trennwänden 36, 46, 47 eine dichte Begrenzung der Strömungswege. Aus der Figur ist erkennbar, daß der Plattenstapel 4 mit den beiden an seinen Stirnflächen 14 und 15 befindlichen Umlenkkästen 3 und 34 zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt ist, die durch die oeffnung 30 im Boden 2 axial in den zylindrischen Behälter 1 einschiehbar und mit dem Behälter 1 nur am Boden 2 fest verbindbar ist, während am Boden 3 eine elastische Trennwand 4tg angeordnet ist, so daß sich die aus dem Plattenstapel und den tJmlenkkästen bestehende bauliche Einheit bei unterschiedlicher Wärmedehnung innerhalb des zylindrischen Behälters 1 axial bewegen kann, wobei durch eine gleitende und nachgiebige Abdichtung der zu kühlende Gasstrom bei kleinsten Strömungsverlusten einwandfrei geführt ist.
Die Ränder 49 der Leitkanalhaube 18 sind in Dichtleisten am Plattenstapel 4 geführt, so daß beim Einsetzen desselben eine gute AbdBltung zwischen dem Innenraum der Leitkanalhaube 18 und dem umgebenden Außenraum, also zwischen dem eintretenden Oasstrom 17 und dem austretenden Gasstrom 22 erreicht ist.
5 Patentansprüche 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprtlche Plattenwärmetauscher, insbesondere zur Kühlung eines verdichteten Gases mittels einer Flüssigkeit, wie Wasser, z.B. als Turbokompressor-Nachkühler, aus einem Stapel im wesentlichen in gleicher Weise gewellter oder ähnlich geformter, länglichviereckiger Blechtafeln, deren Ränder abwechselnd mit dem Rand der einer bzw. der anderen benachbarten Blechtafel abdichtend verbunden sind, mit zumindest annähernd quadratischem bis rechteckigem Querschnitt, der von einem zylindrischen Behälter umgeben ist, wobei die zwischen den Flanken des Stapels und der Behälterwand gebildeten Räume im wesentlichen Strömungswege für eines der Fluide darstellen, die benachbarten Blechtafeln eine Vielzahl von Strömungswegen einerseits mit rundflächigen und andererseits mit wellenförmigen Querschnitten bilden, die rundflächen Strömungswege an den Stirnflächen münden, mit Versteifungsplatten an den äußeren Blechtafeln, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden des Stapels (4) die rurriflächigen ;;trömungswege verbindende Umlenkkästen (33, 34) angeordnet und mit diesem zu einer durch axiales Einführen mit einem der Umlenkkästen (34) zu vorderst in den zylindrischen Bester (1) unterbringbaren baulichen Einheit zusammengefaßt sind, der Umlenkkasten (33) am anderen Ende mit Zu- und Abführungsstutzen für ein Fluid, insbesondere die Kühlflüssigkeit, versehen ist und an einem Boden (2) des zylindrischen Gefäßes angeflanscht ist, von wo die bauliche Einheit im zylindrischen Gefäß verschieblich untergebracht ist, der Strömungsweg für ein zweites in Wärmetausch zu bringendes Fluid, insbesondere ein verclichtetes Gas von einem Eintrittsstutzen (1G) am zylindrischen Behalter (1) in einer in dem zylindrischen Gefäß von diesem bis zu den an der Oberseite des Stapels beiindlichenn Eintrittsöffnungen für die we 1 lenförmigen Strömungswege angeordneten Leitkanalhaube (18) und durch den Stapel (4) führt und im Raum zwischen dessen Unterseite und dem zylindrischen Gefäß in die gleichfalls beidseitig vorgesehenen ume, in denen Je ein Abscheider (25, 26) angeordnet ist, umgelenkt und die Leitkanalhaube (18) umgehend einen: Austrittsstutzen (23) am zylindrischen Behälter (1) zugeführt ist und die Ein- und Austrittsstutzen für das zweite Fluid in etwa an verschiedenen Enden des zylindrischen G@fäßes angebracht sind,
2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da; der Strömungsweg für das eine Fluid, insbesondere die Kühlflüssigkeit, viermal in den rundflächigen Querschnitten des Flattenstapels (4) vermistels der Urnlenkkästen (3), 34) hin- und hergeführt ist.
3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hin- und hergeführten Strömungswege mit rundflächigem Querschnitt mittels zwischen den zugeordneten Trennwänden (36, 46, 47) in den Umlenkkästen (33, 34) angeordneten Dichtstäben (43, 44, 45) unterteilt sind.
4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkanalhaube (18) mittels Dichtleisten (49) an die oberen Kanten des Plattenstapels. angesetzt ist.
5. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeiclinet, daß die bauliche Einheit von Plattentstapel (4) und Umlenkkästen (33, 34) aus austenitischem Chrom-Nickel-Stahl und der zylindrische Behälter (1) mit den Ansciilußleitungen und Flanschen und der Leitkanalhaube (18) aus normalem Baustahl hergestellt sind.

L e e r s e i t e