DE3025499A1

DE3025499A1 - Plattenwaermetauscher

Info

Publication number: DE3025499A1
Application number: DE19803025499
Authority: DE
Inventors: Michael Peter Bond
Original assignee: APV Corp Ltd
Current assignee: SPX Flow Technology Crawley Ltd
Priority date: 1979-08-08
Filing date: 1980-07-04
Publication date: 1981-02-26
Also published as: GB2062833A; ZA803909B; CA1125275A; FR2463377B3; US4372375A; GB2062833B; FR2463377A1; IN154234B

Description

i |-1Λ-ΓΓΤΜ-ΓΛΜ\Λ#Λ|-Τ-ΕΤ O f\ O IT / €\ Λ I

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

THE A.P.V. COMPANY LIMITED Manor Royal, Crawley, Sussex, England

"Plattenwärmetauscher"

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher, bestehend aus mehreren, unter Bildung jeweils von Strömungsräumen aneinander angrenzenden Platten von denen aufeinanderfolgende, den Strömungsraum für das erste von zwei oder mehreren Wärmetauschmedien begrenzenden Platten entlang dem Umfang und um jeweils einen Durchgang für ein anderes Medium bildende öffnungen miteinander dicht verschweißt sind, während die Strömungsräume und Durchgangsöffnungen für das oder jedes andere Medium durch flexible Dichtelemente abgedichtet sind.

—Ein Plattenwärmetauscher besteht im wesentlichen aus einem Stapel von Platten. Diese sind Fläche an Fläche liegend so

^L 130009/0692 ^J

-H-

angeordnet, daß zwischen benachbarten Platten Strömungsräume begrenzt werden. Öffnungen für die Zuführung und die Abführung der an dem Wärmetauschvorgang teilnehmenden Medien mit entsprechenden Zugängen zu den Strömungsräumen sind durch miteinander in Fluchtung stehenden Öffnungen in den Platten vorgesehen. Dichtungsstreifen oder andere Dichtelemente steuern dabei die Verbindung zwischen den Durchgängen und den Strömungsräumen. Außerdem sind in Umfangsrichtung angeordnete Dichtstreifen oder andere Dichtelemente zur Begrenzung der Umfangskante der Strömungsräume vorgesehen.

Normalerweise wird Gummi oder anderes elastomeres Material für die Herstellung der Dichtelemente verwendet. Dies begrenzt jedoch die Anwendung des PlattenwärmetausGhers, da ein Elastomer der zerstörenden Einwirkung eines der Medien ausgesetzt sein kann. Ein prinzipieller Vorteil der Verwendung eines Dichtelementes aus einem Elastomer besteht jedoch darin, daß der Plattenstapel zur Durchführung von Inspektionen oder zur Säuberung oder auch zum Ersetzen einzelner Platten oder Dichtungen leicht und einfach geöffnet werden kann.

Wenn die Verwendung eines Dichtungselementes aus elastomerem ι Material vermieden werden muß, kann man sich mit dem Zusammenschweißen der Platten zur Bildung der erforderlichen Dichtung begnügen. Dadurch gehen jedoch die Vorteile der Leichtigkeit j der Inspektionen und der arbeitsmäßigen Flexibilität, wie eie

für einen leicht trennbaren Plattenstapel vorliegen, verloren.

Hinzu kommt, daß dann, wenn eine Schweißnaht fehlerhaft ist oder fehlerhaft wird, so daß die Dichtungsfunktion verlorengeht, es schwierig ist, diese Fehlstelle zu entdecken und zu reparieren. Dies gilt insbesondere dann, wenn die fehlerhafte Naht sich an einem nicht oder schwer zugänglichen Punkt befindet. In diesen Fällen kann es notwendig werden, daß man den ganzen Plattenstapel als Ausschuß behandelt.

Es ist bereits vorgeschlagen worden einen Plattenwärmetauscher vorzusehen, bei dem die die Strömungsräume für das eine oder erste Wärmetauschmittel bildenden benachbarten Platten paarweise zusammengeschweißt sind, und zwar entlang des Umfangs der Platten. Die Strömungsräume für das oder jedes v/eitere Wärmetauschmedium sind dabei durch Dichtungselemente aus elastomerem Material abgedichtet.

Derartige Platten sind auch um die Durchgangsöffnungen zusammengeschweißt, welche dazu dienen, das oder jedes andere Medium durch das zusammengeschweißte Plattenpaar hindurchzuleiten. Auch ist dabei Vorsorge getroffen, daß korrosionsfeste Dichtungselemente verwendet werden, um das erste von dem anderen oder den anderen Medien zu trennen.

Solche Wärmetauscher, die zusammengeschweißte Plattenpaare verwenden, sind besonders nützlich bei korrosiven oder auf andere Weise gefährlichen Fluiden. Hierbei werden die allgemeinen Durchgänge für das gefährliche Medium durch Schweißnähte statt

130009/0692

durch die leicht anfälligen Dichtelemente eingeschlossen. Jedoch kann die Verwendung von Dichtelementen nicht ausgeschlossen werden, wenn es möglich sein soll, daß man den Wärmetauscher zerlegen kann. Hierbei sind einige Dichtungen in Kontakt mit dem gefährlichen Medium notwendig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Plattenwärmetauscher der eingangs näher bezeichneten Art vorzusehen, bei dem die Vorteile der Abdichtung durch Schweißnähte einerseits und die Vorteile der Zerlegbarkeit des Plattenstapels andererseits gewährleistet sind, ohne daß sich die verwendeten Wärmetauschermedien mischen können oder das gefährliche Medium nach außen dringen kann, und bei dem weiterhin das Auftreten einer Fehlstelle in der Dichtung aus elastomerem Material leicht und zuverlässig in kürzester Zeit festgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Durchgangsöffnungen für das erste Medium von den Strömungsräumen des oder jedes anderen Mediums und von der Umgebung durch eine doppelte Dichtungsanordnung und einen zwischen diesen liegenden Sperraum abgedichtet sind. Die Folge ist, daß das gefährliche Medium wenigstens zwei fehlerhafte Dichtungen passieren muß, wenn es die Umgebungsatmosphäre erreichen soll. Normalerweise müssen Fehler an drei verschiedenen Dichtungen zusammentreffen, damit das gefährliche Medium sich mit dem oder einem anderen Medium mischen kann. Hierbei wird davon ausgegangen, daß normalerweise ein belüfteter Zwischenraum zwischen einer eine

130009/0692

DurchgangsÖffnung umgebenden Dichtung und der den Strömungsraum für das andere Medium in Umfangsrichtung abdichtenden Dichtung vorliegt.

Vorzugsweise ist dem Sperraum eine auf das Eindringen des ersten Mediums in diesen Sperraum ansprechende Einrichtung zugeordnet. Damit läßt sich ein auftretender Fehler rasch und so frühzeitig entdecken, daß das gefährliche Medium die Atmosphäre oder das oder jedes andere Medium nicht erreichen kann.

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

Es zeigen:

Fig. 1 in auseinandergezogener perspektivischer Darstellung zwei aufeinanderfolgende Plattenpaare, die jeweils zusammengeschweißt sind und einem Plattenwärmetauscher angehören, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Eckenbereich mit einer Durch- gangsöffnung und den zugehörigen Dichtungen eines zusauaeenge schweißt en Plattenpaares,

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung und im Ausschnitt eine Eintelheit und

T3ÜOÜ97Ö692

- 8 Pig. Il ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Detektorkreises.

Die Fig. 1 zeigt zwei aufeinanderfolgende Paare von zwei Platten 1 und 2. Jedes Plattenpaar besteht aus zwei Wärmetauscherplatten. Die Einzelheiten dieser Platten sind im großen und ganzen fortgelassen, um die Darstellung klarer zu gestalten und zu vermeiden, daß von den wesentlichen Merkmalen der Erfindung abgelenkt wird.

Die Platten sind zur Abdichtung des Strömungsraumes zwischen den beiden Platten umfänglich zusammengeschweißt, und zwar als Ersatz der üblichen Umfangsdichtungen. Zusammengeschweißt ist auch der Bereich um die öffnungen 3 und H, durch die dasjenige Medium durch das Plattenpaar hindurchgeleitet wird, welches nicht in den Strömungsraum zwischen die beiden Platten gelangt. Es wird nachfolgend angenommen, daß das durch die öffnungen 3 und H hindurchgeleitete Medium das ungefährliche Medium ist. Zu diesem Zweck kann angenommen werden, daß das sichere Medium über durch die Öffnungen 3 gebildete Durchgänge zugeführt und über durch die öffnungen 4 gebildete Durchgänge wieder abgeleitet wird. Auf der anderen Seite wird das gefährliche Medium, z.B. Ammoniak, über durch die Löcher 5 gebildete Durchgänge zugeführt und durch von den öffnungen 6 gebildete Durchgänge abgeleitet. Die Strömungsräume für das gefährliche Medium liegen vollständig innerhalb der jeweils paarweise zusanunengeschweißten Platten. Die Strömungsräume für das'sichere Medium werden dagegen zwischen aneinandergrenzenden Platten von zwei aufeinander-

13ÖÖ09/0692

folgenden zusammengeschweißten Plattenpaaren gebildet. Eine Umfangsdichtung 7 ist bei jedem Plattenpaar 1 und 2 vorgesehen, um auf diese Weise den Umfang des zugehörigen Strömungsraumes zu begrenzen. Durch einen zusätzlichen Dichtungsabschnitt 7a der Dichtung 7 sind die Öffnungen 5 und 6 gegenüber dem Strömungsraum für das sichere Medium zusätzlich zu den Dichtungen um die Öffnungen 5 und 6 selbst abgedichtet.

Die Dichtungen müssen aus einem Material bestehen, das dem korrosiven Angriff des gefährlichen Mediums widersteht.

Um ein größeres Ausmaß an Sicherheit zu erhalten, sind gemäß der Erfindung die Dichtungen in doppelter Anordnung vorgesehen, so daß sie aus einer inneren Dichtung 8 und einer äußeren Dichtung 9 bestehen. In diesem Zusammenhang wird Bezug auf Fig. 2 genommen. Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß die Dichtungen nur als einfache Linien dargestellt sind. Es ist jedoch erkennbar, daß in der Praxis jedes Dichtungselement ein im Querschnitt ziemlich dicker Körper ist, der normalerweise aus einem Elastomer oder einem geeigneten korrosionsfesten Material besteht, das ausreichend flexibel ist, um den gewünschten Zwecken zu genügen. Ein typischer Querschnitt für ein solches Dichtungselement ist aus Fig. 3 ersichtlich. In dieser ist ein Längenabschnitt der Dichtung 9 wiedergegeben. Man erkennt aus der Figur, daß er vorspringende Längsmittelbereiche 10 auf der Oberseite und der Unterseite aufweist.

1 30009/0692

Zwischen dem inneren und dem äußeren Dichtungselement 8 bzw. 9 liegt ein abgedichteter Sperraum 11. Weiterhin ist ersichtlich, daß zwischen dem äußeren Dichtungselement 9 und dem Dichtungsabschnitt Ja der Umfangsdichtung 7 ein weiterer Zwischenraum vorliegt, der, wie bei 21 und 22 in bezug auf das Plattenpaar 1 angedeutet ist, nach draußen belüftet.

Man erkennt, daß das gefährliche Medium, das durch einen durch die öffnungen 6 gebildeten Durchgang fließt, zunächst das innere Dichtungselement 8 überwinden muß, dann durch den abgedichteten Sperraum 11 dringen und schließlich auch das äußere Dichtungselement 9 passieren muß, bevor das gefährliche Medium die Umgebungsatmosphäre erreicht. Es muß also ein doppeltes Dichtungsversagen gleichzeitig auftreten. Damit ein Mischen des gefährlichen flediums mit dem sicheren Medium eintreten kann, was möglicherweise au einer gefährlichen chemischen Reaktion führen könnte, muß darüber hinaus ein drittes Dichtungselement, nämlich der Dichtungsabschnitt 7a versagen. Man erkennt somit, daß das vorgeschlagene System außerordentlich sicher ist.

Zusätzlich ist vorgesehen, einen etwaigen Fehler in der Dichtung schnell und rasch festzustellen. Zu diesem Zweck kann das äußere Dichtungselement 9 nit Verbindungen zu dem abgedichteten Sperraum 11 versehen sein, flierzu können z.B. Röhrchen 13 nit einer Mikrobohrung vorgesehen sein, Vielehe durch einen erweiterten oder verbreiterten Abschnitt lH des Dichtungselementes 9 ragen. Durch diese Verbindungen läßt sich ein entsprechendes

1 30009/0692

BAD ORIGlNA*.

Verdünnungsfluid in einen kontinuierlichen Kreislauf umpumpen, z.B. mit Hilfe einer Pumpe 15, die nach Pig. H in einem geschlossenen Umwälzkreis angeordnet ist. Dieser ist über die Verbindungen 14 mit dem abgedichteten Sperraum 11 verbunden. In diesem Kreis liegt außerdem eine Detektoreinrichtung die so ausgebildet ist, daß sie das Auftreten entweder des gefährchen Mediums als Folge eines Versagens der inneren Dichtung 8 oder möglicherweise auf eine Druckänderung als Folge eines Fehlers in der äußeren Dichtung 9 anzeigen kann. Die Detektoreinrichtung ist bei 16 angedeutet und so angeordnet, daß sie eine Warneinrichtung 17 nach Fig. 4 steuert.

Um sicherzustellen, daß auch der gesamte Sperraum 11 von dem flüssigen oder gasförmigen Verdünnungsmittel durchspült wird, das von der Pumpe 15 umgewälzt wird, kann dann, wenn die Eintritts- und Austrittsverbindungen 14 für den Sperraum 11 nahe beieinanderliegen, ein Strömungswiderstand oder eine Drosselstelle 12 im Bereich der Verbindungen I^ vorgesehen sein.

1 30009/0692

Claims

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Ansprüche

^ Plattenwärmetauscher, bestehend aus mehreren, unter Bildung jeweils von Strömungsräumen aneinander angrenzenden Platten von denen aufeinanderfolgende, den Strömungsraum für das
erste von zwei oder mehreren Wärmetauschmedien begrenzenden Platten entlang dem Umfang und um jeweils einen Durchgang
für ein anderes Medium bildende öffnungen miteinander dicht verschweißt sind, während die Strömungsräume und Durchgangsöffnungen für das oder jedes andere Medium durch flexible
Dichtelemente abgedichtet sind, dadurch
gekennzeichnet , daß die Durchgangsöffnungen (5,6) für das erste Medium von den Strömungsräumen des oder jedes anderen Mediums und von der Umgebung durch eine
doppelte Dichtungsanordnung (8,9) und einen zwischen diesen liegenden Sperraum (11) abgedichtet sind.
2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß dem Sperraum (11) eine
auf das Eindringen des ersten Mediums in den Sperraum ansprechende Einrichtung (13,1^,16) zugeordnet ist.
3. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet , daß ein Zirkulationskreis(l4,15)

130009/0692 _i

3&25A99

mit einer Umwälzpumpe (15) zum kontinuierlichen Zirkulieren eines Verdünnungsfluids durch den Sperraum (11) sowie einer Detektoreinrichtung (16) vorgesehen ist.
4. Plattenwärmetauscher nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet , daß in dem - vorzugsweise ringförmigen - Sperraum (11) eine Strömungsdrosseleinrichtung (12) so angeordnet ist, daß der Sperraum (11) ständig von dem Verdünnungsfluid vollständig durchspült wird.

1 30009/0692