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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
UND STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Auskleidungsvorrichtung
für einen
Plattenwärmetauscher
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen Plattenwärmetauscher
nach dem Oberbegriff von Anspruch 8 und ein Verfahren zum Herstellen
eines Plattenwärmetauschers,
umfassend einen Stapel von Wärmeübertragungsplatten
und eine Endplatte, die sowohl eine Außenseite als auch eine Innenseite
umfasst, die dem Plattenstapel zugewandt ist, und mindestens ein
Durchgangsloch.
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Es
ist bekannt, die Durchgangslöcher
der Endplatten eines Plattenwärmetauschers
mit einer Auskleidung zu versehen. Nach einem herkömmlichen
Verfahren wird ein Ausgangsmaterial hergestellt, das aus einem tiefgezogenen
Rohrabschnitt und einem Flanschabschnitt besteht, der sich um den Rohrabschnitt
herum und im wesentlichen radial auswärts vom Rohrabschnitt an seinem
einen Ende erstreckt. Das andere Ende des Rohrabschnittes wird in
das Durchgangsloch der Endplatte ein- und dort hindurchgeführt, so
daß der
Flanschabschnitt an einer Seite der Endplatte aufliegt. Danach wird
das andere Ende des Rohrabschnittes nach außen gebogen, so daß es einen
Flansch bildet, der an der anderen Seite der Endplatte aufliegt.
Eine solche Auskleidung hat gewisse Nachteile. Die Herstellung des Ausgangsmaterials
wird in verschiedenen Schritten mit dazwischen liegender Wärmebehandlung
durchgeführt.
Unter bestimmten Bedingungen können
Probleme im Hinblick auf die Qualität des gebogenen Flansches durch
Rissbildung auftreten. Die Befestigung der Auskleidung wird in verschiedenen
Schritten durchgeführt.
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Die
SE-B-456 856 offenbart eine Auskleidung für ein Durchgangsloch eines
Plattenwärmetauschers.
Das Dokument offenbart zwei Ausführungsformen.
Die erste Ausführungsform,
die am genauesten beschrieben wird, entspricht der herkömmlichen Technik,
wie sie oben beschrieben wurde. Die zweite Ausführungsform bezieht sich auf
eine Auskleidung, die in zwei Teile mit einem ersten Teil und einem zweiten
Teil unterteilt ist. Der erste Teil wird aus einem Metallblech hergestellt
und hat einen im wesentlichen zylindrischen Rohrabschnitt und einen
Flanschabschnitt, der sich nach außen vom Rohrabschnitt erstreckt.
Der zweite Teil wird ebenfalls aus einem Metallblech hergestellt
und hat einen im wesentlichen zylindrischen Rohrabschnitt und einen
Flanschabschnitt, der sich nach außen vom Rohrabschnitt erstreckt.
Die Rohrabschnitte werden in das Durchgangsloch eingeführt, so
daß ein
Bereich gebildet wird, wo die Rohrabschnitte einander überlappen.
Die Rohrabschnitte werden miteinander durch Schweißen verbunden,
es ist jedoch nicht klar, wie sich die Schweißverbindung erstreckt.
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Die
US-4 482 089 offenbart ebenfalls unterschiedliche Ausführungsformen
von Auskleidungen für
ein Durchgangsloch eines Plattenwärmetauschers. Auch in diesem
Fall bezieht sich eine Ausführungsform
auf die oben beschriebene herkömmliche Technik.
Eine andere Ausführungsform
bezieht sich auf eine Auskleidung, die aus einem Rohrabschnitt hergestellt
ist, der in ein Durchgangsloch eingesetzt werden kann. Ein Flansch
wird an jedem Ende des Rohrabschnittes angeschweißt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Probleme
zu überwinden
und eine verbesserte Auskleidungsvorrichtung für ein Durchgangsloch einer
Endplatte vorzusehen. Insbesondere wird auf eine Auskleidungsvorrichtung
abgezielt, die einfach herstellbar ist und eine verbesserte Qualität hat.
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Dieses
Ziel wird durch die eingangs definierte Auskleidungsvorrichtung
erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Materialdicke des ersten Teiles
mindestens im Überlappungsbereich
größer ist als
die Materialdicke des zweiten Teils.
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Da
in den beiden Teilen während
der Befestigung einer solchen Auskleidungsvorrichtung keine Materialverformung
auftritt, wird das Risiko der Rissbildung des inneren aufliegenden
Abschnittes wesentlich verringert.
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Da
die Materialdicke mindestens eines Teiles mindestens im Überlappungsbereich
größer ist
als die Materialdicke des anderen Teiles, das heißt die Materialdicke
mindestens des einen Rohrabschnittes ist größer als diejenige des anderen
Rohrabschnittes, wird das Risiko der Verunreinigung des Materials in
der Nähe
der Schweißverbindung
und im Übergang
zwischen den Endplatten, die normalerweise aus Kohlenstoffstahl
gefertigt werden, und der beiden Teile eliminiert.
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Weiterhin
ermöglicht
ein solcher erster Teil, der eine größere Materialdicke hat als
der zweite Teil, daß der
zweite Teil während
des Schweißens
gegen den ersten Teil gedrückt
wird, so daß mögliche Luft und
somit Sauerstoffgas zwischen den Teilen weggedrückt wird. Dementsprechend wird
der Bedarf an sogenanntem „Root"-Gas, das heißt die Zufuhr
eines Edelgases, z.B. Argon, zum Verdrängen des Sauerstoffgases aus
dem Schweißbereich,
eliminiert.
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Jeder
der beiden Teile kann in einem einzigen Herstellungsschritt ohne
eine dazwischen liegende Wärmebehandlung
hergestellt werden.
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Die
Zeit zum Befestigen der Auskleidungsvorrichtung an der Endplatte
ist sehr kurz und die Schweißverbindung
kann vorteilhafterweise automatisch erfolgen.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung hat das Metallblech des ersten Teiles mindestens im Überlappungsbereich
eine Dicke, die größer ist
als 1,5 mm. Eine solche Dicke reicht, um eine Verunreinigung des
Materials zu verhindern und um Kräften standzuhalten, die in
Verbindung mit dem oben genannten Zusammenpressen der Teile auftreten
können.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung erstreckt sich die Schweißverbindung im wesentlichen
um den gesamten Rohrabschnitt des ersten Teiles. Weiterhin kann
der Rohrabschnitt des zweiten Teiles ein erstes Ende haben, das
in den Rohrabschnitt des ersten Teiles eingesetzt werden kann, wobei
die Schweißverbindung
am ersten Ende aufgebracht wird.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung bildet der Auflageabschnitt des ersten Teiles oder
des zweiten Teiles einen äußeren Auflageabschnitt
und liegt an der äußeren Seite
der Endplatte auf, und der Auflageabschnitt des zweiten Teiles oder
des ersten Teiles bildet einen inneren Auflageabschnitt und liegt
an der inneren Seite der Endplatte auf, wobei die Materialdicke
des äußeren Auflageabschnittes
größer ist
als die Materialdicke des inneren Auflageabschnittes. Der äußere Auflageabschnitt kann
eine Außenseite
aufweisen, die vom Plattenstapel weggewandt ist, und mindestens
eine Vertiefung, z.B. eine oder mehrere Rillen, zum Aufnehmen eines Abdichtelementes
zwischen der Außenseite
und einem Rohrabschnitt, wobei das Abdichtelement in einer siche ren
und verlässlichen
Weise gegen die Außenseite
gepresst werden kann. Vorteilhafterweise ist der Auflageabschnitt
des ersten Teiles als Flanschabschnitt ausgebildet, der sich um
den Rohrabschnitt herum und im wesentlichen radial auswärts vom
Rohrabschnitt erstreckt, und der Auflageabschnitt des zweiten Teiles
ist als ein Flanschabschnitt gebildet, der sich um den Rohrabschnitt
herum und im wesentlichen radial auswärts vom Rohrabschnitt erstreckt.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist der Rohrabschnitt des ersten Teiles in das Durchgangsloch
von der Außenseite
der Endplatte einsetzbar und der Rohrabschnitt des zweiten Teiles
ist in das Durchgangsloch von der Innenseite der Endplatte einsetzbar.
Eine solche Ausführungsform
ist von Vorteil und erlaubt die Herstellung des ersten äußeren Teiles
in einem einzigen Materialstück
mit einer relativ großen
Materialdicke und des zweiten inneren Materialstückes in einem anderen einzelnen
Materialstück
mit einer relativ dünnen
Materialdicke.
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Das
Ziel wird auch erreicht durch den eingangs definierten Plattenwärmetauscher,
der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Materialdicke des ersten
Teiles mindestens im Überlappungsbereich größer ist
als die Materialdicke des zweiten Teiles.
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Weiterhin
wird das Ziel erreicht durch das eingangs definierte Verfahren,
das die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen eines ersten
Teiles, der aus einem Metallblech mit einer Materialdicke hergestellt
ist und einen im wesentlichen zylindrischen Rohrabschnitt und einen
Auflageabschnitt umfasst, und
Bereitstellen eines zweiten Teiles,
der aus einem Metallblech mit einer Materialdicke hergestellt ist
und einen im wesentlichen zylindrischen Rohrabschnitt und einen
Auflageabschnitt umfasst,
Einführen des Rohrabschnittes des
ersten Teiles in das Durchgangsloch,
Einführen des Rohrabschnittes des
zweiten Teiles in das Durchgangsloch im Rohrabschnitt des ersten Teiles
auf eine solche Weise, daß ein
Bereich gebildet wird, wo sich die Rohrabschnitte überlappen,
wobei die Materialdicke des ersten Teiles mindestens im Überlappungsbereich
größer ist
als die Materialdicke des zweiten Teiles, und
Verbinden des
Rohrabschnittes des zweiten Teiles mit dem Rohrabschnitt des ersten
Teiles mittels einer Schweißverbindung.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
des Verfahrens sind in den Ansprüchen
12 bis 15 definiert.
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KURZTE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun genauer anhand einer Beschreibung
verschiedener Ausführungsformen,
die beispielartig offenbart sind, und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 offenbart
schematisch einen Querschnitt eines Plattenwärmetauschers.
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2 offenbart
genauer einen Querschnitt eines Durchgangsloches mit einer Auskleidungsvorrichtung
einer Endplatte des Plattenwärmetauschers aus 1.
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3 offenbart
schematisch, wie die Schweißverbindung
auf die Auskleidungsvorrichtung aufgebracht wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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1 offenbart
einen Plattenwärmetauscher nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung. Der Plattenwärmetauscher
umfasst eine Anzahl von Wärmeübertragungsplatten 1,
die einen Plattenstapel bilden. Die Wärmeübertragungsplatten 1 werden in
eine solche Form gepresst, daß,
wenn sie neben einander zu dem Plattenstapel angeordnet werden, zwischen
jedem Paar von Platten 1 ein Zwischenraum gebildet wird.
Die Plattenzwischenräume
bilden erste Durchgänge 3 für ein erstes
Fluidum und zweite Durchgänge 4 für ein zweites
Fluidum. Die ersten Durchgänge 3 werden
von den zweiten Durchgängen 4 abgetrennt.
Der Plattenwärmetauscher
umfasst weiterhin zwei Endplatten 5 und 6, zwischen
denen der Plattenstapel vorgesehen ist.
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Weiterhin
umfasst der Plattenwärmetauscher
vier Durchgangskanäle 7, 8,
von denen zwei in 1 dargestellt sind. Jeder Durchgangskanal 7, 8 erstreckt
sich durch alle Platten 1 und mindestens eine der Endplatten 5, 6.
Zwei der Durchgangskanäle 7, 8 stehen
mit den ersten Durchgängen 3 in
Verbindung, und die beiden anderen Durchgangskanäle stehen mit den zweiten Durchgängen 4 in
Verbindung. Es ist anzumerken, daß der Plattenwärmetauscher
nach der Erfindung auch von einem solchen Typ sein kann, der eine
andere Anzahl von Durchgangskanälen 7, 8,
z.B. 2 oder 6 Durchgangskanäle, und/oder
eine andere Anzahl von Durchgängen 3, 4 für die Wärmeübertragungsfluide
haben kann.
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Jeder
Durchgangskanal 7, 8 ist aus einer Öffnung oder
einem Durchgangsloch in jeder Platte 1 und einer der Endplatten 5 gebildet.
Die Durchgangslöcher
sind vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, kreisförmig, gesehen
in der Richtung des Durchgangskanals 7, B. Jeder Durchgangskanal 7, 8 ist
mit einem Rohr 9 verbunden, das sich vom Plattenwärmetauscher
erstreckt. Genauer gesagt, bildet der Durchgangskanal 7 einen
ersten Einlass, der zum Transport des ersten Fluidums an die Durchgänge 3 dient,
und der Durchgangskanal 8 bildet einen ersten Auslasskanal,
der zum Transport des ersten Fluidums aus dem Plattenwärmetauscher
von den ersten Durchgängen 3 dient.
Die beiden anderen Durchgangskanäle
bilden in gleicher Weise einen zweiten Einlass, der zum Transport
des zweiten Fluidums durch die zweiten Durchgänge 4 dient, sowie einen
zweiten Auslasskanal, der zum Transport des zweiten Fluidums aus
dem Plattenwärmetauscher von
den zweiten Durchgängen 4 dient.
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Im
in 1 offenbarten Plattenwärmetauscher werden die Platten 1 zwischen
den beiden Endplatten 5 und 6 durch Bolzen 12 gegeneinander gepresst,
die sich durch die Platten 1 und die Endplatten 5, 6 erstrecken.
Der Plattenwärmetauscher kann
jedoch auch durch andere Elemente als durch Durchgangsbolzen zusammengehalten
werden, z.B. durch längliche
Elemente, die um den Plattenstapel und die Endplatten 5, 6 herum
angezogen werden. Dichtungen (nicht offenbart) können dann zwischen den Platten 1 vorgesehen
sein, um die Durchgänge 3 und 4 voneinander
zu trennen.
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In
den Durchgangslöchern
der Endplatte 5 ist eine Auskleidungsvorrichtung vorgesehen.
Die Auskleidungsvorrichtung 15 ist genauer in den 2 und 3 offenbart.
Die Auskleidungsvorrichtung umfasst einen ersten Außenteil 16 und
einen zweiten Innenteil 17. Die beiden Teile 16, 17 sind
miteinander durch eine Schweißverbindung 18 verbunden.
Die beiden Teile 16, 17 umfassen einen jeweils
im wesentlichen zylindrischen Rohrabschnitt 16a, 17a,
der sich in das Durchgangsloch erstreckt. Weiterhin umfassen die
beiden Teile 16, 17 einen jeweiligen Auflageabschnitt 16b, 17b,
der sich um den jeweiligen Rohrabschnitt 16a und 17a herum
erstreckt und auf einer jeweiligen Oberfläche der Endplatte 5 aufliegt. In
der offenbarten Ausführungsform
sind die Auflageabschnitte als Flanschabschnitte 16b, 17b gebildet, die
sich im wesentlichen radial auswärts
vom jeweiligen Rohrabschnitt 16a und 17a erstrecken.
Es ist jedoch anzumerken, daß diese
Auflageabschnitte auch eine andere Form haben können. Der äußere Auflageabschnitt kann
z.B. zur Verbindung mit einer Rohrleitung oder ähnlichem geformt sein und ein
Gewinde, eine Bajonettbefestigung usw. umfassen. Der Flanschabschnitt 16b des
ersten Teiles 16 liegt somit auf der Außenseite der Endplatte 5 auf
und der Flanschabschnitt 17b des zweiten Teiles 17 liegt
auf der Innenseite der Endplatte 5 auf. Weiterhin liegt
der Rohrabschnitt 16a des ersten Teiles auf der umgebenden
begrenzenden Fläche 5' des Durchgangsloches
auf. Der Rohrabschnitt 17a des zweiten Teiles 17 hat
einen etwas kleineren Durchmesser als der Rohrabschnitt 16a und
liegt, wie 2 zu entnehmen, auf der inneren
Oberfläche
des Rohrabschnittes 16a auf. Es wird somit ein Bereich 19 im
Durchgangsloch gebildet, wo die beiden Rohrabschnitte 16a und 17 einander überlappen.
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Durch
die beiden Teile 16 und 17, die miteinander über die
Schweißverbindung 18 verbunden sind,
wird somit eine effektive Auskleidung der Endplatte 5 im
Bereich um das Durchgangsloch herum erreicht. Auf eine solche Weise
kann die Endplatte 5, die aus relativ simplem Kohlenstoffstahl
hergestellt sein kann, vor Rost oder wärmeübertragenden Medien geschützt werden,
die in anderer Hinsicht aggressiv sind. Die beiden Teile 16 und 17 sind
aus einem Metallblech einer höheren
Qualität
und größerer Rostbeständigkeit
als die Endplatte 5 hergestellt. Die beiden Teile 16 und 17 können z.B.
aus einem im wesentlichen ebenen Metallblech hergestellt sein, das zum
Bilden eines jeweiligen Rohrabschnittes 16a und 17 tiefgezogen
wird. Wie 2 zu entnehmen, hat das Metallblech
des ersten Teiles 16 eine größere Dicke als der zweite Teil 17.
In der offenbarten Ausführungsform
haben sowohl der Flanschabschnitt 16b als auch der Rohrabschnitt 16a des
ersten Teiles 16 eine größere Materialdicke als die
entsprechenden Abschnitte 17a, 17b des zweiten
Teiles 17. In der offenbarten Ausführungsform ist der erste Teil 16 mit der
größeren Materialdicke
an der Außenseite
des Plattenwärmetauschers
angeordnet, wohingegen der zweite Teil mit der geringeren Materialdicke
an der Innenseite des Plattenwärmetauschers
angeordnet ist, das heißt
zum Plattenstapel. Der erste Teil 16 kann eine Materialdicke
haben, die größer ist
als 1,5 mm und insbesondere größer als
2 mm und vorzugsweise weniger als 8 mm, wohingegen der zweite Teil 17 eine
Materialdicke haben kann, die mindestens 0,5 mm beträgt und maximal
3 mm, insbesondere ungefähr
1 mm.
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Weiterhin
ist der Rohrabschnitt 17a des zweiten Teiles radial innerhalb
des Rohrabschnittes 16a des ersten Teiles im Durchgangsloch
angeordnet. Auf eine solche Weise ist es möglich, daß der Innenrohrabschnitt 17a während der
Herstellung gegen den radial äußeren Rohrabschnitt 16a in
Verbindung mit dem Aufbringen der Schweißverbindung 18 gepresst
wird. Durch ein solches Pressen, das mittels eines Presselementes 20 erfolgen
kann, das schematisch in 3 offenbart ist, kann Luft und
somit Sauerstoffgas aus dem Bereich gepresst werden, wo die Schweißverbindung 18 aufgebracht
wird, das heißt
in der offenbarten Ausführungsform
am Außenende
des Rohabschnittes 17a. Dank der größeren Materialdicke des radial äußeren Rohrabschnittes 16a wird
somit das Aufbringen der relativ großen Druckkraft auf den radial
inneren Rohrabschnitt 17a ermöglicht. Die Schweißverbindung 18 kann
in der offenbarten Ausführungsform
mittels einer TIG-Schweißvorrichtung 21 erreicht
werden, die schematisch in 3 angedeutet
ist. Die Schweißverbindung 18 wird
geeigneterweise am Außenende des
Rohrabschnittes 17a aufgebracht und genauer am Übergang
zwischen dem Rohrabschnitt 16a und dem Rohrabschnitt 17a.
Die Schweißverbindung 18 erstreckt
sich im wesentlichen um das gesamte Durchgangsloch herum. Die relativ
große
Materialdicke ist weiterhin von Vorteil im Hinblick auf das Aufbringen
der Schweißverbindung 18,
da sie das Risiko eines Durchbrennens verringert.
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Der
Flanschabschnitt 16b des ersten Teiles 16 umfasst
weiterhin drei Rillen 22, die sich um das Durchgangsloch
herum erstrecken. Außerhalb
der Außenseite
des Flanschabschnittes 16b ist ein Abdichtelement 23,
z.B. in der Form einer Dichtung, vorgesehen. Dank der Rillen 22 kann
das Abdichtelement 23 gegen den Flanschabschnitt 16b gedrückt werden,
so daß es
sicher und dicht aufliegt. Außerhalb
des Abdichtelementes 23 ist ein Flansch 24 des Rohres 9 vorgesehen.
Der Flansch 24 liegt auf dem Abdichtelement 23 auf
und ist zur dichten Auflage mittels einer Anzahl von Bolzen 25 befestigt,
die in die Endplatte 5 geschraubt werden und um das Durchgangsloch
herum vorgesehen sind.
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Die
Erfindung ist nicht auf die offenbarte Ausführungsform begrenzt, sondern
kann innerhalb des Rahmens der folgenden Ansprüche variiert und modifiziert
werden.
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Es
ist z.B. möglich,
denjenigen Teil, der der Innenseite des Plattenwärmetauschers zugewandt ist,
mit dem relativ dickeren Rohrabschnitt zu versehen und somit den
Teil, der den relativ dünneren Rohrabschnitt
aufweist, an der Außenseite
des Plattenwärmetauschers
und in einer solchen Weise vorzusehen, daß dieser dünnere Rohrabschnitt an der Innenfläche des
dickeren Rohrabschnittes aufliegt. Die Schweißverbindung wird dann geegeigneterweise
am inneren Ende des Rohrabschnittes des Außenteiles aufgebracht.
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In
der offenbarten Ausführungsform
haben der Flanschabschnitt 16b und der Rohrabschnitt 16a des
ersten Teiles die selbe Materialdicke und der Flanschabschnitt 17b und
der Rohrabschnitt 17a des zweiten Teiles haben ebenfalls
die selbe Materialdicke. Auf eine solche Weise können die beiden Teile einfach
hergestellt werden. Es ist jedoch ebenso möglich, den Flanschabschnitt
und den Rohrabschnitt der jeweiligen Teile mit unterschiedlichen
Dicken vorzusehen. Z.B. kann der Rohrabschnitt 16a des
ersten Teiles 16 eine größere Materialdicke haben als
der Flanschabschnitt 16b des ersten Teiles 16.