DE2639788C3

DE2639788C3 - Plate heat exchanger

Info

Publication number: DE2639788C3
Application number: DE19762639788
Authority: DE
Inventors: Felix William Copthorne Bank Crawley Sussex Wright (Grossbritannien)
Original assignee: APV Corp Ltd
Current assignee: SPX Flow Technology Crawley Ltd
Priority date: 1975-09-10
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1979-09-27
Also published as: FR2323974B1; DE2639788A1; SE422496B; FR2323974A1; JPS5235354A; GB1522369A; JPS562274B2; SE7609810L; DE2639788B2

Description

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Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches.The invention relates to a plate heat exchanger with the features of the preamble of the claim.

Ein solcher Plattenwärmetauscher ist aus der GB-PS 46 311 bekanntSuch a plate heat exchanger is known from GB-PS 46,311

Plattenwärmetauscher sind seit langem bekannt. Es ist auch seit langem üblich, solche Plattenwärmetauscher so zu betreiben, daß die zwischen den Platten gebildeten Strömungsräume bezüglich eines oder beider so Fluids in wenigstens zwei Gruppen unterteilt sind, die von den Fluids nacheinander durchströmt werden. Der Übergang zwischen den beiden Gruppen wird an einer Stelle erreicht, in der die normale Fluidströmung dadurch unterbrochen wird, daß an dieser Stelle der Ausnehmungsbereich einer oder mehrerer Wärmetauscherplatten geschlossen bleibt. Bei einer solchen Betriebsweise treten beiderseits des verschlossenen Ausnehmungsbereiches erhebliche Druckunterschiede auf, durch den die Platten belastet sind. Die betroffenen, w> dem Druckunterschied ausgesetzten Plattenbereiche werden infolge der Druckdifferenz erheblich verformt. Die Verformung ist dabei um so größer, je dünner das verwendete Plattenmaterial, je höher der Arbeitsdruck der Wärmetauschfluide und je größer die Flächenaus- »■ dehnung der Platten ist.Plate heat exchangers have been known for a long time. It has also long been common practice to use such plate heat exchangers operate so that the flow spaces formed between the plates with respect to one or both so Fluids are divided into at least two groups through which the fluids flow one after the other. Of the Transition between the two groups is achieved at a point where normal fluid flow occurs is interrupted by the fact that at this point the recess area of one or more heat exchanger plates remains closed. In such an operating mode, both sides of the locked Recess area on considerable pressure differences, by which the plates are loaded. The affected, w> Areas of the plate exposed to the pressure difference are significantly deformed as a result of the pressure difference. The deformation is greater, the thinner the sheet material used, the higher the working pressure the heat exchange fluids and the larger the surface area- »■ elongation of the plates.

Um diesen Problemen entgegenzutreten ist es seit längerem bekannt, die verschlossen gebliebenen Ausnehmungsbereiche der im Obergang zwischen den aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen zugeordneten Platten mit Hilfe von Versteifungsplatten auszusteifen, die auf die Wärmetauschplatten aufgespannt oder aufgeschweißt sind (vergl. GB-PSTo counter these problems, it has long been known to use the recessed areas that have remained closed the one assigned in the transition between the successive flow space groups To stiffen the plates with the help of stiffening plates, which are stretched on the heat exchange plates or welded on (see GB-PS

12 07 016). Diese Aussteifungen haben zwar im gewissen Umfange Hilfe gebracht, haben sich jedoch für eine Lösung der bestehenden Probleme doch nicht als ausreichend erwiesen. Es wurde daher vorgesehen, den Ringflächenbereich zwischen dem Rand der Aussteifungsplatte und der dem Ausnehmungsbereich zugewandten Begrenzungswand einer den ausgesteiften Bereich umgebenden Dichtungsnut nach einem vorbeptiminten unregelmäßigen Muster zu gestalten, um membranartige Verformungen dieser Ringbereiche zu vermeiden (vergl GB-PS 13 46 312). Hierbei ist die einzige Versteifungsplatte zwischen zwei Wärmetauscherplatten im Bereich des Oberganges zwischen den aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen eingeschlossen und somit gegenüber dem betreffenden Fluid abgeschirmt oder isoliert Solche die Ringzonen versteifenden Verformungen oder Umrißgestaltungen sind jedoch nicht bei allen Materialien, die zur Herstellung von Wärmetauscherplatten Verwendung finden, in ökonomisch vernünftiger Weise herzustellen.12 07 016). These stiffeners have a certain Extensive help brought, however, for a solution of the existing problems not as proven sufficient. It was therefore provided that the annular surface area between the edge of the stiffening plate and the boundary wall facing the recess area of one of the stiffened ones Area surrounding the sealing groove after pre-peening to design irregular patterns in order to membrane-like deformations of these ring areas Avoid (see GB-PS 13 46 312). Here the only stiffening plate is between two heat exchanger plates enclosed in the area of the transition between the successive groups of flow spaces and thus shielded or isolates the ring zones from the fluid in question However, stiffening deformations or contour designs are not in all materials used for Manufacture of heat exchanger plates are used to manufacture in an economically reasonable manner.

Man hat daher «-ersucht, die nicht ausreichende Versteifung durch nur eine Versteifungsplatte an der Übergangsstelle dadurch zu verbessern, daß man dem Übergang zwei Wärmetauscherplatten mit geschlossenen Ausnehmungsbereichen sowie drei Versteifungsplatten zugeordnet hat, von denen eine zwischen den beiden geschlossenen Ausnehmungsbereichen eingeschlossen und durch eine Dichtung gegenüber dem durch die betreffenden beiden Wärmetauscherplatten begrenzten und von einem Fluid durchströmten Strömungsraum abgedichtet ist (vergl. GB-PSOne has, therefore, sought after, which is insufficient To improve stiffening by only one stiffening plate at the transition point by the fact that the Has assigned transition two heat exchanger plates with closed recess areas and three stiffening plates, one of which is between the two closed recess areas enclosed and by a seal against the limited by the two heat exchanger plates in question and flowed through by a fluid Flow space is sealed (see GB-PS

13 46 311). Die beiden äußeren Versteifungsplatten sind dabei jedoch direkt der Einwirkung des einen Wärmetauscherfluids ausgesetzt Dies bedeutet daß für die Versteifungsplatten ebenfalls Materialien verwendet werden müssen, die gegenüber den Wärmetauscherfluids neutral sind und dem Einfluß beider Wärmetauscherfluids ohne Schaden auch über längere Zeit ausgesetzt sein können. Dadurcn wird diese Lösung ebenfalls sehr teuer und bleibt auf bestimmte Materialien und Einsätze beschränkt.13 46 311). The two outer stiffening plates are but directly exposed to the action of a heat exchanger fluid. This means that for the stiffening plates must also use materials that are opposite to the heat exchange fluids are neutral and the influence of both heat exchanger fluids without damage even over a long period of time may be exposed. This is the solution also very expensive and is limited to certain materials and uses.

Die aufgezeigten Probleme werden um so gravierender, je größer die Fiächenausdehnung der Wärmetauscherplatten wird, da mit zunehmender Größe der Wärmetauscherplatten auch die Ausnehmungsbereiche an Flächenausdehnung zunehmen. Dies führt bei den bekannten Lösungen zu sehr hohen Aufwendungen. Hinzu kommt daß die dem Übergang zwischen den aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen zugeordneten Wärmetauscherplatten und Versteifungsplatten nur in relativ geringer Stückzahl benötigt werden im Vergleich zu den üblichen Wärmetauscherplatten, die einen gemeinsamen Stapel bilden.The problems identified are all the more serious, the greater the surface area of the heat exchanger plates becomes, as the larger the size of the heat exchanger plates, so do the recessed areas increase in area. In the case of the known solutions, this leads to very high costs. In addition, those assigned to the transition between the successive groups of flow spaces Heat exchanger plates and stiffening plates are only required in relatively small numbers are compared to the usual heat exchanger plates, which form a common stack.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Plattenwärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches so weiterzubilden, daß die aufgezeigten Probleme auf besonders einfache und insgesamt auch billigere Weise zuverlässig überwunden werden können und wobei insbesondere auch bei großflächigen Wärmetauscherplatten eine sichere Aussteifung erhalten wird, ohne daß man bei den Aussteifungsplatten an besondere Materialien gebunden ist.It is the object of the invention to provide a plate heat exchanger with the features of the preamble of Claim to develop so that the identified problems on particularly simple and overall too cheaper way can be reliably overcome and especially with large areas Heat exchanger plates a secure stiffening is obtained without having to go to the stiffening plates special materials is bound.

This object is achieved according to the invention by the Features of the characterizing part of the claim solved.

Durch die Zuordnung von vier Platten mit jeweils geschlossenen und ausgesteiften Ausnehmungsbereichen zu dem Obergang zwischen den aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen erhält man eine überraschend gute Druckabstützung gegenüber den an der Trennstelle auftretenden Druckunterschieden, und zwar auch bei großflächigen Ausnehmungsbereichen. Zugleich wird auf diese Weise erreicht, daß alle Versteifungsplatten dem Zugriff bzw. dem Kontakt mit den beiden Wärmetauscherfluiden zuverlässig entzogen sind. Die Materialsauswahl für die Versteifungsplatten kann also ausschließlich nach den Gesichtspunkten ausreichender Versteifung und nach Kostengesichtspunkten ausgewählt werden. Eine Neutralität gegenüber den Wärmetauscherfluiden ist nicht erforderlich. Es ist aber auch nicht erforderlich, daß die Versteifungsplatten aus einem Material bestehen, das durch die Wärmetauscherfluide nicht angegriffen werden kann. Die Versteifungsplatten haben somit eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer. Membranartige Verformungen in den Ringzonen können auch bei von Verformungen freien verschlossenen Ausnehmungsbereichen und kreisförmigem Umriß der Versteifungsplatten nicht auftreten.By assigning four panels, each with closed and reinforced recess areas a surprising result is obtained for the transition between the successive groups of flow spaces good pressure support against those at the Separation point occurring pressure differences, even with large recessed areas. Simultaneously is achieved in this way that all Stiffening plates reliably withdrawn from access or contact with the two heat exchanger fluids are. The choice of material for the stiffening plates can therefore only be based on the aspects sufficient stiffening and should be selected according to cost considerations. A neutrality towards the heat exchange fluids is not required. But it is also not necessary that the stiffening plates consist of a material that by the Heat exchanger fluids cannot be attacked. The stiffening plates thus have a practical unlimited lifespan. Membrane-like deformations in the ring zones can also occur with deformations free closed recess areas and circular outline of the stiffening plates appear.

Zwar muß bei der neuen Lösung in Kauf genommen werden, daß im Bereich des Obergangs zwischen den aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen wenigstens ein Strömungsraum weder für das eine noch für das andere Fluid benutzt werden kann. Da jedoch die Wärmetauscherplatten wegen der großen benötigten Zahl zum Herstellen von Plattenwärmetauscherstapeln mehr oder weniger Massenartikel sind, kann die Unbenutzbarkeit wenigstens eines Strömungsraumes ohne weiteres in Kauf genommen werden, da sich insgesamt der Aufwand und die Kosten wesentlich niedriger stellen als bei den herkömmlichen Lösungen.With the new solution it must be accepted that in the area of the transition between the successive flow space groups at least one flow space neither for one nor for the other fluid can be used. However, since the heat exchanger plates are needed because of the large Number for the manufacture of plate heat exchanger stacks are more or less mass-produced articles, the Unusability of at least one flow space can be accepted without further ado, since Overall, the effort and costs are significantly lower than with conventional solutions.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigtThe invention is explained in more detail below with the aid of schematic drawings of an exemplary embodiment explained it shows

F i g. 1 in auseinandergezogener Darstellung, mehrere Wärmetauscherplatten eines Stapels, und zwar die Platten, die nahe dem Obergang zwischen aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen angeordnet sind.F i g. 1 in an exploded view, several Heat exchanger plates of a stack, namely the plates that are close to the transition between successive Flow space groups are arranged.

F i g. 2 in wesentlich vereinfachter Darstellung und im senkrechten Schnitt einen Plattenwärmetauscher.F i g. 2 in a much simplified representation and in vertical section of a plate heat exchanger.

F i g. 3 in größerer Darstellung und in ähnlicher Darstellung wie in F i g. 2 die Übergangsstelle.F i g. 3 in a larger representation and in a representation similar to that in FIG. 2 the crossing point.

Die Strömungswege der beiden Wärmetauscherfluids A und S sind durch entsprechende Pfeile in den Figuren dargestellt in den Figuren ist insbesondere jeweils die Übergangsstelle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strömungsraumgruppen herausgegriffen. In Fig.2 ist angenommen, daß jede Strömungsraumgruppe durch je zwei Strömungsräume für jedes Wärmetauscherfluid gebildet sind. In der Praxis gehören zu jeder Strömungsraumgruppe eine wesentlich größere Anzahl von Strömungsräumen. In den Figuren ist mit 17 jeweils die letzte Wärmetauscherplatte der in den Zeichnungen linken Strömungsraumgruppe, mit 23 die erste Wärmetauscherplatte der rechten Strömungsraumgruppe wiedergegeben. Die beiden Platten 17 und 23 weisen in ihren vier Eckenbereichen jeweils in Fluchtung liegende Ausnehmungen auf, von denen zwei mit dem vor der Platte und zwei mit dem hinter der Platte liegenden Strömungsraum in Strör.Kjngsverbindung stehen. Die nicht mit einem Strömungsraum in Verbindung stehenden Ausnehmungen sind durch entsprechende Dichtungen gegenüber dem Strömungsraum abgedichtet The flow paths of the two heat exchanger fluids A and S are represented by corresponding arrows in the figures. In the figures, in particular, the transition point between two successive groups of flow spaces is selected. In FIG. 2 it is assumed that each group of flow spaces is formed by two flow spaces for each heat exchanger fluid. In practice, a significantly larger number of flow spaces belong to each flow space group. In the figures, 17 shows the last heat exchanger plate of the flow space group on the left in the drawings, and 23 shows the first heat exchanger plate of the right flow space group. The two plates 17 and 23 each have in their four corner areas aligned recesses, two of which are in direct contact with the flow space in front of the plate and two with the flow space behind the plate. The recesses that are not connected to a flow space are sealed off from the flow space by appropriate seals

Die Platte 18, die der Platte 17 von links nach rechts in den Figuren folgt, weist einen Ausnehmungsbereich 4 auf, der verschlossen ist Dieser verschlossene Ausnehmungsbereich 4 bildet somit das Ende des Zuströmkanals für das Wärmetauscherfluid A in der ersten Strömungsraumgruppe. In ähnlicher Weise besitzt die Platte 22 einen verschlossenen Ausnehmungsbereich 12,The plate 18, which follows the plate 17 from left to right in the figures, has a recess area 4, which is closed. This closed recess area 4 thus forms the end of the inflow channel for the heat exchanger fluid A in the first group of flow spaces. Similarly, the plate 22 has a closed recess area 12,

iü der seinerseits das Ende des Zuführungskanals für das zweite Wärmetauscherfluid β in der zweiten Strömungsraumgruppe bildet, wobei hinzuweisen ist daß die beiden Wärmetauscherfluide in dem gezeigten Beispiel den Wärmetauscherplattenstapel gegenläufig durchströmen. iü in turn the end of the feed channel for the second heat exchanger fluid β forms in the second flow space group, it should be noted that the two heat exchanger fluids in the example shown flow through the heat exchanger plate stack in opposite directions.

Die Platte 19 weist an ihrem oberen Ende zwei verschlossene Ausnehmungsbereiche 5 und 9 auf. Das durch den unteren offenen Ausnehmungsbereich eintretende zweite Wärmetauscherfluid β strömt jedoch durch den Strömungsraum zwischen «Jen Platten 18 und 19 und gelangt auf diese Weise in die linke Strömungsraumgruppe.The plate 19 has two closed recess areas 5 and 9 at its upper end. The second heat exchanger fluid β entering through the lower open recess area, however, flows through the flow space between the plates 18 and 19 and in this way reaches the left flow space group.

Wie die Platte 19 weisen auch die Platten 20 und 21 jeweils am oberen Ende verschlossene Ausnehmungsbereiche 6 und 10 auf, während die Ausnehmungsbereiche am unteren Ende dieser Platten offen sind, so daß das Wärmetauscherfluid A aus der linken Strömungsraumgruppe nach Durchströmung des Strömungsraumes zwischen den Platten 17 und 18 durch die in Fluchtung liegenden Ausnehmungen am unteren Ende der Platten 18, 19, 20 und 21 den Übergang passieren und in den Strömungsraum zwischen den Platten 21 und 22 eintreten und nach oben strömen kann. Entsprechend gelangt das Wärmetauscherfluid B nach Durchströmen des Strömungsraumes zwischen den Platten 22 und 23 durch die in Fluchtung liegenden unteren Ausnehmungen unter Passieren des Überganges durch die Platten 22, 21, 20 und 19 in den Strömungsraum zwischen den Platten 18 und 19.Like the plate 19, the plates 20 and 21 each have closed recess areas 6 and 10 at the upper end, while the recess areas at the lower end of these plates are open, so that the heat exchanger fluid A from the left flow space group after flowing through the flow space between the plates 17 and 18 through the recesses lying in alignment at the lower end of the plates 18, 19, 20 and 21 can pass the transition and enter the flow space between the plates 21 and 22 and flow upwards. Correspondingly, after flowing through the flow space between the plates 22 and 23, the heat exchanger fluid B passes through the lower recesses in alignment, passing the transition through the plates 22, 21, 20 and 19 into the flow space between the plates 18 and 19.

Bei den Platten 20 und 21 sind jeweils alle vier Ausnehmungsbereiche durch Dichtungen von den zugehörigen Strömungsräumen getrennt. Die beiden Strömungsräume auf der Vorderseite und der Rückseite der Wärmetauscherplatte 20 bleiben somit von beidenIn the plates 20 and 21 are all four recess areas by seals from the associated flow spaces separated. The two flow spaces on the front and the back the heat exchanger plate 20 thus remain of both

4~> Wärmetauscherfluiden A und dungenutzt.4 ~> heat exchange fluids A and unused.

In den Bereichen zwischen den Platten 18 und 19,19 und 20, 20 und 21 sowie 21 und 22 sind zwischen den jeweils verschlossenen Ausnehmungsbereichen Versteifungsplatten 1, 2, 3 bzw. 13, 14 und 15 eingelegt. InIn the areas between the plates 18 and 19, 19 and 20, 20 and 21 and 21 and 22 are between the Stiffening plates 1, 2, 3 or 13, 14 and 15 are inserted into each closed recess areas. In

>« üblicher Weise kennen diese Versteifungsplatten jeweils an einem der zugehörigen verschlosseneti> «Usually know these stiffening plates each on one of the associated locked ti

Recessed areas attached, e.g. B. welded in place

sein.be.

As Figure 3 shows, the circumferential edges of the

^r>3 Versteifungsplatten in der dargestellten Weise abgeschrägt sein, was die Befestigung der Scheiben erleichtert Die die Scheiben umgebenden ringförmigen Zonen der verschlissenen Ausnehmungsbereiche sind zwar besonders gegen Verformungen gefährdet, durch ^r > 3 stiffening plates be beveled in the manner shown, which facilitates the fastening of the discs

<' die paketartige Zusammenfassung von drei hintereinanderliegenden Versteifungsplatten wird jedoch jede Gefahr einer Verformung zuverlässig gebannt Aus den Figuren ist außerdem ersichtlich, daß sämtliche Versteifungsplatten 1 bis 3 und 13 bis 15 von den beiden Wärmetauscherfluiden isoliert sind. Abgesehen von den verschlossen gebliebenen Ausnehmungen sind die dem Übergang zugeordneten Platten 18 bis 22 Standardplatten, die im gleichen Wege und den gleichen Werkzeu-<'the packet-like combination of three consecutive However, any risk of deformation is reliably averted from the stiffening plates Figures can also be seen that all stiffening plates 1 to 3 and 13 to 15 of the two Heat exchange fluids are isolated. Apart from the recesses that have remained closed, they are dem Transition associated plates 18 to 22 standard plates, which in the same way and the same tools

gen gepreßt werden können, wie die den Strömungsraumgruppen zugeordneten Wärmetauscherplatten 17 und 23.can be pressed, such as the heat exchanger plates 17 assigned to the groups of flow spaces and 23.

Die Anordnung eignet sich auch für den Fall, daß nur das eine Wärmetauscherfluid in dem dargestellten Strömungsmuster geleitet wird, während das andere Wärmetauscherfluid nach einem anderen Muster geführt ist, z. B. zwei getrennte Wärmetauscher^ für die beiden Strömungsraumgruppen. Daraus wi ersichtlich, daß für die Umleitung wenigstens eines d beiden Wärmetauscherfluide in der dargestellten Wei vier Wärmetauscherplatten mit verschlossenen ui versteiften Ausnehmungsbereichen für den Übergai erforderlich sind.The arrangement is also suitable for the case that only one heat exchange fluid in the one shown Flow pattern is passed, while the other heat exchange fluid according to a different pattern is performed, z. B. two separate heat exchangers ^ for the two flow space groups. From this wi it can be seen that for the diversion at least one d two heat exchanger fluids in the white shown four heat exchanger plates with closed and reinforced recess areas for the Übergai required are.

For this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Claim:

Plate heat exchanger, consisting of a Siapel arranged in a frame from below Interposition of seals sealing s clamped plates, each between the facing surfaces limit flow spaces and each lying in alignment Have recesses as inflow and outflow for the heat exchange fluids, the connection ι ο with selected flow spaces prevented by seals surrounding the recesses is, in which the flow spaces to at least two, the same fluid can flow through one after the other Groups are grouped together and at every transition between the groups at least a recess area is closed with simultaneous stiffening by means of stiffening plates, one of which is reading in an area scanned against the heat exchange fluids, thereby characterized in that the transition between the successive flow space groups a set of four panels (18-21), each closed by stiffening panels (1-3) is assigned to stiffened recess areas (4-6), the flow spaces between the first and the last plate of this set and those facing them, respectively the plate set lying next to the heat exchanger plates with respect to the through the two Groups of flowing heat exchanger fluids are connected in series, while at least one The flow space which is delimited by two of the four plates of the plate set (18-21) opposite the Heat exchange fluid is sealed, and that all stiffening plates in opposite to the two heat exchange fluids sealed areas are arranged.