DE2553577B2

DE2553577B2 - Platte für Wärmetauscher

Info

Publication number: DE2553577B2
Application number: DE2553577A
Authority: DE
Inventors: John Dennis Redhill Surrey Usher (Grossbritannien)
Original assignee: APV Corp Ltd
Current assignee: SPX Flow Technology Crawley Ltd
Priority date: 1974-12-20
Filing date: 1975-11-28
Publication date: 1979-03-29
Also published as: GB1458929A; DE2553577C3; SE7513632L; FR2295389B1; FR2295389A1; US4063591A; DE2553577A1; JPS5230956A

Description

Die Erfindung betrifft eine Platte für Wärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Der Stapel aus Platten wird üblicherweise in einem Rahmen angeordnet und in axialer Richtung zusammengepreßt, um den notwendigen Druck auf die Dichtungen auszuüben. Dabei ist zu beachten, daß der Betriebsdruck im Inneren der flachen Strömungsräume häufig sehr hoch liegt. Auf der anderen Seite ist man zur Einsparung von Metall und zur Verbesserung der Effektivität des Wärmetauschers bestrebt, die Platten selbst so dünn wie praktisch überhaupt möglich auszubilden. Es ist daher üblich, die Platten in den Zonen größter Beanspruchung oder Verformung durch Rippen oder dgl. zu versteifen, die sich bei den in Stapeln angeordneten Platten gegenseitig berühren und so eine gegenseitige Abstützung der Platten im Stapel ermöglichen. Bei aus schwierig zu bearbeitenden Metallen bestehenden Platten muß bei der Einarbeitung von Rippen oder dgl. Verformungen jedoch beachtet werden, daß in Folge der Verformung keine Haarisse oder sonstige Beschädigungen im Blech entstehen.

Die Probleme der gegenseitigen Abstützung der Platten und ihrer Verstärkung sind besonders gravierend in den Obergangsbereichen zwischen den Strömungsräumen und den Ausnehmungen, we|che im Stapel die Strömungskanäle für die Fluids bilden. In diesen Bereichen muß die Platte den Abdichtungsdruck der Dichtungen der benachbarten Platten aufnehmen, bei denen der Obergangsbereich zwischen Strömungsraum Und zugehöriger Ausnehmung abgedichtet ist Dennoch muß an dieser Stelle an der Platte, an der dieser Obergangsbereich nicht abgedichtet ist, ein freier Durchgang für eine freie Strömung des Fluids zwischen der Ausnehmung und dem Strömungsraum gewährleistet sein. Es ist bei größeren Plattenabmessungen bekannt, eine zusätzliche Verstärkung in Form eines meander- oder schießschartenartige gebogenen oder geformten Streifens in diesem Bereich einzuschweißen.

Ein weiteres Problem tritt im Bereich der Dichtungen selbst auf, die die Ausnehmungen umgeben. Das Problem besteht darin, daß aufgrund der hohen Belastung oder des hohen Druckes auf die Dichtungen die Seitenwand, welche die Nut gegenüber der Ausnehmung begrenzt, in die Ausnehmung hinein ausbiegt. Dies kann zu Leckerscheinungen führen. Zur Überwindung dieses Problems U: es bekannt in dieser Seitenwand der Nut Vertiefungen einzupressen, in die entsprechende Vorsprünge des Dichtungsstreifens eingreifen. Der schießschartenartig gebogene Versteifungsstreifen wird dann so ausgebildet und ausgeformt, daß im Plattenstapel jede Vertiefung in der Nutseitenwand mit einer schießschartenartigen Verformung der benachbarten Platte fluchtet.

Aus Gründen der Festigkeit ist es insbesondere bei großen Platten notwendig, den Abstand der schießschartenartigen Verformungen so klein wie möglich zu machen, wodurch auch der Abstand der Vertiefungen in der Nutseitenwand entsprechend klein sein muß. Eine Schwierigkeit besteht dabei darin, daß bei schwer verformbaren Materialien die Einformung von Vertiefungen in geringen Abständen zu feinen Einrissen des Metalls führen kann.

Im Plartenstapel wechseln in axialer Fluchtung Ausnehmungen ohne Dichtung und Ausnehmungen mit einer Dichtung. Die Gefahr einer Verformung der Nutenseitenwand ist am geringsten, wenn die in die Seitenwand eingeformten Vertiefungen durch die schießschartenartigen Bleche der darunter liegenden Platte abgestützt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung alle die aufgezeigten Erfordernisse und Schwierigkeiten in einfacher Weise in Einklang zu bringen, ohne daß die Gefahr der Bildung von Haarrissen od. dgl. in schwer zu verformenden Metallblechen auftreten und eine gute Durchströmung des Verbindungsbereiches zwischen einer Ausnehmung und dem zugehörigen Strömungsraum gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Es ist bei Plattenwärmetauschern bekannt, mehrere aufeinanderfolgende Strömungsräume von dem Fluid parallel durchströmen zu lassen. Dazu ordnet man in den durch die Ausnehmungen gebildeten Zuführungskanal eine Trennstelle an. Im Bereich der Trennstelle ist eine von einer Dichtung umgebende Öffnung nicht an das Strömungssystem angeschlossen, bildet vielmehr einen getrennten und durch Blech eingeschlossenen Hohlraum, der durch eine gesonderte Platte versteift wird. Um die zwischen dem von der Platte unterstützten

Bereich und der Dichtung verbleibenden Ringzonenbereich des Bleches membranartige Spannungen und Verformungen zu vermeiden, ist es bekannt in diese Ringzone besondere Verformungen vorzusehen, die verhindern, daß sich in diesem Ringzonenbereich eine s geschlossene ringförmige Gelenklinie bilden kann. Zu diesem Zweck weist auch die Nutseitenwand ebenso wie die Versteifungsplatte am Umfang zahnartig ineinandergreifende Vorsprünge auf (vergL GB-PS 13 46 312).

Im Gegensatz dazu befaßt sich die Lehre für die neue Platte mit den normalen Obergangsstellen zwischen den Ausnehmungen und den zugehörigen Strömungsräumen bzw. mit den damit in Fluchtung liegenden gegen die Strömungsräume abgedichteten Verbindungsöffnungen.

Weiterhin ist es bekannt, eine Abstützung in den Randdichtungsbereichen von Wärmetauscherplatten nur über das Dichtungsmaterial zu vermeiden, indem die beiden Nutseiten wände in Draufsicht sinusförmig ausgebildet und die sinusförmigen Ränder von im Stapel aufeinanderfolgenden Platten in ihrer Phase gegeneinander verschoben sind (vergl. DE-AS 12 30 046).

Bei sogenannten Kammerapparaten, die vor vielen Jahrzehnten vorgeschlagen worden sind, sind die eigentlichen Wärmetauscherbleche in entsprechende steife Rahmen eingelegt, weiche Rahmen selbst die Dichtungen aufnehmen. Der gesamte Dichtungsdruck wird somit über die Rahmen und nicht über die Platten übertragen (vergl. DE-PS's 60 909 und 63 757). Bei diesen Kammerapparaten ist es auch bekannt, den R&id von Ausnehmungen die mit dem zugehörigen Strömungsraum in Strömungsverbindung stehen, durch zusätzliche Rippen oder eingelegte Streifen zu versteifen, um eine Durchströmung und gleichzeitig eine Abstützung trotz fehlender Dichtung in diesem Bereich zu gewährleisten. Um dieses Problem geht es bei der neuen Lehre jedoch nicht.

Mit der neuen Ausbildung der Platte wird gewährleistet, daß jede in der Nutenseitenwand vorgesehene Vertiefung durch einen schießschartenartigen Vorsprung des Verstärkungsbleches der darunter liegenden Platte über die ganze, an dieser Stelle größere Breite des Nutenbodens abgestützt ist. Es ist ferner gewährleistet, daß die schießschartenartigen Verformungen in dem Blech so eng gewählt werden können, wie dies für die Abstützung der Platten bei den auftretenden Drücken erforderlich ist. Andererseits wird jedoch sichergestellt, daß die Seitenwandverformungen in den Nuten in ausreichend großen gegenseitigen Umfangsabständen, bezogen auf den Rand der öffnung, vorgesehen sein können, so daß jede Beschädigung des Bleches insb. das Auftreten von Haarissen zuverlässig ausgeschlossen ist. Die neue Lehre eignet sich daher ganz besonders für Platten aus Blechmaterialien, die außerordentlich schwierig zu bearbeiten sind, wie Bleche aus Titan oder dergleichen Materialien.

Vorteilhafterweise beträgt bei gleichbleibenden gegenseitigen Abständen der schießschartenartigen Verformungen des Versteifungsstreifens der Mittenabstand der Vertiefungen der Nutenseitenwand das Zweifache oder ein Größeres, ganzzahliges Vielfaches des Mittenabstandes der schießschartenartigen Verformungen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Platte für Plattenwärmetauscher der typischen Gestalt.

Fig.2 in einem in Fig. 1 mit A bezeichneten Ausschnitt den Übergangsbereich zwischen Ausnehmung und Strömungsraum in größerer Darstellung, wobei die angrenzende Platte dur bisher herkömmlichen Ausführung ebenfalls gezeigt ist.

Fi g. 3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie X-X der F i g. 2 durch drei aufeinanderfolgende Platten.

Fig.4 in ähnlicher Darstellung wie Fig;2 eine Platte in der Ausbildung gemäß der Erfindung und

Fi g. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie Y-Yder Fig.4.

Fig. 1 zeigt eine Platte 1 für Wärmetauscher, welche zwei Ausnehmungen 2 aufweist, die mit dem von der Platte begrenzten Strömungsraum in Verbindung stehen, sowie zwei Ausnehmungen 3, die von dem Strömungsraum der Platte durch eine Dichtung getrennt sind. Der Strömungsraum ist durch eine Randdichtung eingegrenzt Den abgesperrten Ausnehmungen 3 ist eine Umfangsdichtung 4 zugeordnet, die in eine Nut 5 (vergl. F i g. 3) eingelegt ist

Der Obergangsbereich zwischen den Ausnehmungen und dem Strömungsraum ist ein kritischer Bereich im Hinblick auf die mechanische Festigkeit Zwischen den Ausnehmungen 2 und dem Strömungsraum ist in diesem Bereich ein Durchtrittsspalt für das Fluid erforderlich. Bei den beiden angrenzenden Platten befindet sich in diesem Bereich die Nut, in die ein ringförmiger Dichtungsstreifen 4 eingelegt ist, der bei in einem Stapel eingebauten Platten unter einem hohen Abdichtungsoder Anpreßdruck stehen. Der Durchströmspalt zwischen den Ausnehmungen 2 und dem Strömungsraum muß trotz dieses Dichtungsdruckes aufrechterhalten bleiben.

Insbesondere wenn die Platte aus hochwertigen Material, z. B. Titan besteht, ist man schon aus Materialkosten bestrebt, die Platte aus sehr dünnem Blech herzustellen. Um in diesem kritischen Bereich die Platten abzustützen und den Dichtungsdruck über den Durchströmspalt zu übertragen ist ein Versteifungsstreifen 6 mit schießschartenartigen Verformungen 7 vorgesehen, der in dem betreffenden Bereich an der Platte festgeschweißt ist. Der auf die Dichtungsstreifen wirkende Druck führt jedoch auch dazu, daß die der Ausnehmung 3 zugewandte Nutenseitenwand 8 in Richtung auf die Ausnehmung 3 ausbiegt, was zu Undichtigkeiten führt. Um dies zu verhindern, sind in der Nutenseitenwand 8 Nutenwandervertiefungen 9 in gegenseitigen Abständen eingeformt. Wie aus Fig.2 hervorgeht sind bei den herkömmlichen Platten die Länge und die Abstände der Vertiefungen in der Nutenseitenwand 8 und der schießschartenartigen Verformungen 7 des Versteifungsstreifens 6 so gewählt, daß im Plattenstapel jede Vertiefung mit einer schießschartenartigen Verformung der benachbarten Platte fluchtet, wie dies in F i g. 2 erkennbar ist Dies führt dazu, daß die Zahl der Nutenwandvertiefungen 9 der Zahl der schießschartenartigen Verformungen des Versteifungsstreifens 6 entspricht. Eine maximale Versteifung durch den Streifen 6 wird bei möglichst geringem Abstand der schießschartenartigen Verformungen erreicht. Der Abstand der schießschartenartigen Verformungen wird jedoch dadurch beschränkt, daß ein zu geringer Abstand der Nutenwandvertiefungen 9 zu Haarrissen oder dgl. Beschädigungen des Bleches der Platte führt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 und 5 ist diese Schwierigkeit vermieden. Hier sind die gleichen Teile

mit den gleichen Bezugszeichen wie in den F i g. 1 bis 3 bezeichnet und die Darstellung in F i g. 3 gibt auch die Verhältnisse bei der Anordnung nach F i g. 4 und 5 wieder, wenn der Schnitt entlang der Schnittlinie X-X der Fig.4 geführt ist. Jedoch ist bei dieser Ausbildung der Platte der gegenseitige Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nutenwandvertiefungen 9 der Platte 1 jeweils doppelt so groß wie der gegenseitige Abstand der schießschartenartigen Verformungen 7 des Versteifungsstreifens 6. Dies führt dazu, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nutenwandvertiefungen 9 der Platte 1 zwischen eine zusätzliche schließschartenartige Verformung des Versteifungsstreifens vorgesehen ist So zeigt der Schnitt in F i g. 5, daß im Bereich der Schnittebene V-^der F i g. 4 zwar eine schießscharten-

artige Verformung 7 des Versteifungsstreifens 6 vorliegt, nicht aber eine Nutenwandvertiefung 9.

Es ist ersichtlich, daß es auch möglich ist den Abstand der Nutenwandvertiefungen 9 anders als dargestellt zu wählen, sofern bei gleichbleibendem gegenseitigen Abständen der schießschartenartigen Verformungen des Versteifungsstreifens gewährleistet ist, daß der Mittenabstand der Vertiefungen 9 der Nutenseitenwand 8 das Zweifache oder ein größeres ganzzahliges Vielfaches des Mittenabstandes der schießschartenartigen Verformungen 7 beträgt. Der Abstand der Nutenwandvertiefungen 9 richtet sich im wesentlichen danach, daß beim Einformen der Vertiefungen Beschädigungen, insb. Risse im Metall, verhindert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Platte für Plattenwärmetauscher, bestehend aus einem Stapel von Seite an Seite angeordneten Platten, die jeweils paarweise einen flachen Strömungsraum für ein Wärmetauschfluid begrenzen, welche Platte mehrere Ausnehmungen aufweist, die im Stapel mit entsprechenden Ausnehmungen benachbarter Platten zur Bildung von Strömungskanälen für die Fluids in Fluchtung stehen, die Platte in entsprechende, in die Platte eingeformte Nuten eingelegte, den Strömungsraum nach außen und gegenüber ausgewählten Ausnehmungen abdichtende Dichtungsstreifen aufweist, die Nut jeder gegen den Strömungsraum abgedichteten Ausnehmung auf der der Ausnehmung zugewandten Seitenwand mehrere entlang der Nut in Abständen eingeformte, entsprechende seitliche Vorsprünge des Dichtungsstreifens aufnehmende Vertiefungen aufweist, und entlang dem Ausnehmungsrand jeder mit dem Strömungsraum in Verbindung stehenden Ausnehmung ein in seiner Längsrichtung schießschartenartig gebogener Versteifungsstreifen befestigt ist, der vom Fluid radial durchströmbar ist und den Ausnehmungsrand gegenüber dem Nutenboden der benachbarten, den Strömungsraum begrenzenden Platte abstützt, wobei die Länge und die Abstände der Vertiefungen und der schießschartenartigen Verformungen so gewählt sind, daß im Plattenstapel jede Vertiefung mit einer schießschartenartigen Verformung der benachbarten Platte fluchtet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei aufeinanderfolgende Nutenwandvertiefungen (9) der Platte (1) jeweils wenigstens zusätzliche schießschartenartige Verformung (7) des Versteifungsstreifens (6) vorgesehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichbleibenden gegenseitigen Abständen der schießschartenartigen Verformungen (7) des Versteifungsstreifens (6) der Mittenabstand der Vertiefungen (9) der Nutenseitenwand (8) des zweifache oder ein größeres, ganzzahliges Vielfaches des Mittenabstandes der schießschartenartigen Verformungen (7) beträgt.

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