DE3244173A1 - Plattenwaermeaustauscher und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Plattenwaermeaustauscher und verfahren zur herstellung desselben

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DE3244173A1
DE3244173A1 DE19823244173 DE3244173A DE3244173A1 DE 3244173 A1 DE3244173 A1 DE 3244173A1 DE 19823244173 DE19823244173 DE 19823244173 DE 3244173 A DE3244173 A DE 3244173A DE 3244173 A1 DE3244173 A1 DE 3244173A1
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Gianrico Pavia Rossi
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00Making other particular articles
    • B21D53/02Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/04Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of sheet metal
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2240/00Spacing means

Description

  • BESCHREIBUNG
  • Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Plattenwärmeaustauscher insbesondere für Lyophilisationsanlagen.
  • In den Lyophillsationsanlagen und im allgemeinen in vielen chemischen und pharmazeutischen Anlagen werden Platten oder Tafeln fur den Warmeaustausch, insbesondere als Kühler von Oberflachen oder Raumes, verwendet. Diese Platten bestehen gewöhnlich aus zwei miteinander verschweißten Blechen, die zwischen sich einen einheitlichen Zwischenraum bilden. Um die beiden einander gegenuberliegenden Bleche parallel zu halten, sind im Zwischenraum zwischen den Blechen Abstandshalter vorgesehen. Gewöhnlich sind diese Abstandshalter derart angeordnet und ausgebildet, daß sie im Zwischenraum einen Hin- und Ruckweg oder einen Zickzackweg fur das Warmetragerfluid bilden, um den Weg des Fluids zu verlangern und die Geschwindigkeit, mit welcher es an den Wärmeaustauschflächen entlangstromt, zu erhohen. Bekanntlich erh#ht sich mit dem Ansteigen der Geschwindigkeit auch der Wärmeaustauschkoeffizient zwischen Fluid und fester Oberflache.
  • Gewohnlich sind die Trennwande Leisten, die den Zwischenraum abschließen und die parallel zueinander und an den beiden Seiten der rechteckigen Platte zueinander versetzt angeordnet sind, um abwechselnd einen freien Weg gegen die eine oder die andere Seite der senkrecht zu# den Leisten verlaufenden Platte zu bilden. Das Fluid tritt an den beiden Enden dieses Zickzackweges ein bzw. aus.
  • Während diese Plattenkahler oder, allgemeiner gesagt, Plattenwarmeaustauscher in betrieblicher Hinsicht vollkommen zufriedenstellend sind, weisen sie einige schwerwiegende konstruktive Nachteile auf. So bereitet die Befestigung der Leisten an den beiden einander gegenu"berliegenden Blechen eine Reihe von Schwierigkeiten und erfordert die Verwendung teurer Gerate. Derzeit werden die Leisten angeschweißt, was nicht nur schierig und teuer ist, sondern gewohnlich auch zu einer Verformung der Platten fuhrt, die sodann wieder in eine flache Form gebracht werden mfissen. Diese Arbeitsweise wirkt sich nicht nur sehr negativ auf die Herstellungskosten aus, sondern führt auch zur Erzeugung von Ausschußware. Wahrend des Betriebes sind uberdies die Platten, wenn sie miteinander durch die Schweißungen verbunden sind, in ihren spontanen Verformungen, hervorgerufen durch die auch sehr hohen Temperaturschwankungen, behindert und k8nnen sich dabei bis zur Bruchbildung deformieren.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung der oben genannten, den bekannten Plattenwarmeaustauschern anhaftenden Nachteile und die Schaffung eines neuen Plattenwarmeaustauschers und eines Verfahrens zu dessen Herstellung, wobei die unmittelbaren oder verzogerten Verformungen auf Grund der durch die Bearbeitung und die Temperatursprünge hervorgerufenen Spannungen vermieden werden.
  • Demnach betrifft die vorliegende Erfindung einen Plattenwarmeaustauscher, bestehend aus zwei parallelen Basisblechen, die zwischen sich einen Zwischenraum definieren, der von linearen Elementen getrennt ist, welche in Zwischenraum einen Zickzackweg bilden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes der linearen Trennelemente im Inneren des Zwischenraumes aus zwei gegenuberstehenden Leisten besteht, von denen jede an einem der beiden Bleche angeschweißt ist und welche miteinander durch Berührung entlang eines Profils vereinigt sind.
  • Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispieles unter Hinweis auf beiliegende Zeichnungen naher ererläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht teilweise im Schnitt mit abgehobenem oberem Blech; Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1; Fig. 4 eine Einzelheit der Fig. 2 in größerem Maßstab; und Fig. 5 eine Einzelheit einer Variante in einer Ansicht entsprechend jener der Fig. 4.
  • Ein Plattenwarmeaustauscher der eingangs allgemein beschriebenen Art, welcher die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist, ist im Grundriß und in den beiden Normalschnitten in den Figuren 7,2 und 3 gezeigt und in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Er besteht im wesentlichen aus einem flachen Gehause mit rechteckigem Grundriß mit einer unteren Basiswand 2 und einer oberen Basiswand 3, welches an seinem Unfang von einem Rand 4 geschlossen ist, der die seitige Umhullung des Gehauses bildet.
  • Der Innenraum der Gehäusekonstruktion ist derart unterteilt, da~ von den Trennelementen 5 und 6 ein durch die Pfeile angedeuteter Weg gebildet wird. An den beiden, zu den Trennelementen 5 und 6 parallelen Außenseiten der Platte 1 sind ein Einla~stutzen 7 bzw. ein Auslaßstutzen 8 angebracht. Die das wesentliche Merkmal der Erfindung bildende Form der Trennelemente ist deutlicher in jeder Einzelheit in Fig. 4 gezeigt, welche eine Vergroßerung eines Teiles der Fig. 2 ist. Die beiden äußeren Trennelemente 5 sind einfache Platten mit rechteckigem Querschnitt, die an zwei Langskanten 9 und 10 am oberen Blech 3 und -entlang ~1 einer äußeren Langskante 11 am unteren Blech 2 angeschweißt sind. Die Zwischentrennelemente 6 bestehen aus zwei Leisten oder Staben mit rechteckigem Quersehnitt, u.zw. einer oberen Leiste 12, die entlang von zwei Langskanten 12a und 12b am oberen Blech 3 angescheipt ist, und einer unteren Leiste 13 von im wesentlichen gleichem Querschnitt, die entlang von zwei Langskanten 13a und 13b am unteren Blech 2 angeschweißt ist. Die beiden Leisten besitzen weiters in entsprechenden Positionen eine Lagsausnehmung 12c bzw. 13c und einen von der Ausnehmung erzeugten Zahn 12d bzw. 13d.
  • Die beiden Leisten sind paarweise fur jedes Trennelement 6 derart angeordnet, daß nach der Montage der Platte 1 der Zahn einer jeden Leiste-12, 13 in die Ausnehmung der anderen Leiste eingreift, wie der Fig. 4 zu entnehmen ist.
  • Die hydraulische und thermische Funktionsweise des neuen Plattenwarmeaustauschers 1 unterscheidet sich nicht von der analoger bekannter Plattenwärmeaustauscher.
  • Die Herstellungsweise der Platte 1 ist jedoch zur Erzielung der erfindungsgemaßen Effekte deutlich abgeandert und wird in der Folge in ihren wesentlichen Phase erläutert.
  • Die Leisten 12 und 13 werden getrennt in den richtigen Positionen an den betreffenden Blechen 3 und 2 angeschweißt.
  • Die Endleisten werden in dieser Phase an das Blech 3 zusammen oder in Serie mit den Leisten 12 angeschweißt. Hierauf werden die beiden Bleche einander gegenubergestellt, wobei die Leisten 12 und 13 zum gegenseitigen Eingriff gegeneinanderweisen.
  • Die Leisten 12 und 13 werden durch gegenseitige seitliche Verschiebung in Eingriff gebracht, wie in Fig. 4 gezeigt ist ist.
  • Nunmehr werden die Schweißungen entlang der Außenkanten 11 der Trennelemente 5 durchgefuh"rt, schließlich wird der Plattenwarmeaustauscher mit den Umfangsseiten 4 geschlossen.
  • Der durch das neue Verfahren in seiner Wichtigkeit ge#chaffene erste Vorteil, der durch die originelle Ausbildung der Trennelemente 6 gegeben wird, besteht in der Vermeidung der Ursachen der Deformierung der Platten nach dem Schweipen. Tatsachlich waren die früheren Plattenwarmeaustauscher, bei denen Trennelemente von der Art der Elemente 5 an den Blechen 2 und 3 angeschwei~t waren, eine mehrfach hyperstatische Konstruktion, d.h. mit einer uberschussigen Anzahl an Bindungen in bezug auf die Bedingungen der Statik auf Grund der Anschweipung einer jeden Leiste auch an der anderen Platte. Diese Hyperstatik führte bei den Warmedehnungen unweigerlich zu starken inneren Spannungen. Dies wird durch die neue erfindungsgemæße Konstruktion vermieden, u.zw. bis auf die Anschweipung des letzten Trennelementes 5, welches nach der Montage an dem Blech 2 angeschweißt wird.
  • Diese einzige Hyperstatik erzeugt jedoch eine wesentlich geringere spezifische Belastung in der Gropenordnung von n2-mal kleiner, wenn n die Anzahl der Zwischentrennelemente von der Art der Elemente 6 ist. Tatsachlich Uber tragt sich die Verformung auf Grund der einzigen Schweißung ung auf eine n-mal gr8ßere Lunge und schwächt sich in diesem Verhältnis ab; bei der Durchführung von n Schweißungen hingegen, wie bei den bekannten Ausführungen, summierten sich diese Effekte wenigstens statisch.
  • Diesem ersten, im wesentlichen technologischen Vorteil folgen weitere wirtschaftliche Vorteile hinsichtlich der Einsparungen an Nettoproduktionskosten, welcher zweifacher Art sind: 1) Es sind keine speziellen Einrichtungen erforderlich, die man bisher bei der Durchfuhrung der Schweißungen an unzuganglichen Stellen benotigte; 2) es wird jede Ausrichtarbeit an deformierten Platten u"berflu"ssig.
  • Die Erfindung wurde vorstehend an Hand eines bevorzugten Ausftihrungsbeispieles beschrieben, es ist jedoch offensichtlich, daß viele weitere Ausfthrungen moglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Die Fig. 5 zeigt einen Fall, in welchem die beiden mit 22 und 33 bezeichneten Leisten praktisch auf die betreffenden Eingriffsprofile reduziert sind, d.h. sie sind durch Bleche und nicht durch Block gebildet. Der Vorteil dieser Ausfuhrungsform liegt in der Materialeinsparung und in der Mo"glichkeit, gefederte Leisten aus gebogenem Blech vorzusehen, wodurch der gegenseitige Eingriff bei regelbarem Berührungsdruck erleichtert wird.
  • Bei Betrachtung der Fig. 4 ist zu beachten, daß es fu,r die DurchfGhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlich ist, daß alle Leiste 12 gleich sind und untereinander gleich orientiert sind, ebenso die Leisten 13. Zweckmäßigerweise konnen zur Erleichterung der gegenseitigen Zuordnung auf den Z S en 12d und 13d Abschrdgungen und auf den Ausnehmungen 12c und 1 3c leicht keilformige Profile oder andere Maßnahmen vorgesehen sein.
  • Das Merkmal der Orientierung in einer Richtung der Eingriffe hat fur sich den Vorteil, daß eine freie unterschiedliche Dehnung der beiden Leisten 2 und 3 gestattet wird, was bei entgegengesetzt orientierten Eingriffen verhindert ware, die vom konstruktiven Standpunkt aus gesehen technisch moglich waren, wobei die Montage durch seitliches Einschieben erfolgen wurde. Um eine bessere re Abdichtung und eine gewisse Berührungselastizität zwischen den Leisten 12 und 13 zu gewahrleisten, konnen auch Dichtungen, beispielsweise aus Gummi od.dgl0, oder auch aus Kunststoff, wie Polyathylen, welches auch in der Kalte einen guten Überzug darstellt, -auf den Zthnen 12d und/oder 13d vorgesehen werden.
  • In der Praxis können die angewendeten Abmessungen und Materialien, je nach den Erfordernissen, beliebig gewthlt werden.
  • Leerseite

Claims (4)

  1. PLÄTTENWÄRMEAUSTAUSCHER UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DESSELBEN.
    PATENTANSPR§CE @ Plattenwarmeaustauscher, bestehend aus zwei parallelen Basisbiechen, die zwischen sich einen Zwischenraum definieren, der von linearen Elementen getrennt ist, welche im Zwischenraum einen Zickzackweg bilden, dadurch gekennzeichnet, dap jedes der linearen Trennelemente (6) im Inneren des Zwischenraumes aus zwei gegenuberstehenden Leisten (12,13) besteht, von denen jede an einem der beiden Bleche (2,3) angeschweißt ist und welche miteinander durch Beliirung entlang eines Profiles vereinigt sind.
  2. 2. Plattenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Leisten (12, 13) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt haben, in dem wenigstens eine Ausnehmung (12c bzw. 13c) und ein Zahn (12d bzw. 13d) ausgebildet sind, wobei der Zahn (12d bzw. 13d) der einen Leiste (12 bzw. 13) in die Ausnehmung (13c bzw. 12c) der ihr gegenuberliegenden Leiste (13 bzw. 12) eingreift.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung eines Plattenwarmeaustauscher nach den Anspruchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die Phasen der Vorbereitung von zwei Basisblechen des Plattenwarmeaustauschers, Anschweißen der betreffenden Leisten an jedes Blech, Zuordnung der beiden Bleche unter Bildung eines gehauseartigen Plattenwarmeaustauschers, welcher die einander gegenuberliegenden Leisten unter gegenseitigem Beruhrungseingriff enthalt, und dichtes Verschließen der so erhaltenen gehauseartigen Konstruktion, umfaßt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bleche einander gegenuberliegend mit etwas versetzten Leisten zugeordnet werden und die gegenu11berliegenden Leisten gleichzeitig durch Verschiebung eines Bleches in bezug auf das andere in Eingriff gebracht werden.
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