DE2232586A1

DE2232586A1 - Plattenwaermeaustauscher mit einem im querschnitt annaehernd quadratischen plattenstapel

Info

Publication number: DE2232586A1
Application number: DE2232586A
Authority: DE
Inventors: Nasser Gamal El Din; Hans Dipl Ing Waldmann
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1972-07-03
Filing date: 1972-07-03
Publication date: 1974-01-17
Also published as: DE2232586C3; DE2232586B2

Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

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28.6.1972

Plattenwärmeaustauscher mit einem im Querschnitt annähernd quadratischen Plattenstapel

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit einem im Querschnitt annähernd quadratischen Plattenstapel aus rechteckigen Blechtafeln und mit einem zylindrischen, den Plattenstapel umschließenden Gefäß, dessen Wandung mit den Seitenflächen des Plattenstapels im Querschnitt segraentförmige Strömungswege bildet, wobei die äußeren Blechtafeln Versteifungselemente aufweisen.

Es sind bereits eine Reihe von Piattenwärmetauscherkonstruktionen bekannt, da Plattenwärmetauscher gegenüber Rohrwärmetauschern und Rohrbündelwärmetauschern aufgrund der erheblich

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größeren Wärmetauschoberfläche pro Volumeneinheit wesentliche Vorteile besitzen. Welters sind Plattenwärmetauscher mit einem im Querschnitt quadratischen Plattenstapel bekannt« sowie solche, bei denen die Bleche derart geformt sind, daß durch Ausbildung von halbkreisförmigen Sicken, und geeignetem Zusammenfügen zweier solcher Bleche Rohrreihen entstehen, durch die ein Medium, z.B. das kühlende, und daß im Raum zwischen zwei solche Rohrreihen bildenden Doppelbleche ein anderes Medium, z.B. das Abzukühlende, fließt. Auch sind Ausbildungen bekannt, bei denen Begrenzungswände des quadratischen Plattenstapels mit angeschweißten kreisförmig gebogenen Blechen je einen im Querschnitt segmentförmigen Hohlraum bilden, der als Sammelraum dienen kann.

Plattenwärmetauscher in derartigen Ausführungen haben aber große Nachteile. Die Montage und Demontage ist sehr umständlich und langwierig. Die komplizierten Teile im Inneren, die Platten, sind nur sehr schwer zu reinigen, Einflüsse von Wärmedehnungen, Insbesondere bei Verwendung verschiedener Materialien, setzt die Betriebszeiten und die Lebensdauer sehr herab.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Plattenwärmetauscher zu entwickeln, der einfach und schnell zu montieren und demontieren, sowie leicht zu reinigen ist, und bei dem lange Betriebszelten und lange Lebensdauer erreichbar sind.

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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Versteifungseleraente im Querschnitt segmentförraige, in die zugeordneten, im Querschnitt segmentfurmlgen Strömungswege passende Rohre sind, die mit ihren ebenen Wänden auf den Mußeren Blechtafeln aufliegen, und der Plattenstapel zusammen mit diesen Rohren sowie einem stirnseitig angebrachten Uralenkkasten eine bauliche Einheit bildet, die mit den Umlenkkasten voraus in das zylindrische Gefäß einschiebbar 1st.

Damit ist ein Plattenwärmetauscher geschaffen, der einfach und und schnell montierbar und demontierbar ist, und bei dem der innere Teil, die wärmetauschenden Platten, nach Demontage des zylindrischen Gefäßes offen liegen und damit sehr gut zugänglich sind.

Vorteilhaft ist dazu im Bereich der dem Umlenkkasten gegenüberliegenden Stirnseite am Plattenstapel ein Plansch angebracht, über den die bauliche Einheit mit dem zylindrischen Gefäß verbunden 1st. Damit kann die Montage und Demontage des Gefäßes auch durch weniger geschultes Personal auch auf Baustellen erfolgen.

Damit auch der Innenteil überall gut zugänglich und damit auoh die Fertigung vereinfacht ist, ist vorteilhaft am Plansch ein

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Verteilkasten mit Zu- und AbfUhrungsßtutzen angebracht, welcher einen lösbaren Verschlußdeckel sowie einen mit dem Verschlußdeckel verbundenen und mittels Dichtleiste an die Stirnfläche des Plattenstapels angesetzten Zuführungskasten aufweist.

Um die Vorteile dieses Systems voll nutzen zu können, und um die Wärmetauschfläche optimal zu gestalten, sind zweckmäßigerweise die Bleohtafeln des Plattenstapels verformt und benachbarte Blechtafeln bilden eine Vielzahl von Strömungswegen einerseits für ein erstes Pluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, mit rundflächigen und andererseits für ein zweites Fluid, insbesondere ein abzukühlendes komprimiertes Gas, mit wellenförmigen Querschnitten, wobei die rundflächigen Strömungswege an den Stirnseiten des Plattenstapels offen und an der einen Stirnseite mittels des Umlenkkastens mit den im Querschnitt segmentförmigen Rohren verbunden sind.

In weiterer Ausbildung ist das Wärmetauschsystem des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers vorteilhaft derart, daß der Strömungsweg für das erste Pluid vom Zuführungsstutzen über die rundflächigen Strömungswege, den Umlenkkasten und im Querschnitt segmentförmigen Rohre zum AbfUhrstutzen und der Strömungsweg für das zweite Pluid in axialer Richtung gegen den Umlenkkasten und um diesen herum über einen ersten Teil der anderen, nicht

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mit Versteifungselementen versehenen Räume mit segmentförtnigem Querschnitt in die im Bereich dieses ersten Teils seitlich offenen wellenförmigen Strömungswege hinein und am anderen Ende des Plattenstapels aus diesem seitlioh heraus in einen zweiten, gegenüber dem ersten Teil mittels Trennplatten abgetrennten Teil der anderen, im Querschnitt segmentförmigen Räume hinein verläuft.

In einer anderen vorteilhaften Ausbildung wird bei gleicher Austauschfläche und gleicher Durchflußgeschwindigkeit die Durchflußzeit der beiden Medien erheblich, auf etwa das Doppelte, verlängert, dadurch, daß der Strömungsweg für das erste Fluid vom Zuführungsstutzen um den Verteilkasten herum durch eines der Rohre mit segmentförmigem Querschnitt, eine Hälfte des unterteilten Umlenkkastens, eine Hälfte des Plattenstapels, den Umlenkkasten an dessen anderem Ende, die andere Hälfte des Plattenstapels, die andere Hälfte des Umlenkkastens, das andere Rohr mit segmentförmigem Querschnitt und um den Verteilkasten herum zum Austrittsstutzen verläuft und der Ströraungsweg für das zweite Fluid ebenfalls im unterteilten Plattenstapel hin- und hergeführt ist; wobei die zu den Strömungswegen mit wellenförmigem Querschnitt offenen Seiten des Plattenstapels am anderen Ende von einem Überströmkasten umgeben sind.

Um die Vorteile in der erfindungsgemäßen Bauweise eines Plattenwärmetauschers in besonders vorteilhafter Weise auszunutzen, sind

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die bauliche Einheit von Plattenstapel, Umlenkkasten und Rohre mit segmentförmigem Querschnitt aus austenltlschem Chrom-Nickel-Stahl und das zylindrische Gefäß mit den Anschlußleitungen und Flanschen aus normalem Baustahl hergestellt, wodurch sich eine lange Lebensdauer bei leichtem Gewicht ergibt, eine intensive Wärmetauschwirkung erreicht ist, und außerdem ein derartiger Wärmetauscher in einer äußerst wirtschaftlichen Weise hergestellt werden kann.

In den Figuren sind zwei AusfUhrungsbeispielte eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers schematisch dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen.

Fig. 1, 2 und 3 zeigen in einem Längsschnitt und zwei

Querschnitten einen Plattenwärmetauscher für einfachen Durchgang der Fluide durch den Plattenstapel;

Fig. ^* 5ß 6 und 7 zeigen in zwei Längs- und zwei Querschnitten einen Plattenwärmetauscher mit verlängerter Durchflußdauer der Fluide im Plattenstapel.

Der Plattenwärmetauscher gemäß Flg. 1, 2 und 3 besteht aus einem Stapel 1 im wesentlichen in gleicher Weise gewellter oder ähn-

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lieh geformter Blechtafeln 2, 3> 4, 5> deren Ränder abwechseln mit dem Rand der einen bzw. der anderen benachbarten Blechtafel abdichtend verbunden sind. Der Plattenstapel 1 hat einen annähernd quadratischen Querschnitt, so daß der gut von einem zylindrischen Gefäß 6 umschließbar ist, wobei die zwischen den Planken 7, 8, 9 und 10 des Stapels 1 und der Wand des Gefäßes 6 gebildeten Räume 7a, 8a, 9a und 10a mit segmentförmigem Querschnitt Strömungswege für die Fluide darstellen, die benachbarten Bleehtafeln 2, 3, 4, 5 eine Vielzahl von Strömungswegen einerseits mit rundflächigerall, 12, 13 und andererseits mit wellenförmigem 14, 15 Querschnitt bilden und wobei die rundflächigen Strömungswege 11, 12, 13 an den Stirnflächen 16, 17 münden.

Erfindungsgemäß sind dabei die an den Planken 7 und 8 des Stapels 1 befindlichen äußeren Bleohtafeln mittels einer anliegenden 21, 22 und einer zur Innenwand des Gefäßes 6 parallel verlaufenden gewölbten 23, 24 Platte zu einer in den zugeordneten Raum 7a, 8a mit segmentförmigem Querschnitt passenden Röhre zusammengesetzt und diese Röhren 21/23 und 22/24 münden an einem Ende in einen die Strömungswege mit rundflächigem Querschnitt 11, 12, 13 an der Stirnfläche 16 und den Innenraum der Röhren 7a, bzw. 8a verbindender Uralenkkasten 23 gemäß Pfeil 26. Um die Stirnfläche 17 am anderen Ende ist eine Trennwand 27 vorgesehen,

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die eine Flächenabdichtung zwischen dem Außenrand der Stirnfläche 17 und der Innenwand eines zylindrischen Anschlußgefäßes 28 herstellt, das mittels eines Flansches 29 an einem Flansch 30 am zylindrischen Gefäß 6 befestigt 1st.

Die bauliche Einheit, die aus dem Flansch 29, dem zylindrischen Anschlußgefäß 28, der Trennwand 27, dem Stapel 1, den Röhren 21/23 und 22/24 und dem Umlenkkaeten 25 besteht, wobei die Röhren 21/23, 22/24 mittels Schweißnähten 23a, 24a unmittelbar mit dem zylindrischen Anschlußgefäß 28 verbanden sind, ist mit dem Umlenkkasten 25 zuvorderst axial in das zylindrische Oefäß einschiebbar und kann dabei mittels segmentförmiger Trennwände 31» 32 geführt sein. An die Stirnfläche 17 schließt sich ein Verteilkasten an, an dem ein Versohlußdeckel 33 (der in Fig. abgenommen 1st), ein ZufUhrstutzen 34 und ein AbfUhrstutzen angebracht sind. Das eine Fluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, kann gemäß Pfeil 36 in einen Raum 37 des Verteilkastens eintreten, der mittels einer Bleohhaube 38 und einer an drei Seiten umlaufenden Dichtleiste 39 von dem umliegenden Raum 40 abgeteilt ist, so daß das Fluid aus dem Raum 37 gemäß der Pfeile 41 nur in die Strömungswege mit rundflächigem Querschnitt 11, eintreten kann und gemäß Pfeil 26 beim Austritt aus diesen im Umlenkkasten 25 in die Innenräume 7a, 8a der Röhren 21/23, 22/24 umgelenkt wird und diese in entgegengesetzter Richtung durch-

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strömt, in den Raum 40 eintritt und diesen durch den Austrittsstutzen 35 gemäß Pfeil 42 verläßt.

Das andere Fluid strömt gemäß Pfeil 43 in das zylindrische Gefäß 6 ein, umströmt den Umlenkkasten 25 gemäß der Pfeile 44 und 45, gelangt durch Offnungen zwischen dem Umlenkkasten 25 und den segmentförmigen Trennplatten Jl, 32 in die Strömungswege mit wellenförmigem Querschnitt 14, 15 in dem Plattenstapel 1. Es wird an den von den Abdeckungen 46, 47 freigelassenen Teilen der Planke 9 und IO gemäß der Pfeile 48, 49 in die durch die segmentförmigen Trennwände 31, 32 gebildeten anderen Teile der Räume Sa, 10a mit segmentförmigem Querschnitt und aus diesen durch einen Austrittstutzen 50 gemäß Pfeil 51 aus dem Wärmetauscher geleitet. An der Unterseite des zylindrischen Oefäßes 6 kann sich ein Ablaßstutzen 52 befinden, durch den z.B. evtl. gebildetes Kondensat abgeführt werden kann. Die Abdeckungen 46, 47 sind mit federnden Haitebügeln 53, 54 versehen, durch die die Abdeckungen 46, 47 an die Planken 9, 10 des Plattenstapels 1 axial verschieblioh angelegt sind. Federnde Dichtleisten 55* 56 sorgen dafür, daß durch den Spalt zwischen den Trennwänden 31» 32 und den Abdeckungen 46, 47 kein Teil des zweiten Fluids von der Einströmseite (Pfeile 44/45) an die Abetrömseite (Pfeil 51) gelangen kann.

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Bel den in den Fig. 4, 5» 6 und 7 dargestellten Länge- und Querschnitten eines Plattenwärmetauscherβ mit verlängerten Hin- und hergehenden Strömungswegen der Pluide im Plattenstapel« der baulich auf demselben Prinzip aufgebaut ist wie das vorhergehende Beispiel, ist der Plattenstapel 61 mit den Röhren mit segmentförmigem Querschnitt 62/63, 64/65 an einem Stirnende mittels eines durch eine Trennwand 67 unterteilten Umlenkkasten 66 verbunden und am anderen Ende an einem Flansch 68 befestigt. Diese bauliche Einheit ist mittels eines den Umlenkkasten 66 umgebenden, mit einer Ringdichtung 9I versehenen FUhrungsringes 90 zuvorderst axial in ein zylindrisches Gefäß 69 eingeführt und am Flansch 70 mit diesem fest verbunden.

Das eine Fluid, z.B. die Kühlflüssigkeit, tritt gemäß pfeil in den Wärmetauscher ein, gelangt nach Umströmung eines Umlenkkastens 72 gemäß Pfeil 73 in die Röhre 64/65, wird im Umlenkkasten 66 gemäß Pfeil 74 in einen Teil der Strömungswege mit rundfläohigem Querschnitt im Plattenstapel geleitet, durchströmt diesen, tritt an der anderen Stirnfläche gemäß Pfeil 75 in den Umlenkkasten 72 ein und verläßt diesen durch Eintritt in den anderen Teil der Strömungswege mit rundfläohigem Querschnitt, gelangt in den anderen Teil des Umlenkkastens 66 gemäß Pfeil 76, tritt in die anderen Röhren 62/63 ein und verläßt diese gemäß Pfeil 77 und tritt nach Umströmung des Umlenkkastens 72 gemäß

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Pfeil 78 aus dem Wärmetaueeher aus.

Das andere Fluid, z.B. das abzukühlende komprimierte Gas, tritt gemäß Pfeil 8l in den Wärmetauscher ein, umströmt den Umlenkkasten 66 gemäß der Pfeile 82, 8j5, durchströmt einen Teil der wellenförmigen Querschnitte des Plattenstapels, tritt am anderen Ende dieser Querschnitte in einen Überströmkasten Qk ein, ist in diesem gemäß Pfeil 85 in den anderen Teil der Strömungsquerschnitte mit wellenförmigem Querschnitt übergeleitet, den es gemäß Pfeil 86 verläßt, und ist durch den Außtrittsstutzen 87 gemäß Pfeil 88 abgeführt. Ein Ablaßstutzen 89 kann am unteren Teil des Qefäßes 69 vorgesehen sein, um z.B. evtl. anfallendes Kondensat abführen zu können.

7 Patentansprüche
6 Blatt Zeichnungen

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Claims

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Me/ho 28.6.1972

Patentansprüche

.\ Plattenwärmetauscher mit einem im Querschnitt annähernd quadratischen Plattenstapel aus rechteckigen Blechtafeln und mit einem zylindrischen, den Plattenstapel umschließenden Gefäß, dessen Wandung mit den Seitenflächen des Plattenstapels im Querschnitt segmentförmige Strömungswege bildet, wobei die äußeren Blechtafeln Versteifungselemente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungselemente im Querschnitt segmentförmige, in die zugeordneten, im Querschnitt segrnentförmigen Strömungswege (7a, 8a) passende Rohre (21, 23 und 22, 24) sind, die mit ihren ebenen Wänden (21, 22) auf den äußeren Blechtafeln aufliegen, und der Plattenstapel (1) zusammen mit diesen Rohren (21, 23 und 22, 24) sowie einem stirnseitig angebrachten Umlenkkasten (25) eine bauliche Einheit bildet, die mit dem Umlenkkasten (25) voraus in das zylindrische Gefäß (6) einschiebbar ist.
2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der dem Umlenkkasten (25) gegenüberliegenden Stirnseite am Plattenstapel (1) ein Plansch (27, 28, 29) ange-

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bracht ist, über den die bauliche Einheit mit dem zylindrischen Gefäß 6 verbunden ist.
3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Plansch (27, 28, 29) ein Verteilkasten (37) mit Zu- und AbfUhrungastutzen (34, 35) angebracht ist, welcher einen lösbaren Verschlußdeckel (33) sowie einen mit dem Verschlußdeckel (33) verbundenen und mittels Dichtleisten (39) an die Stirnfläche (17) des Plattenstapels (1) angesetzten Zuführungskasten (38) aufweist.
4. Plattenwärmetauscher nach Anspruoh 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechtafeln des Plattenstapels (1) verformt sind und benachbarte Blechtafeln eine Vielzahl von Strömungswegen einerseits für ein erstes Fluid,insbesondere eine Kühlflüssigkeit, mit rundflächigen (11, 12, I3) und andererseits für ein zweites Fluid, insbesondere ein abzukühlendes komprimiertes Gas, mit wellenförmigen (14, 15) Querschnitten bilden, wobei die rundfläohigen Strömungswege (11, 12, I3) an den Stirnseiten (16, 17) des Plattenstapels (1) offen und an der einen Stirnseite (16) mittels des Umlenkkastens (25) mit den im Querschnitt segmentförmigen Rohren (21, 23 und 22, 24) verbunden sind.

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5. Plattenwärmetauscher nach Anspruoh 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg für das erste Fluid vom Zuführstutzen (34) über die rundflächigen Strömungswege (11, 12, 13), den Umlenkkasten (25) und die im Querschnitt segmentförmigen Rohre (21, 23 und 22, 24) zum AbfUhrstutzen (35) und der Strömungsweg für das zweite Fluid in axialer Richtung gegen den Umlenkkasten (25) und um diesen herum Über einen ersten Teil der anderen, nicht mit Versteifüngselementen versehenen Räume (9a, 10a) mit segmentförmigem Querschnitt in die im Bereich dieses ersten Teils (44) seitlioh offenen wellenförmigen Ströraungswege (14, 15) hinein und am anderen Ende des Plattenstapels (1) aus diesem seitlich heraus in einen zweiten, gegenüber dem ersten Teil mittels Trennplatten (31* 32) abgetrennten Teil (48) der anderen im Querschnitt segmentförraigen Räume (9a, 10a) hinein verläuft.
6. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg für das erste Fluid vom Zuführungeetutzen (92) um den Verteilkasten (72) herum durch eines der Rohre (64, 65) mit segmentförmigem Querschnitt, eine Hälfte des unterteilten (67) UmIenkkastens (66), eine Hälfte des Plattenstapels (6l) den Umlenkkasten (72) an dessen anderem Ende, die andere Hälfte des Plattenstapele (61), die andere Hälfte des Umlenkkastens (66), das andere Rohr (62, 63) mit segement-

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förmigem Querschnitt und um den Verteilkasten (72) herum zum Austrittsstutzen (93) verläuft und der Strömungsweg für das zweite Fluid ebenfalls im unterteilten Plattenstapel (61) hin- und hergeführt ist, wobei die zu den Strömungswegen mit wellenförmigem Querschnitt offenen Seiten des Plattenstapels am anderen Ende von einem Überströmkasten (84) umgeben sind.
7. Plattenwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 biß 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bauliche Einheit von Plattenstapel, Umlenkkasten und Rohren mit segmentförraigem Querschnitt aus austenitischem Chromnickelstahl und das zylindrische Gefäß mit den Anschlußleitungen und Flanschen aus normalem Baustahl hergestellt sind.

ORIGINAL INSPECTED